CCCF精选｜内生智能驱动物联网的变革

编者按：

马华东，北京邮电大学计算机学院教授、校学术委员会副主任；兼任国务院学位委员会计算机科学与技术学科评议组成员、教育部科学技术委员会委员；CCF会士、常务理事、物联网专委会主任，曾担任YOCSEF总部AC主席（2007—2008）等职务。

马华东主要从事物联网领域基础研究，担任国家973计划项目“物联网体系结构的基础研究”首席科学家、国家基金委创新研究群体项目“物联网基础理论与关键技术”负责人，在多媒体传感计算理论、物联网智能感知与传输系统、媒体智能处理算法等方面做出一系列具有重要影响的成果；曾获得2017年度CCF自然科学一等奖等奖励。2009年获得国家杰出青年科学基金；2011年度教育部长江学者特聘教授；2020年，为了表彰马华东教授在多媒体传感网研究上的持续突出贡献，IEEE授予其Fellow的荣誉。

在CCCF出刊200期之际，马华东教授接受了CCCF的专访，介绍了自己是如何选择多媒体和物联网（IoT）这一研究方向的，以及他的重要研究成果和遇到的困难挑战，并展望了物联网这一研究领域未来的发展方向。

Q

请您介绍一下您这些年来的研究经历和成果。

马华东：我1995年从中科院计算所获得博士学位后来北京邮电大学（下称“北邮”）开始独立开展科研工作，由于北邮在业内的背景，就将博士阶段选择的研究方向计算机动画调整为多媒体，直到目前我还一直从事这个方向的教学科研工作。在国家自然科学基金、国家863计划等项目支持下，我在多媒体形式模型、视频网络、智能媒体处理算法等方面取得了一些理论成果，并针对传媒领域需求，解决了视音频质量审查、自动唱词同步、媒资内容智能标引等传媒行业的一些实际问题，成果经企业转化后在多家电视台应用。

2004年，我对无线传感网产生了研究兴趣，认识到万物互联成为未来发展趋势，就将传感网、物联网作为近二十年的主攻研究方向，形成了物联网与多媒体交叉的研究特色，也有幸先后在国家自然 科学基金重点项目、国家杰出青年科学基金、国家973计划项目、国家基金委创新群体项目等支持下，在物联网的感知、传输和计算领域取得了系列成果。

Q

对您来说，发表过的哪一篇学术论文最有意义？

马华东：对我最有意义的一篇是发表在2005年移动自组网和传感器网络国际学术会议（MSN 2005）上题为“On Coverage Problems of Directional Sensor Networks”的论文（扩展版被推荐到期刊《国际传感器网络学报》（IJSNet）上发表），该文率先提出并命名了有向传感网模型，从而突破了全向感知模型的局限，使多种类型媒体传感器的感知能力， 能在统一的有向传感网模型中表达，形成了多媒体传感网的基本感知模型，奠定了解决多媒体传感网的优化部署、信息处理等问题的基础，2011年国际知名期刊《自组织网络》(Ad Hoc Networks)专门发表了关于有向传感网研究的综述文章，30多个国家/地区的同行学者跟随研究，此文开启了我们对多媒体传感网的探索，逐步形成了物联网多媒体传感计算理论成果。

Q

在您的研究工作中，遇到过哪些挑战，如何解决这些挑战，最令您骄傲的地方是什么？

马华东：物联网是近十几年发展最快研究领域之一，应用前景很广，技术挑战很大，从人机物融合网络的演进趋势来看，在某种意义上物联网的进步驱动了整个网络领域的发展。概括起来，物联网研究一直面临以下三方面的挑战：大规模低成本，大连接低时延，大场景高安全。

首先，物联网要做到广覆盖透彻感知，面临的技术挑战很多，有些是感知能力问题，更多的是性价比问题。传统的固定部署传感器网络的方式很难解决物联网大规模应用高成本的问题，为此，最近十年我们在基于移动设备的群智感知、基于泛在无线信号的无线感知等方面进行了成功的探索，特别是无线感知的前沿领域，我们在毫米波无线感知的 物理环境感知模型、人物混合感知机理、行人身份感知、液体成份感知、感传一体化方法等方面开展了一系列开拓性工作，实现了比传统无线感知更高分辨率（毫米甚至亚毫米级）精细感知的突破，以及从无线感知到认知能力跨越，拓展了物联网的应用深度和广度，在医疗健康、人机交互、工业互联等领域有广阔的应用前景。

