新世代無線網狀網路關鍵技術研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

新世代無線網狀網路關鍵技術研究 研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型

計 畫 編 號 ： NSC 97-2221-E-011-122-

執 行 期 間 ： 97 年 08 月 01 日至 98 年 08 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學電子工程系

計 畫 主 持 人 ： 鄭瑞光

計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：張愽立 碩士班研究生-兼任助理人員：阮光武 碩士班研究生-兼任助理人員：陳冠良 博士班研究生-兼任助理人員：楊啟明

報 告 附 件 ： 國際合作計畫研究心得報告

處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢

中 華 民 國 98 年 08 月 06 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告

□期中進度報告

新世代無線網狀網路關鍵技術研究

計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：NSC 97－2221－E－011－122

執行期間： 97 年 8 月 1 日至 98 年 8 月 31 日

計畫主持人：鄭瑞光 共同主持人：

計畫參與人員：阮光武、楊啟明、張愽立、陳冠良

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

■國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、列 管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

■涉及專利或其他智慧財產權，□一年■二年後可公開查詢 執行單位：台灣科技大學 電子系

中 華 民 國 98 年 8 月 8 日

可供推廣之研發成果資料表

■ 可申請專利 □ 可技術移轉

日期： 年 月 日

國科會補助計畫

計畫名稱：新世代無線網狀網路關鍵技術研究 計畫主持人：鄭瑞光

計畫編號：97-2221-E-011-122 學門領域：電信工程/網路

技術/創作名稱 適用於多躍式無線骨幹網路之允入控制器

發明人/創作人 鄭瑞光, 林昞辰

技術說明

中文：

多躍式無線骨幹網路是一種高速的無線網路，藉由中繼節點間的無 線鏈結，可於戶外環境下提供用戶高速的數據存取服務。一般而 言，無線骨幹網路通常採用鍊狀網路拓撲，而且各中繼節點間，皆 採用 IEEE 802.11 DCF 媒介存取協定來傳輸。然而，使用目前的 DCF 卻會造成傳輸率不彰以及嚴重的效能不公平問題。為了解決 上述這些問題，相關研究曾提出漣波協定來提昇 DCF 傳輸率，並 且可搭配時基排程機制來改善效能不公平的問題。在本論文中，我 們針對採用漣波協定與時基排程機制的系統，提出一套佇列模型並 推導其產出率與平均延遲，而這些推導可用在單類別訊務，以及使 用嚴格優先權或權重公平佇列服務規則的多類別訊務環境上。最 後，我們藉由系統模擬來驗證所提出之佇列模型的正確性以及分析 結果的準確性。

英文：

In this invention, we presents a queueing model that can be used to determine the mean delay and the throughput for a chain-based WiFi mesh network adopting Ripple protocol and a time-based scheduling algorithm. The model can be used to implement an admission controller for WiFi mesh network.

可利用之產業 及 可開發之產品

WiFi Mesh network

技術特點

The proposed queueing model can accurately determine the mean delay

and throughput of the WiFi mesh network. It can be used to ensure the

QoS for users in such networks.

推廣及運用的價值

藉由此機制的設計以及精確的分析結果，可提供未來產業實做服務 品質控制機制(如允入控制、頻寬分配)所需之評估參數，有效改善 傳輸整體的服務品質。

※ 1.每項研發成果請填寫一式二份，一份隨成果報告送繳本會，一份送 貴單位研 發成果推廣單位（如技術移轉中心） 。

※

2.本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。

※ 3.本表若不敷使用，請自行影印使用。

無線骨幹網路之時基排程機制效能分析與探討

一、摘要

多躍式無線骨幹網路是一種高速的無線網路，藉 由中繼節點間的無線鏈結，可於戶外環境下提供用戶 高速的數據存取服務。一般而言，無線骨幹網路通常 採用鏈狀網路拓撲，而且各中繼節點間，皆採用 IEEE 802.11 DCF 媒介存取協定來傳輸。然而，使用目前 的 DCF 卻會造成傳輸率不彰以及嚴重的效能不公平 問題。為了解決上述這些問題，相關研究曾提出漣波 協定來提昇 DCF 傳輸率，並且可搭配時基排程機制 來改善效能不公平的問題。在本研究中，我們針對採 用漣波協定與時基排程機制的系統，提出一套佇列模 型並推導其產出率與平均延遲，而這些推導可用在單 類別訊務以及多類別訊務環境上。最後，我們藉由系 統模擬來驗證所提出之佇列模型的正確性以及分析 結果的準確性。

