中央研究院 資訊科學研究所
中央研究院資訊科學研究所
  
網路系統與服務實驗室
Principal Investigators:
陳伶志 Ling-Jyh Chen(Chair) 何建明 Jan-Ming Ho 莊庭瑞 Tyng-Ruey Chuang
陳文村 Wen-Tsuen Chen 陳昇瑋 Sheng-Wei Chen 陳孟彰 Meng-Chang Chen
張韻詩 Jane W. S. Liu

[ 相關網站 ]
多媒體網路與系統實驗室網路研究實驗室 電腦與通訊實驗室先進網路技術與服務實驗室

[研究群介紹]
本實驗室主要研究的方向,包括設計參與式感測系統;發展災 害管理的關鍵資通訊技術;提升音訊串流技術的使用者經驗; 支援大型新的基因組裝配的記憶體運算技術;以及深入研究下 一世代通訊網路技術,例如軟體定義網路、網路功能虛擬化、 物聯網和大型天線陣列等研究議題。

(1) 陳伶志老師
我們研究物聯網跟參與式感測系統,並且結合這兩種概念發展 一個細懸浮微粒(PM2.5) 的大型觀測系統 - 空氣盒子。我們不 但號召民眾參與環境感測,也提供詳盡的資源導引民眾製作低 成本的PM2.5 感測裝置,並且將所有收集到的量測資料免費開 放給所有人使用,大幅提升PM2.5 觀測在時間與空間上的精細 度,豐富了環境研究的數據資料。直到2017 年中為止,我們 已經在超過30 個國家,佈建了超過2000 個裝置,並且在許多 重要的物聯網與跨領域的環境監測議題中,保持和國內外相關 學者密切的交流合作。
除此之外,我們也著手研究低功率無線廣域網路(LPWAN) 的 技術,並應用於空氣盒子的佈建;我們也思考物聯網的資訊 安全議題,以確保資料的機密性與完整性。另外,我們也研 究PM2.5 感測器在不同使用情境下的資料校正模型,並與環 境學者進行緊密的合作。我們更已經發展出一系列的資料分析 演算法,可以有效針對感測裝置可信度進行評分、偵測即時 的PM2.5 污染源,並且評估感測裝置的特性( 例如:安裝在室 內或是靠近持續的污染源)。我們接下來的工作除了進一步透 過更深入的感測資料進行即時的時空資料分析,並且找出更多 PM2.5 分佈的特性,同時也能針對短期內PM2.5 濃度的變化進 行精準的預測。

(2) 張韻詩老師
我們繼續與幾位地球所和領先大學的研究員與教師合作研發災 害管理科技。我們早期的目標為開發出一個用於建立開放並可 永續維護與發展的災害管理資訊系統之架構,此架構的組件包 括可信賴之資訊授權服務、具高適應力及穩健度的即插即用異 質災害網路、動態和即時之資訊傳送服務、及群眾外包策略與 演算法。我們已用這些組件的雛型證明了它們的概念和可行 性,亦與中華電信研究所及國家災害科技防救中心合作、研發 一個異質通訊網 之即時防災救災訊息中介軟體雛型。
我們近來比較專注於獲取與善用防救災資料,一方面研發獲 取關鍵性災害資料之方法與工具,另一方面研發善用開放資 料與互聯網的防救災設備、軟體與服務。一個前者的例子是 以群眾外包為基礎之災情資料蒐集與決策平台、名為CROSS (CROwdsourcing Support system for disaster Surveillance), 其會在傳統感測網路與環境監控系統無法提供足夠災情資料 時,於網路社群中廣播勘災資料蒐集之需求,基於志工之屬 性,動態規畫志工配置與勘災路徑,並整合志工回報之觀測資 料與感測器資料,以有效掌握災害範圍與災情。我們特別著重 在志工資源分配,勘災路徑規劃與災情資料整合之相關學理基 礎研究,使這些問題的解法能不僅為CROSS 實用,而且可以 推進基礎理論。我們的地球科學同事正在使用CROSS,他們 在每次顯著地震發生後,隨即調度志工在安全的情況下回報地 震地表災害的科學參數,協助斷定對應的孕震構造與評估後續 的潛在危害。我們計劃釋放我們的志工資源分配、勘災路徑規 劃、與災情資料融合模組,並整合到知名的開源災害管理平台 Ushahidi。
我們的另一個重點是應用開放大數據中的資訊以及智慧物件於 備災及應變的科技基礎,目標為大幅提昇建築物安全及設施管 理基礎建設及應用系統的防災及應變功能。我們已研發了能自 動啟動避險機制的主動式智慧型嵌入式裝置、手機應用程式與 緊急應變系統的雛型,以顯示其概念、可行性及有效性。我 們並研發基於建築物資訊的室內定位系統 (BeDIPS, Building/ environment Data based Indoor Positioning System) 及 建築物 資料霧 (BeDI mist),此系統可提供做基於位置和環境之備災 應變決策所需的資訊,所以是讓主動式裝置、應用程式與緊急 應變系統可以普遍使用於智能建築與環境中必需的基礎設施。 BeDIPS 是獨一無二可用於的大型公共建築物中的IPS,它有可 擴展性及可維護性,能在網際網路、WiFi 以及手機通訊中斷的 極端狀況下持續提供定位資訊,使用者只需普通藍芽裝置就能 接收此系統發送給他們個別位置的座標及簡要描述。BeDI mist 用微細資料伺服器傳送精細的、以個別位置特化的資料及緊急 應變指示。我們正在規劃試點研究,將在代表性的大型公共建 築中使用和實驗 BeDIPS 及 BeDI mist,以評估其可用性和有效 性。

