一個建置在RFID系統上支援行動學習的基礎架構
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(2) 一個建置在 RFID 系統上支援行動學習的基礎架構 研究生：王瑞銜. 指導教授：陳俊麟 博士. 國立屏東商業技術學院資訊管理系(所) 摘要 現今 E-Learning 課程的設計，主要是引導使用者獲得某些資訊，或 是協助使用者來達成某些特定的任務。使用者透過固定式的電腦來增加 對於內容的理解。不過這樣的設計並不能提供兩個或更多的使用者同時 存取系統，因此會導致系統無效率以及缺乏擴展性。因應這個情況，本 研究提出一個建構在 RFID 系統上用來支援行動學習的架構。在此架構 中，一個行動使用者首先利用行動裝置連結本地代理人，來獲取他可能 感興趣的伺服器資訊。當讀取器偵測到標籤存在時，此架構可以啟動該 使用者所屬行動裝置的相對應行動代理。行動使用者可以經由此行動裝 置來直接進行個人化的服務。另外我們進行實驗模擬來證實此架構的有 效性。. 關鍵字：無線射頻辨識、行動學習、行動代理人。. I.
(3) A Framework Supporting M-learning in RFID system Student：Ruei-Shian Wang. Advisor：Dr. Chin-Ling Chen. Dept. of Information Management, National Pingtung Institute of Commerce ABSTRACT Existing E-Learning courses are designed to guide users through information or to help users perform in specific tasks. User is expected to increase proficiency about the context through the stationary computer. However, such design cannot provide two or more users to access the system simultaneously, thus leading inefficiency and lack of scalability. A framework supporting M-learning in RFID system is therefore proposed. A mobile user first use mobile computer to communicate home agent to get the related server information he may interest in. The framework can navigate mobile agents to the mobile computer when the tag is detected within the coverage of the reader. The framework enables a mobile user to directly access his personalized services from his mobile computer. The experimental simulation demonstrates its efficiency.. Keywords: RFID, M-learning, Mobile Agent.. II.
(4) 誌. 謝. 終於步入到兩年研究生涯的最後一個階段，回憶起這兩年，有許多 酸甜苦辣，但卻也是我人生學習最充實的一個階段。這兩年來，透過許 多老師的教導，讓我學習到許多的知識與學習的態度，並且順利完成我 的碩士論文。 最感謝我的指導教授─陳俊麟 老師，在老師嚴謹與悉心的指導下， 讓我瞭解如何完成一個專業與嚴謹的研究。在學術研究外，老師為人謙 虛的態度也啟發了我許多做人處事的道理，相信在未來的人生中，可以 讓我有更好的發展。 同時也要感謝這兩年來，陪我度過風風雨雨的同學們，我的好友─ 俊名、晉民、凱文、冠霖…等，多謝你們的陪伴，讓我的研究所生涯充 實了許多。 最後，感謝我的家人，在這段期間在背後支持我，讓我無憂無慮的 完成我的學業。願與你們共享我的喜悅與榮譽。. 王瑞銜（Ruei-Shian Wang）謹誌於 屏東商業技術學院 資訊管理所 中華民國 97 年 7 月 25 日. III.
(5) 目 錄. 摘. 要 ............................................................................................................ I. 英文摘要 .......................................................................................................... II 誌. 謝 ......................................................................................................... III. 目. 錄 ......................................................................................................... IV. 圖 目 錄 ...................................................................................................... VIII 表 目 錄 .......................................................................................................... X 1 . 2 . 前言 ............................................................................................................ 1 1.1 . 研究動機 .......................................................................................... 1 . 1.2 . 研究目的 .......................................................................................... 1 . 1.3 . 研究步驟 .......................................................................................... 2 . 文獻探討 .................................................................................................... 4 2.1 . 2.2 . 無線射頻辨識技術 （Radio Frequency Identifier，RFID） ....... 4 2.1.1 . 標籤（Transponder，Tag） ................................................. 7 . 2.1.2 . RFID讀取器（Reader） ....................................................... 8 . 位置基礎服務（Location-based Services，LBS） ....................... 8 2.2.1 . 以系統觸發機制分類[9]....................................................... 9 . 2.2.2 . 以基礎建設應用分類 ......................................................... 11 . 2.2.2.1 RFID結合無線網路..................................................... 11 IV.
