本期“国际顶尖科研团队信息化应用现状调研”专题报告将继续描述美国林肯实验室团队的概况,并以林肯实验室的网络安全部门为例,介绍其在网络安全与信息科学方面所采用的多种软件工具。
研究方向和重大产出
1.研究方向
林肯实验室的任务领域包括:空间监控、防空导弹防御技术、通信系统、网络安全与信息科学、情报/监控/侦查系统与技术、先进技术、策略系统、国土保护、空中交通管制以及工程等。各领域的项目资助占比如图1所示。
2.重大产出
2014年,林肯实验室研究人员首次验证了为太空居民提供人类所用网络连接的可能性。它可提供大宗数据传送甚至高清视频数据流。通过专业激光通信设备,这个科研组已测试把数据从地球传送到月球。2013年,该科研组的月球激光通信演示以622兆位/每秒的下载速度在月球和地球间传输数据超过23.9万英里(约合38.5万公里)。这个传输速度超过任何无线电频率系统。另外,它们还以19.44兆位/每秒的传输速度在地球和月球间传送数据。这个速度比迄今所用最好的无线电频率上行链路高出4800倍。
2014年,林肯实验室有六项创新技术获得美国著名科技杂志R&D Magazine公布的2014年度百大科技研发奖(R&D 100 Awards),具体包括:空中避让雷达面板、卷曲微机电开关、Haystack超宽带卫星成像雷达、探地雷达、月球激光通信系统和广域化学传感器。
2013年,光声检测爆炸物和结构化知识空间两项技术获得2013年度百大科技研发奖。2012年,网络安全与信息科学领域研究人员开发的“林肯开放秘钥管理架构(LOCKMA)”等四项技术获得2012年度百大科技研发奖(R&D100 Awards)。更多创新技术成果可参见林肯实验室成果奖项网页。
组织规模与结构
1.组织规模
据2015年最新报告统计,林肯实验室目前拥有1765名专业技术人员,447名技术支撑人员,1523名支撑管理人员,528名技术及技术支撑下属合同人员;总计人员为4263名。专业技术人员的领域占比及学历情况如图2所示。
林肯实验室有28栋办公大楼,总面积达210万平方英尺,分布于麻省列克辛顿(Lexington)、贝德福德(Bedford)和维斯福德(Westford)。
2.组织结构
林肯实验室由实验室主任、副主任、运营助理主任等负责领导,并设置了一个由主任办公室人员和技术部门负责人组成的指导委员会。该实验室向麻省理工学院院长汇报情况。每年由国防研究与工程助理部长领导、由实验室主要资助者组成的联合咨询委员会开展年度评审。实验室共有六大服务部门为技术工作提供支持。林肯实验室专门设立有“信息服务部门”为整个实验室提供信息技术服务。该部门集成了核心业务及前沿信息技术,以满足实验室及其资助方不断变化的需求。该部门以服务对象为中心,提供高性价比的整体解决方案和服务,提供安全稳定的基础设施以保障高效管理、IT安全、任务和研究目标的达成。该部门还提供具有完整信息服务的现场图书馆以方便人员开展研究,其中包括各种技术书、报告、电子期刊和数据库。
林肯实验室共设置了8个技术部门,每个部门下设若干具体工作小组。
主要信息化工具——以网络安全部门为例
本部分以林肯实验室的网络安全部门为例,介绍其在网络安全与信息科学方面所采用的多种软件工具,包括:
1.D4M:动态分布式空间数据模型
D4M是计算机编程的一个突破,整合了稀疏线性代数、模糊代数、分布式阵列等五大不同处理技术的优势,以提供能够解决与大数据相关问题的数据库与计算系统。
它能够明显改进对依赖于海量数字数据处理、利用的服务或业务的检索、分析。评估显示,D4M能够在提高计算性能的同时,使编程工作量仅为1/100,降低了开发成本和开发时间。此外,D4M的分层结构提供了一个可靠的能够适应不同数据库、数据类型和平台的环境。
2.Hetest
Hetest包括若干用于帮助测试和评估同态加密机制的工具,比如用于生成给定宽度、厚度电路的电路生成器、用于评价没有采取同态加密机制电路的基准等。
尽管最初林肯实验室开发Hetest的目的是为了测试和评估IARPA SPAR项目,但其也可轻松用于测试其它同态加密机制。
3.LNKnet模式分类软件
LNKnet由林肯实验室开发,将20多个神经网络、统计学、机器学习的分类、聚类、特殊选择算法整合进一个模块软件包。最近,支持向量机和朴素贝叶斯分类器已经被加入其中。新版的可在Microsoft Windows操作系统下运行的LNKnet也已开发成功。
4.MatlabMPI
MatlabMPI是执行MPI并使任何Matlab程序可在并行计算机上运行的M a t l a b脚本,可在M a t l a b支持的任何计算机组合上运行。它的代码简短,可以方便地进行下载、利用以及修改。
5.并行Matlab工具箱——pMatlab
pMatlab提供一系列可执行分布式Matlab阵列的Matlab数据结构和函数,帮助开发一系列与标准Matlab编程模式相匹配的并列应用程序。
重大科技基础大设施——林肯实验室网格
林肯实验室网格(LLGrid)是一个交互式的、按需并行计算系统,利用大规模计算集群使实验室研究人员能利用高性能计算集群结点来增强桌面系统的处理能力,用于处理海量传感器数据、创建更高保真度的模拟以及开发全新的算法。
LLGrid支持多种编程语言和软件库,包括C、C++、Fortran、Java、MPI、PVL和VSIPL。约85%的实验室用户利用林肯实验室开发的pMatlab库或MathWorks 开发的MATLAB分布式计算工具箱,来运行并行的Matlab代码。
(本文由中国科学院成都文献情报中心供稿)