計(jì)算通信：超量信息無(wú)線傳輸?shù)纳疃忍剿?/h1>
2013-05-08 06:03:00王新兵,陶梅霞
中興通訊技術(shù) 2013年2期 關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸
王新兵,陶梅霞
摘要： 計(jì)算通信是融合計(jì)算和通信這兩個(gè)信息科技的新興學(xué)科。它通過(guò)信息傳遞和信息處理的深度耦合，在網(wǎng)絡(luò)中高效地傳遞函數(shù)流，突破超量信息無(wú)線傳輸?shù)摹捌款i”。計(jì)算通信基礎(chǔ)理論、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算增益析取機(jī)理、及計(jì)算通信普適性是計(jì)算通信未來(lái)的主要研究方向。
關(guān)鍵詞： 計(jì)算通信；超量信息；無(wú)線傳輸
Abstract： Computing communications is a new paradigm that combines computing and communications. Through tight integration of information transmission and processing， computing communications delivers a function flow （rather than a traditional information flow） in the network and can fundamentally solve challenges in the wireless transmission of mass information. Promising research areas in computing communications include computing communication theory， exploitation of network computing gain， and ubiquitous computing communication.
Key words： computing communications； mass information； wireless transmission
通信網(wǎng)絡(luò)深刻地改變著人們的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)方式， 成為支撐現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。大容量、異構(gòu)性、智能化代表未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。在全球化日益加深的當(dāng)今世界，信息的作用已經(jīng)不僅僅是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐，更是決定經(jīng)濟(jì)發(fā)展成敗的引擎。目前，下一代通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)已成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和制高點(diǎn)，引領(lǐng)了信息產(chǎn)業(yè)革命的第三次浪潮，將成為未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也關(guān)系到未來(lái)國(guó)家物理基礎(chǔ)設(shè)施的安全利用。挑戰(zhàn)支持大容量媒體數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，發(fā)展中國(guó)具有自主產(chǎn)權(quán)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，推動(dòng)中國(guó)在該領(lǐng)域的跨越式發(fā)展，具有十分重要的國(guó)際戰(zhàn)略意義。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)作為人們交流及獲取信息的一種高效便利的渠道，在中國(guó)向信息化社會(huì)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中起著倍增器作用。目前國(guó)際信息化總的趨勢(shì)是從固定寬帶轉(zhuǎn)向移動(dòng)寬帶。到2015年之前，全球移動(dòng)寬帶用戶數(shù)將達(dá)到38億。中國(guó)目前無(wú)線通信用戶數(shù)將達(dá)到6.5億，在軟、硬件領(lǐng)域都可望成為全球最大的產(chǎn)品供應(yīng)國(guó)。無(wú)線通信已成為中國(guó)率先實(shí)現(xiàn)高新技術(shù)崛起的支柱行業(yè)之一。然而，隨著信息向網(wǎng)絡(luò)化、泛在化、融合化的方向發(fā)展，數(shù)字媒體內(nèi)容呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。移動(dòng)通信的發(fā)展因此面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。最近的研究報(bào)告（Cisco）顯示，未來(lái)5年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)量將增長(zhǎng)66倍，其中2/3來(lái)自于無(wú)線視頻業(yè)務(wù)。因此，移動(dòng)用戶將經(jīng)常遭遇連接阻塞，下載時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，播放滯緩等不良體驗(yàn)。根據(jù)全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）的報(bào)告顯示，移動(dòng)寬帶連接速度最慢的國(guó)家是印度和中國(guó)，而韓國(guó)、澳大利亞、新西蘭、其余亞太地區(qū)和西方國(guó)家較快。作為中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要作用日益凸顯。如何全面提升移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的綜合效能將直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)、社會(huì)和諧發(fā)展。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、通信企業(yè)及科研院所將下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的技術(shù)目標(biāo)定位在100 MHz帶寬內(nèi)提供高達(dá)1 Gbit/s峰值數(shù)率。然而從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，在過(guò)去40年里，蜂窩網(wǎng)的容量增長(zhǎng)大約為平均每5年2倍。其中較大的貢獻(xiàn)來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大及頻譜的增加。近十多年里開發(fā)的移動(dòng)通信的主流技術(shù)已在3G、4G中得到較充分地應(yīng)用。在信源方面，多媒體壓縮能力的增長(zhǎng)大約為每5年2～3倍。其中正在開發(fā)的最新標(biāo)準(zhǔn) H.265只有20% 的壓縮能力來(lái)自“純算法”；絕大部分提高來(lái)自“視覺(jué)體驗(yàn)”。顯而易見(jiàn)，移動(dòng)用戶對(duì)無(wú)線多媒體跳躍式的需求增長(zhǎng)是傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法獨(dú)立滿足的。如何從根本上解決超量信息有效傳輸?shù)氖蔷W(wǎng)絡(luò)社會(huì)中信息科學(xué)目前所面臨的重大科學(xué)問(wèn)題。
