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陳 稔
人
類 邁 入 數 位 網 路 新 世 紀，生活產生空前未有的多元 變化。我們應該關注如何提升 數位網路的技術層次，以加強 e 時 代 生 活 的 方 便 性 、 安 全 性、舒適性。有鑒於此，交通 大學資訊科學系與資訊工程系 共同提出設立 「e - L i f e 網路及 軟體共用實驗室」 的構想，並 已 獲 得 教 育 部 「推動國立大學 研究所基礎教育重點改善計畫」 的支持而設立，將整合兩系教 授與博、碩士研究生共同從事 e- Li fe 相關技術研發。我們預期在 研發過程中，學生們將能獲得紮實 技術及訓練，在未來成為我國相關 產業的重要推動人員。目前研究與 教學項目分為兩大主題： 「e - Li f e 先進系統平台」 及「e- Li fe 前瞻應 西元一九八○年初期網際網路逐漸流行，再搭配九○年代WWW的一套超媒體標記語言，網 路上傳遞圖文並茂及聲音的訊息變得容易，人們上網風潮迅速在世界各地蔓延起來。因而人 與人之間的距離拉近，溝通變為更密切。最近，寬頻有線網路推波助瀾，上網人口更是呈幾 何倍數增加。於是造就了 Amazon、 eBay 、 Yahoo等無數新興網路行業之竄起。人們只要上 網，不必出門，就可以聊天、看期刊或新聞、聽 MP3音樂、逛網路百貨公司、下買單、玩 多人角色遊戲等等，令人流連忘返，不覺時光飛逝。近來，無線網路及無線基地台的架設， 網際網路的使用更加不受地點限制。人們隨時可以使用身上或身邊資訊設備，如平板電腦、 個人數位助理(PDA)、無線手機、筆記型電腦、電視視訊盒、網路冰箱等設備，透過多種異 質網路(無線或有線)上網。而e 時代所需之人機溝通介面則是要人性化，轉向採用人類語音 與文字、視訊影像、肢體姿勢、臉部表情及其他人類所用的感知訊號。 p陳 稔老師用架構」 兩項。細項則包括： （ 一 ）隨身攜帶資訊平台（張瑞川、 林正中、蔡文能教授負責與規 劃 ） （ 二）無 線 隨 意 網 路 ( 曾 煜 棋 教 授 負 責與規劃 ) （ 三）智慧型數 位 視 訊 監 控 系統（ 陳 稔、莊仁輝教授負責與規劃） （ 四）網路互動虛擬實境展現 （施仁 忠教授負責與規劃） （ 五）資訊家電網路遙控 （陳昌居教 授負責與規劃） 。 本「e - L i f e 網路及軟體共用實 驗 室 」 目 前 採 購 的 設 備 包 括 有 L in ux -b as ed 書本型電腦 ( 友旺科技 的 X P il ot ) 2 0 部，高階 l og i c ana -l yz er 1 部，工三館的無線網路 ( 含 密集 A cc es s Po in ts ) ，全球衛星系 統 1 2 的 衛 星 接 收 器 專 用 電 腦 連 接 線，藍芽發展套件，超高速乙太網 路路由器及交換器， I nt er ne t 網路 的 監 視 攝 影 機 5 部( 含可控對焦鏡 頭及雲台 ) ，數位相機， P DA ，伺 服器及個人電腦多部等。兩系十七 位老師領取 L in ux -b as ed X -P il ot 書 本型電腦，發展無線上網的各式應 用研究與教學。我們已展開 e -L if e 相關軟、硬體系統的研發，今扼要 介紹如下：
（ 一 ） 隨 身 攜 帶 資 訊 平 台
資 訊 家 電 ( I n f o r m a t i o n A pp lianc e ; IA ) 是 e -L i fe 的核心要 件 ， 也 是 本 世 紀 極 重 要 的 新 興 產 業 。 嵌 入 式 系 統 （ E m b e d d e d Sy st em ）是控制這些資訊家電的核 心程式，用來負責控制以及協調硬 體平台上各組件的正確運作。由於 IA 通常輕薄短小， 因此必須考量省 電設計及其較小記憶體容量。這些 限 制 使 得 I A 硬 體 平 台 及 嵌 入 式 系 統的研發變得極為困難。此外 ，IA 設備及使用環境差異大，相關資訊 內容及應用也非常多樣，這使得 e -Li fe 相關軟體平台及應用技術的整 合及開發更形重要。