一、 緒 論
1.1 研究背景與動機
自從手機被發明以來，有很長的一段時間被當成單純的通話裝置使用。不過隨著科 技的演進，通訊系統的架構已經能整合聲音及資料網路[23]，許多不同種類的應用程式 服務也開始被提供到手機上，而能存取這些應用程式服務的手機就被稱為智慧型手機。
行動網路與一般廣泛使用的網際網路有若干不同之處，其一是行動網路的末梢需要經由 無線通訊的方式和客戶端溝通。其二則是用戶在存取網路時擁有移動的性質，因此網路 要確保與用戶之間連線的持續性。其三是由於傳輸介質的因素，無線頻寬的擴增較有線 頻寬受到更大的侷限。在這種限制下，業界及學界都不斷地思索改善的方式，行動網路 的標準更不斷的演進，現在已經發展到第四世代，也就是 LTE 及 WiMAX 標準。隨著系統 架構的改變，新的網路協定和方法也以解決不同的問題為目的不斷被提出。
1.2 研究問題
由於行動網路技術的成熟，手機上能提供的服務種類也大幅成長，這造成了資料流 量所佔的比例遠大於傳統的通話流量。而用戶數量的大幅成長，使得網路頻寬不足的問 題也漸漸浮上檯面[21,22]。造成此一問題的主要原因是行動網路的移動性，讓使用者 可以在任何地點，任何時間存取網路服務。在大部分的情況下，頻寬都可以滿足使用者 的需求，但是若是人群大量湧入特定地方，例如市區、百貨公司，而且又同時使用網路，
那麼就會造成網路壅塞的情況。這種人群密度較高的場所被稱做熱點(hot spot)。在(圖 1)中可以看到使用者的行為都遵循著類似的模式，大量使用頻寬的行為其實只發生在特 定的時段中，這造成了流量在時間層面的極度不均衡。若是要增加更多基地台，或是增 加線路在這些地方，事實上是非常不經濟的做法，因為在大部分的時間裡，這些額外的 頻寬都是處於閒置的狀態。因此眾多研究者們針對如何改善行動網路壅塞的問題，提出 了種種可能的架構及方法[5,24,25,26]。
圖 1 – 北美洲行動網路的一日平均流量
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有些研究者試著從數學的角度去處理此問題，將其化為適合的最佳化問題型式後解 決。另外一種可能的方法則是以適當的演算法，將流量分散至不同路由中，例如基於最 大化傳輸速率(max-min)分配，或是按照比例性原則分配，以及基於最小化延遲來分配 等方式。但是在實際的網路中，流量變化是無法完全模擬的，因此只有運用良好的流量 分散策略還不夠，當流量超出預期時還需要有壅塞防止(congestion avoidance)措施的 支援。常見的幾種機制例如將超過負荷的封包踢除，暫停服務新的連線要求，或是隨機 早期偵測(Random Early Detection)都是現今的網路所採行的方式。
綜觀過去的研究，都是在網路的樞紐或是路由器上處理壅塞的情況，不過隨著使用 者數量逐漸成長，所能達到的效果事實上是很有限的。在本篇論文中，引進了代理伺服 器此元件並安裝於手機上，如此一來代理伺服器則可在手機端對流量進行控制，從根本 上減少網路的流量。
1.3 研究目標
本篇論文中為了解決上述的問題，提出以下三個目標:
1.3.1. 降低無線存取網路(Radio Access Network)中不必要的資料流量
訊號在無線網路中經由空氣介質傳輸，會有明顯的衰減現象，而且頻寬的擴充也受 到了大幅限制。因此如何善用頻寬，避免多餘的資料傳輸變成一個很重要的課題。針對 此一問題，可運用快取的機制來解決。在手機上設置一個代理伺服器，擁有快取儲存區 可保存各個應用程式的資料，則可避免多次傳輸同樣資訊的情形發生。
1.3.2. 減少網路負荷過載及壅塞的情形
從行動網路的調查報告中，可發現到在不同的時間，網路流量的差異性是很巨大的。
其原因在於群眾行為有著類似的模式，傾向於在同一時間同一地點使用網路資源，因此 造成了傳輸速率緩慢的情形。但是在大部分的時間內，網路頻寬的使用率卻相對的低。
在手機上的代理伺服器，可在網路流量較低時預先下載應用程式的資料，並且根據網路 狀況動態調整下載中使用的頻寬，則可減少網路壅塞的情況。
1.3.3. 替個別用戶最大化其獲得的資料價值
每個應用程式都有其傳輸上的需求，也就是服務品質(Quality of Service,QoS)，
對用戶而言，每個應用程式也有著不同的重要性。在本論文中，我們提倡一個運用效能 函數估算資料價值的方法。效能函數是一種量化資料價值的手段，運算中會把服務品質 及用戶的偏好納入考量計算。手機上的代理伺服器則可根據效能函數的輸出值，找出適 當的資料傳輸方式及順序，以最大化所獲得的資料價值。如此則可確保各種資料類型的 服務品質以及客戶的個人偏好都能獲得滿足。
1.4 論文結構與研究流程
本篇論文的剩餘部份將依序說明以下的內容。在第二章中，我們會先介紹與本研究 方法相關的文獻及其差異性。在第三章中將詳細說明研究的系統架構及方法。第四章則
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是針對所提出的方法以模擬方式做驗證，並分析其結果。最後在第五章中進行全篇研究 的總結，並且評估未來可能的發展方向。
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