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计算机 人工智能 进展 Website Google Scholar

数据驱动的网络多媒体边缘内容分发

Data-driven multimedia edge network and content delivery

朱文武, 王智
中国科学: 信息科学, 2021, 51(3): 468-504
摘要 近年来,网络多媒体迅猛发展.相较于传统固定网络多媒体内容服务,兴起的移动化多媒体服务中的用户行为发生了根本变化.传统内容分发架构依靠中心化基础设施、全局流行度趋势,无法有效感知和服务移动多媒体内容.利用边缘网络架构结合数据驱动策略服务动态移动多媒体内容,提升服务质量成为一种新的选择.通过数据驱动与跨域协同的研究方法,本文深入研究移动多媒体内容服务规律、系统架构、策略设计等.本文首先探讨数据驱动的大规模移动多媒体内容分发模式挖掘与网络性能分析,揭示边缘多媒体内容分发与传统内容分发的本质区别;进一步,本文给出一般性的边缘多媒体网络与内容分发的研究方法,包括数据驱动与跨域协同的多媒体边缘网络内容分发研究框架.最后,本文给出几种代表性框架,包括基于社交媒体传播预测进行内容部署的SocialCDN,基于内容提供商智能的CPCDN,基于边缘网络设备进行移动多媒体内容分发的EdgeCDN,以及基于用户众筹资源的CrowdCDN.
关键词 多媒体网络; 大规模内容分发; 数据驱动策略; 边缘计算; 资源分配; multimedia network; large-scale content delivery; data-driven strategies; edge computing; resource allocation;

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软件技术前沿专题

面向环境非确定性的信息物理融合系统测试技术研究

Software testing for cyber-physical systems suffering uncertainty

秦逸, 许畅, 陈紫琦, 吕建
中国科学: 信息科学, 2019, 49(11): 1428-1450
摘要 信息物理融合系统(cyber-physical system, CPS)是"人–机–物"三元融合模式背景下新型软件基础设施的重要一环.为了处理不断涌现的新环境、新模式和新平台, CPS软件必须具备一定质量保障水平的可成长和可持续演化能力.然而CPS软件在与环境交互过程中所必然面对的环境非确定性给CPS软件的质量保障带来了新的挑战.本文深入分析了环境非确定性中的感知非确定性和规约非确定性分别给软件测试研究带来的挑战.为了应对这些挑战,提出了一个迭代式的研究框架,用于有效测试受环境非确定性影响的CPS软件.基于该研究框架,介绍了现有CPS软件测试技术研究进展,并重点介绍了3种考虑环境非确定性的软件测试技术,分别解决CPS软件测试中的测试输入生成、测试预言生成和环境适应性评估问题.本文基于一个自适应自控小车的CPS软件实例,初步验证了所介绍方法测试CPS软件的有效性.
关键词 信息物理融合系统; 软件测试; 环境非确定性; 测试输入生成; 测试预言生成; 环境适应性评估; cyber-physical systems; software testing; environmental uncertainty; test input generation; test oracle generation; environmental suitability evaluation;

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软件自动化前沿进展专题

编译优化序列选择研究进展

Selection of compiler-optimization sequences

高国军, 任志磊, 张静宣, 李晓晨, 江贺
中国科学: 信息科学, 2019, 49(10): 1267-1282
摘要 在过去的几十年里,编译器开发者针对各种复杂情况下的编译优化需求,设计实现了大量的编译优化选项.在实际开发中,由编译器提供的标准编译优化序列难以适应复杂场景下待编译程序的编译要求.一方面,待编译程序有不同的语义和编译目标,直接采用标准编译优化序列难以获得理想的优化效果,若采用不适当的优化序列甚至可能对程序性能等带来负面影响.另一方面,随着硬件体系结构的不断发展,编译环境日益复杂,编译优化序列亦应进行相应调整.因此,如何在错综复杂的优化选项中为待编译程序选择最佳的编译优化序列成为一个具有挑战性的科学问题.针对上述问题,研究人员展开了大量的研究,并取得了诸多成果.本文旨在归纳编译优化序列选择领域的研究文献,通过文献搜索,筛选获得符合条件的55篇论文,从多个视角(算法、研究类型、目标编译器、基准测试集等)揭示该领域的研究现状.通过文献分析可以发现,当前该领域的主流算法包括两类,即以遗传算法为代表的启发式搜索算法和以支持向量机为代表的机器学习算法.超过80%的文献的研究类型属于提出解决方案或者实证研究.在已有的研究中,实验验证时使用频次最多的编译器和基准测试集分别是GCC和miBench.本文有助于理解编译优化序列选择领域当前基本进展和发展趋势,同时为开展该领域研究工作提供了可能的方向.
关键词 编译器; 编译优化序列; 启发式搜索; 机器学习; compiler; compiler-optimization sequence; heuristic search; machine learning;