目前執行工作 項目有通訊與嵌入式平臺硬體構件 之 製 作 及 E m b e d d e d L i n u x f o r IA 。硬體構件基本上由微處理機配 合若干特定之 I / O 介面構成。微處 理器目前暫以 A R M 架構為基礎之 St ro ng A R M C PU 為主。另外一方 面， L in ux 系統是 O pe n So ur ce 政 策下的作業系統，透過網際網路有 成千上萬的工程師同時改進其品質 及 增 強 功 能 ， 使 得 其 前 景 大 為 看 好，有與 Mi c r o s o f t 的 Wi n d o w s / C E 分庭抗禮的實力。然而，在 I A 應用方面， L in ux 並未提供完整的 支援。我們 將研究作業系統架構的 新技術，尤其是用於可延展性核心 ( e xt e n si b le ke r n el ) 及現有嵌入式 即時作業系統的核心程式。同時，我 們 也 將 研 究 與 探 討 軟 體 c o m p o n e n t s 和 c o m p o s i t i o n 的 機 制，及用於建構作業系統核心的可 能性。另外我們亦研究 L in ux 核心 原始程式，以及增加 L in ux 即時處 理 能 力 的 方 法 和 架 構 ， 以 界 定 將 L in ux 移植至IA 平台所需更動的部 分。我們在保持 L in ux A PI 的狀況 下 重 新 建 構 適 合 I A 嵌入式整合系 統的核心，同時考量嵌入式系統的 特殊需求和少量的記憶體 、固定的 工作元組和檔案系統模組 、以及電 源 管 理 等 。 我 們 也 會 建 構 適 合 I A 平台的視窗介面及無線網路驅動程 式，使得系統更為人性化。
（ 二 ） 無 線 隨 意 網 路 實 作
為了因應無線網路的日益蓬勃 發展，我們設計了一套無線網路系 統，包括最底層的硬體，一直到最 高層的應用。最下層為利用短距離 傳輸為媒介的藍芽設備來設計感應 網路。利用這網路可以做門禁管理 系 統 之 應 用 。 中 間 層 我 們 設 計 了 A d H o c 繞送協定來達到多點傳送 封包的任務。最上層 則設計了一支 無線導覽系統的應用程式來展示我 們的成果。 無 線 隨 意 網 路 （ Wi r e l e s s A d H oc N e tw o rk ）是一種分散式的網 路 架 構 ，可 以 在 任 何 地 方 隨 時 上 網 。 該 網 路 架 構 無 需 基 地 台 之 支 援，每一部行動主機均配備一無線 裝 置 ， 以 直 接 或 間 接 相 互 通 訊 。 「 無 線 隨 意 網 路 」 之 優 點 在 於 其 可 以快速架設，具有軍事、救災等用 途等等。而近日吸引很多注意力的 一 個 研 究 方 向 即 為 mo b i l e ad ho c ne t w o r k ( M A N E T ) 之設計。所謂 的 mob il e ad h oc n et wo rk 指的是兩 點之間除了互傳資料之外，還可幫 忙把資料繞到第三點去。這樣的好 處是不像傳統的有線網路必須利用 路由器才能將資料轉送出去。舉個 例子，若是我們以 將無線網路裝置 架設在每一棟建築物裏 ，那麼每一 戶人家就 都可以透過此隨意網路互 相通訊。甚至我們也可以把這樣的 裝置架設在街上，如此一來，不管 我們到了那裏都可以隨意上網。 隨意網路的另一項應用為偵測 和收集資料，此型態 的網路又稱為 se ns or n et w o rk 。通常 se ns or 都帶 有某種特殊的功能，例如 ：可以偵 測 溫 度 、 溼 度 、光 線 、 物 體 移 動 等。在學界裏，就有人在討論如何 使 用 s e n s o r 來 追 蹤 物 體 移 動 的 軌 跡；也有人把 se ns or n et wo rk 用在 軍 事 戰 略 上 面 ， 方 法 就 是 把 大 量 s e ns o r 散佈在要偵測的區域 ，以收 集敵軍的資訊。目前最受歡迎的網 路產品有 B lu e to o th 、 8 0 2 . 