信息理論學者的視點
楊偉豪革新網絡編碼技術 創建智慧未來
《走進中大》走訪中大七個獲選香港政府「產學研1+計劃」(RAISe+)項目的主要研究人員。該計劃旨在協助本地大學將研發成果轉化及商品化，並為每個獲批項目提供高達港幣一億元的等額資助。此為報道系列之七。
互聯網就好像信息的高速公路，現代人參加視訊會議、觀看韓劇、線上購物等，都需要這條高速公路來傳輸信息。信息流量激增會令高速公路頻繁堵塞，導致數據遺失和影像失真。楊偉豪教授提出的網路編碼理論有助應對此現象。
楊教授的研究「網絡編碼在新一代網絡的應用」於本年獲選首批「產學研1+計劃」。該項目專注於應用「分批稀疏編碼」（Batched Sparse Code）簡稱「BATS」，可有效提高網絡傳輸速率，減少數據丟失造成的失真。
他的專案應對三個關鍵領域：手機網路、智慧城市和數據中心。除了必要的研發工作外，其團隊亦希望與業界夥伴協力加快將創新產品推出市場，冀BATS有助香港實現智慧城市的願景，推進5G基建的發展，促使香港成為世界級的智慧城市。
提升數據品質的灼見
網絡的數據傳輸相當於通過網路節點傳遞數據包，而這些節點就像郵政中轉站。「當兩個『包裹』」傳輸到同一個交匯點，就會被儲存和分類，然後轉發到下一個節點。」楊教授如是說。無線網絡的包裹經過的節點越多，數據遺失的情況越嚴重。
他補充說：「增加無線訊號的傳輸功率以擴大傳輸距離，可以減少傳遞數據包的次數，但會干擾其他類型的無線通訊訊號。」網絡研究員一直尋找在不影響傳輸功率的情況下，減少資料遺失的解決方案。
楊教授1991年離開美國頂尖的AT&T貝爾實驗室，加入中大信息工程學系，埋首鑽研網絡研究。網絡研究人員過往認為，透過網路發送信息的最佳方式是將其編碼，以數據包形式高速傳輸，而不改變網絡數據包本身的內容。但他證明了在網絡使用混合數據包可以傳輸更多信息，並創作「網絡編碼」一詞形容該嶄新概念。
「我花了七至八年的時間，與中大和海外的合作夥伴一起開發理論」。他的遠見和毅力催生了範式轉變，使更多數據在網絡高速傳輸，例如從互聯網下載資料的速度更快，串流視訊播放得更順暢。
觸發網絡傳播技術蛻變的蝴蝶效應
為了將網絡通訊的潛在傳遞量發揮到極致，楊教授和同事李碩彥教授想出了一個名為「蝴蝶網絡」的新穎點子，證明了利用網路編碼傳輸信息的速度可以比傳統「儲存、轉寄」的模式更快。
他說：「數據以編碼包的形式在蝴蝶網絡中傳送。中間網絡節點接收到的數據包會被編碼成新的包，然後發送到下一個節點，最終在目的地節點重建原始信息。」
這項技術後來演變成為BATS編碼，是楊教授及其博士生、中大（深圳）理工學院楊升浩教授共同努力的成果。BATS編碼簡化了編碼和解碼過程，以提高網絡信息傳輸吐量、減少數據延誤，並增強網絡的穩定性。他們的研究項目「網絡編碼在新一代網絡的應用」於本年獲選首批「產學研1+計劃」，計劃旨在促進產業合作並商業化其創新解決方案。
透過研發商業化，開創無限可能
楊教授的夢想是擴展通訊網絡和數據儲存系統，以提高網絡的效率、可靠度和安全性，從而促進智慧城市的發展。因此，他與楊升浩教授於2018年共同創立安眺科技有限公司，這家初創科技公司的名字意味着BATS的優點：傳輸的信息在經過大量無線鏈接後仍然保持完整。在創立三年後，初創公司獲得了第一輪風險投資資金。
2019年夏季，安眺科技成功在香港政府的試點智慧燈柱系統中應用BATS技術。鋪設新的光纖不僅成本高昂，還會對交通和行人造成很大干擾。BATS為智慧型燈柱提供無線網際網路連線，無須為逐一鋪設光纖。其優勢包括低運營成本、增強的安全性和穩定的帶寬，為政府部署智慧城市，大規模應用該技術提供了一個便捷且經濟的解決方案。
安眺科技亦有與政府協力在大嶼山郊野公園開展試點項目，利用BATS在信號較弱的地區提供WiFi服務。WiFi相較於行動網絡有一個優勢，即所有手機都可以使用，不受網絡限制。他補充道：「除了為登山者提供WiFi網絡外，BATS還可用於氣象標誌、緊急按鈕、野火檢測、環境數據搜集等。」
願景、專注與清晰
截至目前為止，BATS相關技術共有三項，共擁有11項專利，應用範圍相當廣泛，例如推動航太科技發展的共用衞星廣播通訊網絡，以及監控水下基礎設施運作以克服海洋資料傳輸障礙的水下聲納傳輸網絡等。
網路編碼理論是資訊科學的一大突破，有賴於楊教授在1990 年代尾高瞻遠矚的理論假設。他的貢獻贏得了無數的榮譽，包括電機電子工程師學會 (IEEE) 的 Richard W. Hamming 獎章 (電機工程界的最高獎項之一)，以及Claude E. Shannon獎 (信息理論領域的最高榮譽)。他還獲選為美國國家發明家學院院士。
楊教授在重新演繹數學概念方面作大膽嘗試，其網絡編碼理論或許成為影響最深遠的電訊應用之一。全球各地大學已開設相關理論的研究生課程，楊教授的團隊現正與多個標準組織合作，讓BATS編碼成為國際通訊標準之一，但他指出，從理論到應用可能需要數十年的時間。
他也喜歡攝影、吹口琴和練太極，這些嗜好的共通點是專注，有助他思考嚴謹的研究時保持思維清晰。「我深受當年的博士導師Toby Berger教授啟發，他擅於透過文字解釋艱深的概念。」
文：劉婉瑜
圖：LCT
