研究领域

研究领域/主要项目

随着电脑与网络技术近几十年的飞速发展,人们已经以无处不在的互联网为基干,在我们的物理世界的基础上构建了一个庞大的、虚拟的信息世界。而传感器,就是这个虚拟世界的感知器官。通过传感器将物理的信息转换为电信号,进而转换为二进制的表示,信息世界能够收集到更多的数据,也能进行更为复杂的处理与判断。20世纪后期到21世纪初,随着无线通信技术的长足发展,无线传感器网络的概念与相关研究也逐渐成熟。大量的研究成果涌现,这一技术本身也被认为是21世纪最重要的技术之一。在这样的背景之下,物理信息系统这一概念应运而生。

Cyber-Physical System,物理信息系统,很多时候也被称为物联网(Internet of Things, IoT)。与无线传感器网络一样,是一个多学科的交叉领域。它紧密整合了通信、计算、控制等多种功能,试图将现有的信息世界与物理世界进行无缝对接;不仅仅像传感器网络一样,作为信息世界的眼睛和耳朵,更要作为信息世界的手,让其能对物理世界的活动进行干涉,给人们带来更为便利的生活。这也是相比于物联网,物理信息系统这个名称所强调的不同的地方:我们并不只是将现实中的物通过网络连接起来,而是将物理世界和信息世界融合入一个系统之中考虑。

与其广阔的应用前景相对应的,目前物理信息系统的研究在多方面也面临着挑战。系统结构的复杂化所带来的实现难度,系统规模化后通信、控制等策略的扩展,系统的动态描述理论基础有待建立,多层的系统抽象描述,相关软件与算法的研究,等等。机遇与挑战并存,这既是CPS研究目前所处于的发展阶段。

目前,CPS领域的研究在智能电网、智能交通、医疗护理、移动计算等领域收到较多地关注。实验室的研究方向主要涉及,但不限于如下方面:

1、无线通信与压缩感知
无线通信技术是网络技术的基础。目前实验室针对网络系统中的监测应用信息突发的特点,研究流量自适应的通信协议技术;此外通过结合近年提出的压缩感知理论,对数据采集的模式进行研究,降低通信负载与节点能耗,提高系统性能。
2、传感器阵列信号处理
阵列传感器信号处理通过有效利用多个传感器的信号,来分析获得所需要的信息,实现信源定位、信号增强等操作。实验室主要研究面向物理信息系统北京下低功耗无线节点的信号处理问题,尤其是声、震动、图像等信号。
3、目标定位追踪
目标定位在民用与军用领域都有广泛应用。实验室研究无线阵列网络下的被动多目标定位、纯角度定位、目标-量测关联与追踪问题。
4、移动计算
移动计算与我们的生活密切相关。以普及的移动智能平台(手机、车载设备、穿戴设备等)作为载体,研究其在参与感知、志愿感知等模式下的处理框架,及其在交通监测、环境监测、生活行为记录等方面的应用问题。

此外,实验室目前在电网分配、多源信息融合等方向有研究兴趣。

Reference:

  • Wayne Wolf, Cyber-physical systems[J]. Computer, 2009.
  • Kim K D, Kumar P R. Cyber–physical systems: A perspective at the centennial[J]. Proceedings of the IEEE, 2012, 100(Special Centennial Issue): 1287-1308.