無線網(wǎng)絡(luò)空中計(jì)算專題導(dǎo)讀

專題策劃人 衛(wèi)國中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，曾任國家“863”計(jì)劃通信技術(shù)主題專家組成員、中國第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)研究開發(fā)項(xiàng)目總體組成員、國家“863”計(jì)劃 B3G移動(dòng)通信重大項(xiàng)目總體組成員、“新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)”國家科技重大專項(xiàng)總體專家組成員；主要從事無線通信技術(shù)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、信號處理等方面的研究；獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1項(xiàng)；發(fā)表論文 100 余篇，擁有國家發(fā)明專利 10 余項(xiàng)。

專題策劃人 陳力中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院副研究員；主要從事無線通信、通信計(jì)算融合、通信感知融合等相關(guān)研究；負(fù)責(zé)國家自然科學(xué)基金、國家重大專項(xiàng)子課題等多個(gè)研究項(xiàng)目；曾獲中國科學(xué)院院長優(yōu)秀獎(jiǎng)；發(fā)表SCI期刊論文30余篇，擁有國家發(fā)明專利10余項(xiàng)。

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的海量接入能力和低時(shí)延傳輸特征，一方面為物聯(lián)網(wǎng)開辟了一片新的廣闊天地，另一方面也釋放出強(qiáng)烈的信號：未來移動(dòng)通信網(wǎng)不再只是為了滿足人們的通信需求，而是朝著更為廣泛的物與物之間的數(shù)據(jù)連接演進(jìn)。

無線節(jié)點(diǎn)的海量增長，帶來的是高達(dá)百億的內(nèi)連接數(shù)量與每年數(shù)澤字節(jié)的數(shù)據(jù)總生成量。無線網(wǎng)絡(luò)由于其資源限制，無論采用怎樣的接入技術(shù)，匯聚如此海量的數(shù)據(jù)都成為一件非常困難的事。此外，對于海量數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)也同樣面臨著巨大挑戰(zhàn)。這就催生了無線空中計(jì)算這個(gè)新的研究方向。

機(jī)器學(xué)習(xí)通過大數(shù)據(jù)的分析與處理，使得越來越多的領(lǐng)域智能化，并產(chǎn)生了更多新功能的應(yīng)用。無線網(wǎng)絡(luò)天然具備海量的數(shù)據(jù)，而利用機(jī)器學(xué)習(xí)錘煉這些數(shù)據(jù)，打造無線網(wǎng)絡(luò)的新功能是一種值得探索的可能。與傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)的架構(gòu)不同，無線網(wǎng)絡(luò)通常是分布式的層次化架構(gòu)，并受制于節(jié)點(diǎn)性能與無線鏈路狀態(tài)。這將為無線網(wǎng)絡(luò)智能化帶來全新挑戰(zhàn)。

無線網(wǎng)絡(luò)空中計(jì)算的核心問題，一方面在于如何解決海量數(shù)據(jù)收集與大規(guī)模計(jì)算帶來的傳輸時(shí)延與計(jì)算時(shí)延，另一方面在于如何設(shè)計(jì)適合于無線網(wǎng)絡(luò)的智能計(jì)算框架。針對這些挑戰(zhàn)性的問題，本期專題提供了一個(gè)討論的平臺。《移動(dòng)邊緣計(jì)算中的資源管理》與《大規(guī)模移動(dòng)邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)：空間建模及計(jì)算吞吐量優(yōu)化》從建模、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與資源管理等方面為移動(dòng)邊緣計(jì)算架構(gòu)提供了重要的設(shè)計(jì)指南。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為無線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造無處不在的快速計(jì)算環(huán)境，將計(jì)算任務(wù)遷移到邊緣端來降低計(jì)算時(shí)延與數(shù)據(jù)收集量。《基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的無線容量高實(shí)時(shí)預(yù)測》指出充分利用海量節(jié)點(diǎn)提供的信道狀態(tài)信息，并基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)提供無線容量實(shí)時(shí)預(yù)測的新功能。《基于空中計(jì)算的無線群智感知》引入了空中計(jì)算技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能感知功能。該技術(shù)利用無線多址接入信道的信號疊加特性，能在信號傳輸?shù)耐瑫r(shí)完成目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算，從而降低傳輸開銷。《面向高效通信邊緣學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的通信計(jì)算一體化設(shè)計(jì)》與《面向邊緣智能的空中計(jì)算》提出機(jī)器學(xué)習(xí)、邊緣計(jì)算與空中計(jì)算的結(jié)合，可以為無線網(wǎng)絡(luò)提供新功能，并降低傳輸與計(jì)算帶來的時(shí)延。

上述工作基本上反映出在空中計(jì)算這一方向上中國研究者的主要成果與學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，從不同側(cè)面為該領(lǐng)域的研究展示了多種可能。希望能對無線網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的研究發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

衛(wèi)國 陳力

2020年6月30日