发出清晰的信号

在尤里•波里安斯基(Yury Polyanskiy)长大的那个与世隔绝的俄罗斯城市,所有关于计算机科学的信息都来自外部世界。来自遥远的莫斯科的游客偶尔会把最新的计算机科学杂志和软件cd带回Polyanskiy的高中,供大家分享。

20世纪90年代中期,在阅读一本借来的《PC World》杂志时,Polyanskiy了解到一个未来主义的概念:万维网。

他和他的朋友们相信他的城市永远不会看到互联网的奇迹,于是他们建造了自己的城市。在不同的高楼里,将两台计算机之间的网线连接起来,它们就可以互相通信了。很快,其他一些孩子要求连接到这个临时网络。

“这是一个相当具有挑战性的工程问题,”麻省理工学院电子工程和计算机科学副教授波利安斯基回忆道。“我不记得具体是怎么做的,但我们花了一整天。你会感觉到互联网的传染性有多强。”

多亏了当时铁幕的倒塌,波利安斯基的家人最终连接上了互联网。不久之后,他开始对计算机科学感兴趣,然后是信息论,即存储和传输数据的数学研究。现在在麻省理工学院,他最令人兴奋的工作集中在防止随着“物联网”(IoT)的兴起而出现的主要数据传输问题。Polyanskiy是信息和决策系统实验室、数据、系统和社会研究所以及统计和数据科学中心的成员。

今天,人们随身携带着一部智能手机,也许还有一些智能设备。例如,当你在智能手机上观看视频时,附近的基站会在一定时间内为你分配一块专属的无线频谱。它为每个人这样做,以确保数据永远不会碰撞。

然而,物联网设备的数量预计会激增。人们可能会携带数十种智能设备;所有交付的包裹可能有跟踪传感器;智能城市可能会在其基础设施中安装数千个联网传感器。现有的系统无法有效地分配频谱以防止数据碰撞。这将降低传输速度,并使我们的设备在发送和重新发送数据时消耗更多的能量。

“连接到互联网的设备可能很快会出现百倍的爆炸式增长,这将阻塞频谱,而且将没有办法确保无干扰的传输。”将需要全新的获取途径,”Polyanskiy说。“这是我正在做的最令人兴奋的事情,令人惊讶的是,没有人谈论它。”

来自俄罗斯,热爱计算机科学

Polyanskiy在一个英文翻译为“彩虹之城”的地方长大,之所以如此命名,是因为它是一个开发军事激光的地方。这座城市被森林环绕,人口约1.5万人,其中很多是工程师。

在某种程度上,这种环境让Polyanskiy进入了计算机科学。12岁时,他开始编码——“为了利润,”他说。他的父亲在一家工程公司工作,在一个为油泵编程的团队里。当首席程序员另谋高就时,他们人手不足。“我父亲正在讨论谁能帮忙。我当时坐在他旁边,我说,‘我可以帮忙。’”“他一开始拒绝了,但我试了试,效果不错。”

不久之后,他的父亲开办了自己的公司来设计油泵控制器,并在他还在上高中的时候就把Polyanskiy带到了公司。这项业务赢得了全世界的顾客。他说,他帮助设计的一些控制器至今仍在使用。

波利安斯基在莫斯科物理与技术学院获得物理学学士学位,该学院是全球顶尖的物理研究大学。但后来,对攻读电子工程研究生感兴趣的他申请了美国的项目,并被普林斯顿大学(Princeton University)录取。

2005年,他去了美国的普林斯顿大学,波利安斯基开玩笑说,那里的文化冲击“我至今还没有从中恢复过来”。他说,首先,美国的教育体系鼓励与教授互动。此外,住宅和校园周围的电视、游戏机和家具也没有锁起来。

“在俄罗斯,一切都被束缚住了,”波利安斯基说。“我还是不敢相信美国大学就这么把这些事情都摆在外面。”

在普林斯顿,波利安斯基不确定该进入哪个领域。但到了挑选学生的时候,他问了一个相当无礼的学生,关于在信息理论巨人塞尔吉奥·维尔杜(Sergio Verdu)手下学习的事情。这名学生告诉波里安斯基,他不够聪明,不适合Verdu——因此波里安斯基变得目中无人。“在那一刻,我确信塞尔吉奥将是我的首选,”波利安斯基笑着说。“当人们说我不能做某事时,这通常是激励我的最佳方式。”

在普林斯顿,在Verdu的指导下,Polyanskiy专注于信息论的一个组成部分,即处理数据的冗余度。每次数据传输时,都会受到一些噪声的干扰。添加重复的数据意味着在噪声中丢失的数据更少。因此,研究人员研究最佳的冗余量,以减少信号损失,但保持快速传输。

在他的研究生工作中,Polyanskiy在数据包中传输成百上千的数据位元时,准确地找到了冗余的最佳位置,而这正是如今在线传输数据的主要方式。

获取连接

在普林斯顿大学获得电气工程博士学位后,波利安斯基终于在2011年以教授身份来到了他的“梦想学校”——麻省理工学院。麻省理工学院帮助开拓了一些信息理论研究,并推出了该领域的第一批大学课程。

有些人把信息论称为“绿色岛屿”,他说,“因为它很难进入,但一旦你到了那里,你会很高兴。”信息理论家可以被视为势利小人。波利安斯基说,当他来到麻省理工学院时,他只专注于自己的工作。但他经历了另一种文化冲击——这一次是在一个协作和丰富的研究文化中。

Polyanskiy说,麻省理工学院的研究人员经常在会议上发言,举办研讨会,进行合作,“同时进行大约20个项目”。“我很犹豫我能不能做这样高质量的研究,但后来我就上瘾了。多亏了麻省理工学院的“从消防水带喝水”的文化,我变得更加心胸开阔。有太多的事情在发生,最终你会沉迷于远离自己兴趣的学习领域。”

在与麻省理工学院其他研究人员的合作中,Polyanskiy的团队现在专注于寻找在即将到来的物联网时代分割光谱的方法。到目前为止,他的团队已经从数学上证明,目前使用的系统不具备这样做的能力和能量。他们还展示了什么类型的替代传输系统将不会工作。

受他自己的经验启发,Polyanskiy喜欢给他的学生“小钩”,即围绕他们工作的科学思想史和未来可能的应用的花边信息。一个例子是向可能是严格的确定性思考者的数学学生解释随机性背后的哲学。他说:“我想让他们尝试一些更高级的、超出他们所学范围的东西。”

他在美国生活了14年在美国,这种文化以某种方式塑造了俄罗斯人。他说,比如,他接受了一种更轻松、更互动的西方教学方式。但它也延伸到了课堂之外。就在去年,当波利安斯基访问莫斯科时,他发现自己用双手握住了一根地铁扶手。为什么这很奇怪?因为他从小就被教育要一只手扶着地铁,一只手捂着钱包以防小偷。“带着恐惧,我意识到自己在做什么,”波利安斯基笑着说。“我说,‘尤里,你要成为一个真正的西方人了。’”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2020/professor-yury-polyanskiy-1012

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