本總計畫的研究主題是在寬頻網際網路的環境中，為達成頻寬與QoS服務 品質保證的各項端對端訊務控制或運作機制之研究設計，針對寬頻網際網路中的 路由選徑（包含Unicast Routing與Multicast Routing）、寬頻傳輸技術與多項QoS 相關之控制運作機制，皆提出有效、且效能更佳的設計或解決方案，並著眼於無 線行動通訊的發展趨勢，將實體網路相關的控制技術延伸至無線通訊的環境，設 計支援QoS的無線媒介存取控制技術(MAC) 以及頻寬分配機制；此外，亦對網 際網路中具有自我類似(Self-Similar) 性質的真實網路訊務進行研究，瞭解其特性 和分析其成因，並提出一有效率的 Self-similar 訊務源模型與訊務產生方法。在 三年的執行時間中，計畫參與人員分別針對各項研究主題的各個層面進行探討，
除了瞭解現有方法與研究的不足之處，也追蹤並研讀最新發表的相關研究論文或 技術標準，進而提出相對的改進方案。
在高速路由選徑機制方面，我們分別發展出「階層式分群解析架構」與
「TCAM-based架構」兩種適合於硬體邏輯電路實現的路由選徑方法，對於每一
個IP封包的路由查詢，可達成平均在1至2次的記憶體存取(Memory Access) 動 作內即可以獲得路由結果，大幅提昇網際網路中路由選徑的處理速度，而配合硬 體邏輯電路的運作方式，可以滿足Gigabit 超高速網路環境下以及未來更寬頻的 網際網路應用的需求；並且可以將相關電路整合成一硬體路由搜尋引擎的模組形 式，更方便商用化路由功能產品的使用與成本的降低。同時透過適當的運作架構 與資料結構的安排和設計，也兼具所需記憶體容量小的優點，此優點將有助於進 一步將前述硬體路由搜尋引擎轉化為系統晶片(SoC) 的可行性（因為已經可以將 運作所需的記憶體一併整合入單一晶片中），或是在傳統的路由器架構中能夠以 相同的記憶體容量支援更大規模網際網路（例如：骨幹級網路）的訊務路由工作。
另外我們也對於可降低網路訊務流量的網路「群播(Multicast)」機制所需的特殊 路由方式—群播路由(Multicast Routing) 進行研究設計，在瞭解Multicast Routing 的關鍵技術是為一個多欄位資料完全相符(Exactly Match) 的比對搜尋機制後，我 們提出以CAM此一支援資料完全相符比對搜尋的記憶體為基礎的高速群播路由 選徑方法，可在3次的記憶體存取動作便完成一筆群播路由的查詢，再加上管線
式(Pipeline) 運作架構的可行性，也同樣能使得平均查詢次數降至一次的記憶體
存取次數。
在寬頻傳輸技術方面，我們著眼於 MPLS 網路的相關議題。首先，對於以
訊務的數學模型更接近於實際的情況，所得的結果也較為接近真實，所以此分析 方法極適合用於評估實際ATM-LSR交換路由器所需的記憶體緩衝區容量(Buffer
Size)，讓交換路由器的系統資源做更有效率的應用。。其次，我們也提出一MPLS
網路路徑損壞或錯誤發生的保護及快速回復(Recovery) 機制，讓傳輸路徑發生錯 誤或損壞時還能夠維持部分基本的通訊，並可以快速而正確地地恢復既有的通 訊，降低高速 MPLS 網路上傳輸路徑錯誤或損壞所造成的影響，減少封包遺失 率，並能夠進一步達到動態負載平衡的附加效益，使系統資源做最佳的利用，因 而有效提高MPLS網路的資料輸出率(throughput)。
在支援 QoS 保證的訊務處理與控制機制方面，我們著重在 IETF 所建議的
DiffServ網際網路QoS架構之基礎關鍵性元件的研究與設計，包含封包分類器、
訊務監控調節器、以及封包排程器。在封包分類器(Classifier) 的研究與設計方 面，網際網路差異化服務的第一步驟就是封包的分類，根據封包中各個欄位的資 訊對封包做不同的服務等級分類。在這個領域中，我們提出一個可實際使用在未 來路由器設計的封包分類演算法，這個演算法可以依據實際網路的需求和路由器 本身的硬體限制，調整演算法以得到最佳的效能，同時適應各種不同的分類器特 性。在訊務監控調節器(Traffic Conditioner) 的研究設計方面，提出一兼具訊務監 控精確度與網路資源使用效率，並進一步達成 micro-flow 微訊務流之 Cell Dropping Precedence標記公平性(Fairness) 的訊務監控調節機制：在確保訊務特
性符合 Traffic Profile 的規範下，精確地讓系統資源獲得充分且最佳的利用，並
進一步保障其中各micro-flow連線所實際獲得的QoS，如此才能夠提升DiffServ 此網際網路QoS架構的可行性與使用效益，並做為其他QoS訊務控制機制（例 如：CAC連線允諾控制機制、Scheduling排程控制、流量控制、壅塞控制等Per-Hop
Behavior）運作的基礎。另外，在封包排程器(Scheduler) 的研究設計方面，我們
也針對一個較不容易讓人注意到的差異化服務指標—「封包延遲變異(Packet Delay Variation或Jitter)」進行研究，提出一個稱為AJP的排程器，此排程器可 以使不同類別資料流量的平均封包延遲變異達到成比例式差異的差別服務。此 外，著眼於無線區域網路(WLAN) 和行動通訊科技產業的蓬勃發展，未來網際 網路亦將延伸至無線通訊技術的網路系統中，因此無線通訊網路中具備 QoS 的 網際網路存取技術也成為本計畫在 QoS 相關機制研究的一項重要課題。對此，
