魯長(zhǎng)國

無線通信設(shè)備的廣泛普及催生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的井噴式發(fā)展，隨之無線網(wǎng)絡(luò)的需求日益旺盛。而與此同時(shí)，由信號(hào)弱導(dǎo)致的連接困難、頻繁掉線、通訊緩慢等故障，也對(duì)未來無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

國家“萬人計(jì)劃”青年拔尖人才、優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目的獲得者、公安部第三研究所物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心副主任劉云淮博士認(rèn)為，這些故障的“罪魁禍?zhǔn)住闭菬o線自組織網(wǎng)絡(luò)中的“弱連接”。

多項(xiàng)原創(chuàng)成果

入選“萬人計(jì)劃”

早在香港科技大學(xué)讀博期間，劉云淮就開始了弱連接條件下無線自組織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和節(jié)點(diǎn)協(xié)同技術(shù)研究，迄今已逾十年。

眾所周知，若無線通信弱，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間連接特性則會(huì)發(fā)生改變，針對(duì)這一現(xiàn)狀，劉云淮從概率式網(wǎng)絡(luò)模型出發(fā)，通過探尋無線網(wǎng)絡(luò)中的基本機(jī)理，設(shè)計(jì)出一系列拓?fù)淇刂品椒?，包括針?duì)Sink節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)通訊模式的Conreap算法，以及針對(duì)節(jié)點(diǎn)間通訊模式的Brasp算法，得到歐美同行很高評(píng)價(jià)。美國佐治亞理工大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系教授、可靠通信實(shí)驗(yàn)室主任Raheem Beyah認(rèn)為“概率型網(wǎng)絡(luò)模型更真實(shí)的反映無線通訊中的鏈路行為”，加拿大Alberta大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授Mike MacGregor表示“概率型網(wǎng)絡(luò)模型能更好的反映網(wǎng)絡(luò)行為，為節(jié)點(diǎn)最優(yōu)分布奠定了理論基礎(chǔ)”。

基于概率型網(wǎng)絡(luò)模型，劉云淮針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息感知模型進(jìn)行了大膽改革。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)感知模型為圓盤結(jié)構(gòu)，存在確定半徑，圓盤內(nèi)的信息可以通過感知節(jié)點(diǎn)獲取，但圓盤外的信息則無法感知，因此無法反映真實(shí)的傳感器行為。反復(fù)實(shí)驗(yàn)下，劉云淮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了基于鏈路的概率型感知模型，可以把鏈路性、概率性和多感知融合性這三個(gè)現(xiàn)實(shí)傳感器的獨(dú)特特性反映出來，并把誤差縮小在百分之十以內(nèi)。

網(wǎng)絡(luò)是信息交換的載體。它的“四通八達(dá)”與否，直接影響著信息傳輸程度。

那么，清除一切網(wǎng)絡(luò)傳輸中的障礙，是否就一定能夠確保信息通暢呢？

針對(duì)這一問題，劉云淮認(rèn)為恰恰相反，“少量干擾行為是激發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的關(guān)鍵”。

利用干擾回避、干擾消除和干擾對(duì)齊等管理技術(shù)，他原創(chuàng)提出基于干擾的副信道通信模式，增加一些攜帶一定控制信息的干擾信號(hào)，制造可以最終被消除掉的主動(dòng)干擾，在傳輸過程中反倒可以提高網(wǎng)絡(luò)“活力”，增加網(wǎng)絡(luò)傳輸量，提高傳輸效率，從而提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。

劉云淮并未滿足于此，基于此模式，他充分?jǐn)U展了數(shù)學(xué)中Quorom理論的成果，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高效低功耗的分布式節(jié)點(diǎn)協(xié)同機(jī)制，減少了傳統(tǒng)中傳輸失敗和網(wǎng)絡(luò)丟包現(xiàn)象。從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的感知精度出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)過程中，提出了頻譜感知節(jié)點(diǎn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了協(xié)同邊界定界算法，大幅度提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸中精確信息的獲取量。

真實(shí)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，要在一系列核心技術(shù)的支持下才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在多徑反射效應(yīng)下的節(jié)點(diǎn)測(cè)距方法上，劉云淮開創(chuàng)了無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的先河。他以頻率為突破口，通過相同節(jié)點(diǎn)在不同頻率下的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量，經(jīng)過數(shù)學(xué)模擬，采用傅里葉變換的方式求解，可以獲得更精確的距離。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)的判斷問題上，劉云淮首次提出了非密度的、基于移動(dòng)性的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)分布模型，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的熱點(diǎn)感知方法，為今后的數(shù)據(jù)挖掘和信息獲取提供了有力支撐。并針對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸丟包的問題，設(shè)計(jì)了新的多信道分配算法，以均勻分布節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)，加大了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。

