“信息理論和控制理論是系統(tǒng)科學的兩大支柱，長久以來，這兩大學科是各自獨立發(fā)展的。然而，隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的深刻變化，逐漸向網(wǎng)絡(luò)化和智能化靠近，信息與控制的結(jié)合已成為現(xiàn)實需求。發(fā)展基于信息理論的控制理論，最終實現(xiàn)兩大理論的完美統(tǒng)一，幾乎是這個領(lǐng)域研究者的最高夢想，也是我科研生涯所追求的最終目標?！?/p>

說這段話時，李韜的目光中充滿了真誠，飛揚著熱切。

生于1981年，剛過而立，中科院數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院助理研究員李韜很年輕，有著年輕人的激揚與執(zhí)著。對年輕人來說，激揚意味著澎湃的青春和熱辣的自信。踏實的，是行為；激揚的，是精氣神。去追求一個看上去很遙遠的目標，沒有這股精氣神怎能達成？

理論也能“接地氣”

2004年，李韜考入南開大學自動化系，逐漸迷上了理論研究?？既⊙芯可螅饾u將研究方向定位在網(wǎng)絡(luò)、信息與控制的理論研究上。對更多人來說，理論常常意味著枯燥。李韜卻不這樣想。在他看來，科學是來源于實踐，并且服務(wù)于實踐的。從事理論研究，將實踐升華為科學理論之后再反饋到實踐中，會對實踐產(chǎn)生更為廣泛的促進作用。他相信他所做的理論研究最終還是要“接地氣”的，包括他多年專注的多自主體系統(tǒng)。

近年來，伴隨著傳感器、計算機和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和運行模式發(fā)生了根本的改變。系統(tǒng)的各個組成單元不再只是具有單一功能的受控對象、傳感器和控制器，而成為了具備一定的感知、計算和通信能力的“自主體”。各個單元通過各種通信和傳感網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，互相協(xié)作完成給定的任務(wù)。通信和協(xié)作已成為整個控制系統(tǒng)運行的關(guān)鍵性因素。多自主體協(xié)調(diào)控制在多傳感器信息融合、多機器人協(xié)作、無人航行器編隊等領(lǐng)域表現(xiàn)出旺盛的生命力。“更重要的是，它為人們提供了一個認識各種信息處理和控制系統(tǒng)的全新視角?！崩铐w說，考慮具有通信約束的多自主體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，進行通信機制和協(xié)調(diào)控制的聯(lián)合設(shè)計與分析是控制理論自身發(fā)展的必然趨勢。

然而，雖然國內(nèi)外眾多學者對帶有通信約束的多自主體協(xié)調(diào)控制問題取得了諸多進展，但總體上尚缺乏系統(tǒng)深入的理論研究?；趯Χ嘧灾黧w系統(tǒng)基礎(chǔ)理論研究重要性的充分認識，李韜緊緊圍繞該領(lǐng)域的一些最基本、最核心的問題潛心攻克，所取得的一些重要成果得到了專家的一致肯定和好評。

引發(fā)控制界關(guān)注

“對于連通網(wǎng)絡(luò)，無論網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有多大，總存在一個分布式協(xié)議，使得每次通信每對鄰接的自主體間只需交換1比特的信息，就可以保證以指數(shù)的收斂速度實現(xiàn)平均趨同?！边@就是“小容量信道定理”，也是李韜與其合作者幾經(jīng)艱難摸索與證明后的結(jié)果。