1 計(jì)算通信概念的提出
世界各國(guó)高度重視數(shù)字媒體通信技術(shù)的研發(fā)、通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)制訂。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，為突破數(shù)字通信的技術(shù)瓶頸，各國(guó)紛紛推出數(shù)字媒體相關(guān)的研究計(jì)劃。由于頻譜資源日趨匱乏，開發(fā)新一代顛覆性無(wú)線通信技術(shù)，謀求移動(dòng)通信的主導(dǎo)地位，已經(jīng)成為國(guó)際信息科學(xué)技術(shù)前沿研究的匯聚點(diǎn)。
作為數(shù)字化革命的兩個(gè)方面，計(jì)算和通信在主要目標(biāo)上有所不同。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算主要側(cè)重于在消耗最少資源條件下如何通過(guò)計(jì)算迅速地、可靠地解決問(wèn)題；而無(wú)線通信則主要側(cè)重于在消耗最少資源條件下如何快速地、可靠地傳遞信息。在過(guò)去的60年間，計(jì)算與通信兩學(xué)科得到了不可思議的發(fā)展。一方面，圖靈和諾依曼利用許多晶體管搭建了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的雛形，奠定了現(xiàn)代計(jì)算體系。而今，電子數(shù)字計(jì)算機(jī)成為人類社會(huì)的基石，而且已經(jīng)演進(jìn)到多處理器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力仍將遵循摩爾定律，繼續(xù)其快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。另一方面，1948年香農(nóng)的革命性論文開始了現(xiàn)代數(shù)字通信理論的新紀(jì)元[1]。文章揭示了無(wú)線傳輸能力在根本上受到頻譜資源和能量等因素制約，其承載能力成對(duì)數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)。從物理層來(lái)挖掘無(wú)線資源，雖然可以獲取頻譜利用率及功率利用率的提升，但這種提升是有限的，除了會(huì)帶來(lái)設(shè)備復(fù)雜度及建網(wǎng)成本的增加，更有一種不可忽視的后果：能耗的巨大增長(zhǎng)。
如何突破根據(jù)傳統(tǒng)香農(nóng)信息論的現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)瓶頸束縛，取得跨越式的發(fā)展，已經(jīng)成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。信息論領(lǐng)域權(quán)威學(xué)者美國(guó)工程院院士斯坦福大學(xué)教授T. Cover曾指出：“通信是計(jì)算約束的，而計(jì)算是通信約束的”。由此可見(jiàn)，解鎖無(wú)線網(wǎng)絡(luò)潛能的關(guān)鍵正在于通信與計(jì)算的有效結(jié)合。如圖1所示，傳統(tǒng)通信的容量由香農(nóng)公式所示呈現(xiàn)log函數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)；而根據(jù)摩爾定律，計(jì)算能力卻是呈現(xiàn)指數(shù)特性增長(zhǎng)。特別是在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端擁有越來(lái)越強(qiáng)大的計(jì)算能力，而且智能終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以完成更加強(qiáng)大協(xié)同計(jì)算。將這種豐富的計(jì)算能力注入移動(dòng)通信網(wǎng)中，可以解鎖網(wǎng)絡(luò)通信能力的巨大潛能。可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)移動(dòng)通信的一個(gè)動(dòng)力源泉是強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力。
縱觀無(wú)線通信發(fā)展歷史，網(wǎng)絡(luò)通信效能的本質(zhì)提升必須建立在傳輸理念及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有根本性變革的基礎(chǔ)上。計(jì)算通信將融合計(jì)算和通信這兩個(gè)信息科技的關(guān)鍵領(lǐng)域，對(duì)摩爾定律驅(qū)動(dòng)下的“計(jì)算通信理論”這一正在崛起的學(xué)科作全面性的研究工作，以謀求超量信息無(wú)線傳輸?shù)谋举|(zhì)性突破。其核心思想是圍繞終端的信息體驗(yàn)（QoE），通過(guò)信息傳遞和信息處理的深度耦合，同時(shí)運(yùn)用計(jì)算和通信資源在網(wǎng)絡(luò)高效地傳遞函數(shù)流。如圖2所示，計(jì)算通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)效用容量由3種關(guān)鍵因素決定：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)總體量、無(wú)線傳輸能力、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力。雖然無(wú)線傳輸能力的提升已遭遇香農(nóng)瓶頸效應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)體量的擴(kuò)大也附帶著巨大的成本，但網(wǎng)絡(luò)的效用容量仍可通過(guò)豐富的計(jì)算能力取得跳躍式的增長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)的效用容量和計(jì)算能力之間存在著某種互換關(guān)系，好比物體質(zhì)量與極限速度的之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2 計(jì)算通信的潛力
計(jì)算通信作為引領(lǐng)下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的潛在突破性理論，可以追溯到30年前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。眾所周知，路由是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（比如Internet）中最基本的數(shù)據(jù)傳輸裝置。字節(jié)（比如數(shù)據(jù)包）可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)成功地從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。從這個(gè)角度看，2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)包交換就實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的通信，猶如交通道路上運(yùn)行的汽車。然而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)（移動(dòng)）節(jié)點(diǎn)具備計(jì)算能力時(shí)，該經(jīng)典的通信模型得到了突破。早在1984年，Gamal[2]第一次提出了在一個(gè)n個(gè)節(jié)點(diǎn)的完全連接雙向圖中計(jì)算恒等和奇偶函數(shù)的最小傳輸次數(shù)問(wèn)題。隨后，信息論領(lǐng)域大師，美國(guó)工程院院士MIT大學(xué)教授 Gallager在文獻(xiàn)[3]中設(shè)計(jì)了一種計(jì)算恒等和奇偶函數(shù)的協(xié)議，并指出該協(xié)議需要最多O （n logn logn ） 量級(jí)的傳輸次數(shù)，量化了計(jì)算帶來(lái)的多節(jié)點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的巨大增益。20年之后，Goyal， Kindler以及Saks[4]證明了計(jì)算恒等函數(shù)至少需要該數(shù)量級(jí)的傳輸次數(shù)，因此Gallager的協(xié)議是復(fù)雜度最優(yōu)的計(jì)算恒等函數(shù)算法。