(3) 陳孟彰老師
第五代移動通信系統(5G)已經吸引了越來越多的產、官、學、 研的關注,並且這些組織開始定義2020 年及以後5G 的系統 要求,新系統的概念和潛在的接入存取技術。5G 網路需要處 理大量的移動數據流量,連接數倍的行動設備數量,使用者的 傳輸接收速率可以比現在4G 的網路更快。
在未來的5G 網絡,廣泛並密集的部署微蜂巢網路是一個可行 並且合理的解決方法。因為此作法可以提高頻譜利用率,也可 以滿足5G 網路的要求。關於5G 網絡的管理方面,軟件定義 網絡(SDN)是第一個朝著這個方向,並且有具體步驟的解決 方法。它可以透過軟體定義去控制硬體,把資料介面和控制介 面分開來。此種用來實現移動通信系統的作法,有越來越明顯 的趨勢。
然而,在5G 網路中,許多挑戰和問題需要被解決。我們專注 於以軟體定義網路為基礎的密集微蜂巢網絡的移動性管理和資 源管理機制,並希望提出一些有效的解決方案。在移動管理方 面,我們研究基於軟體定義密集微蜂巢網路在網域外和網域間換手交遞的程序。此外, 我們也考慮換手的決策和群體移動性的問題。在資源管理方面,我們將使用先進的技術, 用於提高網絡吞吐量,如大規模多輸入多輸出,載波聚合,認知無線電,合作和協調式 多點等。此外,我們也確保提出的方法達到公平性和服務品質保證。

(4) 陳文村老師
我們研究下一代通訊網路,包含了軟體定義網路、網路功能虛擬化、物聯網和大型天線 陣列等研究議題。我們的研究目標包含下一代通訊網路流量工程、資源最佳化及資訊安 全等。
在目前軟體定義網路中,流量工程的研究大多著重於單播上,但是相對地,群播可以有 效地減少網路資源耗損且可以同時服務多個客戶端,我們為此提出了群播樹來最小化群 播傳輸的修復成本與群播成本,也研究了多個群播樹下的流量工程。這個問題非常地困 難,因為我們必須同時最小化1. 每個群播樹的頻寬2. 每條流量的頻寬 3. 每個節點的路 由表空間。除此之外,將軟體定義網路以及網路功能虛擬化整合會對下一代的通訊網路 有好處,特別是在網路功能虛擬化的管理以及協同運作。我們設計了服務鏈建置方法, 可以做流量的最佳化,並同時不超出節點能力和頻寬上限。除此之外,大多先前網路功 能虛擬化的研究都著重於單播服務鏈上,無法有效率地擴展到支援群播,而我們首先提 出這個有挑戰性的問題: 如何建立一個含有多個子服務鏈的服務樹。
除此之外,我們也研究了幾個軟體定義網路/ 網路功能虛擬化架構的安全議題。深度封 包過濾已被證明在有效且精密的存取控制中是一項不可或缺的技術,但是多數人也認為 這個技術會侵犯到使用者的個人隱私。幸運的是,安全計算可以在隱私與深度封包過濾 中找到平衡點。然而,現今的解法仍然因為高度的運算負擔與長時間的連接設定延遲而 無法達到可擴展性。為了達到這個目的,我們提出維護隱私的深度封包過濾協定,這個 協定可以有效率地在加密的流量上做到過濾的功能,並且同時減少通訊負擔和軟體定義 網路控制器的設定延遲。另一方面,隨機置換移動目標防禦藉由在虛擬服務功能的群組 中重新引導使用者流量,已經被認為是一個可以最有效降低超文字傳輸協定分散式阻斷 服務攻擊的方法。然而之前的成果並沒有注意到使用者流量的頻繁改變會明顯增加軟體 定義網路的控制負擔,因此我們發展出一個可以保證效能限制的高效益隨機置換抵禦系 統。
由於現今物聯網裝置的數量正快速成長,IEEE 802.11ah 採用群體MAC 協定來降低每個 物聯網裝置的競爭負擔。然而,大多數現存的設計僅是隨機指定每個裝置到某個群組裡, 忽略了如何形成有效率的群組,因此,我們提出了一個負載平衡的分群演算法來改善每 個群組的通道利用。除此之外,多使用者多輸入多輸出讓多天線存取點可以同時服務多 個使用者,而且已經被採用為IEEE 802.11ac 標準。然而在現實生活中,不同的訊框大 小可能會使並行傳輸的機會減少。為了解決這個問題,我們提供了PHY-MAC 設計,這個 方法加入額外的訊框來填滿閒置的通道並更善加地利用空間多工增益。另一方面,物聯 網的服務有可能會與叢發性訊務、重要任務以及低等待時間需求有關,為了到達這個目 的,我們提議要利用物聯網網路的閒置裝置來達到同時間多方傳輸,以增加關鍵任務的 資料傳輸率。除此之外,我們也研究了物聯網的某些特定應用,比如說在通訊網路中的 無線監視,我們設計了一個有效率的方法來最小化來降低資源區塊的數量,並同時保證 上行網路監視系統的涵蓋率需求。