(6) 2.2.2.2 以細胞網路為基礎 ..................................................... 12 2.3 . 3 . 4 . 行動代理人（Mobile Agent） ..................................................... 15 2.3.1 . 網路管理(Network Management)....................................... 16 . 2.3.2 . 路徑規劃 ............................................................................. 18 . 2.3.3 . 安全機制與協同合作 ......................................................... 19 . 2.3.4 . 應用娛樂系統 ..................................................................... 20 . 2.3.5 . 管理無線資源 ..................................................................... 20 . 2.3.6 . 動態網路資源配置 ............................................................. 22 . 系統架構 .................................................................................................. 24 3.1 . 網路架構 ........................................................................................ 24 . 3.2 . 系統協定 ........................................................................................ 27 . 3.3 . 課程學習流程 ................................................................................ 28 3.3.1 . 非順序式判定流程 ............................................................. 29 . 3.3.2 . 順序式判定流程 ................................................................. 30 . 系統實作 .................................................................................................. 32 4.1 . 開發環境 ........................................................................................ 32 4.1.1 . 使用者行動裝置（Mobile Computer）............................. 33 . 4.1.1.1 使用者介面模組 ......................................................... 33 4.1.1.2 事件處理模組 ............................................................. 34 V.
(7) 4.1.1.3 事件訊息分析轉換模組 ............................................. 36 4.1.1.4 訊息接收與傳送模組 ................................................. 36 4.1.1.5 代理人模組 ................................................................. 36 4.1.1.6 地圖指引模組 ............................................................. 37 4.1.1.7 實體RF Tag ................................................................. 37 4.1.2 . 伺服器端（Server）： ....................................................... 37 . 4.1.2.1 RFID偵測模組............................................................. 38 4.1.2.2 實體RFID讀取器........................................................ 38 4.1.3 5 . Home Agent（HA） ........................................................... 38 . 模擬實驗與結果 ...................................................................................... 39 5.1 . 實驗環境 ........................................................................................ 39 . 5.2 . 實驗分析 ........................................................................................ 41 5.2.1 . 實驗一：系統參數測試 ..................................................... 41 . 5.2.1.1 實驗 1-1：伺服器測試（S） .................................... 42 5.2.1.2 實驗 1-2：課程語言測試（L） ................................ 43 5.2.1.3 實驗 1-3：課程測試(C) ............................................. 44 5.2.2 . 實驗二：參數與參數之間測試 ......................................... 45 . 5.2.2.1 實驗 2-1：伺服器（S）與課程(C) ........................... 46 5.2.2.2 實驗 2-2：伺服器（S）與語言(L) ........................... 47 VI.
(8) 5.2.2.3 實驗 2-3：課程（C）與語言(L) ............................... 48 5.2.3 . 實驗三：比較M-Learning與E-Learning............................ 49 . 5.2.3.1 順序式課程模式 ......................................................... 50 5.2.3.2 非順序式課程模式 ..................................................... 51 5.2.4 6 . 實驗四：(有/無)地圖指引測試 ......................................... 53 . 結論 .......................................................................................................... 56 . 參考文獻 ......................................................................................................... 57 附錄A─順序式與非順序式演算法 .............................................................. 62 附錄B─JAVA套件 ......................................................................................... 63 附錄C─實作圖 .............................................................................................. 64 . VII.