在多自主體協(xié)調(diào)估計與控制中，信息傳播率和能量消耗約束是需要考慮的最基本、最重要的兩大約束。當信道容量十分有限、不允許較高的量化密度時，必須直接在數(shù)字通信框架下考慮協(xié)調(diào)估計與控制問題。系統(tǒng)控制界多年來對通信受限網(wǎng)絡(luò)控制的研究付出了巨大的努力，包括從單個體通信受限控制到基于無限比特量化器的趨同控制研究，然而對于能否真正在有限通信數(shù)據(jù)率下實現(xiàn)最基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制——趨同控制，設(shè)計數(shù)據(jù)率約束對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有良好適應(yīng)性的分布式算法以及給出所需的通信數(shù)據(jù)率和網(wǎng)絡(luò)性能、拓撲結(jié)構(gòu)的定量關(guān)系等這些最基本的理論問題始終沒有取得根本性突破。其難點主要在于有限比特量化器的高度非線性效應(yīng)所導(dǎo)致的編解碼誤差有可能是無界的，而且不同于單個體系統(tǒng)，這種非線性效應(yīng)和系統(tǒng)的分布式架構(gòu)交織耦合，所需的數(shù)據(jù)率可能隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)增多而趨于無窮。為此，李韜及其合作者提出了帶衰減尺度變換函數(shù)的基于動態(tài)新息量化的編解碼機制，有效地消除了編解碼誤差對系統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并證明了“小容量信道定理”；建立了由節(jié)點數(shù)、數(shù)據(jù)率以及網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的代數(shù)連通度和Laplacian譜半徑的比值給出的漸近收斂速度的顯式表達式。他們還首次提出了分布式趨同的通信能耗模型，說明了整體能耗和通信量之間的關(guān)系。據(jù)了解，該項工作是多自主體系統(tǒng)領(lǐng)域關(guān)于趨同算法性能與網(wǎng)絡(luò)拓撲參數(shù)和數(shù)據(jù)率相互關(guān)系的第一個定量結(jié)果。

該項成果一經(jīng)出現(xiàn)，就被認為是“回答了趨同控制所需的最小數(shù)據(jù)率和趨同收斂速度與通信數(shù)據(jù)率的相互關(guān)系這兩個多自主系統(tǒng)領(lǐng)域的重要問題”，而獲得了第7屆亞洲控制會議最佳論文獎，這也是亞控會有史以來首次設(shè)立的最佳理論論文獎。此后，他們針對丟包、通信時延及不可量測狀態(tài)等不確定因素，相繼提出了自適應(yīng)編解碼和量化觀測器型編解碼等方法，形成了系列成果。該系列成果在控制界三大頂級期刊IEEETrans.AutomaticControl上發(fā)表長文2篇、Automatica上發(fā)表短文1篇，SIAMJ.ControlOptimization上發(fā)表論文1篇。不過一年多，累計GoogleScholar他引達88次，引起了學術(shù)界的廣泛關(guān)注。

邁向未來的腳步

當然，李韜的研究不止這些。隨著研究視野的開闊，李韜在研究生涯中的積累越來越多，他卻覺得自己不能把握的東西越來越多。“未知的奧妙很多，我所掌握的知識真的微不足道，需要不斷去探索，發(fā)現(xiàn)新的結(jié)合點?！?/p>

近年來，李韜等人的研究成果獲得不少跨界人士的青睞。IEEEFellowH.H.Chen等人關(guān)于分布式多媒體調(diào)度的工作就曾經(jīng)采用他們提出的編碼器、解碼器、控制協(xié)議以及閉環(huán)性能分析方法，其成果發(fā)表在IEEETrans.Multimedia上，并在2011年的世界通信大會上報告。而后，有關(guān)云計算環(huán)境下多媒體流調(diào)度的研究也相中了他們提出的算法和分析方法，其進展被2012年9月的Computer Communications報道。

能和云計算等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)牽到一起，李韜也感到有一點小小的意外。作為一位研究者，他最想做的，還是能與實際緊密結(jié)合、有時代感的理論研究?！霸诎闹拊L問時，我注意到澳大利亞國立大學與國防部有一個定期討論班，通過這個平臺，軍方的很多實際需求都能直接反應(yīng)到研究者那里，然后通過抽象提取，歸納出科學問題。其實，國內(nèi)在理論研究上做得并不差，只是在結(jié)合實際上有些欠缺。”李韜認為，既然質(zhì)變是由量變累積形成的，他愿意做其中的一個“量”，為改變這種現(xiàn)狀出一份力。

盡管在做理論的過程中，遭遇過很多痛苦，他還是快樂地堅持著。他說，痛苦只是一場經(jīng)歷，榮譽只是一種鼓勵。所有的曾經(jīng)，都只是過往的小結(jié)，不應(yīng)成為前進的包袱。展望未來，李韜及其小組將對工程、生物和社會經(jīng)濟系統(tǒng)所共同涉及的不確定信息網(wǎng)絡(luò)進行研究，發(fā)展對不確定信息網(wǎng)絡(luò)進行估計、優(yōu)化與控制的具有原創(chuàng)性和普適性的理論方法和工具，進而為物聯(lián)網(wǎng)、云計算等國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供前瞻性研究和必要的基礎(chǔ)理論支撐。