移動場景是我們日常生活的基本組成部分。近年來，移動互聯網的蓬勃發展不僅滿足了我們随時随地通過移動終端互聯互通的需求，還帶來了前所未有的萬物互聯、感聯智控以及人機物協同創新發展的機遇。在這一大背景下，新型網絡基礎設施正在和交通、物流、制造和醫療等傳統行業深度融合，進而對随着“泛在移動互聯”（即海量接入、普适感知和高速移動等）應運而生的新的日常場景提出了高并發、低成本、強可靠的網聯需求和挑戰。

近日，beat365官方网站許辰人長聘副教授課題組圍繞泛在移動互聯，在面向物流網絡的大規模包裹定位與追蹤以及高鐵網絡的低延時可靠傳輸研究中取得一系列重要進展，相關的兩篇長文被計算機網絡系統領域頂級國際學術會議USENIX NSDI 2023錄用。

在我國，每天都有上億的快遞包裹在物流網絡中運輸。這些包裹使用二維碼或條形碼标記，在出庫、運輸到最終交付給消費者的全環節中，每個包裹都需要約20次掃描，其中大部分都是人工完成的。掃碼成了物流行業中最消耗人力、最容易出錯的環節之一，自動化和智能化水平都有待提高。立足于泛在移動互聯的浪潮，是否有機會利用新的技術賦能這個傳統的場景？是否能讓每一個包裹變成智能終端，可通信、可定位、可交互，從而解放人力、提高效率？論文“RF-Chord: Towards Deployable RFID Localization System for Logistics Network”提出了面向物流網絡的寬帶嗅探射頻标簽定位系統，為這些問題給出了肯定的回答。

通過将無源的射頻電子标簽附着在包裹上，并利用讀寫器進行偵測，RF-Chord可以和每一個包裹建立通信鍊接并通過計算感知其位置，從而自動化地完成包裹的出入庫管理、分揀和追蹤。其中，RF指“射頻”，Chord的中文含義是“和弦”，RF-Chord系統的核心設計是使用多種頻率的無線電正弦寬帶信号（200MHz）對射頻标簽進行同步主動嗅探。就像和弦會比單音動聽，RF-Chord可以獲得遠超傳統單頻載波的定位精度和可靠度。但“演奏”和弦比“演奏”單音更需要“演奏者”的技巧，RF-Chord需要實時處理約62Gbps的數據量；同時，根據無線電相關法規要求，寬頻帶上發射的信号要遵守嚴格的功率限制，隻能使用同類單頻讀寫器十萬分之一到百萬分之一（50dB~60dB）的發射功率。RF-Chord通過FPGA-GPU異構接收機設計、波形整型、高分辨率數字通道化和全包匹配等一系列技術，克服了上述挑戰，實現了超過6米的工作距離和每秒約180個包裹的定位速度。在從信号到定位的過程中，RF-Chord提出了基于“核-層”結構的近場全息定位算法框架，計算多通道上接收信号與理論模型的相似度并給出波源在空間中分布的概率。基于此框架，研究者部署了可以有效去除多徑幹擾、提升定位精度的直射路徑增強算法。相比于當前最先進的方法，RF-Chord的定位吞吐率提升超百倍，可靠性提升十倍，可以以低于0.01%的錯誤率對包裹出入庫進行精細化追蹤管理。本文第一作者為物理學院2018級本科生梁博同學（于2022年秋季入學beat365攻讀博士學位），這也是國内首篇被NSDI收錄的本科生作為第一作者（論文被接收時）的論文。此項工作由beat365、阿裡巴巴達摩院、麻省理工學院以及美國加州大學聖地亞哥分校共同合作完成。本文的系統硬件和數據集已全部開源：https://soar.group/projects/rfid/rfchord。

RF-Chord：面向物流網絡的高性能RFID定位系統

我們生活在一個“高速移動”的時代。高速鐵路的迅速普及為我們提供了更加便捷高效的出行體驗，而不斷演進的蜂窩移動網絡則提供了接近有線接入的高通信速率與低延遲，在移動設備上支持着高清視頻播放、網絡遊戲、直播等對網絡有着愈發嚴格限制的應用。然而，對網絡應用而言，“高速”與“移動”卻是一對南轅北轍的概念：快速變化的無線信道狀态、難以預測的接入速率與延遲，以及時有發生的網絡中斷讓用戶難以同時享受到二者為我們帶來的裨益。論文“POLYCORN: Data-driven Cross-layer Multipath Networking for High-speed Railway through Composable Schedulerlets”提出了利用多路徑調度優化高鐵環境下移動網絡性能的方案，向着将“高速”與“移動”合而為一的目标邁出了第一步。