(9) 圖 目 錄. 圖 1-1. 研究步驟.............................................................................................. 3 圖 2-1. 2001～2007 全球RFID市場規模 ........................................................ 5 圖 2-2. 位置基礎服務的基本設備 ................................................................. 9 圖 2-3. Barbeau系統架構[12] ........................................................................ 13 圖 2-4. MAS模組 ............................................................................................ 21 圖 3-1. 網路架構圖........................................................................................ 26 圖 3-2. 系統協定圖........................................................................................ 27 圖 3-3. 非順序式判定流程 ........................................................................... 30 圖 3-4. 順序式判定流程 ............................................................................... 31 圖 4-1. 系統模組圖........................................................................................ 32 圖 5-1 實驗架構圖.......................................................................................... 40 圖 5-2 改變L參數對於學習完成總時間的影響 .......................................... 42 圖 5-3 改變語言參數對於學習完成總時間的影響 .................................... 43 圖 5-4 課程不同對於學習完成總時間的影響 ............................................ 45 圖 5-5 課程與伺服器測試 ............................................................................ 47 圖 5-6 伺服器與語言測試 ............................................................................. 48 圖 5-7 伺服器與語言測試 ............................................................................. 49 圖 5-8(a)順序式課程總完成時間 .................................................................. 50 VIII.
(10) 圖 5-8(b) 順序式課程平均每人完成時間 .................................................... 51 圖 5-9(a)非順序式課程總完成時間 .............................................................. 52 圖 5-9(b)非順序式課程平均每人完成時間 .................................................. 52 圖 5-10 實體伺服器拓撲 ............................................................................... 54 圖 5-11(a)總完成時間 .................................................................................... 54 圖 5-11(b)加入實體距離的總完成時間 ........................................................ 55 圖C-1.使用者選擇學習課程語言 .................................................................. 64 圖C-2. 選擇課程 ............................................................................................ 64 圖C-3. 伺服器列表 ........................................................................................ 65 圖C-4. 代理人實作 ........................................................................................ 65 圖C-5. 地圖指引模式 .................................................................................... 66. IX.
(11) 表 目 錄. 表 2-1 目前RFID使用頻帶 ............................................................................. 6 表 2-2 主動式與被動式標籤說明 ................................................................... 8 表 3-1 協定參數表.......................................................................................... 28 表 4-1 事件表.................................................................................................. 35 表 5-1 設備清單.............................................................................................. 40 表 5-2 實驗一參數表..................................................................................... 42 表 5-3 實驗二參數表..................................................................................... 46. X.
(12) 1 前言. 1.1 研究動機. 目前有關電子學習（E-learning）的進行方式，都以平面圖文、語 音，且以固定式電腦為主，來提供使用者的服務。以往電子學習有兩 種，第一種為預先儲存文字、聲音、及影片的方式在伺服器上，使用者 利用電腦連結到網頁進行學習；第二種是在學習地點放置數台個人電 腦，提供使用者這區域的內容學習，這兩種方式對於需要實際在區域內 參觀及學習的方式是不敷使用的。第一種的設計無法運作在必須結合實 體與學習內容的學習方式，第二種設計並不能提供兩個或更多的使用者 同時存取系統，並且只能局限於某一固定地點進行學習。在部分參觀課 程學習上有分為順序式（Itinerary）與非順序式（non-itinerary），現今 的電子學習大多建置在非順序式的基礎上，並無支援有順序式的課程學 習，這樣的方式會使學習者遺漏部分的學習資訊，使學習不完全。. 1.2 研究目的. 由 於 現 今 的 無 線 網 路 技 術 與 無 線 射 頻 技 術 （ Radio Frequency Identifier，RFID）興起，以往存取網際網路的型態也有了改變。透過無 線網路，人們可以隨時隨地利用行動裝置進行資訊的存取。而利用 1.
(13) RFID 的標籤（Tag）與讀取器（Reader）所提供主動式、被動式與移動 式不同的機制，可達到物件辨識、位置辨識、及以位置為基礎的服務， 等功能。 以往的電子學習（E-learning）是設計於使用者必須在固定的地點中 學習，在需要觀察實際事物的課程學習中，學習平台無法依照區域內的 事物來自動提供學習的內容。在這類的課程學習上，固定式電腦會侷限 於在同一時間只能進行一位使用者的服務，並不能提供兩個或更多的使 用者同時存取系統。無線網路技術結合 RFID 帶起了行動（Mobile， M）服務的興起，將原本 E-learning 的學習方式演化至行動學習（Mlearning），也就是讓使用者可以進行移動式的學習方式。 本論文主要是建置一個行動學習的基礎架構（infrastructure）。此 架構透過無線網路與 RFID 的辨識技術，配合位置基礎服務（Locationbased Services，LBS）與行動代理人（Mobile Agent，MA），提供使用 者更佳便利的行動學習方式。在此基礎架構中，可以因應使用者選擇的 語言來進行學習，並且依照使用者所在的區域，提供學習的內容與資 料。透過地圖式的指引，使用者在整個學習區域中也更容易的找到想要 的資訊與服務，以達到無縫的學習效果。. 1.3 研究步驟. 2.
