赋能工业物联网 立德树人育英才——记西安电子科技大学华山学者领军教授杨龙

21世纪初,物联网的概念一经提出,迅速在全球范围内得到了认可,并成为新一轮科技革命与产业变革的核心驱动力。通过整合多种先进通信网络技术和海量信息传感设备,物联网可实现人、机、物随时随地互联互通,为各纵深行业提供高效数据应用服务。随着物联网进入“万物互联”高速发展期,其应用赋能作用日益凸显。为实现传统产业转型升级,物联感知和智能通信逐渐融入工业生产各个环节,工业物联网应运而生。

杨龙教授作为西电研究生毕业典礼教师代表讲话

面向工业互联网发展浪潮,西安电子科技大学华山学者领军教授、博士生导师杨龙奋楫逐浪,聚焦隐蔽通信、信号特征提取与识别、移动边缘计算、无线缓存网络、非正交多址接入、无线物理层安全等主要研究方向,不断推陈出新,实现了多项创新突破。近5年来,杨龙一直从事非正交信号传输与信号处理技术研究,包括非正交超可靠传输、非正交共生安全与指纹认证、非正交通算存融合,成果应用于 “区域电磁频谱管控系统”及“某天基平台”等重要工程,并入选了2023年国家创新成果推荐目录。作为“陕西省青年科技新星”荣誉称号获得者,杨龙已经开启了属于自己的科研锦绣新篇章。

倾力科研 勇于创新

杨龙是一名典型的八零后科研人员,他有着爽朗的性格和坚毅的精神。2010年于西安电子科技大学本科毕业后,他继续留在本校硕博连读,专业是通信与信息系统。博士毕业后,他还分别前往英国兰卡斯特大学和加拿大阿尔伯塔大学访问学习和研究。10余年来的学习和研究,让他在通信技术领域打下了坚实的科研基础,他的研究也为工业物联网中的一些问题提供了有效解决方案。

作为第四次工业革命的重要基石,工业互联网涵盖“工业+智能”两个关键要素。杨龙表示,工业物联网主要应用在制造、交通、运输、能源、矿山等行业领域,目的是优化生产过程、提高生产效率、降低制造成本。

近年来,围绕工业物联网“超低时延接入”和“超可靠连接”两大核心目标,杨龙作为项目负责人,带领团队承担了国家重点科研项目、国家自然科学基金、陕西省重点产业创新链-工业领域、陕西省自然科学基金等10余项科研项目,取得了一系列创新性的科研成果。

由于工业物联网与生产生活互动融合密切,其数据安全关乎重大经济效益和人民群众财产生命安全。为此,杨龙将“非正交共生”思想应用于物理层安全架构,利用信号与干扰间“有意共生”及硬件指纹在信号中的“无意寄生”,创新性构建了非正交安全传输与认证理论体系架构,赋能海量算力受限节点实现不依赖秘钥的安全信息交互。首先,非正交通扰协同安全传输理论,利用共生干扰对通信信号的协同掩护,实现了通信信号第三方不可解析性和不可检测性,解决了非加密条件下工业物联网物理层传输的信息泄露问题;其次,非正交寄生指纹识别认证理论,通过接收端对信号时域-频域-高阶谱变换域的联合测量,快速识别寄生于信号中的发送端硬件独有特征,解决了工业物联网低零算力节点的身份认证问题。这项研究成果获得了国内外多位知名专家的高度评价。

其次,工业互联网市场规模庞大,预计2025年,我国物联网设备连接量将突破150亿。为满足巨量节点高并发信息交互需求,杨龙在传统时频域基础上引入功率域新维度,挖掘巨量节点空间分布自由度,通过功率域自适应叠加编码与串行解析,化被动“互扰”为可消“自扰”,创新性构建了非正交超可靠传输理论体系架构。他提出了机会式非正交接入调度理论,实现了节点间可控的机会式按需接入,解决了工业物联网巨量节点接入碰撞与用频冲突难题;提出了非正交协作分集传输理论,通过用户间信息协作转发获取高空间分集增益,解决了大规模工业物联网传输可靠性递减问题;提出了非正交多信息流动态解析理论,实现了“容量-功率-解析”三者间最优动态匹配,解决了工业物联网密集并发信息流的可靠解析难题。在陕西省重点产业创新链的大力支持下,这项成果已应用于多型号工业物联网设备,拉动相关产值过千万。

