軟件所四項成果榮獲2019年度北京市科學技術獎

文章來源:  |  發布時間:2020-10-09  |  【打印】 【關閉

  

  在2019年度北京市科技奖励评选中,中國科學院软件研究所参与完成的四项成果獲獎。其中,“高安全低功耗嵌入式系统芯片技术及应用”、“航天嵌入式软件可信保障关键技术和应用”两个项目荣获“2019年度北京市科学技术奖一等奖”,“面向物联网大数据的智能服务平台关键技术及应用”、“基于国产基础软硬件的交通行业复杂实时系统关键技术及应用”两个项目荣获“2019年度北京市科学技术二等奖”。                 

  一、“高安全低功耗嵌入式系統芯片技術及應用”項目獲北京市技術發明獎一等獎。

  完成单位包括:北京航空航天大学、中國科學院计算技术研究所、中國科學院软件研究所、航天恒星科技有限公司、北京中科睿芯科技有限公司、北京大学、华中科技大学。

  軟件所主要完成人爲可信計算與信息保障實驗室副研究員張蕾(排名第6)。

  嵌入式系統廣泛用于國防和國民經濟領域。在複雜環境中,嵌入式系統面臨著軟件漏洞、數據代碼被篡改等嚴重的安全威脅;功耗問題也已成爲制約其進一步發展的瓶頸。現有安全防護技術和功耗優化方法難以滿足航空航天、公共安全、軍事國防等國家關鍵領域對于嵌入式系統芯片應用高安全、低功耗的迫切需求。

  该项目提出了一种基于芯片内置硬件监控机制的安全嵌入式处理器设计方法,实现了系统代码级安全保护。提出了针对程序代码和数据的篡改型攻击模型,设计了安全体系结构;提出了一种基于数据、代码和控制流等状态参数或耦合参数的程序执行安全监控机制;设计了一种高安全、低资源消耗的轻量级密码杂凑函数及数据代码完整性验证算法;分别对静态和动态信息进行标记及验证,实现了从函数级、基本块级、到指令级等不同粒度的安全监控,并提出了系统快速安全恢复机制。针对低功耗需求,建立双逻辑低功耗模型和多层次协同功耗优化模型,系统地降低了嵌入式系统功耗。从逻辑探测、极性搜索和转换等阶段,提出了传统布尔和Reed-Muller (TB-RM)双逻辑电路功耗优化方法;基于深度学习,提出了多层次协同功耗优化设计方法;提出了一种粗时间粒度调压细时间粒度调频的混合动态功耗优化方法。项目成果已应用于制导导航、公共安全监控等关键领域,取得了显著的社会经济效益。

  二、“航天嵌入式軟件可信保障關鍵技術和應用”項目獲北京市科學技術進步獎一等獎。 

  完成单位包括:北京控制工程研究所、北京轩宇信息技术有限公司、中國科學院软件研究所、华东师范大学、国防科技大学、南京大学。

  软件所主要完成人为计算机科学国家重点实验室詹乃军研究员 (排名第4)。

  嵌入式軟件是航天器的重要組成部分,其可信性保障是國內外公認的重大挑戰。項目提出了以標准、規範和工具爲手段的軟件可信保障系統解決方案,實現了航天嵌入式軟件可信性從局部到系統、從依賴人到依賴工具的轉變。

  該項目建立了航天嵌入式軟件可信保障技術體系和集成環境,千行代碼缺陷率下降90%,生産率提升20%以上;建立了嵌入式軟件缺陷預防、檢測和定位的成套方法,軟件缺陷檢測效率提升3倍以上;提出了混成系統漸近穩定性判定和安全性形式驗證以及航天嵌入式軟件可信性分級度量評估方法。

  該項目在載人航天和探月工程等國家重大專項中全面應用,基于項目成果的多項軟件産品市場占有率居國內領先,有力支撐了我國重大航天任務的順利實施,推動了嵌入式軟件研制技術的進步。

  三、“面向物聯網大數據的智能服務平台關鍵技術及應用”項目獲北京市科學技術進步獎二等獎。 

  完成单位包括:北方工业大学、北京易华录信息技术股份有限公司、中國科學院软件研究所、北京华夏星云网络科技有限公司。

  軟件所主要完成人包括:時空數據管理與數據科學研究中心研究員丁治明(排名第四)。

  物聯網大數據是指由嵌入各種物理對象的、互相連接並接入互聯網的傳感器産生的海量實時數據,通常具有時序特征,有時兼備空間特征。目前主流大數據處理平台缺乏對物聯網大數據時空特征的關注,缺少物聯網大數據統一表達、高效存取、深度融合、實時分析等相關技術,成爲制約大數據産業發展的瓶頸。