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从狼群智能到无人机集群协同决策

From wolf pack intelligence to UAV swarm cooperative decision-making

段海滨, 张岱峰, 范彦铭, 邓亦敏
中国科学: 信息科学, 2019, 49(1): 112-118
摘要 无人机协同作战是未来战场的一种重要作战模式,而环境和态势的不确定性使得无人机集群协同决策成为支撑集群协同作战亟待突破的一项关键技术.狼群具有较强的认知与协作能力,能够在复杂环境下迅速对目标进行跟踪和包围.其中所体现的信息认知与分工协作等智能行为特征,与无人机集群对抗决策需求相符.因此,研究狼群智能行为机理,并应用于无人机集群系统对抗任务,对解决无人机集群协同决策问题具有重要借鉴意义.
关键词 无人机集群; 协同决策; 狼群智能; 认知与协作; UAV swarm; cooperative decision-making; wolf pack intelligence; cognition and cooperation;

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稀疏阵列MIMO雷达参数估计研究进展

Research progress on sparse array MIMO radar parameter estimation

刘永祥, 师俊朋, 黎湘
中国科学: 信息科学, 2022, 52(8): 1560-1576
摘要 利用稀疏阵列多输入多输出(multi-input and multi-output, MIMO)雷达的虚拟孔径扩展特性开展参数估计研究具有重要的理论意义和应用前景.本文以稀疏阵列MIMO雷达设计和参数估计为导向,以提高估计精度和降低运算量为落脚点,从子空间类和压缩感知类算法的契合点出发,围绕阵列设计、波达方向估计、角度联合估计等方面,构建了系统的稀疏阵列MIMO雷达参数估计理论.最后,从阵列优化设计、混合目标参数估计、非理想因素抑制和分布式平台搭建等方面展望了稀疏阵列MIMO雷达的发展趋势.
关键词 稀疏阵列; MIMO雷达; 参数估计; 孔径扩展; 压缩感知; sparse array; MIMO radar; parameter estimation; aperture extension; compressive sensing;

通信 雷达技术与遥感图像处理 进展 Website Google Scholar

构建我国近地小行星探测雷达系统的需求与技术途径探讨

Discussion on the requirements and feasibility of constructing China’s near-Earth asteroids radar system

李海涛, 刘建军, 陈少伍, 樊敏, 严韦
中国科学: 信息科学, 2021, 51(2): 325-346
摘要 近地小行星既是人类科学探测的重要目标,也是对人类地球家园构成重要威胁的灾害之源.利用地基雷达系统进行近地小行星探测具有独特的技术优势.随着我国科技实力的不断增强,开展近地小行星雷达探测已经成为科学探测、国家安全和国际义务等领域的关注重点.本文以此为背景,探讨了我国在科学探测、国家安全和国际义务3个领域的近地小行星雷达探测需求,分析了国际上主要的行星雷达系统技术现状和后续重点技术发展方向.结合我国深空测控网和射电天文网的技术现状及未来的发展规划,对后续我国建设地基小行星探测雷达系统的主要技术途径进行探讨,并对不同技术途径的特点进行了初步分析.
关键词 近地小行星; 雷达探测需求; 行星雷达; 技术途径; near-Earth asteroids; radar detection requirements; planetary radar systems; technical approaches;