二、計畫說明

近年來，由於無線區域網路(wireless local area network，簡稱 WLAN)技術發展趨於成熟，使原先 在室內小區域的應用，逐漸延伸到戶外廣域的應用環 境。而室外所埋設的有線骨幹網路，由於佈建耗時以 及昂貴佈線成本，因此，採用 WLAN 為技術背景的 無線骨幹網路(wireless backhaul networks，簡稱 WBNs)也逐漸成為有利於取代有線骨幹網路的方案 之一。但是由於原先 WLAN 的涵蓋範圍約 100 公尺 上下，為了達到骨幹網路的廣域涵蓋範圍，讓使用者 將 資 料 藉 由 中 繼 節 點 (relay node) 以 多 躍 徑 (multi-hop)中繼轉送的方式連到有線閘道器，最後與 網際網路(Internet)介接。

圖一為在台北市沿著戶外街道佈建的無線骨幹 網路架構，此平台稱之為「WIFLY 無線寬頻網路服 務。」在這類鏈狀(chain-based)的無線網狀網路下，

基地台(access point)在此我們稱為中繼節點(圖一表 示為 Ni)，而中繼節點透過與閘道器(gateway, 圖一 中簡稱 GW)連結可以與後端有線網際網路(Internet)

相連接，單一個中繼節點皆裝載有兩張網卡，其中一 張網卡是負責中繼節點與使用者之間的連線，透過 IEEE 802.11b/g 技術做存取；另一張則是使用 IEEE 802.11a 來聯繫中繼節點之間彼此的通訊。

很不幸的，如果在上述的環境下使用一般的 802.11 DCF 媒介存取協定，會導致效能下降以及服 務不公平的問題。過去研究，Li 等人[1]曾提出在多躍 徑的環境下使用 802.11 DCF 會因為封包碰撞而造成

效能低落，其中，若在鏈狀環境下使用 RTS/CTS 交 握式機制的 DCF 最大只能達到實體層傳輸量 1/7 的 效能。而 Gambiroza 等人[2]研究發現，在 DCF 下服 務會因為與閘道器之間躍徑(hop)數的增加而降低傳 輸量(throughput)，因此會產生效能不公平的現象，

而他們解釋此現象為「停車場」效應。

在本研究團隊的協定設計與效能分析下，Cheng 等人[3]提出了一個分散式的免競爭媒介存取協定，稱 為「漣波協定」。此協定可以有效改善在 DCF 模式下 競爭的缺點，並且達到理想的效能(1/3 的實體層傳輸 量)。但是有關於停車場效應仍未被改善，因此，Liao 等人[5]又提出一個基於漣波協定的時基排程機制來 解決傳輸不公平的問題。而本計畫在基於所設計的時 基排程機制下，透過排隊理論等數學知識，對其服務 品質參數(諸如產出率(goodput)、平均延遲(mean delay)、公平指標(fairness index))進行分析，目前有 關產出率與公平指標的分析已於[5]之中完成，本次計 畫主要是分別在單類別(single-class)訊務與多類別 (multiple-class)訊務下，透過適切的佇列模型，有效 分析其各自的平均延遲結果。而其成果日後也可以運 用於允入控制協定或頻寬分配協定等服務品質控制

Wireless Access Link (802.11b/g) Wireless Relay Link (802.11a) Wired Link

Internet

1 GW

2 N N

Gateway N3

N4

N_n1

N_n

Relay Node

圖一 WIFLY 服務的網路架構

機制之上，有效改善整體效能。

三、研究成果與現況

在本研究中，考慮在理想(ideal)無線通道環境下 套用漣波協定，拓撲擺設是鏈狀的方式，並針對單向 上行(uplink)網路傳輸來分析，封包皆由葉節點(在此 指某一中繼節點)傳送到根節點(閘道器)。不過系統仍 然可以透過時分雙工模式(time-division duplex, 簡 稱 TDD) 與 頻 分 雙 工 模 式 (frequency-division duplex, 簡稱FDD)的來實行雙向傳輸。

參考圖二，在此無線骨幹網路中，共有n 個固定 式的(fixed)中繼節點，提供m 種類別的單向上行 (unidirectional uplink)訊務服務，在每一個位於中繼 節點i (1≤i ≤n)內的訊務類別j (1≤j ≤m)的封包均 是速 率 為

,



i j的卜 瓦松 程序(Poisson process)分 佈，而每個中繼節點轉傳至下一級的服務速率均固 定，其值為



，最後傳到目的端閘道器。

1,11,m

1,nn m, _n_1,1n1,m 4,14,m 3,13,m 2,12,m

    

N1

N2

N3

N4

N_n1

N_n GW

圖 二 鏈狀無線骨幹網路的系統模型

關於串級網路的佇列模型推導，過去有Jackson 理論來推導，不過是需假設在M/M/1彼此串級的環 境下，與我們目前漣波協定中定速的服務速率不一 致，因此無法套用此理論予以分析。

因此在此網路中，採用了單一佇列模型來等效整 體的串級佇列，如圖三(a)，我們將第一級中繼節點以 外的串級佇列等效成單一佇列，如先前所提到，中繼 節點採用漣波協定來存取共享的無線媒介，因此每個 節點分別會在TX、RX、以及Listen狀態間輪循，而每 個狀態則是持續固定的時間單位T 然後轉換至下一 個狀態，這裡的T是傳輸一個資料訊框所花費的時 間，表示成