Kumar等的工作[5-7]將計(jì)算通信理論運(yùn)用到無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)中，開啟了這個(gè)領(lǐng)域。隨后的深入研究表明，在以“效用函數(shù)”為目標(biāo)的通信系統(tǒng)中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可被視為一個(gè)面向應(yīng)用的分布式計(jì)算系統(tǒng)，其計(jì)算能力直接決定了系統(tǒng)的效用容量。2000年，Ahlswede等人在文章[8]中指出信息流跟道路上的交通是大不一樣的。他們指出，在計(jì)算通信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)數(shù)據(jù)流可以進(jìn)行代數(shù)編碼，并再把編碼后的信息傳輸?shù)较乱还?jié)點(diǎn)。最近十年，網(wǎng)絡(luò)編碼作為計(jì)算通信的一種特殊形式，迅速激起了研究的熱潮，并且逐步被人們?cè)诶碚撋献C明了基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的傳輸優(yōu)勢(shì)。最近，網(wǎng)絡(luò)編碼逐步被應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中。Microsoft、HP、Intel、Cisco、Samsung等研究機(jī)構(gòu)/公司都在實(shí)際的有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中開展網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用工作。
盡管計(jì)算通信的潛力初現(xiàn)端倪，國(guó)際上到目前為止在移動(dòng)計(jì)算通信領(lǐng)域的研究仍是相對(duì)零散的，如文獻(xiàn)[9-11]。Dougherty等的研究表明，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)還無(wú)法提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能達(dá)到的計(jì)算增益[9]。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算運(yùn)用于無(wú)線多址接入的研究也剛起步[11]。由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性及超量信息的多元性，學(xué)術(shù)界還缺乏完整的理論體系及系統(tǒng)級(jí)突破性技術(shù)，能將計(jì)算通信的潛能轉(zhuǎn)化為可觀的網(wǎng)絡(luò)增益。這對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的機(jī)遇。
3 計(jì)算通信的研究方向
針對(duì)超量信息無(wú)線傳輸?shù)娜萘科款i、虛擬化網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算通信資源的動(dòng)態(tài)多元性、及新興數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的復(fù)雜移動(dòng)性等挑戰(zhàn)問(wèn)題，計(jì)算通信的研究將涉及跨信息領(lǐng)域的交叉學(xué)科，主要研究點(diǎn)可以概括為3個(gè)方面。
3.1 計(jì)算通信基礎(chǔ)理論
在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端的計(jì)算能力都在繼續(xù)以指數(shù)性速度增長(zhǎng)，為獲取有效網(wǎng)絡(luò)容量增益提供了必要條件。建立“計(jì)算通信”的抽象數(shù)學(xué)模型，并形成普適的理論分析體系，是開啟計(jì)算通信理論潛能的關(guān)鍵。由此產(chǎn)生的共性關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題就是通過(guò)數(shù)學(xué)語(yǔ)言精準(zhǔn)地描述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，量化群體信息的傳輸有效性，并借此揭示網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力對(duì)整體效用容量的影響。計(jì)算通信基礎(chǔ)理論的研究涵蓋3個(gè)主要部分。第一，對(duì)無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)“效用容量”的數(shù)學(xué)定義及建模。在計(jì)算通信機(jī)制下優(yōu)化的最終目標(biāo)函數(shù)是群體用戶的有效體驗(yàn)即所謂的“效用容量”，只有在“效用容量”框架下研究計(jì)算與通信的融合才有真正的意義。第二，基于計(jì)算能力的“相對(duì)信息理論”。若要在有限的通信能力下提高網(wǎng)絡(luò)效用容量，就必須考慮相對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力的有效信息傳輸能力，探索計(jì)算能力與效用容量的轉(zhuǎn)換規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的效用容量進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而精確地分析各種計(jì)算參數(shù)對(duì)整體性能的影響。第三，在虛擬資源模型化的基礎(chǔ)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算將模型化的多元虛擬資源有效的分配給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，以最大化虛擬網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，達(dá)到包括效率和可靠性在內(nèi)的最佳網(wǎng)絡(luò)通信性能。
3.2 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算增益析取機(jī)理
多種并存的異構(gòu)網(wǎng)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所提供的多元化的通信和計(jì)算資源通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化的方法，在邏輯上形成統(tǒng)一個(gè)完整統(tǒng)一的虛擬重構(gòu)網(wǎng)。如何基于虛擬化的通信資源和網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算資源，利用虛擬重構(gòu)網(wǎng)的多元協(xié)同計(jì)算通信理論與機(jī)制，以有效獲取網(wǎng)絡(luò)通信中的最大計(jì)算增益，是計(jì)算通信涵蓋的第二大研究點(diǎn)。這就要求首先對(duì)這些虛擬通信資源建立適當(dāng)?shù)拿枋瞿Ｐ?，該模型?yīng)該能用統(tǒng)一的方法刻畫不同性質(zhì)的虛擬通信資源，并為多元虛擬資源的協(xié)同分配提供基礎(chǔ)。其次，協(xié)同通信機(jī)制能夠?qū)⑺璧挠?jì)算任務(wù)進(jìn)行有效的分割，盡可能減少每個(gè)子計(jì)算任務(wù)之間的耦合，通過(guò)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的分布式并行計(jì)算來(lái)獲得協(xié)同通信機(jī)制要求的虛擬資源分配方案?？梢?jiàn)，協(xié)同通信機(jī)制設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算是相互耦合、相互制約、相互促進(jìn)的整體。因此，這兩個(gè)部分的聯(lián)合設(shè)計(jì)和聯(lián)合優(yōu)化將成為本研究點(diǎn)的關(guān)鍵。
