南京邮电大学学报(自然科学版)杂志

南京邮电大学学报(自然科学版)杂志2020年第5期

• 量子计算机研究进展

  郭光灿,陈以鹏,王琴

  量子计算机是未来量子技术时代最具颠覆性的技术，文中将以量子计算机的诞生、工作原理和在世界范围内的发展现状为主要阐述内容。目前阶段，量子计算机的研制已从以院校、研究所的基础性研究为主体的阶段，过渡到以公司企业为主要研发驱动力的阶段，并开始逐渐进入到“量子霸权”的发展新阶段，当然，目前的量子计算机还比较初级，离可破解密码的通用量子计算机还有很长的路要走。

• 面向国产处理器大数据一体机的基因压缩技术研究

  陈国良,尧海昌,陈帅,吴梦雪,方厚之,法虎,孟朝霞,刘尚东,王汝传,季一木

  大数据一体机作为大数据时代的基础设施，其自主安全可控显得尤为重要。基因数据因其巨大的社会价值、经济价值及军事价值，其安全是国家安全的一部分。因此，存储、分析与处理基因数据是国产处理器大数据一体机的重要应用之一。文中首先介绍了国产处理器大数据一体机和基因序列文件主要格式，然后分为无参考序列基因压缩算法和基于参考序列基因压缩算法综述了FASTA格式基因数据压缩技术及基因压缩并行化技术的发展历程和研究现状，同时在国产处理器大数据一体机上验证了近年来优秀基因压缩算法的性能。研究面向国产处理器大数据一体机的基因压缩技术对解决基因数据安全和基因压缩技术自主可控具有很重要的意义，也为我国基因处理技术的全面国产化提供了参考。

• 发光寿命响应型探针在时间分辨生物检测与成像中的应用研究

  黄维,吴琦,赵强

  近年来，发光寿命响应型探针在生物检测与成像领域的应用取得了显著进展。文中系统介绍了不同寿命响应型探针的设计及应用，包括有机染料、金属配合物、纳米粒子等。其中，长寿命探针可通过时间门控发光成像技术区别生物组织短寿命荧光信号，降低背景荧光干扰，提高检测信噪比。而不同衰减速率的发光信号则可以通过发光寿命成像技术在时域上区分，分析每一个像素的衰减信息，提高成像对比度和灵敏度。

• 语音图信号处理理论与技术研究

  杨震,王婷婷

  首先论述新型图信号处理（Graph Signal Processing，GSP）技术的基本概念和相关研究进展，其中包括图拓扑结构、图傅里叶变换、滤波及图学习。鉴于语音信号是一种非平稳和非线性的信号，为此，文中研究基于GSP技术的语音信号的图映射理论，即将时域语音信号映射为图域的语音图信号，通过设计语音图信号的图拓扑结构和图邻接矩阵来研究语音图信号的内在潜藏关系，进而设计优于经典DSP的语音图信号消噪算法和系统。在此研究基础上，进一步讨论相关实际应用问题，例如麦克风阵列环境下如何通过GSP技术处理麦克风阵列声源（说话人）的定位及追踪问题。期望基于GSP技术语音图信号处理理论，为语音识别、合成、编码、增强等各个领域的图信号处理奠定理论基础。

• 纳米电化学传感器在公共卫生监测中的应用研究

  汪联辉

  电化学传感器具有操作简单、灵敏度高、成本低、环境适应性强及易于器件化等优点，已广泛应用于环境监测、食品安全、生化分析、疾病诊断、公共卫生甚至国家安全等研究领域。具有优越物化特性的纳米材料的引入，极大提升了电化学传感器的检测性能并拓宽了其应用范畴。文中针对当前频发的公共卫生安全问题，重点阐述了基于纳米材料的电化学传感器在公共卫生安全监测中的应用研究，并展望了其发展机遇与挑战。