RTS CTS DATA ACK

4

T  T  T  T  T  SIFS

⁽¹⁾

這裡

T

RTS ^、

T

_CTS^、

T

_DATA^、與

T

_ACK^{分別為傳輸各種}

訓框類別所需的時間，SIFS是802.11所定義的短訊框 間隔時間。

,1

n _n,2 _{n m,} _2,1 _2,2 _2,m _1,1 _1,2 _1,m

Sn S2 S₁

TDM

GW

(a) Slot

TX Listen LX TX Listen LX k

Frame Frame (k1)

T T T T T T Time

(b)

圖 三 鏈狀無線骨幹網路使用TDM佇列模型來分析 具體而言，中繼節點N1到閘道器之間的傳送方 式 ， 透 過 漣 波 協 定 的 效 應 ， 可 以 套 用 分 時 多 工 (time-division multiplexing，簡稱TDM)的形式，如 圖三(b)所示，每個中繼節點傳輸輪循的總時間可以視 為一個TDM的訊框(frame)，單一中繼節點的狀態可 以視為單一時槽(time slot)。在此系統對應下，三個 時槽組成一TDM個訊框，其中只有一個時槽可以進行 資料傳送(TX狀態)。在TDM系統中，若以某個使用者 的觀點來看，一個TDM訊框中只有單獨一個時槽是給 此使用者使用。而TDM的佇列延遲分析，可以參考假 期 性 的 M/D/1 (M/D/1 with Vacation)佇列分析 [6]。這類的系統在傳輸封包時，倘若不是在TX 狀態 的起始時間點傳輸，就需要等待0至3T 不等的時間，

所得之TDM的佇列延遲如下 3 2(1 3 )

TDM

W T

T





 (2)

這裡



是TDM系統的抵達流量(arrival rate)。

在接下來的小節中，我們分別獨立討論單類別與 多類別訊務的平均延遲，並列出其佇列模型。

（一）單類別訊務

首先討論單類別訊務(m =1)的情況，此單類別訊 務型的無線骨幹網路可以被視為擁有單一佇列的 TDM系統模型，如圖四，而整合的訊務類別1之抵達 流量，如等式所示

1 ,1

1

.

n

i i

 







⁽³⁾



1 _S

圖 四 單訊務之TDM等效佇列模型

而此模型的佇列延遲，大抵可分為兩部份。第一 部份是原本串級系統中，各自佇列所造成的佇列延 遲，我們以

,1

W

TDM 表示，其結果可以由TDM之佇列 延遲所獲得，將原先的



^以



₁^{取代，我們可以得到}

,1

1

3 2(1 3 )

TDM

W T

T





 (4)

第二部份，是由所等效的中繼傳輸延遲所造成 (從允入的中繼節點Ni至第一個中繼節點N1)，此平均 中繼延遲定義成

,1

W ，因為平均佇列延遲沒有等效中R

繼節點N1傳至閘道器的傳輸時間，所以由中繼節點 Ni傳至N1會有(i -1)T的傳輸時間，配合各自中繼節點 的傳輸流量比例，可得如下

 

,1 ,1

1 1

1

n i R

i

W  i T





   

⁽⁵⁾ 結合等式(4)與(5)，可得單類別的平均佇列延遲W 為_q,1

 

,1

,1 ,1 ,1

1 1

1

3 1 2(1 3 )

n

i

q TDM R

i

i T W W W T

T









    

 

⁽⁶⁾

最後，關於單類別的平均延遲

W ，可以等同平均佇列1

延遲加上第一級中繼節點N1的傳輸時間T，結果如下

,1

1 ,1

1 1

1

3 2(1 3 )

n i q

i

i T W W T T

T









   

 

⁽⁷⁾

（二）多類別訊務

多類別訊務的產出率分析部份可套用單類別訊 務的分析概念，將系統視為單級的等效佇列模型，不 同的是由於有多類別的訊務，因此配合各類別訊務劃 分為多個佇列，如圖五所示。而整合的訊務類別j 之 抵達流量



j^為

, 1 n

j i j

i

 







⁽⁸⁾

2

S

1

m

……

圖 五 多訊務之TDM等效佇列模型

在此佇列模型下，由於一個伺服器(Server)需要 服務多個不同類別佇列的封包，因此對於不同類別的 封包何者先傳或後傳，則需要配合不同的服務描述 (service description)，這裡我們採用嚴格優先權

(strict-priority)來當作伺服器的判斷規則。在此我們 假設訊務類別1擁有最高優先權，訊務類別2其次，其 他以此類推…。而嚴格優先權的規則是先傳送佇列中 最高優先權訊務的第一個封包，依據此一特性，多類 別 等 效 佇 列 模 型 可 以 視 為 不 可 插 入 之 優 先 權 (non-preemptive priority)佇列[7]與假期式M/D/1 佇列的組合佇列模型。因此，第j 類別的平均佇列延 遲可以表示如下