3.3 計(jì)算通信普適性
適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算通信理論必須具備可擴(kuò)展性、可實(shí)現(xiàn)性、及可適用性。因此，需要研究如何充分發(fā)揮多元計(jì)算能力，建立可擴(kuò)展的異構(gòu)計(jì)算方法，以及研究可實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜業(yè)務(wù)的適配機(jī)制。具體來(lái)說(shuō)，就是研究大型泛在網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)之間，節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)之間，以及節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同計(jì)算、通信、及分享機(jī)制，將超量信息高效地傳遞到眾多動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)，從而保證用戶體驗(yàn)到優(yōu)質(zhì)的移動(dòng)服務(wù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力本質(zhì)的提升必須建立在傳輸理念及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有根本性變革的基礎(chǔ)上。雖然現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的提升已遭遇香農(nóng)瓶頸效應(yīng)，但網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力卻仍呈現(xiàn)指數(shù)特性增長(zhǎng)。“計(jì)算通信理論”是有著巨大潛力的新興學(xué)科，將融合“計(jì)算”和“通信”這兩個(gè)信息科技的關(guān)鍵領(lǐng)域，運(yùn)用豐富多元的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)“計(jì)算資源”來(lái)解鎖無(wú)線傳輸現(xiàn)階段的瓶頸，釋放巨大潛能，以獲取無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有效容量的跳躍性提升。計(jì)算通信的研究應(yīng)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中信息科學(xué)面臨的重大科學(xué)問(wèn)題，研究體現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性、適應(yīng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)多元性及超量信息復(fù)雜性的突破性理論論架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)，是未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向之一。
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作者簡(jiǎn)介
王新兵，上海交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、電子工程系副主任；主要研究移動(dòng)多播、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配；擔(dān)任《IEEE TMC》等國(guó)際期刊編委；獲IEEE通信學(xué)會(huì)亞太區(qū)杰出青年研究者獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)；近五年發(fā)表20余篇文章，申請(qǐng)發(fā)明專利27項(xiàng)。
陶梅霞，上海交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、無(wú)線通信技術(shù)研究所副所長(zhǎng)；主要研究方向?yàn)槲锢韺泳W(wǎng)絡(luò)編碼、無(wú)線資源分配、MIMO技術(shù)等；擔(dān)任《IEEE TCOM》等國(guó)際期刊編委；獲IEEE通信學(xué)會(huì)亞太區(qū)杰出青年研究者獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)；在IEEE重要期刊上發(fā)表論文40余篇，持美國(guó)專利2項(xiàng)。
劉輝，上海交通大學(xué)致遠(yuǎn)講席教授、IEEE院士、 國(guó)家“千人計(jì)劃”成員、電子信息與電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)；主要研究方向是寬帶移動(dòng)通信、無(wú)線接入、移動(dòng)多媒體廣播；獲中國(guó)國(guó)家專利金獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng) ；出版2部英文專著， 發(fā)表45篇論文，并擁有67項(xiàng)中外專利。
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王新兵,陶梅霞
摘要： 計(jì)算通信是融合計(jì)算和通信這兩個(gè)信息科技的新興學(xué)科。它通過(guò)信息傳遞和信息處理的深度耦合，在網(wǎng)絡(luò)中高效地傳遞函數(shù)流，突破超量信息無(wú)線傳輸?shù)摹捌款i”。計(jì)算通信基礎(chǔ)理論、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算增益析取機(jī)理、及計(jì)算通信普適性是計(jì)算通信未來(lái)的主要研究方向。
關(guān)鍵詞： 計(jì)算通信；超量信息；無(wú)線傳輸
Abstract： Computing communications is a new paradigm that combines computing and communications. Through tight integration of information transmission and processing， computing communications delivers a function flow （rather than a traditional information flow） in the network and can fundamentally solve challenges in the wireless transmission of mass information. Promising research areas in computing communications include computing communication theory， exploitation of network computing gain， and ubiquitous computing communication.