• 物联网边缘服务环境的智能协同无线接入网及其关键技术

  朱洪波,杨龙祥,朱琦,朱晓荣,张晖,赵海涛,夏文超

  文中在阐述目前国内外物联网发展现状和产业趋势的基础上，深刻分析了面向物联网智能生产服务边缘环境的技术特征、物联网的技术思想和科技创新的发展研究策略，讨论了工业4.0背景下满足未来智能化生产服务需求的系统解决方案和研究思路，提出了面向物联网边缘服务环境的一种新型网络系统“智能协同无线接入网”体系模型及其关键技术，对未来智能化生产服务场景下的新型智能网络系统发展趋势进行了探索和展望。

• 轨道角动量无线通信发展综述

  郑宝玉,王磊,康彬,王乐

  太赫兹频段无线通信已成为后5G时代研究的重点。鉴于轨道角动量不同模式之间具有良好的正交性，可以构造无限维的Hilbert向量空间等优势，该技术已成为无线通信中突破海量设备接入瓶颈的关键。为此，文中综述了基于轨道角动量无线通信的发展现状，总结了轨道角动量在无线通信应用中面临的挑战，为万物互联时代海量接入设备实现高质量多媒体通信提供借鉴。

• 图像盲去模糊综述：从变分方法到深度模型以及延伸讨论

  李海波,邵文泽

  图像盲去模糊不仅是低层视觉领域的基础性问题，同时也是计算成像领域的前沿性课题。由于实际模糊成像过程的模糊核往往复杂多变、不易参数化，探讨不受限图像非参盲去模糊具有显而易见的现实意义。然而时至今日，在恢复模型的直观性以及估计算法的精确性、鲁棒性和时效性均衡方面，现有方法依然未能给出令人信服的答案。为了进一步推动该领域的深入研究，文中从空间不变非参盲去模糊这个根本性问题出发，对当前基于变分贝叶斯(Variational Bayes)、最大后验估计(Maximum a Posterior)以及深度表示学习(Deep Representation Learning)的代表性方法作了简要、清晰的回顾。同时，对于该领域今后值得重点解决的关键科学问题进行了相关展望。最后，结合图像超分辨这个与非参盲去模糊密切相关的前沿问题进行了延伸讨论。

• 跨模态编码

  周亮,袁哲

  随着多媒体通信技术的发展，包含音频、视频和触觉信号的跨模态通信有望成为未来多媒体通信的主流。为满足跨模态异构码流的通信需求，文中提出了利用不同模态信号间语义相关性的跨模态编码方式。首先阐述了目前触觉编码的研究进展和相关的理论方法，然后详细分析了跨模态编码的信息论原理，并从稳定性控制、分级编码、跨模态嵌入同步和跨模态语义重构4个方面论述了跨模态编码架构的设计方案，最后对跨模态编码的研究做出了展望。

• 图像去雾算法研究现状与展望

  张登银,鞠铭烨,钱雯

  雾天环境所摄户外图像往往存在视觉模糊、饱和度过低,以及颜色灰白等负面视觉特征，这不仅影响了用户的主观体验，且对后续智能系统的研判也带来了巨大隐患。文中首先总结了图像去雾的发展历史及其研究现状；随后，重点围绕传统图像增强、物理模型去雾以及深度学习模型去雾3个不同处理策略，对当前主流或经典图像去雾算法进行了深入分析，并归纳了其所面临的共性问题，如去雾不彻底、天空区域过增强、近景的过饱和等；最后，针对这些共有缺点或局限，提出了若干具有科学性的研究思路与可行的建议。

• 分析大数据：非规则结构与图信号

  王保云,李沛

  图信号处理（Graph Signal Processing，GSP）使用和扩展信号处理的处理手段，以处理定义于不规则图结构上的数据。文中介绍图信号处理的研究背景及其研究意义，对图信号处理中图信号、图移位算子、图傅里叶变换以及图滤波器等几个重要的基本概念进行了阐释。目前图信号处理研究极其活跃，已经涵盖很多方面，文中着重对其中3个方向的研究进展进行了梳理与分析，包括图信号的采样与重建、图结构的学习以及图滤波器设计。最后，对图信号处理相关研究进行了展望，提出了若干值得进一步研究的问题。