, 1

1 1

3

2(1 3 )(1 3 )

TDM j j j

k k

k k

W T

T ^



T



 

 

  

⁽⁹⁾

同樣地，關於多類別訊務的平均佇列延遲

W

q,j仍 然有兩個部份，第一部份如同等式(9)，第二部份，推 導概念如同

,1

W ， 因此第j類別的平均中繼延遲R W_{R j,} 為

 

, ,

1

1

n i j R j

i j

W



i T









  ⁽¹⁰⁾ 結合等式(9)與(10)，可得多類別平均佇列延遲W 為_{q j,}

 

, , ,

,

1

1

1 1

3 1

2(1 3 )(1 3 )

q j TDM j R j

n

i j

i j

k k

j j

k k

W W W

i T T

T T



  ^ 



 

 

  

 

  

(11)

最後，如同單類別訊務分析，多類別的平均延遲

W 可得如下j ,

,

1 1

1 1

3

2(1 3 )(1 3 )

j q j

n i j

i j

k k

j j

k k

W W T

i T T

T T



  ^ 



 

 

 

 

  

(12)

（三）分析與驗證

在這個小節，我們透過電腦模擬結果的比對，來 驗證先前分析結果是否正確。而模擬平台式採用C語 言所撰寫，模擬的環境假設共有7個中繼節點 (n

=7)，而單類別訊務與多類別訊務的訊務類別數量分 別為1 (m =1)與4 (m =4)。而每個模擬取樣點皆蒐集 1000次的結果，每次執行30秒的模擬時間。

在此，模擬所使用的參數如表一所示，可參考 IEEE 802.11a的參數設定[8]，其中SIFS的時間為16

μs，而各種訊框類型的傳輸時間可由等式(13)與表一 所得

( )

16 6

20 4

Frame

Length T

Ndbps

 

 

 



 

 

⁽¹³⁾

表一 分析與模擬的對應參數

Frame Type Length (bit)

Link Speed (Mbps)

Ndbps (bit/symbol)

T(Frame)

(μs)

RTS 160 24 96 28

CTS or ACK 112 24 96 28

DATA 12000 54 216 252

由等式(1)、(13)、以及表一，可計算單一個資料傳送 時間T為400 μs；並且根據[8]，我們可以算出這類鏈 狀的無線骨幹網路最大的產出率為10Mbps，因此在 以下的模擬結果中，我們將灌入從1 Mbps至9 Mbps 的系統供載量(offered load)，而系統的利用率因子 (utilization factor，供載量/最大產出率)也分別對應 從0.1至0.9。

在此，這樣的系統環境下，我們給定一個訊務分 佈(traffic pattern)



來計算各自的抵達流量。

1,1 2 ,1 3,1 4,1 5,1 6 ,1 7 ,1

1, 2 2, 2 3, 2 4, 2 5, 2 6, 2 7 , 2

1,3 2,3 3,3 4 ,3 5,3 6,3 7 ,3

1, 4 2, 4 3, 4 4, 4 5, 4 6, 4 7 , 4

      

      

      

      



 

 

 

 

 

 

(14)

而第i個中繼節點中的第j類訊務類別之抵達流量



i,j為

, ,

1

,

1 1

m

i j

i j l n m

l

k l

k l

  





 









⁽¹⁵⁾

接著我們首先討論單類別訊務(m =1)的平均延 遲結果，藉由灌入各種不同的訊務分佈來驗證其正確 性，分佈如下

 Case 1: ^



^{1 0 0 0 0 0 0}



 Case 2: 



7 6 5 4 3 2 1



 Case 3: 



1 2 3 4 5 6 7



 Case 4: 



0 0 0 0 0 0 1



如圖六，我們驗證在不同的訊務流量分佈下，模 擬結果與分析曲線幾乎相吻合，令人值得注意的是，

在地增的Case下，平均延遲也相對增加，主要原因是

平均中繼延遲的增加(Case 1、2、3、4的W 分別為_R,1 0、2T、4T、以及6T ) 。

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

x 10^-3

Utilization Factor ()

MeanDelay(second)

Analysis - Case 1 Simulation - Case 1 Analysis - Case 2 Simulation - Case 2 Analysis - Case 3 Simulation - Case 3 Analysis - Case 4 Simulation - Case 4

圖 六 單類別訊務之平均延遲結果(Case 1 ~ 4) 驗證完單類別訊務後，隨即我們開始驗證多類別 訊務(m =4)的模擬與分析結果，如單類別訊務的範 例，我們也列出幾個典型的多類別訊務分佈如下

 Case A:

1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4



 

 

 

 

 

 

 Case B:

4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1



 

 

 

 

 

 

 Case C:

2 4 6 8 10 12 14

6 6 6 6 6 6 6

7 6 5 4 3 2 1

14 0 0 0 0 0 0



 

 

 

 

 

 

