电子科技大学鲁力教授：十年潜心创新，物联网系统架构新突破

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    卢力，电子科技大学计算机科学与工程学院（网络空间安全学院）副院长、教授、博士生导师。主要研究方向为物联网边缘系统和无线系统安全。作为主要成员获得国家科学技术进步奖一等奖。获得国内专利授权20余项，美国专利授权1项。

    深潜

    11月中旬，从珠海航展回来后，陆力在电子科技大学清水河校区第四科研楼五楼的办公室里回顾经验，规划新的研究。中国。这次珠海之行，他为自己孵化了13年的物联网新系统发现了很多新的应用场景。

    在电子信息领域的众多专家中，陆力是个大器晚成的人。

    如今，他“沉寂十年”、潜心创新的成果有望改变现有的通用物联网系统架构，正在应用于军事、医疗、工业等各大领域。

    战斗至死

    我已经十年没有出书了。我是一名30岁的副教授，给本科生上课。我已经4年多没有发表过学术论文了。

    除了学术报告和科研成果之外，在网络上几乎很难找到陆莉的踪迹。在电子信息技术全国领先的电子科技大学，他的名字并不出名。但在物联网世界，说到路丽，他就是一个“颠覆”的存在。

    2009年，在香港科技大学做博士后后，陆莉来到电子科技大学。一般来说，此时如果你加入一个大团队，很快就会有明确的方向和项目去做，这是最快的融入方式。但他并没有加入任何团队，希望有一定的自由度，独立做研究。

    “博士、博士后期间的研究太基础了，却不了解这些基础研究所依赖的底层系统。如果走这条路，我们的研究很快就会陷入困境，不可能产生有价值的重大成果。”结果，”他说。他对自己过去的研究持消极态度。 “国家重大需求和产业能力提升，必须依靠系统研究和系统级成果。”

    经过近一年的奋斗，他终于想通了：如果我不知道做什么，我就去学点东西！就这样，30岁的陆丽副教授坐上了传播学院的本科班。

   

    他本科和硕士学位学习控制，博士学位学习密码学和网络安全。他在电子科技大学学习无线通信和计算机系统。这些学习经历帮助他弥补了自己在计算与通信融合系统研究方面的短板。 2010年底，华盛顿大学的一个研究团队牵头开发出世界上第一个可计算射频识别标签，这引起了他对物联网边缘系统的兴趣。

    在花了半年时间了解其技术原理和整体设计后，他带着研究生进入了无源物联网系统领域。

    据《2021年物联网平台公司全景洞察报告》显示，全球物联网系统数量正呈现负增长趋势。 2021年，封闭物联网系统的数量将首次超过新建物联网系统的数量。主要原因是物联网系统的开发和部署成本太高，导致很多企业入不敷出，看不到盈利的希望，因此放弃了继续投资物联网平台。 “它们有没有可能从环境中获取能量，实现自给自足？”陆离试图回答这个前沿问题。

    此后四年，陆力在没有项目经费支持的情况下，全身心投入无源传感系统的研究。四年来，他没有发表过一篇论文，也没有与公司进行横向项目合作以获得资金来源。

    全身心投入，暂时并没有给他带来好运。从环境中获取能量，为传感器节点提供能量，陆力带领团队通过独立的系统进行跑动。然而不同的能源有着不同的转换机制，始终未能形成完整的技术体系。对于研究人员来说，这显然不是成功的。

    “技术路线不对。”陆离意识到。回想起来，2015年他被评为教授时，与同龄人相比，他几乎没有任何可以证实的成就。看起来他好像离得很远。

    转折点

    有意识瞄准、无意识刺激，颠覆传统物联网架构

    技术路线不对，陆离进行了深入反思。无源系统旨在从环境中获取能量，最终目标是长时间运行。如果把“开源”的思路换成“节流”，把现在毫瓦级的功耗降低到微瓦级，是否可以达到同样的目标呢？

    不存在浪费的道路。团队在无源系统的研究过程中，触及了物联网终端低功耗系统的核心。

    需要在维持其适用的性能要求的同时，降低弱终端节点的成本和功耗。目前主流的解决方案是针对功耗、成本等限制，优化现有终端的嵌入式设计。

    然而，此类解决方案始终面临着一个难以突破的瓶颈：由于系统设计的原因，为了保证终端系统的正常运行，仍然无法去掉高成本、高功耗的核心处理模块——单片机（ MCU）和通信模块。

    鲁丽将这两个模块比作“更衣室”。信息以电磁波的形式进入终端，需要“转化”为数字基带信号，进而转化为控制指令和数据，才能被外围芯片接受和感知。在这样的系统下，两个“更衣室”是必不可少的，现有的终端离不开这两个模块。

    陆力不再试图接近现有建筑能耗约束的极限。他突破现有模式，提出了无线总线物联网边缘系统。

    2019年，团队突破了一系列关键技术，最终形成了低功耗、远距离、低成本的物联网边缘系统。其研发的远距离通信接收机功耗几乎为零。日常待机模式下可在50微瓦下长时间运行。在相同传输距离下，功耗是现有接收机的万分之五。一定范围内可部署的节点数量从现有的二十、三十个增加到500多个。

   

    当终端“摆脱”计算任务时，就可以形成通用的架构。为了适应不同的场景，只需将不同的外围芯片插入通用终端即可满足不同的需求。

    转变

    从“智能尘埃”到心肺复苏机，成果进入密集转型期

    2020年1月10日，是陆莉科研生涯中值得铭记的一天。在当天举行的2019年国家科学技术奖励大会上，他作为主要成员参与的项目荣获国家科学技术进步奖一等奖。

    此时，距离他加入电子科技大学已经过去了十年。在他极简的办公室里，“十年磨一剑”四个字，见证了十年沉寂、突然成功的故事。

    这几年，陆离的成就确实是崭露头角。近两年来，该团队的研究成果在学术界引发反响。学术论文发表在计算机网络系统领域著名的顶级会议和NSDI上。

    业绩也开始进入密集转型期。近日，陆莉再次前往北京办理项目。他想要制作一款名为“智能灰尘”的产品，用于环境监测。这是美国国防高级研究计划局（DARPA）一直想做的事情。 “将传感器制作成微小的鹅卵石，并将它们撒在地面上以监视某个区域。”陆力表示，现在接收器的通讯极限可以达到7公里，可靠距离为1公里。那么部署一个网关就可以监控3.14平方公里。所有物联网灰尘节点。

    另一个正在开发的应用是智能心肺复苏机。尽管机械加压设备广泛使用，但心脏骤停患者的生存率仍处于较低水平，在我国仅为1%左右。

    如何提高胸外心脏按压的质量是急诊领域亟待解决的问题。他与四川大学华西医院急诊医学科主任曹宇教授合作，开发了一种根据关键生理参数实时调整压迫模式的压迫装置。

    整个胸廓的形变和力学参数的采集、极端生理条件下的血流状况……这些生理参数的无创连续采集、加压质量控制和自我反馈都需要物联网边缘系统的技术支持事物。

    图片由受访者提供