(14) 本研究步驟如圖 1-1 所示，首先開始蒐集 RFID、位置基礎服務與代 理人之資料。我們最後整合這三種技術作為 M-learning 的系統設計的基 礎。在系統開發後，我們進行系統效能的分析與比較，最後提出結論與 建議. 圖 1-1. 研究步驟. 3.
(15) 2 文獻探討. 在本章中，我們對於本研究所涉及的三種技術─無線射頻辨識技術 （Radio Frequency Identifier，RFID）、位置基礎服務（Location-based Services，LBS），與行動代理人模組（Mobile Agent），根據以往的相 關文獻，分別整理如下。. 2.1 無線射頻辨識技術 （Radio Frequency Identifier，RFID）. RFID 的緣起，可以從第二次的世界大戰時期，那個時期英國將 RFID 用於辨識飛機所屬的陣營，透過雷射的訊號發射到飛機上，飛機 機身內嵌入一個標籤，標籤接收到訊號後，會發出回應的訊號，藉此來 分辨出飛機的陣營。在 2003 年時，美國大型連鎖店 WalMart 開始使用 RFID 來管理庫存系統，有效追蹤與紀錄物品的流向，與以往條碼不 同，RFID 可以不需開啟箱子逐一的掃描物品，而是利用本身無線射頻 技術，RF 讀取器讀取箱子中每一個貨品的標籤，將整箱貨物一次輸入 至貨物系統上，效率是傳統條碼望塵莫及的。圖 2-1 顯示出在 2001 年到 2007 年 RFID 市場的規模與市場結構。. 4.
(16) 圖 2-1. 2001～2007 全球 RFID 市場規模. RFID 在辨識物體上有相當的益處，主要是有以下的優點： z 無方向性： RFID 使用無線射頻技術，不需如傳統條碼必須要正面的掃描來 讀取資料，只要在 RF 的範圍內，便可以讀取標籤中的資料。 z 資料更新性： 比起傳統條碼印刷後無法修改，RFID Tag 可以不限次數的新 增、刪除、修改標籤內的資料。 z 儲存內容大： 一般的傳統條碼容量大概為 50Bytes，但是 RFID 標籤容量可以 到 128Kbyte 以上。 5.
(17) z 讀取距離大： 一般傳統式條碼的標籤必須要相當接近讀取器，才能讓讀取器 讀取條碼的資料，但是 RFID 可以依照使用者需求配置不同讀取範 圍的 RFID 系統，使讀取距離配合使用者需求。 z 多標籤同時讀取： 傳統條碼在同一時間內只能感應到一組條碼編號，運用 RF 的功 能可以在短時間內讀取多個標籤。. 目前 RFID 使用的頻帶很多，主要用於科學與工、商用途，各個頻 帶本身各有優缺點，由表 2-1 說明：. 表 2-1 目前 RFID 使用頻帶 頻率. 運用領域. 傳輸距離. 備註. 低頻 （Low Frequency 135 KHz 以下）. 送洗衣物及動物 ID、賭場的代幣. 1.5 公尺(世界共通). 易於適用於金 屬. 高頻（High Frequency. 會受到金屬的 影響. 13.56 MHz）. 貨盤/品項管理及 1.5 公尺(世界共通) 圖書館的出入管 理. 超高頻（Ultra High. 貨櫃管理. 日本2005 年開始使 用；美國是7公尺、 歐聯是3 公尺. 通信距離最 長，會受到水 分的影響. Frequency 860M~960MHz） 微波（Microwave 2.45 GHz）. 停車場中汽車/卡 日本是1 公尺、美國 車的出入管理 是2 公尺、歐聯則是 0.7~2公尺. 標籤尺寸最 小，會受到水 分的影響 資料來源：[2]. 6.