圖七、圖八、以及圖九分別為Case A、B、以及 C的的平均延遲結果。Case A與Case B皆為均勻的訊 務分佈(在此均勻意指各節點之總抵達流量一致)，而 兩者主要的差異是四種類別的訊務比例的不同。在 Case A中，高優先權(class 1)的訊務擁有最大的抵達 流量；而在Case B中，則是最低優先權(class 4)的訊 務擁有最多的抵達流量。但值得注意的是，兩個範例 中其各自的整體抵達流量均一致，卻造成了不同的平 均延遲結果。此外，這兩個範例皆依照嚴格優先權服 務描述的特性，高優先權訊務擁有最短的平均延遲，

最符合即時性訊務的需求；而低優先權訊務則產生最 長的平均延遲，適合用於非即時性之訊務。

不過於現今一般網路環境，均勻性的範例並不常 見，網路常常是以任意(random)的流量分佈來傳輸，

因此我們也透過圖九來驗證Case C任意分佈分析結 果的正確性，由分析與模擬的一致結果可知，我們的 分析基本上是準確的。不過令人在意的是，在此任意 的流量中，高優先權訊務不一定是保持在最短的平均 延遲時間下，反倒是低優先權的訊務在某些情況下，

平均延遲會小於高優先權。而產生這種現象的原因，

主要是因為各種訊務類別因為在各個中繼節點灌入 非均勻的抵達流量，而使平均中繼延遲不一致(Class 1、2、3、4的W_{R j,} 分別為4T、3T、2T、以及0)，因 此會有這種低優先權訊務效能反轉勝出的可能性。

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Utilization Factor ()

MeanDelay(second)

Analysis(Class 1) Analysis(Class 2) Analysis(Class 3) Analysis(Class 4) Simulation(Class 1) Simulation(Class 2) Simulation(Class 3) Simulation(Class 4)

圖 七 多類別訊務之平均延遲結果(Case A)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Utilization Factor ()

MeanDelay(second)

Analysis(Class 1) Analysis(Class 2) Analysis(Class 3) Analysis(Class 4) Simulation(Class 1) Simulation(Class 2) Simulation(Class 3) Simulation(Class 4)

圖 八 多類別訊務之平均延遲結果(Case B)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Utilization Factor ()

MeanDelay(second)

strict-priority - arbitrary case

Analysis(Class 1) Analysis(Class 2) Analysis(Class 3) Analysis(Class 4) Simulation(Class 1) Simulation(Class 2) Simulation(Class 3) Simulation(Class 4)

圖 九 多類別訊務之平均延遲結果(Case C)

四、創新技術說明

為解決無線骨幹網路使用802.11 DCF效能不佳 以及不公平性的問題，本實驗室提出了基於漣波協定 的時基排程機制，有效解決上述問題，並且針對單類 別訊務與多類別訊務分別做了重要服務品質參數的 分析(在此指平均延遲)，精確的瞭解目前系統是否符 合所需的服務品質參數指標，以利日後服務品質控制 機制的進一步設計。

五、技術推廣及運的價值

藉由此機制的設計以及精確的分析結果，可提供 未來產業實做服務品質控制機制(如允入控制、頻寬分 配)所需之評估參數，有效改善傳輸整體的服務品質。

國際合作研究計畫國外研究報告

感謝國科會提供經費支援，讓本人走訪位於日本的九州大學，與谷川浩(Hiroshi Furukawa) 准教授合作，完成國際合作研究計畫。差旅相關經過及心得，茲整理如下：

7/26 抵達福岡，入關時看見海關人員人人都帶著口罩，讓我們覺得似乎此地 H1N1 流感 疫情頗為嚴重，但出關之後卻並未有人帶著口罩，大家的活動也一如往常，因此心中頓覺輕鬆 不少。由於我們要拜訪的九州大學伊都(Ito)校區位於福岡市的郊區，附近並無旅館可供住宿，

因此我們出發前就決定在福岡市中心選擇一個距離地鐵中州川端駅(Nakasu-Kawabata)附近的 旅館，以方便通車。在出關之後就先搭上往返國際線與國內線機場的免費接駁巴士抵達地鐵 站，再搭地鐵到旅館。到達之後才知道，過去幾天福岡已經連續下幾天大雨，也因此導致山崩，

造成數人傷亡，幸運的是，在我們抵達福岡市不久天氣即開始逐漸放晴，因此有機會出去走走，

解決中餐與晚餐，並先熟悉這裡的交通與環境。

7/27 一早搭地鐵接 JR 筑肥線，前往位於福岡郊區的九大学研都市駅(Kyudai gakken toshi Station)，九州大學原先有五個校區，分別位於福岡市內的不同位置，幾年前校方在伊都取得 一大片土地之後，即展開長達十年的新校區的興建工程，因此，也帶動了這個區域的都市發展。

