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控制網路),並假設已導入行動代理人技術於機會網路中。行動代理人附屬於登山客所 攜帶的設備上,當兩個登山客互相接近時,行動代理人才可從其中一個設備轉移到另 一個設備,故其行動力受制於登山客的移動行為。因此,本研究提出一個預測方法,

利用機率計算的方式來預測目標代理人在山區健行路徑上各路徑之機率,接著提出一 個簡單的搜尋演算法,將搜尋代理人利用控制網路發送至預測路段中機率最高路段前 方的控制節點,再利用反向的行動節點來逐步靠近目標節點。讓行動代理人藉此控制 網路的轉送,以快速接近並搜尋到特定的行動代理人。

1.2 機會網路

機會網路 (Opportunistic Network, OppNet) [1]是由許多移動式節點 (mobile node, MN) 所組成,在機會網路環境中,可能因移動式節點的分佈位置不均、移動性等原因,造 成整個網路分成幾塊互不相連的區塊。

以下為機會網路的特性。

 網路聯繫是斷斷續續的。

 可能不存在來源端到目的端點對點的路徑 (end-to-end path)。

 兩端點之間連線中斷與重新連線的情況可能時常發生。

由於以上幾個特性,使得原本的資料傳輸機制,無法直接使用在機會網路中,因 此產生了一個新的訊息交換機制—store-carry-forward ,藉由這個訊息交換機制,可讓 不存在點對點路徑的兩個節點,藉由中間節點代為轉送,使訊息透過接力的方式傳送 到目的端,當沒有機會使資料往目的端發送時,中間代傳的節點會為來源端暫存這份 資料,等待適合的代傳節點出現,再將資料透過接力方式往目的端發送。機會網路的 資料傳輸沒有一個固定的路線,即使是位於不同網路區塊的節點,也有機會透過中間 節點的代傳,得以互相通訊。

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在機會網路中,藉由節點本身的移動性,來讓不同的節點之間有「機會」互相接 觸,以傳送、接收或代傳資料,但也因為此特性,使得在資料傳輸的過程中,可能因 為環境因素、節點的移動性等原因,而造成移動式節點之間產生間歇性、臨機性的接 觸與連結,這將造成每一次的封包傳遞常會有延遲的狀況,所花費的傳輸時間也難以 預測,因此,機會網路是屬於耐延遲網路 (Delay Tolerant Networks, DTN) 的一種,不 適合使用在即時性需求高的服務,例如︰網路電話 (Voice over IP, VoIP)。

1.2.1 機會網路的訊息交換機制

運作在傳統網路下的資料交換機制,一般都假設在來源端與目的端之間存在有點對點 的路徑 (end-to-end path),然而在機會網路中,不一定存在這條點對點的路徑,因此,

store-carry-forward 機制被提出作為機會網路上的訊息交換機制。

利用 store-carry-forward 訊息交換機制,節點需依靠本身所具備的移動性,且節點 扮演的角色必需能隨需求適時地做切換。每個節點都身兼數職,可以承擔 host、router、

或 gateway 的任務,當它作為 host 時,具有儲存及保管資料的能力,作為 router 時,

此節點便同時具有儲存、攜帶、轉送資料的能力,可以做為同一個網路區塊中其他節 點的代傳節點,而作為 gateway 時,則可以視為不同網路區塊之間的代傳節點,如此 一來,即使各節點之間處於互不相連的網路區塊,也能藉此機制順利溝通,這種以 store-carry-forward 技術來傳送資料的方式,是機會網路資料傳輸的最大特色。

機會網路可能的應用環境,可以以一個分離的無線隨意網路 (disconnected Mobile Ad Hoc Network, disconnected MANET) [2]來說明,如所示,該網路由許多移動式節點 所組成,當整個網路因節點的移動性,而被切成許多大大小小、互不相連的網路區塊 時,由於來源端和目的端之間不存在點對點的路徑,故位於不同區塊的節點是無法互 相溝通的,這樣的網路型態即被稱為分離的無線隨意網路。

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圖 1-1: Disconnected Mobile Ad Hoc Network (Disconnected MANET)

在此分離的無線隨意網路中,若可以利用移動式節點的移動性及區域發送訊息 (local forwarding) 的能力,讓訊息藉由其他節點的代傳來傳送,那就可以達到資料交 換的目的。

1.2.2 機會網路的研究議題

由於機會網路本身的特性或限制,使得在資料交換方面的研究,面臨了許多挑戰,以 下分別依照不同的網路層級來說明[3]。

1. 網路層

機會網路上的資料交換需依靠移動式節點之間的接觸,且節點同時擁有 host 及 relay 的身份時,整個機會網路才能運作得起來。在網路層中,由於每一節點皆肩負轉 送任務,故將額外消耗儲存空間,因此,節點本身的儲存空間大小必需被列入考慮,

基於此,產生了兩種完全不同的路由設計理念,分別是 flooding-based (multiple copies) approach 及 forwarding-based (single copy) approach,分別說明如下。

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 Flooding-based (multiple copies) approach︰

發送端或中間節點在發出或轉送一個訊息時,會將同一個訊息的多個複 本,透過不同的路由路徑來轉送給鄰近節點,直到將訊息送達目的端為止。

由於訊息是循著許多不同路徑轉送,較有機會使用到較短的路程,可以降低 資料傳送的延遲率,並提高資料傳輸的成功率,但也會造成網路上充斥著同 一個訊息的多個複本,耗費轉送節點大量的儲存空間,且佔用較多資料傳輸 所需的網路頻寬。