(18) z 低頻（135 KHz）以下的頻帶是使用所謂電磁感應的方式。其傳輸的 距離較短，通訊速度、讀取、寫入的時間較長。135KHz 的頻帶在大 多數的國家中是屬於開放式的，其應用也較廣，大多用於動物晶 片、門禁與人員識別上。 z 高頻（135 KHz）的頻帶中也是使用電磁感應，晶片較為薄型化，最 佳 的 傳 輸 距 離 大 概 為 1 公 尺 以 下 ， 頻 帶 屬 於 ISM （ Industrial Scientific Medical）頻段，是屬於免申請使用執照[3]，其應用產品如 捷運悠遊卡、建築物出入管理。 z 超高頻 UHF（860M~930MHz）頻帶與微波（2.45GHz）頻帶是採用 微波的方式來傳送資料，傳送距離較長，可以提升許多現階段性的 應用，由於這兩種頻率擁有長距離通訊的特點，大多是運用在車輛 管理、供應鏈管理與物流上。. RFID 基本上分為標籤與讀取器兩大元件，下節分別敘述以標籤與以 讀取器 RFID 的分類。. 2.1.1 標籤（Transponder，Tag） 標籤是用於儲存辨識的資料，大多是放置在辨識的物體上。標籤可. 7.
(19) 以分為主動式（active）與被動式（passive）的標籤，表 2-2 顯示主動式 與被動式標籤的分別[4-5]。. 表 2-2 主動式與被動式標籤說明 主動式標籤. 被動式標籤. 讀取範圍. 100 公尺內. 1~5 公尺. 讀取形式. 內含電池. 電磁感應. 儲存容量. 128 bit 以上. 小於 16K bit. 2.1.2 RFID 讀取器（Reader） RF 讀 取 器 是 用 來 讀 取 標 籤 ID 與 標 籤 內 的 資 料 ， 可 分 為 固 定 式 （fixed）與行動式（mobile）兩種形式。固定式讀取器大多依附在手持 裝置上，本身並無無線網路傳輸之功能，大多應用在固定區域內。行動 RFID讀取器具有無線傳輸的能力，不需要依附其他裝置[6]。. 2.2 位置基礎服務（Location-based Services，LBS）. 位置基礎服務是提供一個在限制空間內有關位置的服務[7]。在讀取 位置內，伺服器提供使用者即時所需的服務與資訊。位置基礎系統整合 軟硬體的資源，基礎建設主要由下列部份所組成[8]：位置中心、應用伺 8.
(20) 服器、暫存資料庫、內容資料庫及行動裝置，如圖 2-2 所示。. 圖 2-2. 位置基礎服務的基本設備. 位置基礎服務運用許多不同類型的基礎建設，不過，這些基礎的建 設大多於針對在某一特定的服務。我們可以依照『系統觸發機制』與 『基礎建設應用』來做為分類。. 2.2.1 以系統觸發機制分類[9] z 反應/預測的 LBS（Reactive and Proactive LBSs）： 這一類的LBS大多是涉及使用者要求的資訊。換句話說，LBS系 統會預先撰寫功能，一旦使用者觸發之後，系統由觸發的函式進行 9.
(21) 資訊的遞送，像是使用者進出入餐廳，LBS就會依照設計者預先撰 寫的函式來進行動作[7]。 z 自我參照與互相參考的 LBS（Self-Referencing and Cross-Referencing LBSs）： 在這類型的 LBS，使用者與觸發物被定義為不同的兩個個體。 LBS 服務會依照兩者資訊來反應特定的服務資訊[10-11]。 z 單一觸發與多重觸發 LBS（Single-Target and Multitarget LBSs）： 在單一觸發式的LBS中，使用者在手持裝置上選擇單個物件，在 選擇觸發此物件之後，會回傳這單一物件的資訊與地圖的地理位 置。多重觸發則是使用者選擇地圖上特定位置後，多重觸發服務提 供者就會提供以這位置為中心半徑內的每個的LBS資訊，每個LBS 在對使用者做出回應[12]。 z 中央與點對點的 LBSs（Central and Peer-to-Peer LBSs）： 中央的LBS管理在服務內部中使用者、設備與物體，藉由一台位 置中心伺服器或者是應用伺服器記錄所有物件位置，以及整合與交 換來自不同端點的資訊訊息。這些訊息整合可以分為來自伺服端與 使用者端。在伺服端方面，大多是整合不同服務提供者的資訊後， 再傳輸及顯示在使用者的行動裝置上[13]；在使用者端方面，大多是 整合、收集使用者的資訊後，處理資料加密傳輸機制的應用程 10.