Key words： computing communications； mass information； wireless transmission
通信網(wǎng)絡(luò)深刻地改變著人們的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)方式， 成為支撐現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。大容量、異構(gòu)性、智能化代表未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。在全球化日益加深的當(dāng)今世界，信息的作用已經(jīng)不僅僅是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐，更是決定經(jīng)濟(jì)發(fā)展成敗的引擎。目前，下一代通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)已成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和制高點(diǎn)，引領(lǐng)了信息產(chǎn)業(yè)革命的第三次浪潮，將成為未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也關(guān)系到未來(lái)國(guó)家物理基礎(chǔ)設(shè)施的安全利用。挑戰(zhàn)支持大容量媒體數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，發(fā)展中國(guó)具有自主產(chǎn)權(quán)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，推動(dòng)中國(guó)在該領(lǐng)域的跨越式發(fā)展，具有十分重要的國(guó)際戰(zhàn)略意義。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)作為人們交流及獲取信息的一種高效便利的渠道，在中國(guó)向信息化社會(huì)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中起著倍增器作用。目前國(guó)際信息化總的趨勢(shì)是從固定寬帶轉(zhuǎn)向移動(dòng)寬帶。到2015年之前，全球移動(dòng)寬帶用戶數(shù)將達(dá)到38億。中國(guó)目前無(wú)線通信用戶數(shù)將達(dá)到6.5億，在軟、硬件領(lǐng)域都可望成為全球最大的產(chǎn)品供應(yīng)國(guó)。無(wú)線通信已成為中國(guó)率先實(shí)現(xiàn)高新技術(shù)崛起的支柱行業(yè)之一。然而，隨著信息向網(wǎng)絡(luò)化、泛在化、融合化的方向發(fā)展，數(shù)字媒體內(nèi)容呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。移動(dòng)通信的發(fā)展因此面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。最近的研究報(bào)告（Cisco）顯示，未來(lái)5年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)量將增長(zhǎng)66倍，其中2/3來(lái)自于無(wú)線視頻業(yè)務(wù)。因此，移動(dòng)用戶將經(jīng)常遭遇連接阻塞，下載時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，播放滯緩等不良體驗(yàn)。根據(jù)全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）的報(bào)告顯示，移動(dòng)寬帶連接速度最慢的國(guó)家是印度和中國(guó)，而韓國(guó)、澳大利亞、新西蘭、其余亞太地區(qū)和西方國(guó)家較快。作為中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要作用日益凸顯。如何全面提升移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的綜合效能將直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)、社會(huì)和諧發(fā)展。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、通信企業(yè)及科研院所將下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的技術(shù)目標(biāo)定位在100 MHz帶寬內(nèi)提供高達(dá)1 Gbit/s峰值數(shù)率。然而從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，在過(guò)去40年里，蜂窩網(wǎng)的容量增長(zhǎng)大約為平均每5年2倍。其中較大的貢獻(xiàn)來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大及頻譜的增加。近十多年里開發(fā)的移動(dòng)通信的主流技術(shù)已在3G、4G中得到較充分地應(yīng)用。在信源方面，多媒體壓縮能力的增長(zhǎng)大約為每5年2～3倍。其中正在開發(fā)的最新標(biāo)準(zhǔn) H.265只有20% 的壓縮能力來(lái)自“純算法”；絕大部分提高來(lái)自“視覺(jué)體驗(yàn)”。顯而易見(jiàn)，移動(dòng)用戶對(duì)無(wú)線多媒體跳躍式的需求增長(zhǎng)是傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法獨(dú)立滿足的。如何從根本上解決超量信息有效傳輸?shù)氖蔷W(wǎng)絡(luò)社會(huì)中信息科學(xué)目前所面臨的重大科學(xué)問(wèn)題。
1 計(jì)算通信概念的提出
世界各國(guó)高度重視數(shù)字媒體通信技術(shù)的研發(fā)、通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)制訂。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，為突破數(shù)字通信的技術(shù)瓶頸，各國(guó)紛紛推出數(shù)字媒體相關(guān)的研究計(jì)劃。由于頻譜資源日趨匱乏，開發(fā)新一代顛覆性無(wú)線通信技術(shù)，謀求移動(dòng)通信的主導(dǎo)地位，已經(jīng)成為國(guó)際信息科學(xué)技術(shù)前沿研究的匯聚點(diǎn)。
