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【菁英人才】刘家佳教授:专注移动自组织网络
时间:2015-07-08 15:52:45来源:人事处/人才办点击:

编者按:“华山学者计划”是学校四届八次教代会提出的实现内涵式发展的四大战略计划之一,也是五届一次教代会确立的深化人事制度改革的主要抓手,由人事处/人才办牵头实施,旨在系统构建具有竞争优势的校内人才体系,形成以积极参与国家人才竞争为导向的激励机制。通过育引并举,促进高层次创新人才集聚效应的出现。该计划由“菁英人才”、“引智人才”和“领军人才”三个子计划组成。为展现入选者风采,学校将陆续对各子计划入选者进行采访和系列报道,以期起到引领示范作用。

【“华山学者计划”之菁英人才】

刘家佳教授:专注移动自组织网络

■ 记者 秦明 付一枫

“希望你志存高远,回国干一番事情”,面对母校的深情召唤,刘家佳在2013年时毅然选择回国工作。

实际上,在做出这个决定之前,刘家佳几乎获得日本应用信息学方面的所有奖项,并在日本东北大学获得了正式教职。更重要的是,他关于移动自组织网络的研究成果,已经逐渐得到全世界同行的关注和认可,发表SCI论文13篇,被引用近300次,被认为是“移动自组织网络特性解析技术发展的理论基础”。

对于1984年的刘家佳,如果说16岁上大学、20岁参加工作、28岁评上教授的经历,能让他与同龄人相比显得与众不同,那么工作2年后把挣来的钱大部分交了违约金重回校园读研,以及在拿到博士学位后放弃国外大学正式教职回国的决定,就让他更值得人敬佩和尊重。


刘家佳教授(特约摄影师 张曦/摄)

本期菁英人才,让我们一起了解31岁的综合业务网理论与关键技术国家重点实验室固定研究人员、网络与信息安全学院教授、博士生导师刘家佳,以及他的研究工作——专注于移动自组织网络的理论研究和推广应用。

选择移动自组织网络作为研究方向

目前无线通信网络,主要分两类:一种是以基站为通信网络核心的集中控制式网络,如手机通信使用的2G和3G系统;另一种就是无基础设施的分布式网络,即无线自组织网络。“如果其中的节点可以自由移动,那么这种无线自组织网络,就是移动自组织网络。”

刘家佳介绍说,移动自组织网络(Mobile Ad-Hoc Network,以下简称MANET)并不是一个全新的概念,对它的研究和应用以各种不同形式已存在了20余年,这一技术的初衷就是出于战场军事通信的需要。“打仗时,你不可能指望着基站提供通信支持。”

MANET是由一组带有无线收发信装置、逻辑上对等的移动节点组成的一类无线移动通信网络,它不依赖于预设的基础设施,通过传输范围有限的移动节点间的相互协作和自我组织保持网络连接和实现数据的传递,是无中心、自组织、多跳的移动无线网络,刘家佳进一步指出。这种“移动+无线+自组织”的连接方式具有低成本、易组网、高灵活性和强抗摧毁性的特点,是未来网络发展的方向。在移动自组织网络之中,每个设备都兼具信息发出者、信息接收者或路由器的作用,通过分布式协同合作,提供必要的网络通信功能。

从2008年通过西安电子科技大学推荐,被日本文部省录取为国费生,2009年10月开始在日北东北大学应用信息科学专业攻读博士学位开始,刘家佳就选择了移动自组织网络作为研究方向。

刻画两跳行为增进移动自组织网络安全

“前面说了一系列移动自组织网络的优点,实际上这个领域存在许多技术难点需要突破。”刘家佳说。

“除了网络拓扑结构随时处于变化之中,不同节点参与通信时间不同,容易受到可用带宽限制、信号衰减、噪音和信道间干扰,以及组建大规模网络需要克服路由、移动管理、资源调度、吞吐量、时延等一系列问题外,挡在移动自组织网络广泛使用前的拦路虎,恐怕就是安全性不强的问题了。”