(22) 式[14]。而在點對點的LBS服務，是自我組織化（Self-Organizing） 的運作[15]，主要是提供本身的位置資訊交換，點對點的LBS不須經 由任何中間介面來輔助。 z 戶外與室內的 LBS（Outdoor and indoor LBSs）： 戶外的LBS大多是擁有大量的地理位置領域資訊，並且利用衛星 網路（Satellite Network）或是細胞網路（Cell Network）傳輸資料， 並整合服務提供者資訊給使用者，像是地圖資訊、娛樂資訊等[16]。 而室內的LBS與其相反，室內LBS大多是提供使用者得知建築物內 部的資訊，像是樓層與特定服務地點[17]，主要應用無線網路傳輸資 訊。另外一種則結合戶外與室內的LBS[18]，整合與交換兩種服務的 應用，室內是以藍芽為基礎的服務架構，戶外則用全球定位系統 （Global Positioning System，GPS）為基礎的服務架構。. 2.2.2 以基礎建設應用分類 以基礎建設應用大致可以分為以『RFID 結合無線網路』及『細胞 網路』兩種。. 2.2.2.1 RFID 結合無線網路 Satoh[7]使用RFID標籤探知使用者與標籤的位置，這個系統可以幫 11.
(23) 助使用者瞭解一棟建築物地理位置以及提供的特定服務。在每棟建築物 的天花板、牆壁、與地面放置數個主動式RFID 標 籤，每個使用者攜帶 Tablet PC，Tablet PC具有無線LAN能力的並且內嵌RFID讀取器。當使用 者移動到有位置標籤的地點時，Tablet PC就會用地圖方式顯示出附近位 置地圖。此架構運用RIFD系統讓行動使用者可以利用它們的行動裝置進 行個人化的服務。. 2.2.2.2 以細胞網路為基礎 Barbeau [12]提出一個以細胞網路為基礎的互動性多媒體應用位置架 構，此架構由幾個主要的設備組成：使用者端、通訊網路端、網際網路 與網路伺服器（如圖 2-3）. 12.
(24) 圖 2-3. Barbeau系統架構[12]. z 使用者端 使用者端提供了使用者多項的服務，例如 Mail、多媒體訊息服 務（Multimedia Messaging Service，MMS）、位置服務資訊 LBS 與 簡訊服務（Short Messaging Service，SMS）。當使用者選擇服務的 項目，使用者手機會傳送訊息到達對方使用者的細胞網路， z 通訊網路端 『分析伺服器』接收與分析來自使用者的訊息，並且依照訊息 格式遞送不同的 LBS 服務內容伺服器，以及遞送使用者位置到達位 13.
(25) 置伺服器。例如，使用者若想傳送一封簡訊並轉成 E-Mail 送給對 方，『分析伺服器』接收後會將簡訊格式轉到負責 E-Mail 的『內容 伺服器』，以及將使用者位置傳送到『位置伺服器』。負責的『內 容伺服器』會轉成一般 E-Mail 的形式傳至網路伺服器端。『位置伺 服器』則可以利用使用者位置資訊，進行 LBS 服務，例如地圖服務 等。若是網路使用者想將 E-Mail 傳成簡訊給手機使用者，傳送形式 則相反。 z 網路伺服器端 在伺服器端有許多不同『網路應用伺服器』，主要是接收來自 於通訊網路端的『內容伺服器』的資訊，回傳相關的服務。在簡訊 與 E-Mail 轉換的例子中，使用者想要將一封簡訊送往其他人的 EMail 中，經過通訊網路『內容伺服器』將簡訊轉換成 E-mail 格式送 往網路伺服器端後，網路伺服器則會依照 E-mail 格式送往正確的 Mail-Server。. Barbeau 的架構提供各種不同的服務，在此架構中使用者大多是採 取主動式，例如使用者在一個地點中想要找尋餐館或其他服務，使用者 設備端（手機）便會提供使用者介面的提示，等待使用者選取想要的服 務後，通訊網路端則會傳送使用者的位置以及搜尋的服務至網際網路上. 14.