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复杂运动目标雷达成像研究进展

Progress in radar imaging for maneuvering targets

黎湘
中国科学: 信息科学, 2021, 51(2): 305-324
摘要 雷达成像是获取目标精细结构特征的重要技术途径.对于复杂运动目标,传统基于距离–多普勒(range-Doppler, RD)原理的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像性能下降:在距离维上,高速运动导致一维距离像展宽,且雷达系统硬件能力制约了大带宽实现,约束成像纵向分辨率;在多普勒维上,非合作复杂运动呈现的时变和非线性破坏成像条件,约束成像横向分辨率.本文首先分析了复杂运动对ISAR成像的影响机理,接着从距离和多普勒两个维度,对复杂运动目标ISAR成像技术进行了综述,阐述了高速运动补偿、多频段融合成像、高次相位补偿与稀疏ISAR成像等技术途径.进一步针对ISAR成像体制的局限,阐述了复杂运动目标波前调制超分辨雷达成像新途径,其中包括波前随机调制和电磁涡旋两种技术途径.最后对复杂运动目标雷达成像进行了总结与展望.
关键词 逆合成孔径雷达（ISAR）成像; 复杂运动; 高速运动补偿; 多频段融合成像; 稀疏ISAR成像; 波前随机调制; 电磁涡旋; inverse synthetic-aperture radar(ISAR) imaging; complex motion; high-velocity compensation; multiband fusion; sparse ISAR imaging; wave front random modulation; electromagnetic vortex;

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面向6G的太赫兹光纤一体融合通信系统: 架构、关键技术与验证

6G-oriented ultra-wideband fiber-THz-fiber seamless converged communication system: architecture, key techniques and verification

朱敏, 张教, 华炳昌, 雷明政, 蔡沅成, 田亮, 王东明, 许威, 张川, 黄永明, 余建军, 尤肖虎
中国科学: 信息科学, 2023, 53(1): 191-210
摘要 太赫兹通信被普遍认为是未来6G移动通信系统的核心组成部分.通过对国内外太赫兹无线通信系统中太赫兹上变频与下变频主要技术路线进行分析与对比,本文提出了一种超宽带太赫兹光纤一体融合实时系统新型架构,借助于商业成熟的数字相干光模块(digital coherent optics, DCO),解决超高容量6G太赫兹实时无线通信难题.该架构系统性融合双偏振光子上变频太赫兹产生和光电混合下变频太赫兹接收技术,解决“光纤–太赫兹–光纤”无缝融合的应用难题.考虑到光电器件带宽受限,利用超宽带太赫兹信号多维调制技术,提升频谱效率和传输容量.针对复杂时变的太赫兹光纤混合信道,提出基于深度神经网络(deep neural network, DNN)的智能非线性联合补偿技术,有效解决太赫兹光纤混合信道信噪比受限问题.基于上述架构和关键技术,完成了世界上首个360～430 GHz光子太赫兹100/200 GbE实时无线传输通信实验,创造了目前世界上太赫兹无线通信的最高实时传输纪录,通信速率较5G提升10～20倍.本文提出的技术方案可实现与高速光纤网络的无缝融合,在太赫兹与光信号之间平滑转换,且能够充分复用商用化DCO,兼容IEEE 802.3和ITU-T G.798物理层传输协议,显著降低研发技术门槛和成本,大大加速6G太赫兹技术商用化进程.本文还从大容量、长距离和集成化等方面,对太赫兹光纤一体融合通信系统的未来发展方向及关键技术进行展望.
关键词 6G; 太赫兹无线通信; 光纤通信; 一体融合; 实时通信; 6G; THz wireless communication; optical fiber communication; seamless converged architecture; real-time communication;

