城大学者应对电信流量百年挑战 以提升医疗及公共服务效率
面对现代化城市对公共服务需求不断增加，如何具效率地提供服务以应付需要，一直是一大挑战。香港城市大学（城大）研究团队最近研发出一种新颖的性能评估方法，在评估排队系统因出现溢出、应接不暇的情况而遭遇阻塞的机率这世纪难题上，取得重大突破，使服务提供者可以更好地分配有限的资源。这评估方法显著提升了运算的效率和准确度，在改善电信网络、甚或医疗系统的性能上，具有极大潜力，有助提升各种公共服务的资源分配和容量规划。
电信流量理论（teletraffic theory，又称话务理论）是运用概率论来解决电信系统、以至其他服务系统的规划、性能评估、操作和保养维修等问题。它可以在电信网路和服务系统的动态和随机环境中，实现明智的决策、高效的资源管理和最佳的网路效能。虽然电信流量（teletraffic）一词涉及各种数据和电信传输流量，但从该理论发展而来的工具均可超出电信范畴，适用于其他领域，包括各种服务系统。
其中，溢出损失系统（overflow loss systems）是一种重要的电信流量数学模型，常见于公共服务领域，例如无线通讯、云端计算、深切治疗和紧急服务等。它们可用于分析基于需求过大或容量有限而无法回应重要请求的潜在情况。请求被拒的机率，又名阻塞机率（blocking probabilities），是溢出损失系统的关键性指标。
这类系统中涉及互相溢出效应，要评估当中的阻塞机率，一直以来是世纪难题，但它对于设计电信和服务系统，以及确保资源有效分配，则至关重要。
为克服这一大挑战，由城大电机工程学系黄永明教授领导的研究团队早于2013年便开发出一套数学方法，名为“资讯交换替代近似法”（Information Exchange Surrogate Approximation，IESA） ，用于计算溢出损失系统中的阻塞机率。与传统的近似法相比，这种方法能显著提升准确度和稳定性，同时实现运算效率。团队曾在《IEEE Transactions on Communications》、《IEEE Transactions on Green Communications and Networking》、《IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology》、《IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking》和《IEEE Communications Letters》等学术期刊中，发表他们就在“资讯交换替代近似法“框架下所研发的不同新进展。
最近，研究团队进一步改善IESA，通过研发IESA替代模型，并结合神经网络演算法，以进一步减少估算误差。这提供了一个多用途且灵活的性能评估工具，以系统及科学化方式，有效地统筹资源分配，例如深切治疗医院及流动通讯网络等。
为展示IESA的应用潜力及效能，团队将它应用在简化情景里︰在一个由15间深切治疗部组成，且每一间深切治疗部设有15张床位的网路中，假设患者可被送到任何一间深切治疗部，并且平均住院时间为15日的情况下，评估患者被拒的机率。与之前最先进的方法相比，IESA替代模型能为实际被拒机率提供一个更准确的估算，准确度提高了六个数量级。
上述最新研究成果已发表于学术期刊《IEEE Access》，题为〈A Century-Long Challenge in Teletraffic Theory: Blocking Probability Evaluation for Overflow Loss Systems With Mutual Overflow〉。黄教授与团队并且在文中阐述了应对上述电信流量理论这世纪挑战的历程和最新进展，并解释了IESA如何成功应对这一挑战，从而取得重大突破。
为进一步将理论转为实际应用，黄教授及其团队正与公共机构及电讯业界合作，将IESA应用在医疗系统及通讯网络的真实情景中。
例如，他们正与香港医院管理局（医管局）深切治疗部统筹委员会合作，以改善深切治疗部的资源分配和容量规划。团队基于模拟的数据和深切治疗部网路模型，运用IESA，针对深切治疗部的“性能评估”和“优化”进行初步研究。他们并根据从医管局临床数据分析及报告系统中所取得的真实数据和深切治疗部的节点模型，进行分析，以评估各项重要指标，如患者被拒的机率。
黄教授说：“我们的初步研究已取得正面回应，并计划以真实患者数据和香港的深切治疗部网路进行IESA测试，希望通过我们的模型，有助更好地分配资源，从而令公共服务受惠。”
论文的第一作者是黄教授及来自剑桥大学制造工程学院副研究员陈衍智博士。此研究获香港的医疗卫生研究基金及优配研究金支持。