我們設計一個持續穩定且有高效能並支援 QoS 的無線媒體多重接取(Multiple
Access) 競入技術，能夠使得競入訊號能以極高效率進入系統，同時保持區域網
路的最大效能，並進一步於其上設計出一個動態頻寬分配機制。此外還能夠配合 前述所發展的多項QoS訊務控制機制，真正達到無線通訊環境中具QoS保證的 網際網路（端對端）應用或服務的目標。
在具有自我類似性質的真實網路訊務的成因分析與訊務源模型設計方面，
主要的研究著重在三個課題：(1) 探討並解釋在原本 Markov-modeled 的網路訊 務(Network Arrival) 中如何產生具有長程相依特性(Long-Range Dependence) 的
自我類似性質之網路訊務；(2) 具備自我類似性質之訊務流其合成方法的設計；
(3) 分析自我類似訊務流在資訊理論上的特徵。透過子計畫三的研究，我們分別 完成三個相對應的研究成果：(1) 在Self-similar網路訊務的成因探討上，驗證了 聚合訊務流的自我類似現象與其訊務源或端點在產生訊務流時受網路規約 (Protocol) 機 制 運 作 的 影 響 有 關 ： 此 種 受 網 路 規 約 影 響 ， 特 別 是 重 傳
(Re-Transmission) 機制，產生的訊務流，應是整體流入訊務流具備自我類似統計
特性的主要原因之一。此外我們也證明了有限時間內的自我類似效應的存在性及
其在Markov-modeled network中的定義；(2) 在自我類似訊務源模型與訊務產生
方法的設計方面，透過信號濾波器(Filter) 的理論與形式，我們提出一個具備即 時性訊務產生功能，且產生訊務量必為正值的自我類似訊務源模型與訊務產生 器。除了可以即時產生具備自我類似特性的訊務，方便各種系統模擬與效能評估 的應用之外，更重要的是，其產生出來的訊務流較其他方法的結果更為接近真實 網路中自我類似訊務的另一項特徵：在工程可控管的尺度或更高一些的尺度上展 現出自我類似的特性，但在極大尺度上仍為非自我類似的。如此也將使其應用於 系統模擬與效能評估時的結果更接近於真實。我們將此結果應用在前述各項寬頻 傳輸技術與 QoS 控制機制的驗證上，則有助於此些技術與控制機制於真實網路 的可行性；(3)從多種自我類似訊務流的分析結果中，自相互關係資訊皆呈現
power law decreasing指數下降的形式，確定了自我類似訊務流在資訊理論上的特
徵－自相互關係資訊是為power law decreasing的形式。此結果將可用於訊務流 自我類似性質的檢驗與其自我類似性(Self-similarity) 程度的指標。
綜合這三年的研究成果，我們認為研究內容與原計畫緊密結合，已達成預 期的計畫目標。此外，本計畫的多項研究成果已整理成相關的學術論文投稿，且 為國際性學術期刊所接受並刊出，或為國際會議所接受並於相關議程中進行發 表，這除了是對於本計畫研究成果的肯定之外，並且也提供我們能夠與相關領域 中的研究同道或先進有充分互動、交流的機會。另一方面，我們的研究成果也具 備相當高的實用價值，除了擬進行專利的申請外，亦可進一步與產業界合作或技 術移轉進行實際產品的應用與開發。綜此觀之，我們於本計畫執行的研究成果兼 具有學術成就與實用價值，可謂相當成功而豐富。
國際合作研究計畫國外研究報告書
●計畫名稱： 寬頻網際網路端對端技術之研究
(End-to-End Techniques for Broadband Internet)
●合作機構：加拿大•渥太華• Carleton 大學寬頻網路實驗室
●執行時間： 2002 年 7 月 26 日 ∼ 2002 年 8 月 25 日
●我方研究人員： 張仲儒 教授
（第一子計畫暨總計畫主持人）、
陳耀宗 教授
（第三子計畫主持人）、
林立峰、詹益禎
（博士班研究生）●對方計畫主持人： Prof. Changcheng Huang （黃長城 教授）、
Prof. Ioannis Lambadaris
●國際合作研究計畫之緣起和必要性：
本國際合作研究計畫案，是於原三年期國科會整合型計畫「寬頻網際網路 端對端技術之研究(End-to-End Techniques for Broadband Internet)」執行的第二年 度，進行計畫變更為國際合作研究計畫，與加拿大渥太華Carleton大學工學院的 寬頻網路實驗室(BNL) 合作，共同投入下一代支援服務品質(QoS) 之寬頻網際 網路相關技術的研究。
在我們原本的三年期整合型計畫中，主要的目標即是針對達成寬頻網際網 路所需的有線或無線寬頻傳輸技術，以及頻寬與 QoS 服務品質保證的各項端對 端訊務控制或運作機制進行研究設計，提出有效、且效能更佳的解決方案，或是 從事其效能分析評估與改進的工作；此外，亦以一子計畫投入網際網路中具有自
我類似(Self-similar) 性質之真實網路訊務的研究，瞭解其特性和分析其成因，如
此將有助於 QoS 訊務控制機制或通訊協定於實務應用上的最佳化設計。此子計
此將有助於 QoS 訊務控制機制或通訊協定於實務應用上的最佳化設計。此子計