• 一种基于时序运动特征的RGB D视频跌倒行为检测算法

  刘峰,徐壮,干宗良,刘思江

  提出了一种基于时序运动特征的室内场景老年人跌倒行为检测算法。算法首先采用基于深度学习的行人检测器检测运动人体目标；其次，利用采集到的RGB D图像,估计地平面方程；最后，提取人体头部的时序运动特征（Temporal Motion Feature，TMF），并采用深度森林算法对特征进行分类，从而检测人体是否发生跌倒。通过在RealSense深度相机拍摄的跌倒行为数据集上进行了实验测试，结果表明，与现有的一些先进算法相比，文中算法能够准确地检测室内场景下发生的跌倒事件，准确率达到了97.2%，且误报率很低，鲁棒性强。

• 轨道角动量光通信关键技术研究进展

  陈鹤鸣,白秀丽

  单模光纤的通信容量已接近香农极限，传统的多路复用技术很难再提升通信容量。近年来，一种新型模分复用技术——光轨道角动量（OAM）复用被提出，与其他复用技术相结合，可以极大地提升通信容量和提高频谱效率。轨道角动量光通信的关键技术包括轨道角动量光束的产生、传输介质以及复用/解复用器件，文中对这些关键技术的最新进展和发展趋势进行了综述。

• 一种基于可见光通信技术的光互联方案

  王永进,傅康,王林宁

  实现了面向未来无线通信的、基于可见光通信新兴技术的高速无线光互联系统，并且研制出出光率高、带宽大的超薄LED芯片，结合自主创新的高灵敏度接收模块、恒流恒压LED驱动模块以及FPGA高速处理模块，从而设计实现了基于光互联的未来超高速无线网络系统。其作为新兴的网络节点互联方式，完全可以替代目前的光缆，并且具备传统光缆所不具备的优势，如无需布线、体积轻便、组网方便等优势。可见光通信作为未来高速无线通信的必经之路，无论是在速度、抗干扰能力、距离还是设备体积方面，都具备传统通信互联手段不具备的优势。且对于目前病毒肆虐的现状，把有线变成无线，也可以在一定程度上减少病毒的传播，方便人们的生活。

• 机器学习在量子保密通信中的应用与研究

  王琴,陈以鹏

  量子信息与机器学习是目前国际两大前沿发展领域，近期均取得了一系列重大研究进展。而两者的交叉领域也正成为科学研究的热点，主要包括机器学习与量子通信、量子计算、量子光学等方面的结合与应用。文中主要介绍机器学习与量子保密通信结合方面的知识和进展状况。机器学习与量子保密通信的交叉研究，主要表现在从理论配置和实验控制两方面对量子密钥分发系统的优化。通过监督学习过程将机器学习模型用于量子保密通信系统，可以有效降低通信过程所涉及的复杂度并提高系统的总体工作效率，同时实现资源优化配置。最后，对量子保密通信和机器学习交叉研究的发展趋势进行了总结和展望。

• 面向5G的大规模MIMO 信道测量与建模研究进展

  刘芫健,朱古月,李双德,孙湘琛,姚琳

  大规模多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）技术是一种相当复杂的天线分集技术，可以显著增加无线传输速度，改善通信质量，并能往更深层发掘空间维度无线资源，也是第5代移动通信系统（The Fifth Generation Mobile Communication，5G）的关键候选技术之一，也是未来通讯系统具有潜力的研究方向。文中对国内外研究工作进行全面分析研究，首先面向5G技术的需求做了分析，然后介绍了大规模MIMO 技术，接着基于大规模MIMO无线传输的基本架构归纳了大规模天线阵列研究现状，详细阐述了大规模MIMO 信道测量与信道建模的研究进展及其面临的挑战。

• 随机多址接入的分布式排队技术

  王文鼐,万洺瑜,王斌,吴炜

  共享信道冲突控制是随机多址接入的技术关键，发展形成了纯Aloha、时隙Aloha和载波侦听多址等各类算法及协议。分布式排队（Distributed Queuing，DQ）综合了Aloha和统计时分复用手段，通过树形算法实现冲突的高效分解与信道的有序分配，能适配物联网终端的应用需求。文中对比分析随机多址技术的特点与应用方法，论述DQ控制机制、性能评测手段和应用扩展方案，简要讨论定时同步问题。