刘家佳进一步介绍,节点之间的无线通信,使得移动自组织网络更易受到窃听、假冒、篡改、重放和拒绝服务等攻击,开放的广播信道环境,也使得网络中的节点不可避免地受到各种直接或间接攻击,尤其是当节点工作于对抗环境中时,移动节点可能漫游到敌方区域而被俘获,节点内的密钥、报文等信息存在被破获的危险。

“把移动自组织网络的研究对象,限定和简化到最多两跳范围内去考虑,这就是近年来我开展的主要工作。”刘家佳说,“所谓两跳,即信息从发出者到接收者只经过两步、3个设备。即便只是两跳,其中的问题依旧十分复杂,但解决了这些问题,今后便可以向范围更大、信息传输更为复杂的多跳传输扩展。”

刘家佳对移动自组织网络在多种协同通信场景下的两跳行为进行了深入思考,这一成果获得2012年度丹羽保次郎记念论文奖。授奖方这样描述他的工作:申请人针对移动自组织网络基本原型两跳中继网络,构建理论解析模型,推导求解其通信时延和通信容量,是移动自组织网络特性解析技术发展的理论基础。

而日本电气通信研究所东北大学学生奖是这样肯定刘家佳的研究工作的:该理论模型适用于多种不同的协同通信方式,使得评价和解析吞吐量和时延等随时间变化范围很大的通信性能成为可能。

此外,刘家佳还对数据包传输过程进行了建模及优化,并用三维马尔科夫链理论描述了数据包,在有限生命期下的时空域随机传输过程,被指为近10年来所有两跳中继传输研究提供了统一的最通用的理论解析模型。

未来通信网络的重要组成部分

据刘家佳介绍,美国陆军近期开发出了一种新的无线电通信方式,不需要卫星,而只利用车载方式、视距通信波形的高带宽网络无线电,就可以将营级和旅级司令部直接与士兵联系起来,提供地面层面的通信连接,这是移动自组织网络在军事领域进入实战的前兆。

“实际上,移动自组织网络的应用远远不止于此,它还可以扩展到紧急和临时通信、传感器网络、移动会议、个人体域网等方面。”刘家佳介绍说。比如为了防止老人、小孩走失,可以设计制造这样一种可穿戴设备,类似挂链、手环等。当两人分别佩戴后,设备可不通过基站,而在某个移动自组织网络中,以一定时间频率进行测距,当距离超过某个值便会发出提示声。这样的设备,可以为带小孩或照顾年迈老人的人,提供极大的帮助。

2013年,刘家佳回到母校西安电子科技大学以后,组建成立了网络科学技术研究所并担任所长。当前,他正带领着一支由4名副教授、3名讲师,以及一批硕士、博士研究生组成的团队,在原有的研究基础上,继续推动移动自组织网络在生活中的实际应用。

将手机与手机组成的移动自组织网络,与传统的蜂窝网络结合起来,实现D2D(Device–to-Device),即设备到设备之间的通信,也即含有基站通信和传统自组织通信的混合无线网络通信,这就是刘家佳带领的研究团队当前的研究重心。“在这个研究领域,我们应该是比较活跃的一个研究团队。”

谈到混合的移动自组织网络未来应用时,刘家佳举例说:每到过年时,许多人都互相发短信打电话拜年。在人群较为密集的地区,就会出现信息过载,超过基站处理能力的问题。但此时在某些较少人居住的社区,基站并不繁忙。这时候,繁忙地区周边的某个设备便可充当路由器,让密集地区的手机利用这个临时组建移动自组织网络,建立与空闲基站的联系,借此恢复正常通信。

“作为一种通用且极具前途的移动无线技术,随着人们对移动自组织网络研究的不断深入,这一网络形式必然会在未来的通信领域发挥重要作用,促进人类社会的信息化进程。”刘家佳微笑着说。