11 a 、 8 02 . 11 b 、 H ip e rl an 2 等，任何一個都可以當作隨意網路的底層協定 ( 實體層和 M AC 層) 。有了這些之 外，我們還要有一個網路層的繞徑 協定( r o u t i n g p r o t o c o l ) ，目前最 受歡迎的有 d y n am i c s ou r c e ro u t i n g ( D S R ) 、 d e s t i n a t i o n s e -q u en c e d d i s tan c e v e c to r ( D S DV ) 以及 ad - h o c o n - d e m an d d i s t a n c e ve cto r ( A O DV )。有了這些組成要 素後，一個 ad h oc n et wo rk 就稍有 雛 形 了 。 至 於 T C P 方 面 ， 目 前 在 ad h oc n et w o rk 上並還沒有一個漂 亮的解決方 案。
（ 三 ） 智 慧 型 數 位 視 訊 監 控
系 統
智慧型數位視訊監控系統的目 的是藉由視訊監控設備來自動偵測 是否有外來物或異常狀況發生，並 主動發出訊息通知監控人員提高警 覺及採取必要之措施，達到即時顯 示並錄影的效益。拜網際網路及無 線網路之賜，數位視訊監控系統已 延伸為遠距監視的系統，而達到真 正的分散監視與集中管理的作業方 式。本項目是要發展複雜背景下物 體移動之強韌性偵測技術。在系統 功能方面，除了提供移動啟動之錄 影操控外，協調式多相機的自動攝 影機制，亦為此一智慧型視訊監控 系統所將具備之先進功能。其次， 本項目建立 3D 物體幾何模型及 3 D 場景，以便作物體定位、追蹤以及 移動速度之計算，並且提供虛擬實 境式監控系統。未來將做物體連續 運動軌跡之分析等研究，作為物體 行為活動之判斷，以主動偵測異常 狀況發生，達成智慧型視頻監控的 效果。 目前我們完成利用一般監控用 攝影機對場景進行監控，將當前影 像與背景影像做向量線性相依性比 對，偵測影像內新移入的物體，並 將雜訊、陰影等造成的誤判進行清 除處理。而後藉由相機校正的程序 取得相機的內部參數及外部參數。 根據這些相機參數進一步推算目標 物的三維座標資訊，並利用這個三 維座標指揮另一部校正好的相機進 行目標物鎖定與特寫。目前市售一 般機台無回授控制，精確度不夠， 轉 速 亦 不 夠 快 ， 有 礙 移 動 物 體 追 蹤 。（ 四 ） 網 路 互 動 虛 擬 實 境 展
現
多人互動虛擬實境網路系統之 基本需求是：「當不同電腦客戶端 的多個使用者，透過網路進入一虛 擬環境，每個使用者都能與其他使 用者藉由交換網路訊息，達成互動 的功能。」而由於我們所採用的應用裝置 在大部份的情況下，皆希望透過無 線的傳輸方式，其與有線傳輸相比 之下通常較慢，所以資訊傳遞量的 減少更是一個重要的考量因素。因 此，我們初期的研究將先著重於網 路 訊 息 的 交 換 及 減 少 訊 息 的 傳 遞 量。就多人互動虛擬系統在 WWW 上的應用來說，叢集式的分散式系 統架構是較佳的選擇。叢集方式是 在網路上選擇一台電腦當伺服器， 其他電腦個別運算部分的工作，然 後藉由這台伺服器進行溝通協調。 所以資料的一致性是靠這台伺服器 維護，因此伺服器 傳送資料及網路 I / O 的能力要比較強。整個系統網 路 訊 息 的 交 換 我 們 將 採 用 C l i e n t -Se rv er 架構方式，透過預先協定之 P D U ( P ro t o co l D a t a U n it ) 傳輸， 在 Cl ie nt 之間由 Se rv er 負責傳遞資 料。各 Cl ie nt 皆保有一份虛擬場景 檔，當任何一端線上參與者做了任 何 的 改 變 ， 都 藉 由 傳 送 更 新 P D U ，由 S e r v e r 通知其他使用者 同步更新。 伺服器所要儲存的資料分成兩 類，一是使用者相關資訊，一是虛 擬物體相關資訊。因此伺服器資料 庫 便 分 為 兩 個 ， 一 是 U s e r M an ag er ，一是 O b je ct M an ag er 。 U s er Mana ge r儲存的資料包括目前 連 線 使 用 者 I D 、 各 客 戶 端 之 So ck et 及其他之使用者資訊。 O b -j ec t M ana g er 儲存資料包括目前虛 擬環境包含之虛擬物體名稱 、各物 體存取權限以及最新的虛擬物體位 置資訊。