我們與谷川教授約在地鐵站出口，再一同搭巴士，約經過半小時的車程後才抵達伊都校區。聽 谷川教授說，伊都校區在四年前開始建設，而他們系所則於三年前搬到這裡。今天早上的議程 是由谷川教授先介紹研究室的成員，我們所到訪的這個 809 研究室，原先由三位教授共同使 用，前不久一位資深教授退休，目前則由谷川教授與牟田修(Osamu Muta)準教授(Associate Professor)兩位共同主持。目前這個研究是有五位來自中國的學生，其中一位是上週剛取得博 士學位的李照博士，另一位則是已於東京工作十年，於今年四月剛加入研究室的博一生 Jin，

他們兩位都是北京清大畢業的高材生；另外還有一位碩二生，以及兩位剛入學的研一新生，外

籍生的比例約佔近半， 不過基本上仍均以日語溝通 。 接下來谷川教授介紹目前執行的

MIMO-MESH 計畫現況，他除了說明目前研究內容之外，也大方的讓我們參觀他們目前仍研

發中的 MIMO Mesh 產品，令人印象相當深刻。谷川教授提到由此計畫所衍生成立的公司即將

於年底開始針對 Mesh Network 的 LunchBox 版本出貨，目前谷川教授已經將他於 IEEE 802.11s

所提出的 IPT 協定應用在他們的產品上，初步的效果似乎還不錯，目前學生也還在針對 IPT

協定傳送的間隔時間作細部的調整，以達到最佳化。或許到時候我們有機會採買幾個過來進行

修改，將我們研究室所開發的漣波協定植入，測試漣波協定的效能與可行性；谷川教授的團隊 目前則積極開發具有 MIMO 功能的 Shell 版本。中午，谷川教授、牟田教授，以及助理 Yasuyo Hidari 小姐一同前往餐廳用餐，聽他們提到，這邊中餐大多數人均選擇訂便當，或者到學生餐 廳用餐，這個餐廳比較新，價格也稍高，故來此用餐的人比較少，不太需要花時間等待。在用 餐時，谷川教授提到，目前成立公司需要向校方申請，除了未來需要向九大取得專利的授權之 外，原則上部需要在支付其他款項給學校，但是學校教授也僅能掛 CTO 的職銜，且僅能利用 下班時間從事相關工作，他告訴我，目前這家公司僅有四名員工，除了他與另一名教授共同負 責技術之外，剩餘的兩位則負責行銷與業務，人力相當精簡。閒談之中也才發現，原先谷川教 授也是作 RRM 相關研究，只是後來因為要開通訊系統相關課程，因此逐漸踏入 PHY 相關領 域。

餐後，牟田教授與 Yasuyo 小姐帶我們前往大門口附近的接待室，讓我們觀賞九大規劃本 校區的介紹影片，看到他們將一座山頭剷平，並在這塊基地上建造可供下一世代使用的九大新 校區，從電腦動畫到目前的實景，可以見到他們的夢想正一步步的實現著。為了讓我們身歷其 境，他們特地帶我們到一間可俯視整個校區的辦公室，從高處往下看，除了對周邊環境一目瞭 然之外，也很清楚的看出各個工程的進度。聽他們說，未來除了九大醫學院之外，其餘系所均 將於接下來的五年間陸續遷回。下午分別由由牟田教授以及李照博士介紹他們的研究內容，並 由我簡單介紹台科大、電資學院，以及電子系，並詳細說明目前我的研究近況與執行計畫。

7/28 日，透過谷川教授的安排，讓我們有幸可以拜訪到執行 IST 計畫的另一位主持人尾 知 博 教 授 (Prof. Hiroshi Ochi) 以 及 他 的 同 事 黑 崎 正 行 (Masayuki Kurosaki) 助 教 (Assistant Professor)，尾知教授目前於著名的九州工業大學(Kyusu Institute of Technology, KIT)服務，九 工大是台科大眾多的姊妹校之一，培育出許多的優秀人才，谷川教授正是九工大的高材生。尾 知教授的研究室在九工大位於飯塚(Iizuka-shi)的校區，谷川教授委請牟田教授以及李照博士帶 領我們過去，28 日一早我們約在天神駅碰面，一同搭巴士前往飯塚市。飯塚市與福岡市之間 有兩個小時車程的距離，搭乘巴士的來回票價為 1600 日圓。到達飯塚市之後，還要花 160 日 圓另轉搭巴士才能到達九工大。我們於上午 10:00 出發，到了接近中午 12:00 才順利抵達九工 大。到了九工大之後，牟田教授先帶我們到尾知教授的辦公室拜會，雙方簡單交換名片之後，

