編織無(wú)線之網(wǎng)

1、編織無(wú)線之“網(wǎng)”目前，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人類生活不可或缺的一部 分，而它們背后的技術(shù)“靈魂”，就是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線 通信網(wǎng)絡(luò)具有傳輸快、可移動(dòng)、使用方便、覆蓋范圍廣等優(yōu) 點(diǎn)。近年來(lái)，無(wú)線網(wǎng)技術(shù)的普及和發(fā)展，已經(jīng)使人類各方面 的生活愈發(fā)便捷。上海東川路800號(hào)，上海交通大學(xué)的所在地，在這里， 有一位年輕的科學(xué)家正在從事于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究，他是陳智 勇。新思路新成果讓我們回到2011年，這一年，陳智勇拿到了北京郵電 大學(xué)信號(hào)與信息處理專業(yè)的博士學(xué)位?！白x博期間，我獲得國(guó)家留學(xué)基金委，國(guó)家建設(shè)高水平大學(xué)，留學(xué)基金，作為聯(lián) 合培養(yǎng)博士生赴美國(guó)華盛頓大學(xué)，學(xué)習(xí)了近兩年。”這段經(jīng)歷既拓展了陳智勇的視野，又

2、進(jìn)一步夯實(shí)了他的科研基礎(chǔ)。2012年，陳智勇進(jìn)入上海交通大學(xué)信息與通信工程博士 后流動(dòng)站，由站后留校工作至今。“當(dāng)下時(shí)代，隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)需求呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，許多問(wèn)題也隨之而來(lái)，比如：如何 在有限的通信資源上，解決無(wú)線海量信息的有效傳輸呢？” 為了探尋答案，陳智勇從博士后期間起，就開(kāi)始以“通信、計(jì)算、存儲(chǔ)”融合為研究思路，從事移動(dòng)3C網(wǎng)絡(luò)方面的研究，“我想嘗試通過(guò)挖掘無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中豐富的計(jì)算和存儲(chǔ) 資源，來(lái)?yè)Q取通信能力的提升，釋放網(wǎng)絡(luò)通信能力的巨大潛 能，保證移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)承載能力的可持續(xù)增長(zhǎng)?！表樦@個(gè)思路，陳智勇開(kāi)展了移動(dòng) 3C網(wǎng)絡(luò)方面的研究。 他發(fā)現(xiàn)，通過(guò)挖掘網(wǎng)絡(luò)及節(jié)點(diǎn)中豐富的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，構(gòu)

3、建計(jì)算存儲(chǔ)感知的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可有效幫助解決無(wú)線海量信息 傳輸瓶頸。于是，陳智勇緊抓源（內(nèi)容集聚）一網(wǎng)（異構(gòu)多 集）一端（存儲(chǔ)）的演進(jìn)趨勢(shì)，將計(jì)算和存儲(chǔ)資源融入移動(dòng) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，在理論、機(jī)制、算法三個(gè)層面上，解決了諸多 關(guān)鍵問(wèn)題。他與上海交通大學(xué)劉輝教授合作，闡述了移動(dòng)3C網(wǎng)絡(luò)的定義，論述了 3c三個(gè)元素的內(nèi)涵；探索了運(yùn)用計(jì)算與存 儲(chǔ)資源的無(wú)線融合網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，推導(dǎo)了存儲(chǔ)約束下的網(wǎng)絡(luò)容 量，揭示了通信與存儲(chǔ)的折中關(guān)系，優(yōu)化了設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)傳輸與 終端存儲(chǔ)機(jī)制。同時(shí)，陳智勇還挖掘蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通信一 計(jì)算一存儲(chǔ)多維資源，推導(dǎo)計(jì)算約束下的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，分析 計(jì)算與存儲(chǔ)對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的制約關(guān)系，提由計(jì)算約束下析取 通

4、信增益的內(nèi)容存儲(chǔ)最優(yōu)策略。而面向視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)，他則 開(kāi)展了基于終端存儲(chǔ)下按需傳輸，和周期輪播傳輸?shù)膫鬏敊C(jī) 制及存儲(chǔ)分配聯(lián)合？?化設(shè)計(jì)，使其能最大程度降低無(wú)線帶寬 消耗。網(wǎng)絡(luò)編碼改善者無(wú)線環(huán)境中，大多數(shù)移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能都受限于干 擾，并且通常這種干擾是被當(dāng)作負(fù)面效應(yīng)進(jìn)行處理的。但是 若能處理好這種干擾，甚至利用干擾進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，那么就 有可能進(jìn)一步提高無(wú)線傳輸速率，提升頻譜利用率，以適應(yīng) 未來(lái)無(wú)線海量信息傳輸?shù)囊?。“物理層網(wǎng)絡(luò)編碼正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生，它的由現(xiàn)使得打破干擾壁壘成了可 能，并提供了一條有效提高時(shí)頻資源復(fù)用度和網(wǎng)絡(luò)容量的新 途徑?！标愔怯抡f(shuō)。物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的基本研究單元是雙

