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2015年7月2日

中大電訊研究列全球十大 為亞太區之首網絡編碼技術掀起無線通訊革命

2015年7月2日
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(左起)中大信息工程學系主任邱達民教授、信息工程學系教授兼網絡編碼研究所聯席主任劉紹強教授、中大卓敏信息工程學講座教授兼網絡編碼研究所聯席主任楊偉豪教授及中大電子工程學系主任曾漢奇教授

相比傳統線型網絡,分批稀疏編碼(BATS Code)可以增加56%的傳輸速率及減少29%的整體數據流失。

與傳統的技術相比,物理層網絡編碼技術(PNC)可顯著提升無線網絡的系統容量達100%。

香港中文大學(中大)最近獲湯森路透社評選為全球十大在電訊研究方面最具影響力的大學之一,同時為亞太地區唯一入選的大學,其餘九大皆為歐美大學。湯森路透社乃根據2004至2014年間各研究機構在電訊領域所發表論文之影響力作評選指標,入選機構之學術研究皆獲同儕學者所廣泛引用。有關分析已刊載於湯森路透社編製的 The Future Is Open: 2015 State of Innovation 報告之中。 

中大在電訊研究的發展始於1970年,前校長高錕教授於該年創辦電子學系,更成功將光纖應用於通訊之上,為全球通訊科技帶來極大變革,造福社群,也為中大工程學院在資訊科技和電子工程教研方面樹立卓越之典範,奠定長遠發展的基礎。時至今日,中大工程學院的電子工程學系及信息工程學系的教研團隊在通訊和網絡方面的研究仍不斷邁步向前,近年無論在光纖通訊、網絡編碼及網絡安全的理論和應用方面,皆取得重大而創新的突破,科研成果受國際矚目。 

中大電子工程學系主任曾漢奇教授表示:「憑著教研人員的不斷努力,發表了多項出色的論文及取得多項專利,使中大工程學院獲評選為全球十大在電訊研究方面最具影響力的大學之一,確定了學院在電訊方面的卓越科研成就,同時讓學生接觸最前沿的技術及學習最新的知識。」 

中大信息工程學系主任邱達民教授表示:「中大的通訊研究晉身全球十大,我們感到非常興奮。工程學院一向致力於光纖通訊、無線通訊、數字通訊信號處理及信息理論的研究,是次評選反映中大的通訊及網絡研究於理論及應用層面皆達到世界級水準。」 

中大開創網絡編碼技術獲國際關注 

無線通訊科技發展一日千里,但在無線傳輸過程中仍無法避免數據丟失的情況;而隨著無線通訊用戶及設備數量日益增多,數據傳輸過程中受電磁波干擾的情況亦會更加嚴重。中大卓敏信息工程學講座教授兼網絡編碼研究所聯席主任楊偉豪教授信息工程學系教授兼網絡編碼研究所聯席主任劉紹強教授開發的兩項創新網絡編碼技術,正可解決此兩大難題,獲無線通訊及網絡領域的學者的高度關注。 

中大是網絡編碼理論(network coding theory)的發源地,這項創新研究是信息科學領域近年的重大突破。楊偉豪教授的團隊早在九十年代便已提出網絡編碼理論,隨即掀起網絡信息傳輸的革命。其理論是用編碼器取代路由器,發送信息的「憑據」(evidence),而非整個信息。編碼接收器收到「憑據」後便重組還原信息,使網絡通訊更快速、可靠、穩定及安全。楊教授2008年著作的教科書──《信息理論及網絡編碼》(Information Theory and Network Coding)現為麻省理工學院、加州理工學院、史丹福大學、加州大學柏克萊分校等數十間著名大學所採用,楊教授及其合作伙伴最近更獲工程學國際權威組織電機暨電子工程師學會(IEEE)頒發被業界視為一項崇高榮譽的2016 IEEE Eric E. Sumner Award,表揚他們開創網絡編碼研究的成就,他們更是目前唯一獲此殊榮的亞太地區學者。 