我們先與牟田教授到九工大的餐廳用餐，餐後，牟田教授簡單的介紹整個校園環境後，就回到

尾知教授幫我們準備的會議室，開始今天的訪問行程。尾知教授首先歡迎我們的來訪，也為了

因前兩天雷雨造成空調損壞的不便向我們致歉。接下來請尾知教授的幾位學生與黑崎正行教授

分別介紹 IEEE 802.11n 的收發機設計、使用 IEEE 802.11ac 技術，以 1.4Gbps 用 4x5 MIMO 技 術傳送 4K 數位電影(4K Digital Cinema)，以及尾知教授研究室所採用的 Model-based 設計模 型。尾知教授告訴我們 4K 數位電影可以用 4K DC Projector 放映，其大小約是目前投影螢幕的 四倍大，因此，他們使用 802.11ac 目前開發中的超高速(very high throughput, VHT)技術傳送以 JPEG-2000 來編碼的畫面。討論過程中，得知尾知教授也參加 IEEE 標準的全體會員大會，並 將他們的研究成果提到 802.11ac 工作群；此外，尾知教授目前身兼一家公司的 CEO，該公司 主要販售由他們的研究成果實做而成的 IEEE 802.11n 晶片組，他拿了幾顆公司目前出產的樣 品給我看，特別提及有一顆是 TSMC 所製造的。我也介紹了 NTUST 相關背景以及我們研究室 的研究內容，並提到九州工業大學是台科大的姊妹校，雙方其實有機會可以進行更密切的人員 互訪與交流。尾知教授對我目前執行國科會參與標準建置的計畫特別有興趣，因為他自己也參 與標準會議，因此對高額的註冊費及差旅費的來源頗為困擾，他認為這個計畫的構想非常好，

有助於促進學界與產業界之間的密切合作。在討論中也得知尾知教授也才參加這次於舊金山舉 行的 IEEE 標準全體會員大會，只是當時人太多，沒機會碰到面，下次或許有機會再多聊聊。

之後，我們參觀了他們的實體展示，宇峰問了一些技術問題，與負責的學生討論一些執行細節，

展示結束之後，尾知教授特別帶我們參觀位於 KIT 內的一個研究中心，這個研究中心內有一 個很大的無塵室，裡面有整套的製程設備以及許多攝影機，也陳列了不少學生的作品。透過攝 影機，學生可以在課堂上直接看到教授在無塵室實際操作的步驟，學生也可透過實習直接體驗 半導體產業的工作環境與內容，裡面令人相當印象深刻。結束之後，因為沒有合適的回程巴士 可搭，因此尾知教授還特別幫我們叫了一輛計程車，載我們回到巴士站。晚上是谷川教授研究 室定期舉辦的 BBQ，這個活動每年舉辦兩次，這是今年的第一次活動，谷川教授特別邀請我 們參加，體驗日本學校的獨特風情。可惜天公不作美，開始落下些許雨絲，為了避免雨勢擴大，

因此最後決定借用學生宿舍前的廣場來烤肉。谷川教授提到他們每年會辦兩次 BBQ 的活動，

以聯絡學生感情，而今天正好是他們今年第一次的活動，我們有機會躬逢其盛，運氣真是不錯。

在烤肉的過程中，學生與老師們可以比較輕鬆的互動，很容易就拉近彼此的距離。之後，與來 自東北，畢業自北京理工大學的研二生 Qiying Li 聊到好大學與普通大學的差異，他認為就教 師授課的內容來說，不同大學之間並無太明顯的差異；就他自身的經驗，他認為兩者主要的差 別除了同儕的激勵效應顯著不同之外，另一個差異是好大學可延攬較的優秀人才以及訪問學 者，而學生可以透過這些學者的演講，瞻仰大師風範，大大擴展學生的眼界。

7/29 日，由 MIMO-MESH 計畫的主持人井上聰志先生(Satoshi Inoue)，由他帶領我們參觀

福岡縣產業科學技術振興財團(Fukuoka Industry, Science & Technology Foundation, IST)。到達

之後，井上先生先帶我們拜會 System LSI 部門的部長伊藤文章(Fumiaki Ito)先生以及副事業總 括(General Manager)力武知嗣(Tomotsugu Rikitake)先生，接下來就到可一覽福岡塔與港區的會 議室，由來自中國且於東京工作過一段時間的金春穎小姐，以及負責育成中心企業輔導的井上 照教(Akinori Inoue)先生負責簡報的工作，金小姐先介紹 IST 這個機構以及目前福岡縣鎖立推 動的 Silicon Sea Belt (SSB)計畫，此計畫的目標是結合韓國的京畿道(Gyeonggi）省、中國的北 京與上海、日本的福岡縣、台灣的新竹、香港、新加坡、馬來西亞的 Kuala Lumpur，以及印 度的 Bangalore 等區域，形成一個矽海帶，共同推廣先進系統大型積體電路(Advanced System LSI)的研發與生產。IST 與台灣工研院的定位類似，希望能作為產業的推手，目前他們與福岡 縣政府一同資助學界的大型研發計畫，就是希望能讓產官學之間的合作更為密切。金小姐特別 告訴我們，我們選對了合作對象，因為目前 IST 所資住的 24 項研發計畫中，谷川教授與尾知 教授分別擔任其中一項計畫的主持人，而谷川教授的績效更是列名所有計畫之首，相當的優 秀；除此之外，IST 也提供育成中心以及教育訓練的服務，育成中心除了提供便宜的場地給剛 起步的企業之外，也提供類似台灣 CIC 的服務，讓廠商可以共用 IST 所提供的各種 IC 設計與 驗證軟體，以降低其成本，他們也充分利用空間，用 2 樓的教室，聘請九大與九工大的教授，