此外,工业物联网多样化应用散布全域,然而传统工业自动化网络监测、控制资源多集中部署,难以实现业务数据实时分析管控。为此,杨龙以非正交多信息流并行传输为载体,综合区域算力和存储资源,创新性构建了非正交通算存融合理论体系架构。他提出了非正交分层通算存资源协同理论,实现了基于非正交传输的“边-端”资源的融合、决策与优化分配,解决了工业物联网时延敏感业务的承载难题;提出了非正交信息存储与分发理论,实现了跨节点多维资源协同信息的非正交推送与并行分发,解决了工业物联网通算存资源的超低时延协同难题;提出了非正交随机负载均衡理论,实现了通算存资源负载的跨区域动态均衡,解决了工业物联网业务负载时空起伏与网络资源静态分布的对立问题。相关成果的先进性被各国院士等顶尖学者评价为“奠基性工作”、“唯一研究工作”和“令人印象深刻的工作”等。

迄今,由于先进的科研成果和突出的科研贡献,杨龙获得了2023年河南省科技进步一等奖1项;现已发表IEEE Transactions系列期刊/旗舰会议论文82篇;获国家发明专利20余项,相关成果应用于中国电子科技集团、中国航天科技集团等重点单位,受到了应用单位的一致好评,并取得了良好的经济效益和社会效益。

杨龙教授与2023届毕业生合影(左五)

倾情教育 立德树人

除了繁忙的科研工作,杨龙作为博士生导师,还肩负着为国家培养人才的重任。自2015年留校工作以来,他扎根于教育科研一线,始终把“立德树人”作为教育工作的根本任务,全力培养忠于祖国、忠于人民、德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

目前,杨龙担任通信工程学院本科专业核心课《电路分析基础》课程组核心成员和主讲教师,他以培养学生的核心素养为目标,从教材开发和课程资源建设、教学过程和教学方法改革、学生综合素质评价等多方面出发,加强课程内容与新一代信息与通信技术发展的内在联系,同时建立有序进阶、可测可评的学业质量标准,实现“教学评”的紧密衔接,全过程、全链条提升核心课程教学质量。

在教学过程中,杨龙以无线通信前沿技术为牵引,引导学生领会大规模MIMO、毫米波通信等前沿技术原理与《电路分析基础》课程内容间的内在联系,组织启发式互动、案例式教学及部分知识点的“翻转课堂”,实践成果连续两年荣获“本科优质教学奖”。

此外,杨龙还担任研究生专业核心课《高级数字信号处理》主讲教师,在教学过程中采用中英双语教学,教学效果显著,选课人数由2020年147人起逐年递增,至2023年已经达到230人,四年总选课人数达769人。

自2019年起,杨龙一直担任西安电子科技大学-赫瑞瓦特大学中英合作办学中方副主任,他首创了“学业导师+研究生/本科生助教的联合学业指导模式”,主持陕西省高教委员会合作办学教学改革项目《需求引领、多维协同的中英合作办学质量提升路径研究与应用实践-以西电赫瑞瓦特中英合作办学项目为例》。教学改革期间,中英合作办学近400名毕业生中,高达63%的人被帝国理工大学、康奈尔大学等世界排名前30的顶尖学府录取,131人次获“互联网+创新创业大赛”、“国际数学建模竞赛”等国内外顶级学科竞赛奖。在新冠疫情期间,杨龙积极响应教育部“延期不延教、停课不停学”的号召,紧急设计并发布疫情期间中英合作办学线上教学保障体系,有力地保障了中英合作办学教学活动的顺利开展,并将相关工作总结后,以第一作者在教育部国际司下属期刊《中外合作办学》发表教改论文《知识传“播”,线上战“疫”——西安电子科技大学中英合作办学线上教学经验分享》,向国内中外合作办学高校介绍西电中英合作办学的教学保障制度及取得的成果。他还带领青年教师和学生齐心协力,攻克技术难点,带领学生在东部沿海地区侦察阵地做试验,以实际行动积极影响着团队的青年教师和每一位学生。

科研结硕果,桃李满芬芳。作为博士生导师,杨龙始终坚持奋战在科研工作一线,践行“学高为师、身正为范”的育人理念,亲力亲为指导每一位学生的毕业论文。在科研和育人工作中,杨龙时常鼓励学生惜时厚行,教导学生树立远大的科学理想,培养学生刻苦钻研的科研精神,告诫学生坚持学术严谨、维护学术规范、严守学术道德不动摇,与团队一同带领研究生学生齐心协力,攻克技术难点。截止目前,杨龙已培养博士8人、硕士27人,为中国电子科技集团、中国兵器工业集团、中国卫星网络集团、中国人民解放军空军研究院及空军工程大学等国防重点单位输送了一大批优秀的专业人才。

科研创新硕果累累,学科发展蒸蒸日上。回顾过去、展望未来,杨龙将秉承“成功不必在我,而功力必不唐捐”的理想信念,立足国家战略发展需求,继续攻坚克难、砥砺前行,为推动我国工业物联网战略部署和科技自立自强建设破冰起航、勇攀高峰。(文/王依)

杨龙教授获华为通信算法大赛优秀指导奖(左二)