• 复杂动态网络可控性及可观性研究综述

  蒋国平,王欣伟,吴旭

  文中对近年来复杂动态网络可控性及可观性的研究成果进行综述。第一部分主要分析复杂动态网络可控性。首先，讨论系统状态可控性、系统结构可控性；然后，从图论的角度出发，基于系统可控性理论，讨论复杂动态网络结构可控性、复杂动态网络牵制可控性、节点动力学及网络拓扑结构对于复杂动态网络结构可控性的影响；最后，从代数的角度出发，讨论复杂动态网络状态可控性。第二部分主要讨论复杂动态网络可观性。首先，讨论线性复杂动态网络可观性；然后，讨论非线性复杂动态网络可观性。第三部分给出总结及未来展望。

• 复杂网络中信息扩散模型及溯源方法的研究进展

  王友国,柴允,朱亮

  随着信息技术的快速发展,在线社交网络成为了人们获取和分享信息的主要平台。因此，对复杂网络中的信息扩散机制及溯源方法的研究具有重要的意义。文中首先综述了复杂网络上信息扩散模型和溯源方法的研究现状，并介绍了不同模型与方法的优缺点。然后，对后续研究方向进行了展望，为未来相关的研究提供参考。最后，列举了一些公开常用的网络数据集。

• 基于区块链大数据的新发重大传染疾病防控研究综述

  孙知信,徐玉华,陈露,刘晨磊

  新发重大传染疾病严重威胁人民生命健康安全，阻碍社会经济发展，其防控已成为当前的研究热点。文中首先对我国现有的新发重大传染疾病防控技术与策略进行了研究。其次，结合目前新发重大传染疾病防控技术与策略面临的问题，综述了大数据与区块链技术在新发重大传染疾病防控过程中的应用研究进展。最后，从监测、预警和应对3个方面，总结了新发重大传染疾病防控技术发展中面临的挑战，指明了未来的相关研究方向。

• 联邦学习中的隐私保护研究进展

  杨庚,王周生

  联邦学习是一种多方协作机器学习的模式，可以让参与者在本地训练模型中上传参数更新来组建联合模型，过程中并不需要参与者直接共享数据，从而很大程度上规避了隐私问题。但是，模型更新仍然会泄露参与者训练数据的相关信息，攻击者可以采用推理攻击判断具体的数据点或数据属性是否被用于训练，或采用逆向学习的方法还原原始数据。文中介绍了联邦学习及其存在的隐私问题，详细讨论了现有的隐私保护方法在联邦学习中的应用，主要包括加密方法与差分隐私方法，并对未来工作进行了展望。

• 国际能源区块链的发展进展与启示

  姚国章

  能源业在国民经济和社会发展中发挥着战略性、基础性支撑作用，区块链技术由于具有分布式存储、点对点传输等独特优势，在促进能源业的转型升级方面有着多方面的应用。国际上能源区块链的应用主要基于区块链的分布式P2P交易、能源金融、碳交易、电动汽车共享充电、能源征信体系建设和能源综合管理等，比较有代表性的案例有纽约布鲁克林基于区块链的微电网智能系统和澳大利亚Power Ledger项目。国际能源区块链的发展带给我国的启示是将发展能源区块链作为推进能源改革的重要抓手；以新基建为契机夯实能源区块链发展根基，以联盟链为重点建立各类应用示范，以发展能源区块链助力新能源壮大，以能源区块链激活电动汽车发展市场。

• 完善《数据安全法（草案）》的十大建议

  王春晖

  第十三届全国人大常委会第二十次会议对《中华人民共和国数据安全法（草案）》进行了审议。2020年7月3日，《数据安全法（草案）》全文在中国人大网公开征求意见。7月10日，全国人大法工委给中国法学会发函征求法学家对《数据安全法（草案）》的意见。7月17日，中国法学会通过远程会议的形式召开了2020年第19期立法专家咨询会，笔者受邀参加了此次立法专家咨询会。文中是笔者在此次立法专家研讨会上就《数据安全法（草案）》的修改和完善提出的十项建议，内容涉及数据主权原则、法律的域外效力、数据发展与安全的平衡、大数据时代数据定义、统一重要数据的分类分级、数据义务与责任的平衡、数据安全审计制度以及确定“数据处理”的内涵等。