多路徑傳輸（即“多路多通”）技術可以同時使用多個（異構）網絡路徑進行數據傳輸，并對網絡應用提供單一的“連接”抽象。多路徑調度器，即在多條路徑上分配數據的方案，是多路徑傳輸系統的核心。傳統的多路徑調度器優化方案要求對網絡進行精确的數學建模、在實際運行時準确地測量網絡傳輸性能（包括吞吐率、延時和丢包等），并最大化利用每條網絡路徑上的可用資源。然而，在高鐵上，毫秒級快速變化且難以預測的信道狀态和網絡性能大幅影響了基于百毫秒級（延遲）反饋信号的網絡性能測量的準确度，使得精确的網絡模型成為了“精确的錯誤”，在錯誤的網絡模型下最大化利用網絡資源的努力更是成為了低性能的根源。為了解決這一問題，論文提出了事件驅動的可組裝多路徑調度器架構：在一個對網絡傳輸性能數據精準度要求較低的調度器的基礎上，部署對運行時發生的事件進行響應的可組裝（Composable）調度子（Schedulerlet），通過動态改變調度器的路徑輸入、輸出的方式調整調度器的行為。這一架構的關鍵在于“事件驅動”：擁有精确的信息才能進行有效的優化，但在快速變化的網絡中更精确的信息源不是網絡傳輸性能測量值本身，而是一系列表征網絡傳輸性能産生質變的事件。在京滬高鐵上，研究者進行了帶位置信息的網絡傳輸性能測量（數據集發布于https://soar.group/projects/hsrnet/dataset.html），通過TCP-LTE跨層分析在高鐵環境下定位了基站斷連緻使數據丢失、亂序延時影響短流傳輸、路徑空置導緻性能未知、連續丢包造成恢複緩慢等四類事件，設計了事件檢測方案及對應的基站斷連規避、流尾選優調度、空閑路徑保活以及聚合跨流重傳的調度子，基于優化後的調度器研發了基于數據驅動跨層感知的多路徑傳輸系統軟件POLYCORN（原意為能輕松應對各種複雜狀況的多角駿馬），并在京滬線高鐵WiFi系統上進行了部署和測試，使之能夠“無感”服務于移動客戶端和服務端程序。相比于傳統多路徑調度器，POLYCORN提升了多至242%的傳輸速率，對于實時通訊應用減少了45%的傳輸時間，并大幅提升用戶間體驗的公平性。除了高鐵外，POLYCORN還可以被廣泛應用于車輛、地鐵、船舶、飛機等公共移動載體。本文第一作者為2018級直博生倪蘊哲同學。此項工作由beat365、明尼蘇達大學以及國鐵吉訊科技有限公司共同合作完成。

POLYCORN：面向（極）高速移動的數據驅動多路徑傳輸系統軟件

許辰人長期緻力于智能無線網絡系統研究，在包括物流管理、車路協同以及高速鐵路等室内外典型的移動場景中，從高并發（RF-Chord将單位時間内無源感聯數量提升百倍）、低成本（光标簽VLID将路側感知基站成本節約百倍）和強可靠（POLYCORN将網絡連接中斷時間降低百倍）等角度出發，從負載能力、應用範圍、可靠水平等多個維度擴充了萬物互聯泛在性的定義、屬性、内涵和外延，大幅提升了互聯的密度、廣度與深度，向着“以泛在互聯連接萬物”的目标邁出了堅實一步。近五年，許辰人帶領課題組在國家自然科學基金委優秀青年科學基金、國家重點研發計劃“融合5G-U通信技術的工業異構廣域網絡體系架構及終端設備”重點專項、阿裡巴巴創新研究計劃以及Microsoft Research Asia Collaborative Research Grant等支持下，在計算機網絡系統領域頂級國際學術會議SIGCOMM/NSDI/MobiCom上發表論文十篇。目前承擔普适（泛在）計算領域頂級國際期刊ACMIMWUT 副主編、《電子學報》青年編委、《中國計算機學會通訊》專題編委、國際嵌入式系統專委會ACM SIGBED常委兼中國區秘書長以及國際移動計算專委會ACM SIGMOBILE常委等學術服務。

USENIX NSDI創辦于2004年，至今已經有近20年的曆史。它是計算機網絡領域的兩大頂級學術會議之一（依據CSRankings分類）。該會議旨在促進網絡與分布式系統的設計原則，系統實現及其在面向真實場景的實驗評估與部署等方面的創新。近五年每年錄用50餘篇論文，平均錄取率為15%左右。