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跨学科知识在大规模物联网关键特征提取与应用——湖北经济学院刘文平教授

2020-06-19

 

刘文平,博士,湖北经济学院教授,中国改革试点探索与评估协同创新中心湖北分中心副主任,湖北经济学院管理信息与系统研究所所长。美国电气与电子工程师学会(IEEE)高级会员,中国计算机学会(CCF)高级会员,CCF 网络与数据通信专委会常委委员,国际计算机学会(ACM)会员。主要研究方向包括移动计算、物联网与传感器网络等,通过深入研究网络几何与拓扑特征在物联网中的重要应用价值,提出了不同网络条件下的多种特征提取算法,解决了物联网、移动计算等领域在理论与实际应用方面的诸多难题。
近年来,刘文平博士主持国家自然科学基金面上项目、中国博士后科学基金面上项目、湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队和武汉市青年科技晨光计划各1 项,主持完成1 项国家自然科学基金青年项目和2 项湖北省统计局科研项目,参与国家自然科学基金青年项目3 项。在IEEE/ACM TON、IEEE TPDS、IEEE TMC、IEEE TC 和ACM MOBIHOC、IEEE INFOCOM、IEEEICNP、IEEE ICDCS 等期刊和学术会议上发表论文20 余篇,其中第一作者15 篇、共一作者2 篇、通信作者2 篇;出版专著和合著各1 部。荣获湖北省优秀博士学位论文奖,是湖北经济学院首届“腾龙学者”和科研先进个人。现为IEEE/ACM TON、IEEE TMC、ACM TOSN、IEEE Communications Magazine、Computer Networks、Wireless Networks 等期刊审稿人。
 
1 涅槃:研究领域的切换
刘文平本科毕业于华中理工大学(现华中科技大学)数学系,工作1 年后辞职考上华中科技大学金融数学专业研究生。2006 年硕士毕业后进入湖北经济学院工作,后结合自身兴趣,成为华中科技大学电子信息与通信学院的在职博士,开始了人生最为忙碌和升华的4 年,完成的博士论文获评湖北省优秀博士学位论文。他两度工作后再求学,经历了从本科学数学、研究生学金融数学、博士阶段研究传感器网络的从理科到工科的跨越。经过从应用数学到金融数学再到物联网、移动计算领域的切换,在阵痛后他得以涅槃。2017 年被聘为学校首批“腾龙学者”,2018 年晋升为教授。
 
2 在物联网、移动计算领域的研究成果
刘文平长期致力于大规模物联网络关键特征提取与应用方面的研究,擅长利用计算机图形学、计算机视觉等跨学科领域知识,从网络内在几何拓扑结构视角出发,解决传感器网络路由、定位、数据存储,以及公交定位与室内导航等理论与实际应用上的难题。
在群智感知的轻量级公交定位与室内导航方面,利用公交乘客群智感知的WiFi 信息,提出基于WiFi 信号的公交实时定位方法,建立了公交到达时刻预测模型;利用室内活动用户感知的多模态信息,构建网络拓扑作为室内导航的全局参照框架,提供不依赖于精准定位和室内平面图的导航服务。
基于计算机视觉中离散曲线演化思想,结合计算机视觉理论,给出了传感器网络中边界节点曲率的一种新定义。通过设置不同的角点阈值,可以控制不同规模的边界噪声,提取多尺度网络骨架。与以往算法相比,该算法对边界噪声更加稳健。此外,利用部分边界节点建立距离变换,提出了骨架的另一种描述方式,设计了低复杂度、分布式算法来连接与优化骨架,其优点在于不依赖于网络边界信息,更加适用于稀疏网络。
研究了骨架节点与节点邻居数分布的关系,提出了基于节点邻居数的骨架节点识别新方法。提取骨架同时,得到了网络另外两种重要拓扑特征,即网络边界和网络分割。该方法不依赖于任何边界信息,适用范围更广。
提出三维网络线骨架的定义,发明了二维/ 三维网络线骨架提取的统一框架,构建了衡量骨架节点重要度的指标,以度量其在反映网络拓扑细节方面的贡献,提出了基于重要度、分支相似度的骨架建立与优化方法,设计了一种基于线骨架的有效路由协议。提出了稳健的三维网络面骨架节点识别方法,设计了分布式、低复杂度的面骨架提取算法,对网络拓扑、边界噪声、网络密度和动态拓扑等具有稳健性,研究了面骨架在三维网络数据存储与检索中的应用。
提出了一个衡量边界点凹度的曲率定义,首次阐明了网络凹度与定位误差间的联系,设计了一种有效的网络定位算法,显著降低网络定位误差。
通过研究不借助于网络边界和节点位置信息,设计分布式算法来构建网络Reeb 图,进而提出了两种分布式数据存储和检索算法,二者均能保证检索成功、存储负载均衡和具备距离敏感性,在存储成本和检索路径长度方面提供了权衡取舍。
 
3 悉心培育英才
从教以来,刘文平有一半的时间都站在讲台上,读博期间依然每学年要讲授近400 课时的专业课。科研工作中他严谨、克制和坦然,面对学生他则充满爱心、细心和耐心。在担任班主任期间,考虑到从高中进入大学转变较大以及学生自控力较弱的问题,刘文平从大一新生起就狠抓学风,帮助学生养成良好的习惯。每天早上,他带着学生练习英语口语,晚上陪学生们自习。在授课的过程中尽量以通俗易懂的方式解答学生疑问,帮助学生梳理知识体系。他指导学生完成的论文多次获得湖北省优秀学士学位论文奖。