作為數(shù)字化革命的兩個(gè)方面，計(jì)算和通信在主要目標(biāo)上有所不同。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算主要側(cè)重于在消耗最少資源條件下如何通過(guò)計(jì)算迅速地、可靠地解決問(wèn)題；而無(wú)線通信則主要側(cè)重于在消耗最少資源條件下如何快速地、可靠地傳遞信息。在過(guò)去的60年間，計(jì)算與通信兩學(xué)科得到了不可思議的發(fā)展。一方面，圖靈和諾依曼利用許多晶體管搭建了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的雛形，奠定了現(xiàn)代計(jì)算體系。而今，電子數(shù)字計(jì)算機(jī)成為人類社會(huì)的基石，而且已經(jīng)演進(jìn)到多處理器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力仍將遵循摩爾定律，繼續(xù)其快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。另一方面，1948年香農(nóng)的革命性論文開始了現(xiàn)代數(shù)字通信理論的新紀(jì)元[1]。文章揭示了無(wú)線傳輸能力在根本上受到頻譜資源和能量等因素制約，其承載能力成對(duì)數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)。從物理層來(lái)挖掘無(wú)線資源，雖然可以獲取頻譜利用率及功率利用率的提升，但這種提升是有限的，除了會(huì)帶來(lái)設(shè)備復(fù)雜度及建網(wǎng)成本的增加，更有一種不可忽視的后果：能耗的巨大增長(zhǎng)。
如何突破根據(jù)傳統(tǒng)香農(nóng)信息論的現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)瓶頸束縛，取得跨越式的發(fā)展，已經(jīng)成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。信息論領(lǐng)域權(quán)威學(xué)者美國(guó)工程院院士斯坦福大學(xué)教授T. Cover曾指出：“通信是計(jì)算約束的，而計(jì)算是通信約束的”。由此可見(jiàn)，解鎖無(wú)線網(wǎng)絡(luò)潛能的關(guān)鍵正在于通信與計(jì)算的有效結(jié)合。如圖1所示，傳統(tǒng)通信的容量由香農(nóng)公式所示呈現(xiàn)log函數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)；而根據(jù)摩爾定律，計(jì)算能力卻是呈現(xiàn)指數(shù)特性增長(zhǎng)。特別是在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端擁有越來(lái)越強(qiáng)大的計(jì)算能力，而且智能終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以完成更加強(qiáng)大協(xié)同計(jì)算。將這種豐富的計(jì)算能力注入移動(dòng)通信網(wǎng)中，可以解鎖網(wǎng)絡(luò)通信能力的巨大潛能。可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)移動(dòng)通信的一個(gè)動(dòng)力源泉是強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力。
縱觀無(wú)線通信發(fā)展歷史，網(wǎng)絡(luò)通信效能的本質(zhì)提升必須建立在傳輸理念及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有根本性變革的基礎(chǔ)上。計(jì)算通信將融合計(jì)算和通信這兩個(gè)信息科技的關(guān)鍵領(lǐng)域，對(duì)摩爾定律驅(qū)動(dòng)下的“計(jì)算通信理論”這一正在崛起的學(xué)科作全面性的研究工作，以謀求超量信息無(wú)線傳輸?shù)谋举|(zhì)性突破。其核心思想是圍繞終端的信息體驗(yàn)（QoE），通過(guò)信息傳遞和信息處理的深度耦合，同時(shí)運(yùn)用計(jì)算和通信資源在網(wǎng)絡(luò)高效地傳遞函數(shù)流。如圖2所示，計(jì)算通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)效用容量由3種關(guān)鍵因素決定：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)總體量、無(wú)線傳輸能力、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力。雖然無(wú)線傳輸能力的提升已遭遇香農(nóng)瓶頸效應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)體量的擴(kuò)大也附帶著巨大的成本，但網(wǎng)絡(luò)的效用容量仍可通過(guò)豐富的計(jì)算能力取得跳躍式的增長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)的效用容量和計(jì)算能力之間存在著某種互換關(guān)系，好比物體質(zhì)量與極限速度的之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2 計(jì)算通信的潛力
計(jì)算通信作為引領(lǐng)下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的潛在突破性理論，可以追溯到30年前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。眾所周知，路由是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（比如Internet）中最基本的數(shù)據(jù)傳輸裝置。字節(jié)（比如數(shù)據(jù)包）可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)成功地從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。從這個(gè)角度看，2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)包交換就實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的通信，猶如交通道路上運(yùn)行的汽車。然而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)（移動(dòng)）節(jié)點(diǎn)具備計(jì)算能力時(shí)，該經(jīng)典的通信模型得到了突破。早在1984年，Gamal[2]第一次提出了在一個(gè)n個(gè)節(jié)點(diǎn)的完全連接雙向圖中計(jì)算恒等和奇偶函數(shù)的最小傳輸次數(shù)問(wèn)題。隨后，信息論領(lǐng)域大師，美國(guó)工程院院士MIT大學(xué)教授 Gallager在文獻(xiàn)[3]中設(shè)計(jì)了一種計(jì)算恒等和奇偶函數(shù)的協(xié)議，并指出該協(xié)議需要最多O （n logn logn ） 量級(jí)的傳輸次數(shù)，量化了計(jì)算帶來(lái)的多節(jié)點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的巨大增益。20年之后，Goyal， Kindler以及Saks[4]證明了計(jì)算恒等函數(shù)至少需要該數(shù)量級(jí)的傳輸次數(shù)，因此Gallager的協(xié)議是復(fù)雜度最優(yōu)的計(jì)算恒等函數(shù)算法。