  該成果主要依托于“面向物聯網大數據的智能服務平台(簡稱GSTRIA平台)”。GSTRIA平台是專注于物聯網大數據、多媒體采樣數據、地理數據的統一表達、高效存取、深度融合、實時分析處理的平台。GSTRIA平台主要技術創新點如下:(1)多源異構海量物聯網大數據的統一融合表達技術。針對不同類型的物聯網數據特點,創新了數據統一融合表達模型,解決了複雜物聯網數據表達的不規範問題。(2)物聯網大數據多尺度計算技術與內外存協同的高效存儲與索引機制。提出了矢量提取方法,通過監控對象的狀態變化模式(稱爲“狀態矢量”,簡稱“矢量”)來描述監控對象的物理狀態,降低了海量物聯網數據存取、計算代價。創新了內外存協同的數據存儲與多模態數據實時索引方法,降低存取成本,克服大部分大數據系統通過磁盤文件系統共享數據而造成的存儲查詢性能瓶頸。(3)多源異構物聯網大數據深度融合與關聯計算技術。攻關了大數據驅動的“空間-時間-人間”多因素關聯分析技術,創新了基于“空間-時間-人間”多因素關聯的、融合多尺度態勢信息的地理空間建模方法,打破了原有模型的固化模式,突破了原有建模方法的性能瓶頸。

  GSTRIA平台已經在應急管理、智能交通(包括城市交通、城際交通、海上交通)、智慧工廠(包括電廠、電網)、智慧農田等領域得到了廣泛的部署和使用。GSTRIA平台具有重大應用前景,中心與中科院國家空間科學中心、清華大學公共安全研究院、內蒙古政府存在長期交流與合作關系;同時與軍方開展深入交流與合作。

  四、“基于國産基礎軟硬件的交通行業複雜實時系統關鍵技術及應用”項目獲北京市科學技術進步獎二等獎。 

  完成单位包括:北京市交通信息中心、中國科學院软件研究所、北京工业大学、东华软件股份公司、北京东华合创科技有限公司、北京通途永久科技有限公司。

  軟件所主要完成人包括:軟件工程技術研發中心副研究員吳國全(排名第2)、研究員王偉(排名第9)。

  该项目首次提出基于国产基础软硬件的交通行业实时、高可用流式数据处理、缓冲与存储优化技术,提高了国产基础软硬件环境下实时业务的响应性和可扩展性;创新性提出国产基础软硬件环境下复杂业务系统端到端兼容性测试与分析技术,自动检测并辅助分析复杂业务系统迁移前后在功能方面的不一致,有效提升了国产软硬件整体兼容适配水平;攻克了国产基础软硬件环境下地理空间数据的高效存储、高频查询和实时显示难题,融合内存镜像、分区和索引技术,满足交通行业复杂实时业务对地理空间数据的高效处理需求;研制了国内首个基于国产基础软硬件的综合交通应急保障平台,并突破了基于多维物联感知的重大活动时空影响智能监测与跨领域协同保障技术。研究成果申请发明專利30余项(已获授权15项)、获軟件著作權20项,在国内外重要期刊与会议发表高水平学术論文40余篇,出版论著2部,制定行业标准和规范3项。

  项目实现了国产基础软件环境下10个交通业务构件的迁移,实施了10项以上交通运输领域实时业务示范应用,成果在北京市31家交通行业重点单位进行了部署和实际应用,有力支撑了APEC会议、园博会、世锦赛、“一带一路”峰会、中非合作论坛等重大活动期间的全过程交通应急保障,极大提升了北京市交通系统的服务水平和应急保障能力。项目的实施推动了国产基础软硬件在交通、电子政务等领域的深度应用,近三年累计直接经济效益 1.29亿元,促进了国产基础软硬件自主可控生态体系的建设。

 

  “高安全低功耗嵌入式系統芯片技術及應用”項目獲2019年北京市科學技術獎技術發明獎一等獎 

 

  “航天嵌入式軟件可信保障關鍵技術和應用”項目獲2019年北京市科學技術獎科學技術進步獎一等獎

 

  面向物聯網大數據的智能服務平台關鍵技術及應用”項目獲2019年北京市科學技術獎科學技術進步獎二等獎

 

  “基于國産基礎軟硬件的交通行業複雜實時系統關鍵技術及應用”獲2019年北京市科學技術獎科學技術進步獎二等獎