憑借在弱連接條件下無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題上的諸多創(chuàng)新性成果，劉云淮迄今為止已經(jīng)在本領(lǐng)域最權(quán)威的國際期刊《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》《IEEE Transactions on Mobile Computing》《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems》以及著名國際學(xué)術(shù)會(huì)議如ACM Mobicom，ACM Sensys，ACM SIGKDD，IEEE INFOCOM，IEEE ICDCS等發(fā)表論文。并且在2008年獲得IEEE ICDCS最佳論文獎(jiǎng)，是638篇論文中唯一獲獎(jiǎng)?wù)撐摹?/p>

在國際計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域，較高的科研天分與勤勉的科研態(tài)度讓劉云淮很快聲名鵲起，并在2015年成為國家“萬人計(jì)劃”青年拔尖人才中的一員。

關(guān)系國計(jì)民生

榮獲“優(yōu)秀青年科學(xué)基金”

科研，是為人類發(fā)展服務(wù)。劉云淮深諳此理。

近年來，以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)通訊設(shè)備加快了網(wǎng)絡(luò)感知趨勢(shì)的發(fā)展。以個(gè)人為中心，從海量數(shù)據(jù)中獲取高精準(zhǔn)信息的群智感知和群智計(jì)算開始成為目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。

歷經(jīng)五年學(xué)習(xí)，2000年劉云淮于清華大學(xué)畢業(yè)后，即前往惠普做了一名工程師。兩年一線工程師的經(jīng)歷，讓他養(yǎng)成了一種與市場(chǎng)同步的科研理念，也敏銳地意識(shí)到無線網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)命脈。隨后，他來到香港科技大學(xué)再次深造，開始在實(shí)驗(yàn)室里反復(fù)印證自己腦海中的系列想法，迅速打開了無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及節(jié)點(diǎn)協(xié)同技術(shù)領(lǐng)域的“大門”。

近十年弱連接條件下無線自組織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和節(jié)點(diǎn)協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究工作，讓劉云淮積累了大量實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。來到公安部第三研究所物聯(lián)網(wǎng)中心之后，順應(yīng)社會(huì)發(fā)展，為深入拓展這一研究，他開始把眼光瞄向移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)層面。由他申請(qǐng)的項(xiàng)目課題，已經(jīng)獲得國家自然科學(xué)基金“優(yōu)秀青年科學(xué)基金”支持。

傳統(tǒng)由基站提供服務(wù)的有組織無線網(wǎng)絡(luò)，單一節(jié)點(diǎn)間的鏈接能力較弱，在弱連接廣泛存在的情況下，通信傳輸日漸艱難。因此，基于特定傳感器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)越來越不適應(yīng)信息大爆炸的現(xiàn)代社會(huì)，變革已經(jīng)成必然。

正所謂一花獨(dú)放不是春，百花齊放春滿園。社會(huì)的快速發(fā)展，正要求群策群力。

群智感知的概念即發(fā)源于此，其關(guān)鍵是利用大量無意識(shí)協(xié)作，低干擾和低負(fù)擔(dān)的非專業(yè)感知源來獲取信息，具有廣泛的應(yīng)用性，國際社會(huì)紛紛邁開了群智感知網(wǎng)絡(luò)研究的腳步。但很快發(fā)現(xiàn)，群智感知網(wǎng)絡(luò)研究過程中，面臨著網(wǎng)絡(luò)差異性大、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)質(zhì)量低劣、數(shù)據(jù)異常等諸多難題。

基于此，劉云淮從移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)的新特性出發(fā)，加入人類行為元素，探索弱連接下群智感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和拓?fù)淇刂品椒?，建立無意識(shí)協(xié)作的通信增強(qiáng)機(jī)制，創(chuàng)新恰當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)協(xié)同技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)可靠通信，以促進(jìn)群智感知網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用發(fā)展。此項(xiàng)課題的研究，將從宏觀上滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展需求，促進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的快速進(jìn)步，有利于信息安全及共享網(wǎng)絡(luò)社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。同時(shí)，在微觀上也利于個(gè)人隱私信息的保護(hù)。

在忙于科研的同時(shí)，劉云淮同樣耗費(fèi)巨大精力加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，他始終認(rèn)為依靠團(tuán)隊(duì)的力量，科研之路才能越發(fā)順暢。如今，他早已建設(shè)了一支由博士副研究員、助理研究員、碩士研究助理及實(shí)習(xí)研究生在內(nèi)的高中低相結(jié)合的優(yōu)秀研究團(tuán)隊(duì)，各自發(fā)揮所長(zhǎng)，在無線通信技術(shù)、低能耗節(jié)點(diǎn)調(diào)度以及拓?fù)淇刂频榷喾矫娑既〉昧艘瞬毮康某煽?jī)。

今天，網(wǎng)絡(luò)成為人類不可或缺的通信渠道，快速地改變著人類生活。同樣，改變即意味著要跨越傳統(tǒng)桎梏，我們寄希望于像劉云淮這樣懷有持續(xù)科研熱情的青年學(xué)者，讓我們一步步走進(jìn)更高層次的現(xiàn)代信息社會(huì)。