2018 數學、電腦科學與工程學領域研究前沿

2018 數學、電腦科學與工程學領域研究前沿
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科學研究亮點

數學、電腦科學與工程學領域位居前 10 位的熱點前沿主要集中在基於二階梯度彈性理論、偏微分方程求解、遠端用戶認證、D 數理論的決策方法、模糊決策理論約略集合模型、混沌圖像加密演算法、適應性模糊最佳控制系統、離散時間延遲系統穩定性分析、面向5G 的非正交多重存取、無線感測器網路等領域。與 2013-2017 年相比,2018 年 Top 10 熱點前沿既有延續又有新發展。梯度彈性理論研究連續多年入選本領域的熱點前沿或新興前沿。偏微分方程求解及其應用問題也始終是歷年研究前沿中的重要研究主題。在電腦科學和工程學領域,遠端用戶認證相關研究再次入選熱點前沿,其餘的熱點前沿則均為首次入選。

 

數學、電腦科學與工程學領域 Top 10 熱點前沿
排名 熱點前沿 核心論文 被引次數 核心論文平均出版年
1 適應性模糊最佳控制系統研究 39 1679 2016.2
2 無線感測器網路的資料獲取、傳輸與安全和隱私保護 31 827 2016.1
3 基於 D 數理論的決策方法研究 43 1353 2016
4 面向 5G 的非正交多重存取 22 826 2016
5 二階梯度彈性理論及其應用 47 1576 2015.6
6 幾類典型非線性發展偏微分方程的求解及其在流體力學、電磁學等領域的應用 28 817 2015.6
7 基於智慧卡、生物特徵等的遠端使用者認證方案及相關技術 46 4211 2015.3
8 多細微性模湖決策理論約略集合模型研究 47 1816 2015.3
9 離散時間延遲系統穩定性分析方法研究 17 1176 2015.1
10 混沌圖像加密演算法研究 25 1114 2015

 

重點熱點前沿 — 面向 5G 的非正交多重存取

隨著移動網路、社交網路和物聯網的蓬勃發展,爆發式增長的資料量給有限的頻譜資源帶來了極大的挑戰,人們對未來移動網路提出了更高的需求。作為下一代移動通訊技術,第五代移動通訊 (5G) 急需解決大規模終端設備同時可靠存取的問題。

為了實現諈佳系統傳輸量與接收的低成本,4G 中採用了正交多重存取 (OMA) 技術,其資料傳輸速率每秒可達 100Mbs甚至 1Gbs,能夠滿足今後一段時間內移動通訊應用的頻寬需求。然而, 為了 5G 頻譜效率提升 5~15 倍的需求,業內提出採用新型多重存取的方式,即非正交多重存取 (NOMA)。正交多重存取技術只能為一個用戶分配單一的無線資源,例如按頻率分割或按時間分割,而非正交多重存取可將一個資源配置給多個用戶。在某些場景中,比如遠近效應場景和廣覆蓋多節點存取的場景,特別是上行密集型場景,採用功率複用的非正交多重存取方式較傳統的正交存取有明顯的效能優勢,更適合未來系統的部署。

本研究前沿的 22 篇核心論文中,被引次數最高的文章研究了非正交多重存取技術在隨機部署使用者的 5G 系統中的效能表現。分析結果顯示, 非正交多重存取技術在遍歷總和方面可以取得優異的效能,其中斷效率主要取決於使用者的目標資料速率和分配功率的選擇。第二高被引文章為一篇回顧性論文,概括了近年來非正交多重存取技術在理論研究和實現技術等方面取得的一些階段性成果,如低密度分碼多工存取 (LDSCDMA) 、稀疏編碼多重存取 (SCMA)、多用戶共用存取 (MUSA) 和非正交特徵圖樣分割多重存取 (PDMA) 等,以及該技術面臨的挑戰、機遇和未來研究趨勢。其餘核心論文的研究內容還包括:採用非正交多重存取技術的 5G 系統的遍歷容量、波束形成、功率分配策略和用戶公平性等。

從該研究前沿的核心論文產出國家和機構來看,共有 10 個國家參與發表核心論文, 其中,英、中、美三國參與發表的核心論文較多。機構中,英國的蘭卡斯特大學參與發表 10 篇核心論文,而在排名第二的普林斯頓大學參與發表的 8 篇核心論文中,有 7 篇是與蘭卡斯特大學合作發表的。

從該研究前沿的引用論文情況來看,中國在領域的參與程度較高,其次為英國。在引用論文 Top 10 機構中,英國的蘭卡斯特大學仍舊保持第一。中國有 6 家機構入選,中國科學院參與發表 33 篇引用論文,在中國機構中排名第一;而西南交通大學和北京郵電大學在核心論文和引用論文 Top 機構中均有所體現。

 

新興前沿

數學、電腦科學與工程學領域有 2 項研究入選新興前沿,分別是「非線性發展方程的孤子解及其在流體力學、光纖通訊等領域的應用」和「多重代理人智慧系統一致性研究」,下面對第2 個新興前沿進行重點解讀。

 

數學、電腦科學與工程學領域的 2 個新興前沿
序號 新興前沿 核心論文 被引次數 核心論文平均出版年
1 非線性發展方程的孤子解及其在流體力學、光纖通訊等領域的應用 10 250 2016.6
2 多重代理人智慧系統一致性研究 8 186 2016.6

 

受自然界中群集現象(蟻群集聚、魚群洄游、動物遷徙等)的啟發,研究人員提出了多智慧體系統的概念。多重代理人智慧系統一般指由具備一定通訊、傳感、計算和執行能力的一組智慧體(物理或抽象的實體)按照某種通訊方式組成的鬆散耦合網路化系統。多重代理人智慧系統中,每個智慧體只能與其相鄰的智慧體進行資訊溝通而不能獲得全域的資訊,透過相互配合共同完成任務,相比單個智慧體更具智慧性,對更複雜的問題有更強的解決能力。

多重代理人智慧協同控制在眾多領域有廣泛的應用, 例如多種無人機及自主水下機器人協同作業等。因此,研究智慧體網路協調控制成為多重代理人智慧系統研究領域的重要問題之一,已經吸引了多個研究領域學者的大量關注,並已經取得一些重要研究成果。

2018 年度新興前沿「多重代理人智慧系統一致性研究」研究了基於非週期採樣資料控制的多重代理人智慧系統的一致性、多重代理人智慧網路一致性健全 H ∞控制、不完全資訊下的多重代理人智慧協作機制、非線性多重代理人智慧一致性等問題。中國研究機構如浙江大學、廣東工業大學、華東理工大學等參與貢獻了該新興前沿的全部論文。澳洲、加拿大、英國、新加坡等國家的研究機構也積極參與了這一主題的研究。

 

下載完整繁體中文報告

 

 

本文節錄自《2018研究前沿》報告中的「數學、電腦科學與工程學」章節,該報告分析的數據來源為  Web of Science 及 Essential Science Indicators (ESI) 學術引文資料庫,除「數學、電腦科學與工程學」章節外,該報告亦分析了「農業、植物學和動物學」、「生態與環境科學」、「地球科學」、「臨床醫學」、「化學與材料科學」、「物理學」、「天文學與天體物理學」、「生物科學」、「經濟學、心理學及其他社會科學」等共十個大領域。透過持續追蹤全球最重要的科學研究和學術論文,研究分析論文被引用的模式和聚類,有助於了解特定領域的最新發展,並可進一步洞悉未來趨勢,幫助研究人員尋找新的研究領域,輔助相關資金和專利申請的政策制定,或與其他研究機構擬定合作計劃,以有限的資源來支持和推進科學進步。

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