《物联网中多媒体传感理论和方法》

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物联网被国家列为战略性新兴产业,传感网作为物联网的基础被《MIT科技评论》列入21世纪改变人类生活的十大科技前沿之首。长期以来传感网一直局限于标量数据获取与处理,而全面准确理解物理世界必需透彻感知多媒体信息,因此多媒体传感网是传感网的演进方向。如何针对节点感知能力异构性、能量敏感性、计算复杂性给多媒体传感网带来的挑战,实现网络优化部署、高效可靠传输、信息时效处理,是一直困扰国际学术界极具挑战的科学难题。

在国家973计划等重大重点项目持续资助下,历经10余年研究,率先提出了有向传感网概念,发现其覆盖控制基本规律,揭示了多媒体传感网融合传输与汇聚路由机理,提出了多媒体信息网内协同计算模式,主要科学发现如下:

1.有向感知:国际上首次提出了有向传感网模型,刻画了多媒体传感网的内在感知特性,发现了感知区域最优覆盖与节点分布的基本规律,揭示了多种部署情形中覆盖率与节点密度间的定量关系,系统解决了多媒体感知异构性造成的网络优化部署难题,国际同行在著名期刊Ad Hoc Networks综述文章中评价成果为“先驱性”、“领先”的方法,30多个国家和地区同行学者跟随研究。

2.融合传输:发现了融合能耗开销与传输能耗开销消长平衡的本质规律,揭示了融合收益驱动的自适应融合传输内在机理,构建了“信任-融合-容错”相结合的传输机制,为解决能量敏感性造成的多媒体高效可靠传输难题提供了基本方法,被美国科学院/工程院院士J. Rogers教授团队发表在Science论文列为“能量有效无线通信的最新进展”。

3.仿生路由:阐明了变形虫觅食寻路与传感网汇聚路由之间的相似关系,揭示了变形虫寻路优化过程的并行迭代机理,将原始变形虫生物模型的计算复杂度从网络规模的三次方降低到线性,提出了汇聚路由的分布式计算方法,为网络路径优化类问题高效求解找到新途径,IEEE会士S.Halgamuge教授团队认为“具有低复杂度和高并行性”,被推广应用到材料、交通、食品等其它领域。

4.网内计算:阐明了面向应用局部性的任务分解规律,揭示了面向任务动态性的协作节点在线选择机理,提出了面向协作层次性的计算结果逐层整合方法,创建了应用驱动的网内节点协同计算模式,为多媒体传感网时效信息处理提供了统一实现框架,相关工作被IEEE会士R. Marculescu教授团队称为“为依赖多视频传感器的整类应用问题的解决指引了方向”。

上述成果形成了多媒体传感网“感-传-算”的基本理论和方法,技术成果被企业采用并服务于“平安城市”等国家重点工程。8篇代表性论文他引884次,其中SCI他引404次;2篇入选ESI热点论文。发表论文共158篇,其中IEEE/ACM权威期刊和A类会议43篇。获发明专利10项、国际标准3项。应邀在15个重要国际会议做大会主题报告。第1完成人获国家杰青并获聘长江学者、973项目首席科学家,3人获中国计算机学会优秀博士论文奖。部分成果获2017年教育部自然科学奖一等奖、2017年中国计算机学会自然科学一等奖。

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