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基于大数据的无线通信技术

Big data-based wireless communication technologies

梁应敞, 谭俊杰, 龚晨, 张四海, 朱近康, 徐正元, 李云洲, 钟晓峰, 周世东, 张倩倩, 曹阳, 葛君刚, 杨刚
中国科学: 信息科学, 2021, 51(11): 1946-1964
摘要 随着各类丰富的移动应用普及,可以预见,未来的无线通信系统将需要满足更为苛刻的服务要求,为无线通信技术的发展带来挑战.另一方面,大数据在众多领域的应用取得了令人瞩目的成功.大数据如何赋能无线通信成为学术界和工业界关注的焦点.过去5年,我们承担了国家自然科学基金"无线通信大数据基础理论与技术研究"重点项目群,致力于研究基于大数据的无线通信技术,探索使用大数据突破无线通信发展瓶颈的新理论和新方法.我们将这类在无线通信中产生、能够服务于无线通信的大数据定义为无线大数据.本文是对项目群的研究和实践结果的总结.具体地,我们首先分析了无线大数据的来源和特征,然后构建了与之匹配的无线知识学习范式、智能无线网络框架以及跨地域、跨机构、多用途、一体化的无线大数据平台,最后提出并验证了基于大数据的无线传播环境分析、无线传输以及无线接入技术,从而为基于大数据的无线通信技术的进一步发展提供基础理论支撑和应用范式.
关键词 无线大数据; 无线通信系统; 智能网络; 资源优化; 接入控制; wireless big data; wireless communication systems; intelligent networks; resource optimization; access control;

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CMOS毫米波芯片与4096发射/4096接收超大规模集成相控阵设计实现

Design and implementation of CMOS millimeter-wave ICs and 4096 TX/4096 RX very-large-scale integrated phased-array antenna

赵涤燹, 陈智慧, 尤肖虎
中国科学: 信息科学, 2021, 51(3): 505-519
摘要 大规模相控阵是解决毫米波无线传输距离受限的核心关键技术.传统的毫米波相控阵通常基于化合物半导体芯片加以实现,该类芯片成本高昂且难以实现系统单片集成,极大地限制了传统相控阵的应用范围.本文报道了基于CMOS成熟工艺的毫米波芯片设计及收发通道数为4096 (4096发射/4096接收)的超大规模集成相控阵实现技术. CMOS体硅工艺具有集成度高、成本低廉等优势,但面临有源器件高频性能差、无源器件及互连线高频损耗大、高低温性能差异大等一系列技术瓶颈.通过引入电流复用跨导增强型低噪声放大器、基于新型版图结构的高效率功率放大器、矢量调制型数控无源移相器、基于电容补偿的超宽带衰减器、紧凑型功分器,以及高低温自适应偏置电路等技术,可以较好地解决CMOS体硅工艺所面临的上述瓶颈问题.基于65 nm CMOS体硅工艺,所实现的Ka频段CMOS相控阵芯片噪声系数为3.0 d B,发射通道效率为15%,无需校准即可实现精确幅相控制,相关测试结果表明所研制的低成本相控阵芯片具有集成度高、幅相控制精确等优势,噪声系数等关键技术指标接近砷化镓工艺.以此为基础,本文给出了基于多层混压PCB工艺的1024发射/1024接收超大规模"集成相控阵"设计技术,并将其扩展至4096发射/4096接收相控阵规模,最后给出了低成本、高集成宽带卫星移动通信终端在车载和船载条件下的示范应用结果.
关键词 毫米波; 集成电路; CMOS工艺; 接收机; 发射机; 多层混压PCB工艺; 集成相控阵; 宽带卫星通信; millimeter wave; integrated circuit; CMOS technology; receiver; transmitter; multi-layer hybrid PCB technology; phased-array antenna; broadband satellite communication;

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无线通信网络智能频谱协同与对抗

Intelligent spectrum collaboration and confrontation in wireless communication networks

王金龙, 徐煜华, 陈瑾
中国科学: 信息科学, 2020, 50(11): 1767-1778
摘要 随着物联网、无人系统和人工智能技术的飞速发展,无线通信网络的频谱使用呈现出复杂化、动态化和智能化的发展趋势,亟需解决用频行为准确认知、合法用户高效频谱协同以及与恶意用户智能频谱对抗等问题.为此,本文构建了电磁域、信号域、信息域、知识域和执行域"五域一体"的智能频谱协同与对抗体系架构,并基于博弈论和机器学习等理论方法,系统性阐述了频谱态势获取、用频行为识别与推理、多用户协同用频决策以及频谱对抗适配与演化等4个方面的关键技术.通过频谱态势认知和推理、频谱资源自主征用和释放,实现复杂电磁环境下的智能频谱协同与对抗.
关键词 人工智能; 频谱协同; 频谱对抗; 博弈论; 机器学习; artificial intelligence; spectrum collaboration; spectrum confrontation; game theory; machine learning;