Kumar等的工作[5-7]將計(jì)算通信理論運(yùn)用到無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)中，開啟了這個(gè)領(lǐng)域。隨后的深入研究表明，在以“效用函數(shù)”為目標(biāo)的通信系統(tǒng)中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可被視為一個(gè)面向應(yīng)用的分布式計(jì)算系統(tǒng)，其計(jì)算能力直接決定了系統(tǒng)的效用容量。2000年，Ahlswede等人在文章[8]中指出信息流跟道路上的交通是大不一樣的。他們指出，在計(jì)算通信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)數(shù)據(jù)流可以進(jìn)行代數(shù)編碼，并再把編碼后的信息傳輸?shù)较乱还?jié)點(diǎn)。最近十年，網(wǎng)絡(luò)編碼作為計(jì)算通信的一種特殊形式，迅速激起了研究的熱潮，并且逐步被人們?cè)诶碚撋献C明了基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的傳輸優(yōu)勢(shì)。最近，網(wǎng)絡(luò)編碼逐步被應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中。Microsoft、HP、Intel、Cisco、Samsung等研究機(jī)構(gòu)/公司都在實(shí)際的有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中開展網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用工作。
盡管計(jì)算通信的潛力初現(xiàn)端倪，國(guó)際上到目前為止在移動(dòng)計(jì)算通信領(lǐng)域的研究仍是相對(duì)零散的，如文獻(xiàn)[9-11]。Dougherty等的研究表明，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)還無(wú)法提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能達(dá)到的計(jì)算增益[9]。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算運(yùn)用于無(wú)線多址接入的研究也剛起步[11]。由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性及超量信息的多元性，學(xué)術(shù)界還缺乏完整的理論體系及系統(tǒng)級(jí)突破性技術(shù)，能將計(jì)算通信的潛能轉(zhuǎn)化為可觀的網(wǎng)絡(luò)增益。這對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的機(jī)遇。
3 計(jì)算通信的研究方向
針對(duì)超量信息無(wú)線傳輸?shù)娜萘科款i、虛擬化網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算通信資源的動(dòng)態(tài)多元性、及新興數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的復(fù)雜移動(dòng)性等挑戰(zhàn)問(wèn)題，計(jì)算通信的研究將涉及跨信息領(lǐng)域的交叉學(xué)科，主要研究點(diǎn)可以概括為3個(gè)方面。
3.1 計(jì)算通信基礎(chǔ)理論
在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端的計(jì)算能力都在繼續(xù)以指數(shù)性速度增長(zhǎng)，為獲取有效網(wǎng)絡(luò)容量增益提供了必要條件。建立“計(jì)算通信”的抽象數(shù)學(xué)模型，并形成普適的理論分析體系，是開啟計(jì)算通信理論潛能的關(guān)鍵。由此產(chǎn)生的共性關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題就是通過(guò)數(shù)學(xué)語(yǔ)言精準(zhǔn)地描述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，量化群體信息的傳輸有效性，并借此揭示網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力對(duì)整體效用容量的影響。計(jì)算通信基礎(chǔ)理論的研究涵蓋3個(gè)主要部分。第一，對(duì)無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)“效用容量”的數(shù)學(xué)定義及建模。在計(jì)算通信機(jī)制下優(yōu)化的最終目標(biāo)函數(shù)是群體用戶的有效體驗(yàn)即所謂的“效用容量”，只有在“效用容量”框架下研究計(jì)算與通信的融合才有真正的意義。第二，基于計(jì)算能力的“相對(duì)信息理論”。若要在有限的通信能力下提高網(wǎng)絡(luò)效用容量，就必須考慮相對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力的有效信息傳輸能力，探索計(jì)算能力與效用容量的轉(zhuǎn)換規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的效用容量進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而精確地分析各種計(jì)算參數(shù)對(duì)整體性能的影響。第三，在虛擬資源模型化的基礎(chǔ)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算將模型化的多元虛擬資源有效的分配給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，以最大化虛擬網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，達(dá)到包括效率和可靠性在內(nèi)的最佳網(wǎng)絡(luò)通信性能。
3.2 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算增益析取機(jī)理