【人物简介】

刘家佳,湖北荆州人,1984年8月生,网络与信息安全学院教授,博士生导师。2004年本科毕业于哈尔滨工业大学,2009年硕士毕业于西安电子科技大学计算机学院,同年被推荐到日本东北大学攻读博士学位,2012年9月在日本东北大学获得博士学位。2012年4月至2013年11月,任日本学术振兴会JSPS特别研究员。刘家佳先后于2012年获丹羽保次郎记念论文奖,2013年获日本东北大学校长奖,2012年和2014年两次获IEEE无线通信与网络会议最佳论文奖。2009年至今,他一直专注于移动自组织网络基本性能解析优化,在国际期刊和会议发表论文近50篇(34篇第一作者),其中JCR I区论文3篇,II区论文9篇,CCF A类会议4篇,论文被引用272次(其中SCI他引85次)。2014年,刘家佳获得了国家自然基金委面上项目资助,当选为中国计算机学会传感器专委会委员,并入选西安电子科技大学首届华山学者菁英人才。

【“华山学者”菁英人才计划介绍】

“华山学者”菁英人才计划,旨在着力选拔和引进学术基础深厚、具有发展潜质的优秀青年人才,该计划面向校内外35岁以下具有博士学位和副高职称的青年人才(海外博士不受职称限制),通过单位或专家推荐,经材料审核与公示、同行专家通讯评审及会议答辩评议、结果公示、学校审批等环节确定人选。在一个聘期(3年)内,向入选者提供现岗位待遇之外的专项人才津贴4000-5000元不等;按此计划引进的人才安家费和科研启动经费在同等人员标准基础上增加1至3倍。入选者同时参与所在单位业绩二次分配政策。通过提供较有优势的待遇,发现和引进有较大发展潜力的青年才俊,使他们扎根西电,心安劲足,潜心学术,不断增强我校高层次后备人才竞争力。

【往期链接】

宫丰奎教授:无线多媒体传输领域的新秀
  王忠良教授:致力癌症早期诊断和精准医疗
  周 峰教授:在雷达成像中“左右手互博”

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【菁英人才】刘家佳教授:专注移动自组织网络
发布时间:2015-07-08 15:52:45来源:人事处/人才办点击:我要评论: 0

编者按:“华山学者计划”是学校四届八次教代会提出的实现内涵式发展的四大战略计划之一,也是五届一次教代会确立的深化人事制度改革的主要抓手,由人事处/人才办牵头实施,旨在系统构建具有竞争优势的校内人才体系,形成以积极参与国家人才竞争为导向的激励机制。通过育引并举,促进高层次创新人才集聚效应的出现。该计划由“菁英人才”、“引智人才”和“领军人才”三个子计划组成。为展现入选者风采,学校将陆续对各子计划入选者进行采访和系列报道,以期起到引领示范作用。

【“华山学者计划”之菁英人才】

刘家佳教授:专注移动自组织网络

■ 记者 秦明 付一枫

“希望你志存高远,回国干一番事情”,面对母校的深情召唤,刘家佳在2013年时毅然选择回国工作。

实际上,在做出这个决定之前,刘家佳几乎获得日本应用信息学方面的所有奖项,并在日本东北大学获得了正式教职。更重要的是,他关于移动自组织网络的研究成果,已经逐渐得到全世界同行的关注和认可,发表SCI论文13篇,被引用近300次,被认为是“移动自组织网络特性解析技术发展的理论基础”。

对于1984年的刘家佳,如果说16岁上大学、20岁参加工作、28岁评上教授的经历,能让他与同龄人相比显得与众不同,那么工作2年后把挣来的钱大部分交了违约金重回校园读研,以及在拿到博士学位后放弃国外大学正式教职回国的决定,就让他更值得人敬佩和尊重。


刘家佳教授(特约摄影师 张曦/摄)

本期菁英人才,让我们一起了解31岁的综合业务网理论与关键技术国家重点实验室固定研究人员、网络与信息安全学院教授、博士生导师刘家佳,以及他的研究工作——专注于移动自组织网络的理论研究和推广应用。