其次，随着人机物泛在互联的发展，大连接网 络成为重要的系统形态，其服务体验质量（QoE）是用户关注的焦点之一。针对大规模视频物联网等应用场景，我们提出了学习驱动的低时延视频智能流控方法，率先把强化学习思想引入到大连接视频实时传输流控机制，设计了在线强化学习驱动的自适应视频流控算法、深度混合学习驱动的鲁棒视频流控算法，解决了视频传输层与应用层码率不协调、QoE长尾保障等难题，成果被大型企业平台采用，在百万级并发实时视频流的实际场景中，显著提高吞吐量、减少卡顿率，提升了平均QoE和可靠性。

第三，物联网应用虽广但缺少共性服务，具有服务碎片化的特点，同时安全保障是物联网应用的重要前提，发现普适共性服务模式并解决物联网服务整合过程中个性化服务需求和安全隐私问题是主要挑战。我们认为物联网搜索是未来物联网的共性服务模式，并创立了认知启发的渐进搜索计算模式及实现方法，通过融合多模态感知信息，实现特征由粗到精、空间由近到远、权限由低到高的逐步求精的物理实体搜索，并在城市级的视频物联网应用场景中开展人车搜索应用验证，为解决大场景物联网搜索服务提供一条有效途径。该研究的代表性论文获得2019年度《IEEE多媒体汇刊》(IEEE Transactions on Multimedia)最佳论文奖等奖励，我们发布的数据集已被来自卡耐基梅隆大学、斯坦福大学等高校和科研机构的两千多个研究团队申请使用，成为该领域基准数据集之一。 

Q

您所在的研究方向存在哪些挑战，未来会有哪些方面的发展？

马华东：随着人工智能发展的浪潮，智能化将 成为物联网未来发展方向。物联网的智能化，一方 面是人工智能方法应用到物联网系统中从而为物联网赋能，即IoT+AI；另一方面，从深层次来看，具有内生智能的物联网将是更值得探索的方向，物联网的发展目标是实现更透彻的信息感知、更广泛的互联互通、更综合的智能服务，然而目前在感知技术、异构组网、安全服务等方面还存在很多挑战亟 待解决，智能化可能会解决物联网功能、性能方面 的瓶颈问题，拓展感知深度、广度将催生新兴的颠覆性技术和杀手级应用。

具体地说，更透彻的感知需要物联网具有类人感知能力，智能终端、车辆、机器人等新兴感知网元将突破简单标量数据和音视频数据的采集，实现视、听、力、触、体等感觉信息的综合获取与智能利用，并且在精度、广度、速度等方面延展人类的感知能力，不断突破感知能力的极限，给无人系统、智能车间、增强现实、医疗健康等场景带来变革性技术；天地一体化物联网智能组网技术将会解决广覆盖的难题，将目前物联网应用范围扩展到非人类 居住区，如海洋、山区、沙漠和边远地区，互联的 物理对象极大地增长，催生一批影响人类生活和工作的应用；随着应用的不断深入和扩展，对物联网设备的非法访问、恶意攻击等问题不断发生，严重威胁了联网基础设施安全运营，直接关系到社会稳定和国家安全，能够防御各种攻击的智能化安全机制的发展将解决制约物联网大规模应用的安全与隐私困扰问题，推动物联网产业和应用的健康成长。

Q

您曾担任YOCSEF学术委员会主席，您参加CCF活动最大的收获是什么？对CCCF的发展有什么意见和建议？

马华东：YOCSEF是一个结识业内精英、担负社会责任、促进青年学者成长的优秀平台，直面业界问题敢于发出声音并付诸行动。担任YOCSEF AC主席是我十分珍惜的经历，在组织论坛常规活动、推动“CCF 推荐国际学术会议和期刊目录”发布、启动“CCF优博”评选、YOCSEF十周年纪念活动等工作中，不断提高了自己的策划能力、表达能力、组织能力和执行能力。参加CCF活动对我的 科研工作也有很大促进作用，很多研究思路就是在 参加CCF学术活动、与同行的交流中逐渐形成的。

CCCF我每期都看，也在上面发表过文章，对了解业界动态和学习同行工作帮助特别大。希望CCCF不仅能服务好CCF会员，同时能借鉴国际同类期刊的经验，多发表一些能够引领国际计算机技术前沿发展的原发文章，未来成为国际同行都关注的期刊。

马华东

北京邮电大学计算机学院教授、校学术委员会副主任；兼任国务院学位委员会计算机科学与技术学科评议组成员、教育部科学技术委员会委员；CCF会士、常务理事、物联网专委会主任，曾担任YOCSEF总部AC主席（2007—2008）等职务。

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