多種并存的異構(gòu)網(wǎng)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所提供的多元化的通信和計(jì)算資源通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化的方法，在邏輯上形成統(tǒng)一個(gè)完整統(tǒng)一的虛擬重構(gòu)網(wǎng)。如何基于虛擬化的通信資源和網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算資源，利用虛擬重構(gòu)網(wǎng)的多元協(xié)同計(jì)算通信理論與機(jī)制，以有效獲取網(wǎng)絡(luò)通信中的最大計(jì)算增益，是計(jì)算通信涵蓋的第二大研究點(diǎn)。這就要求首先對(duì)這些虛擬通信資源建立適當(dāng)?shù)拿枋瞿Ｐ?，該模型?yīng)該能用統(tǒng)一的方法刻畫不同性質(zhì)的虛擬通信資源，并為多元虛擬資源的協(xié)同分配提供基礎(chǔ)。其次，協(xié)同通信機(jī)制能夠?qū)⑺璧挠?jì)算任務(wù)進(jìn)行有效的分割，盡可能減少每個(gè)子計(jì)算任務(wù)之間的耦合，通過(guò)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的分布式并行計(jì)算來(lái)獲得協(xié)同通信機(jī)制要求的虛擬資源分配方案?？梢?jiàn)，協(xié)同通信機(jī)制設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算是相互耦合、相互制約、相互促進(jìn)的整體。因此，這兩個(gè)部分的聯(lián)合設(shè)計(jì)和聯(lián)合優(yōu)化將成為本研究點(diǎn)的關(guān)鍵。
3.3 計(jì)算通信普適性
適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算通信理論必須具備可擴(kuò)展性、可實(shí)現(xiàn)性、及可適用性。因此，需要研究如何充分發(fā)揮多元計(jì)算能力，建立可擴(kuò)展的異構(gòu)計(jì)算方法，以及研究可實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜業(yè)務(wù)的適配機(jī)制。具體來(lái)說(shuō)，就是研究大型泛在網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)之間，節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)之間，以及節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同計(jì)算、通信、及分享機(jī)制，將超量信息高效地傳遞到眾多動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)，從而保證用戶體驗(yàn)到優(yōu)質(zhì)的移動(dòng)服務(wù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力本質(zhì)的提升必須建立在傳輸理念及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有根本性變革的基礎(chǔ)上。雖然現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的提升已遭遇香農(nóng)瓶頸效應(yīng)，但網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力卻仍呈現(xiàn)指數(shù)特性增長(zhǎng)。“計(jì)算通信理論”是有著巨大潛力的新興學(xué)科，將融合“計(jì)算”和“通信”這兩個(gè)信息科技的關(guān)鍵領(lǐng)域，運(yùn)用豐富多元的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)“計(jì)算資源”來(lái)解鎖無(wú)線傳輸現(xiàn)階段的瓶頸，釋放巨大潛能，以獲取無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有效容量的跳躍性提升。計(jì)算通信的研究應(yīng)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中信息科學(xué)面臨的重大科學(xué)問(wèn)題，研究體現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性、適應(yīng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)多元性及超量信息復(fù)雜性的突破性理論論架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)，是未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向之一。
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作者簡(jiǎn)介
王新兵，上海交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、電子工程系副主任；主要研究移動(dòng)多播、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配；擔(dān)任《IEEE TMC》等國(guó)際期刊編委；獲IEEE通信學(xué)會(huì)亞太區(qū)杰出青年研究者獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)；近五年發(fā)表20余篇文章，申請(qǐng)發(fā)明專利27項(xiàng)。
陶梅霞，上海交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、無(wú)線通信技術(shù)研究所副所長(zhǎng)；主要研究方向?yàn)槲锢韺泳W(wǎng)絡(luò)編碼、無(wú)線資源分配、MIMO技術(shù)等；擔(dān)任《IEEE TCOM》等國(guó)際期刊編委；獲IEEE通信學(xué)會(huì)亞太區(qū)杰出青年研究者獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)；在IEEE重要期刊上發(fā)表論文40余篇，持美國(guó)專利2項(xiàng)。
劉輝，上海交通大學(xué)致遠(yuǎn)講席教授、IEEE院士、 國(guó)家“千人計(jì)劃”成員、電子信息與電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)；主要研究方向是寬帶移動(dòng)通信、無(wú)線接入、移動(dòng)多媒體廣播；獲中國(guó)國(guó)家專利金獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng) ；出版2部英文專著， 發(fā)表45篇論文，并擁有67項(xiàng)中外專利。
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