（ 五 ） 資 訊 家 電 網 路 遠 端 遙
控
因為網路的發達，因此我們希 望能將以往軟體遠端搖控的功能與 硬體整合起來，做出一套多功能實 用性的資訊家電遠端控制系統。想 想我們下班時，在回家以前，先把 家 裡 的 冷 氣 打 開 ， 咖 啡 泡 好 ， 還 有. . . 把洗澡水先放好，待回到家 時，可以悠哉 地洗個熱水澡。上班 時，怕家中遭小偷？不用擔心，家 裡的狀態隨時可透過二十四小時的 監視系統傳到手邊的電腦，一旦有 異狀，我們也可以在彼端開啟防衛 系統。我們目前希望透過硬體設備 與 晶 片 ， 配 合 妥 為 規 劃 的 網 路 程 式，便可以達成我們的夢想，佈置 一個舒服溫暖的家。 首先介紹硬體架構，在 S e rv e r 的 一 端 ， 我 們 以 8 0 5 1 單晶片為基 礎 ， 設 計 了 一 塊 板 子 。由 8 0 5 1 做 出 的 這 一 個 類 似 嵌 入 式 系 統 的 裝 置，負責與我們的電器溝通，由它 來控制家電的開關，再以 R S2 32 作 為板子與 Se rv er 主機的溝通界面 。 而主機的工作一方面可以將網頁傳到 cl ie nt 端，呈現出目前的狀態供 遠端點選，待接到使用者的資料之 後，再將 r e q u e s t 送到板子上，呈 現出最後的結果。比方我們在學校 時，希望能將家裡的電燈打開 ，只 要透過 B ro ws er 點選資料，便可經 由 s e r v e r ， 作 出 我 們 想 要 的 結 果 了 。 同 理 ， 也 可 以 將 板 子 上 的 資 料，經由 R S2 32 送到Se rv er 端，再 傳回網頁上，彼端的狀態一樣是一 覽無遺。 關於程式的流程，首先是要先 將這台 se rv er 架起來，所以在按鍵 之後，便會作一些初始化的動作， 包括一些建立連線的動作，然後把 這個 p o r t 跟這台 s e r v e r b i n d 在一 起，這樣子其他的電腦才能利用 IP 及 po rt 連到我們這台電腦去對硬體 作控制。接著， Se rv er 會將RS 23 2 通訊埠打開，並作一些初始化的動 作。而後 c l ie n t 端會接收到一個登 入的畫面，使用者必須鍵入正確的 帳號及密碼才能進來 。 se rv er 檢查 無誤之後，使用者便可以開始遠端 控制硬體。因為 T CP / I P 的網路連 線一直都還在，所點選的畫面資料 或 指 令 ， 便 可 以 傳 到 s e r v e r ， se rv er 再根據使用者的資料，把資 料丟到某個 po rt 就是了。相對 地， 板 子 上 的 資 料 ， 一 樣 可 以 回 傳 給 s e r v e r ， s e r v e r 經 過 適 當 的 處 理 後，再回傳給 cl ie nt 使用端。
陳 稔 老 師 小 檔 案 ：
學歷 ： l美國普渡大學電機博士 l美國杜克大學電機碩士 l台 灣 大 學 電 機 系 學 士 現職： l交 通 大 學 資 工 系 教 授 經歷： l交 通 大 學 資 工 所 所 長 l馬 里 蘭 大 學 訪 問 學 者 l加 州 大 學 柏 克 萊 分 校 訪 問 科 學 家 l交通大學計算機科學系副教授lSenior design eng ineer, Burronghs Corporation, De troit, Michigan
學術專長： l影 像 處 理 、 圖 形 識 別 、 虛 擬 實 境 e - l i f e 不是空想、不是未來科 技，它已逐漸成為我們的日常所需， 在日新月異的科技發展以及人們生活 習慣的改變下， e-life 即將深植於你 我的生活之中。