5、向中繼通信(two-way relay )，但是目前，該領(lǐng)域仍然有很多實(shí)際問(wèn)題亟 需解決?！笆紫?，兩源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)于簡(jiǎn)單化， 忽視了傳輸?shù)姆菍?duì)稱性；其次，現(xiàn)有大多數(shù)研究?jī)H僅考慮了 低階調(diào)制下的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼。而為數(shù)不多的針對(duì)高階調(diào)制 下的研究，也僅停留在比特交織編碼調(diào)制與物理層網(wǎng)絡(luò)編碼 的結(jié)合；最后，非理想接收下物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制的設(shè)計(jì)也 是很不足的?！睘榱送黄破款i，陳智勇開(kāi)展了 “非對(duì)稱物理層網(wǎng)絡(luò)編碼 機(jī)制設(shè)計(jì)與理論分析”項(xiàng)目研究，他圍繞雙向中繼通信，從 中繼節(jié)點(diǎn)部分譯碼、邊信息以及非理想接收三個(gè)切入點(diǎn)，重 點(diǎn)研究和分析與之相對(duì)應(yīng)的基于分量碼協(xié)同、用戶比特協(xié) 同、跨層協(xié)同的非對(duì)稱物

6、理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制。該項(xiàng)目將于2016年年底結(jié)題，但是目前，耕耘已經(jīng)有所收獲了。在研究過(guò)程中，他率先運(yùn)用信息論分析基于網(wǎng)絡(luò)編碼的 輸入信道信號(hào)的最優(yōu)分布，發(fā)現(xiàn)了最大化信道可達(dá)速率；設(shè) 計(jì)了一種基于星座成型技術(shù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了 在實(shí)際系統(tǒng)約束下逼近發(fā)送信號(hào)的最優(yōu)分布；提生了多級(jí)物 理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制，從多角度揭示了制約多級(jí)物理層網(wǎng)絡(luò)編 碼性能的規(guī)律，并且闡明了最優(yōu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，分析了其與基于 比特交織編碼調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)劣。而且，他還設(shè) 計(jì)了改變收發(fā)機(jī)架構(gòu)的基于用戶比特協(xié)同的物理層網(wǎng)絡(luò)編 碼機(jī)制，同時(shí)獲取了調(diào)制增益與編碼增益。這些成果只是路途中的“風(fēng)景”，陳智勇最終的目標(biāo)是 在充分結(jié)

7、合雙向中繼通信特征的基礎(chǔ)上，探索非對(duì)稱傳輸下 編碼調(diào)制、無(wú)速率碼與物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的有機(jī)融合，提高頻 譜利用率和傳輸?shù)目煽啃裕瑢?duì)此，他很有信心，“我相信，我們能得到理想的結(jié)果”，他說(shuō)。突破“連接導(dǎo)向”之鎖目前，單純依靠基建投入的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容模式，已明顯 無(wú)法支撐移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在亟需突破性的 創(chuàng)新模式?！耙苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)仍然承襲著傳統(tǒng)，連接導(dǎo)向，的 通信架構(gòu)，其中信息處理（計(jì)算）與比特傳輸（通信）的功 能是相對(duì)隔離的，這就是一個(gè)突破口！ ”陳智勇說(shuō)。在有了新思路后，陳智勇便于 2016年申請(qǐng)了 “移動(dòng)3C 網(wǎng)絡(luò)容量極限與緩存機(jī)制研究”項(xiàng)目，他秉承著網(wǎng)絡(luò)通信與 計(jì)算的智能協(xié)同突破傳統(tǒng)“連

8、接導(dǎo)向”的設(shè)計(jì)理念，綜合運(yùn) 用信息中心網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)分集適配、廣播交互融合等各領(lǐng)域的 前沿理論，試圖通過(guò)挖掘移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及節(jié)點(diǎn)中豐富的通信、計(jì) 算、存儲(chǔ)等綜合資源，揭示了移動(dòng) 3C網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上提升信 息傳播效率的機(jī)理與規(guī)律，在這個(gè)研究項(xiàng)目中，陳智勇立下 了兩大目標(biāo)?！拔覍⒔⒁苿?dòng)3C網(wǎng)絡(luò)的抽象數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)與分析 內(nèi)容傳播容量的理論極限及可達(dá)性，闡明移動(dòng)計(jì)算通信三個(gè) 基本要素計(jì)算+存儲(chǔ)+通信之間的相互耦合、制約、和置 換關(guān)系，揭示獲取網(wǎng)絡(luò)容量增益的途徑與方向。”另一方面，陳智勇還打算探索移動(dòng) 3C網(wǎng)絡(luò)中的高效緩存分發(fā)機(jī)制，在 移動(dòng)3C網(wǎng)絡(luò)容量分析的理論指導(dǎo)下，進(jìn)一步研究逼近容量 極限的高效緩存分發(fā)機(jī)制，獲取內(nèi)容傳播容量極限的具體有 效途徑。產(chǎn)研結(jié)合才能滿足時(shí)代需要，這一直是陳智勇心底的 “信條”，為了推動(dòng)科技成果的轉(zhuǎn)化，破解實(shí)際難題，他作 為骨干力量積極參與了中國(guó)下一代數(shù)字廣播通信原型機(jī)的 研發(fā)工作，最后獲得的核心技術(shù)被選入GY/T268.1-2013調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播第 1部分：數(shù)字廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道 編碼和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)。他的貢獻(xiàn)不止如此，陳智勇還曾在移動(dòng)3C網(wǎng)絡(luò)方面與華為、三星和中國(guó)電信展開(kāi)過(guò)深入的合作，聯(lián)合申請(qǐng)了多項(xiàng)發(fā)明專利而作為一名教師，在教學(xué)方面，陳智勇有自己的見(jiàn)解， 他認(rèn)為培養(yǎng)好一名研究生，需要一個(gè)從全到專，再到精的過(guò) 程?！霸谶@