选择移动自组织网络作为研究方向

目前无线通信网络,主要分两类:一种是以基站为通信网络核心的集中控制式网络,如手机通信使用的2G和3G系统;另一种就是无基础设施的分布式网络,即无线自组织网络。“如果其中的节点可以自由移动,那么这种无线自组织网络,就是移动自组织网络。”

刘家佳介绍说,移动自组织网络(Mobile Ad-Hoc Network,以下简称MANET)并不是一个全新的概念,对它的研究和应用以各种不同形式已存在了20余年,这一技术的初衷就是出于战场军事通信的需要。“打仗时,你不可能指望着基站提供通信支持。”

MANET是由一组带有无线收发信装置、逻辑上对等的移动节点组成的一类无线移动通信网络,它不依赖于预设的基础设施,通过传输范围有限的移动节点间的相互协作和自我组织保持网络连接和实现数据的传递,是无中心、自组织、多跳的移动无线网络,刘家佳进一步指出。这种“移动+无线+自组织”的连接方式具有低成本、易组网、高灵活性和强抗摧毁性的特点,是未来网络发展的方向。在移动自组织网络之中,每个设备都兼具信息发出者、信息接收者或路由器的作用,通过分布式协同合作,提供必要的网络通信功能。

从2008年通过西安电子科技大学推荐,被日本文部省录取为国费生,2009年10月开始在日北东北大学应用信息科学专业攻读博士学位开始,刘家佳就选择了移动自组织网络作为研究方向。

刻画两跳行为增进移动自组织网络安全

“前面说了一系列移动自组织网络的优点,实际上这个领域存在许多技术难点需要突破。”刘家佳说。

“除了网络拓扑结构随时处于变化之中,不同节点参与通信时间不同,容易受到可用带宽限制、信号衰减、噪音和信道间干扰,以及组建大规模网络需要克服路由、移动管理、资源调度、吞吐量、时延等一系列问题外,挡在移动自组织网络广泛使用前的拦路虎,恐怕就是安全性不强的问题了。”

刘家佳进一步介绍,节点之间的无线通信,使得移动自组织网络更易受到窃听、假冒、篡改、重放和拒绝服务等攻击,开放的广播信道环境,也使得网络中的节点不可避免地受到各种直接或间接攻击,尤其是当节点工作于对抗环境中时,移动节点可能漫游到敌方区域而被俘获,节点内的密钥、报文等信息存在被破获的危险。

“把移动自组织网络的研究对象,限定和简化到最多两跳范围内去考虑,这就是近年来我开展的主要工作。”刘家佳说,“所谓两跳,即信息从发出者到接收者只经过两步、3个设备。即便只是两跳,其中的问题依旧十分复杂,但解决了这些问题,今后便可以向范围更大、信息传输更为复杂的多跳传输扩展。”

刘家佳对移动自组织网络在多种协同通信场景下的两跳行为进行了深入思考,这一成果获得2012年度丹羽保次郎记念论文奖。授奖方这样描述他的工作:申请人针对移动自组织网络基本原型两跳中继网络,构建理论解析模型,推导求解其通信时延和通信容量,是移动自组织网络特性解析技术发展的理论基础。

而日本电气通信研究所东北大学学生奖是这样肯定刘家佳的研究工作的:该理论模型适用于多种不同的协同通信方式,使得评价和解析吞吐量和时延等随时间变化范围很大的通信性能成为可能。

此外,刘家佳还对数据包传输过程进行了建模及优化,并用三维马尔科夫链理论描述了数据包,在有限生命期下的时空域随机传输过程,被指为近10年来所有两跳中继传输研究提供了统一的最通用的理论解析模型。

未来通信网络的重要组成部分

据刘家佳介绍,美国陆军近期开发出了一种新的无线电通信方式,不需要卫星,而只利用车载方式、视距通信波形的高带宽网络无线电,就可以将营级和旅级司令部直接与士兵联系起来,提供地面层面的通信连接,这是移动自组织网络在军事领域进入实战的前兆。