幫企業提供各種代訓服務，讓新人用幾天到一週的時間補足基本知識，以幫助他們儘快進入狀 況。

晚上是谷川教授特別安排的晚宴，除了牟田教授與助理 Yasuyo Hidari 小姐之外，另外還 邀請堀良彰(Yoshiaki Hori)準教授以及他的友人，來自韓國 Korean Bible University 的 Ilsun You 助理教授。堀良彰教授除了是谷川教授在九州大學的同事之外，他們還是一同畢業於九工大的 同學，Ilsun 教授則積極參與各種研討會的服務工作，目前擔任多個著名研討會的 General Co-chair 或 TPC Chair 的職務。他們兩位目前都從事 Security 相關的研究，大家充分交換目前 的研究近況，聊得相當愉快。

7/30 日自行搭車到九州大學，由 Yasuyo 小姐帶領參觀 Yoshida/Kanaya Lab，這間研究室

是由吉田啟二(Keiji Yoshida)教授所領導，研究團隊包括金谷晴一(Haruichi Kanaya)準教授以及

Ramesh Pokharel 助教(Assistant Professor)，他們的研究團隊高達 32 人，其中有接近 50%是外

籍生，且以博士生居多，而所有的外籍生，都由 Pokharel 這位外籍教授負責管理。吉田教授

特別提到，在 Google 上敲入 RFIC Japan，首先出現的就會是他們這間研究室的產出。接下來

則由吉田教授的博士生一一上場介紹他們的研究成果，這些博士生來自俄羅斯、埃及、馬來西

亞，以及中國等地，所有的研究均圍繞著 RFIC 設計相關議題。

下午參觀 Yoshihiro/Okada Lab，首先由 Yoshihiro 教授帶我們參觀他們自己建立的一個數 位廣播系統的實驗平台，據 Yoshihiro 教授所言，這個計畫的目標是在正式提供數位廣播服務 前，多瞭解使用者的模式並開發適用的應用服務，而九州大學已經申請到一個實驗頻段，目前 已使用此頻段進行一些試驗性服務，目前他們所傳送的這些服務的介面程式，都是以 Java 所 寫的，所傳送的影像可以直接在手機上放映，令人印象深刻。接下來 Okada 教授則介紹他所 開發的單一識別卡概念，此概念是希望用單一個晶片卡來整合所有的應用服務，為了達到此目 的，必須要開發一個共通的平台來達成資料交換的目的，Okada 教授提供了相當多的資料，但 他全程均以日文說明，而由 Yoshihiro 教授以及李照博士協助翻譯，因此我仍能大概抓到其主 要設計概念及目標。時間在中英日三種語言混雜的討論聲中逐漸消逝，而所有的參訪行程也到 此告一段落。

在結束之後，我們先在谷川教授的研究室休息，此時，上午拜訪的吉田教授研究室的俄 羅斯博士生 Oleg Nizhnik 跑過來，他希望能夠瞭解使用 MIMO 技術來設計天線時，是否會有 其限制存在？由於我對 MIMO 並不熟悉，因此請宇峰與他討論，我在旁僅偶爾幫宇峰釐清 Oleg 的問題，看宇峰從開始無法聽懂 Oleg 帶有俄文腔的英文，到最後能試著說明他過去所學到的 理論，並進而能讓 Oleg 瞭解並接受他的觀點，相當的不容易。雖然花了不少時間，但相信他 在這短短幾十分鐘所學到的經驗絕對是值得的。討論結束之後，我們請 Yasuyo 小姐帶我們親 自向谷川教授與牟田教授道別，並約定在回國後，可以針對這次所討論的幾個重要議題，透過 Email 進一步交換意見。可惜因為時間匆匆，來不及親自向這次負責接待我們的李照博士道 別，就必須離開九州大學。

7/31 日並無其他行程，因此可以在旅館仔細整理一下這次的所見所聞，並抽空寫了幾封

E-mail 感謝這次負責接待我們的各位教授及友人。首年的國際合作計畫在谷川教授的精心安排

下，讓我們在短短地四天內排了滿滿的行程，除了走訪九大與九工大四個研究室，瞭解五個研

究團隊極為不同的研究課題與專長，更趁機拜訪了 IST，瞭解福岡政府在 LSI 領域的雄心與作

法。此外，還從不同的日本友人身上，瞭解到日本的學制、文化，以及風土人情等資訊，大大

開展了我與宇峰的眼界，可謂收穫良多。吃過早餐之後，就搭地鐵到達福岡機場，搭機離開福

岡，結束了這次的行程。