新編碼技術大減數據流失 

楊教授的團隊最新研發的分批稀疏編碼(BATS Code是當前最成熟的網絡編碼技術之一,解決了無線通訊過程中數據丟失的難題,可大大提升網絡的傳輸速率。傳統的網絡編碼需要繁複的計算,BATS的編碼和解碼方法則較簡單,對網絡中間節點的計算能力和緩存需求亦較少,較容易適用於低耗能的通訊器材上,並有效提升訊息的傳輸速率,使網絡通訊更有效、可靠和穩定。例如在一個包含兩個中繼節點和三個無線鏈路的線型網絡中,如果每個無線鏈路有20%的數據損耗,該編碼可以增加56%的傳輸速率及減少29%的整體數據流失。BATS已獲得多國專利,並通過真實系統測試,期望能應用於未來的5G無線通訊系統。中大研究團隊現正與工業界合作,將BATS編碼應用於衛星通訊、物聯網、感測網路等領域,市場潛力巨大。 

突破電磁波干擾的瓶頸問題 

無線電頻譜是有限的資源,而隨著無線通訊用戶及設備數量不斷增加,設備之間的電磁波干擾會大大影響無線通訊的效能。例如,當許多人同時使用機場的免費無線網絡,上網速度會變得很慢,這正是由於眾多用戶同時傳輸信息,產生相互干擾。一直以來,無線通訊研究人員致力於避免電磁波互相干擾,但有關技術往往限制了系統容量。劉紹強教授領導的科研團隊投入十年時間,研發並驗證了革命性的物理層網絡編碼技術(PNC),一反傳統,利用電磁波之間的相互干擾傳輸信息。PNC允許多個通訊設備同時傳送訊息,其精髓之處,在於利用多個用戶同時發送信息所產生的干擾作為多用戶信號的線性編碼,經過一番計算及轉發,最後在目的地成功地恢復出各自所需的信息。此技術巧妙地解決了電磁波干擾長期以來的瓶頸問題,可顯著提升無線網絡的系統容量。與傳統的技術相比,PNC可將系統容量提升達100%。 

劉教授表示:「PNC技術可以容許網絡用家不斷增加無線設備數量的同時,而不犧牲每個設備的數據傳輸速率,因此可以大幅提高無線網絡系統性能。PNC的應用前景十分廣泛,將來可應用於地球與太空之間的無線通訊。」PNC概念引起了無線通訊和網絡領域學者的極大關注,現時已有多個國際學術特刊和學術研討會以PNC作為主題研究對象。 

為「香港故事」揭開新一頁 

中大於2010年獲教資會撥款八千多萬元成立全球首個「網絡編碼研究所」,由楊偉豪教授等領導,以研究網絡編碼理論及其在互聯網、無線通訊、信息安全,雲端數據存儲等領域的應用,使香港成為世界網絡編碼的主要研究中心。楊教授希望進一步加強香港在網絡編碼領域的領導地位,以網絡編碼技術協助發展本地相關工業,並吸引外國資金來港成立研究所,從而促進本港經濟,為這個「香港故事」揭開新一頁。 

楊教授表示︰「網絡編碼始於中大,並發展成為現今一個重要的研究領域,我對此深感榮幸,並期望研究結果能夠為全球帶來重大的影響。」



(左起)中大信息工程學系主任邱達民教授、信息工程學系教授兼網絡編碼研究所聯席主任劉紹強教授、中大卓敏信息工程學講座教授兼網絡編碼研究所聯席主任楊偉豪教授及中大電子工程學系主任曾漢奇教授

(左起)中大信息工程學系主任邱達民教授、信息工程學系教授兼網絡編碼研究所聯席主任劉紹強教授、中大卓敏信息工程學講座教授兼網絡編碼研究所聯席主任楊偉豪教授及中大電子工程學系主任曾漢奇教授

 

相比傳統線型網絡,分批稀疏編碼(BATS Code)可以增加56%的傳輸速率及減少29%的整體數據流失。

相比傳統線型網絡,分批稀疏編碼(BATS Code)可以增加56%的傳輸速率及減少29%的整體數據流失。

 

與傳統的技術相比,物理層網絡編碼技術(PNC)可顯著提升無線網絡的系統容量達100%。

與傳統的技術相比,物理層網絡編碼技術(PNC)可顯著提升無線網絡的系統容量達100%。

 

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