“实际上,移动自组织网络的应用远远不止于此,它还可以扩展到紧急和临时通信、传感器网络、移动会议、个人体域网等方面。”刘家佳介绍说。比如为了防止老人、小孩走失,可以设计制造这样一种可穿戴设备,类似挂链、手环等。当两人分别佩戴后,设备可不通过基站,而在某个移动自组织网络中,以一定时间频率进行测距,当距离超过某个值便会发出提示声。这样的设备,可以为带小孩或照顾年迈老人的人,提供极大的帮助。

2013年,刘家佳回到母校西安电子科技大学以后,组建成立了网络科学技术研究所并担任所长。当前,他正带领着一支由4名副教授、3名讲师,以及一批硕士、博士研究生组成的团队,在原有的研究基础上,继续推动移动自组织网络在生活中的实际应用。

将手机与手机组成的移动自组织网络,与传统的蜂窝网络结合起来,实现D2D(Device–to-Device),即设备到设备之间的通信,也即含有基站通信和传统自组织通信的混合无线网络通信,这就是刘家佳带领的研究团队当前的研究重心。“在这个研究领域,我们应该是比较活跃的一个研究团队。”

谈到混合的移动自组织网络未来应用时,刘家佳举例说:每到过年时,许多人都互相发短信打电话拜年。在人群较为密集的地区,就会出现信息过载,超过基站处理能力的问题。但此时在某些较少人居住的社区,基站并不繁忙。这时候,繁忙地区周边的某个设备便可充当路由器,让密集地区的手机利用这个临时组建移动自组织网络,建立与空闲基站的联系,借此恢复正常通信。

“作为一种通用且极具前途的移动无线技术,随着人们对移动自组织网络研究的不断深入,这一网络形式必然会在未来的通信领域发挥重要作用,促进人类社会的信息化进程。”刘家佳微笑着说。

【人物简介】

刘家佳,湖北荆州人,1984年8月生,网络与信息安全学院教授,博士生导师。2004年本科毕业于哈尔滨工业大学,2009年硕士毕业于西安电子科技大学计算机学院,同年被推荐到日本东北大学攻读博士学位,2012年9月在日本东北大学获得博士学位。2012年4月至2013年11月,任日本学术振兴会JSPS特别研究员。刘家佳先后于2012年获丹羽保次郎记念论文奖,2013年获日本东北大学校长奖,2012年和2014年两次获IEEE无线通信与网络会议最佳论文奖。2009年至今,他一直专注于移动自组织网络基本性能解析优化,在国际期刊和会议发表论文近50篇(34篇第一作者),其中JCR I区论文3篇,II区论文9篇,CCF A类会议4篇,论文被引用272次(其中SCI他引85次)。2014年,刘家佳获得了国家自然基金委面上项目资助,当选为中国计算机学会传感器专委会委员,并入选西安电子科技大学首届华山学者菁英人才。

【“华山学者”菁英人才计划介绍】

“华山学者”菁英人才计划,旨在着力选拔和引进学术基础深厚、具有发展潜质的优秀青年人才,该计划面向校内外35岁以下具有博士学位和副高职称的青年人才(海外博士不受职称限制),通过单位或专家推荐,经材料审核与公示、同行专家通讯评审及会议答辩评议、结果公示、学校审批等环节确定人选。在一个聘期(3年)内,向入选者提供现岗位待遇之外的专项人才津贴4000-5000元不等;按此计划引进的人才安家费和科研启动经费在同等人员标准基础上增加1至3倍。入选者同时参与所在单位业绩二次分配政策。通过提供较有优势的待遇,发现和引进有较大发展潜力的青年才俊,使他们扎根西电,心安劲足,潜心学术,不断增强我校高层次后备人才竞争力。

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  王忠良教授:致力癌症早期诊断和精准医疗
  周 峰教授:在雷达成像中“左右手互博”

责任编辑:秦明
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