 Forwarding-based (single copy) approach︰

發送端或中間節點在發出或轉送一個訊息時,僅轉送到一個鄰近節點,

重覆資料轉送的動作,直到將訊息送達目的端為止。這種作法可以減少儲存 空間的使用量,並避免網路上相同訊息的過度泛濫,然而,對同一個訊息而 言,由於同時間只有一個負責保管此訊息的代傳節點,而訊息轉送路徑無法 保證為最短路徑,故也會造成延遲時間加長及資料傳遞效率偏低的情形。

2. 傳輸層

在機會網路中,節點之間發生連線中斷的狀況是相當頻繁的,且點對點路徑也極 少是存在的,故使用在傳統網路上的傳輸層協定 (例如︰TCP),由於在設計之初,都 是假設在點對點路徑已存在的環境下,因此,無法直接轉移到機會網路上使用。

3. 包裹層 (Bundle Layer)

這一層是為了支援 store-carry-forward 資料傳輸機制而產生,主要負責資料包裹 (或稱為 bundles) 的儲存、攜帶及轉送,當只有一個目的端節點時,需提供 unicast bundle delivery 的技術,當有多個目的端節點時,則需提供 multicast、anycast delivery 的方式 來傳輸資料。

4. 應用層

在機會網路中,由於無法預期節點之間的連線何時會被中斷,故不容易妥善地利

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用節點接觸時所產生的通訊機會,因此,將傳統網路上的應用直接移植到機會網路中,

仍頗具挑戰性。

即使是本質上具有耐延遲特性的網路應用,在傾向於分離的網路環境中,整體的 效能也會顯著地下降,舉電子郵件這個高度耐延遲的網路應用來說,雖然使用者通常 習慣為了一封回覆去等數小時或數天的時間,然而,由於現有支援電子郵件應用的傳 輸層協定 (例如︰TCP),在設計之初,並沒有被考慮使用在機會網路這樣的環境中,

因此,在機會網路中支援電子郵件的應用,仍是相當具有挑戰性的。

即使如此,在機會網路中支援電子郵件的應用,仍是相對簡單的,因為它耐延遲 的特性,可以忍受機會網路的高延遲傳輸特性,然而,支援 Web 應用則要更複雜得多,

因為高互動性的應用協定 (例如︰HTTP),不能忍受高延遲。

除了以上所探討的幾點外,另有兩個在機會網路中不可忽略的特殊挑戰。

 Contact – 應該要考慮當兩個移動式節點互相接觸時,可以成功傳送的資料量 多寡。

 Storage constraint – 應該要考慮在移動式節點中,是否有足夠的儲存空間,用 來暫存準備代傳的資料。

在機會網路中,即使存在了 store-carry-forward 訊息交換機制讓節點之間能順利交 換資料,然而,由於與生俱來的網路連線特性,使得資訊交換的傳輸率及延遲時間難 以估計,並且由於每個節點內部儲存容量的限制,故也可能造成資料未成功送出前就 已被丟掉,因此,對保證資料成功交換的挑戰性極大。

1.2.3 機會網路的應用

1.

登山服務與山難搜救

由中研院、台灣大學與美國科羅拉多大學合作研發出的「山文誌登山資訊系統

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(CenWits System)」[3-5],主要目的為收集遊客行走路徑與山區的氣候資訊,並將所收 集到的資料做進一步的分析、處理與應用,現已實際應用於玉山國家公園,稱為玉山 網 (YushanNet) [6, 7]。

將「山文誌登山資訊系統」應用於山難搜救時,可先經由控制中心所搜集到的資 訊,來定位待援登山客的行蹤,並將搜救範圍縮小至最有效的區域,以協助搜救人員 抓緊黃金救援時間,提升救援速度,並節省搜尋救援工作所耗費的人力與物力成本。

而關於登山服務方面,也可讓國家公園管理處得知遊客活動較頻繁的區域,作為 日後增修遊客服務設施的參考,另外,登山客的家屬也可以透過網際網路,來掌握登 山客目前的位置與行進狀況。

2.

野生動物追蹤

由於野生動物沒有固定路徑,故只能在特定地點找到牠們,例如︰水源、巢穴等,

在這些野生動物的身上裝置省電、無須額外設定的 GPS 收發器後,研究人員便可藉由 裝置之間資料交換的所得,來分析出野生動物的活動範圍,以及不同物種間的互動及 遷徙等關係,相關的研究如美國普林斯頓大學的 ZebraNet Project[8,9]。

3.

外太空傳輸

美國國家航空暨太空總署 (NASA) 在 2011 年啟用的 InterPlanetary Interent Project 就是這個應用的實際案例[10,11]。

網際網路 (Internet) 使用 TCP/IP 協定來保證網路中資料傳輸的可靠度,在這個協 定中,傳輸資料的來源端和目的端必須在傳輸的過程中保持連線的建立,然而,這在 外太空傳輸的過程中是很難做到的,因為距離太遠,再加上行星的運行及衛星的漂浮

網際網路 (Internet) 使用 TCP/IP 協定來保證網路中資料傳輸的可靠度,在這個協 定中,傳輸資料的來源端和目的端必須在傳輸的過程中保持連線的建立,然而,這在 外太空傳輸的過程中是很難做到的,因為距離太遠,再加上行星的運行及衛星的漂浮