(26) 的網路伺服器端，網路伺服器則依照使用者位置提供這區域內的服務反 向傳送至使用者手機，這種模式可以依照使用者的地理位置，給予使用 者不同的位置服務。. 2.3 行動代理人（Mobile Agent）. 一般來說，目前對於代理人（Agent）並無明確定義[19]，基本上代 理人被視為一個計算實體，具有主動性、被動性、自主性、預測性以及 顯示的能力來達到學習、合作與移動功能的物件。代理人可以在某些環 境中做出適當的反應或動作，以完成使用者設定的目標。代理人的特性 如下：. z 移動性：代理人在網路中有點對點的移動能力 z 學習能力：代理人可以依據環境的不同，調適本身的能力。 z 自主性：代理人具有智慧的判斷能力。. 行動代理人則具備代理人的基礎能力，以及在網路上遷移的模式。 遷 移 模 式 有 遷 移 移 動 碼 模 式 （ Mobile Code ） [20] 與 遠 端 物 件 模 式 （Remote Objects） [21]。遷移移動碼模式為行動代理人攜帶本身的程 式、資料、狀態到伺服器端進行動作。而遠端物件模式則是在伺服器端 放置遠端物件，使用者端呼叫伺服端的遠端物件來執行功能。在這兩種 15.
(27) 模 式 下 已 經 發 展 一 些 基 本 的 原 型 ， 例 如 AgentTCL [22-23] 、 Telescript [24]與最近的Aglets [25]。AgentTCL與Telescript運用遠端程序 架構，是種行動與智慧型代理人的軟體程式，具有自我判斷與自我調整 的機制。 Aglets 是 IBM 所開發出來的一個 Mobile Agent 的系統。此系統是由 一群 JAVA 物件所組成，並且建立在 JAVA 的虛擬平台之上， Aglets 系 統可以從網路上的某一個主機移動到其他的主機上，換句話說，JAVA 物件可以在網路上的一台端點執行後，終止運作並且派送到網路上的另 一台端點上，再次開始執行。由於 Aglets 在移動的時候，會帶著本身程 式碼和整個物件的狀態一起移動到 目的地，所以在另一端點再次執行 時，原始的狀態與資訊不會消失。 以下我們敘述行動代理人的應用領域，並且提出一些以往與代理人 相關的應用系統。相關的應用領域大多在於網路管理、協同合作。. 2.3.1 網路管理(Network Management) 在網路管理這個領域，行動代理人可以細分許多應用。 1. 降低網路流量： 行動代理人在網路管理這個領域應用非常多，無論是利用單一或多. 代理人系統、即時與非即時的系統，或是運作在普遍有線網路以及無線 16.
(28) 感測網路（Wireless Sensor Networks、WSN），大多專注在網路管理這 個議題上[31]，在早期，由於行動代理人傳遞的都是程式碼，傳送流量 比以往Client-Server方式傳送資料數據小的許多。但由於行動代理人本 身遷移時路徑選擇、解譯、反解譯編碼與來回節點時，都會增加網路上 的流量。Gavalas在 2004 年提出優化程式碼[26]撰寫方式來降低代碼傳 送的流量。由於在代理人架構中，行動代理人會遷移本身程式碼到目的 端點，程式碼中包含了代理人的狀態與變數資訊，但是這些變數與狀態 有些只是紀錄或運用在本機中，並不需要遷移其他電腦。在遷移時除去 這些不必要的變數可以達到優化遷移的方式。. 2. 快速部署 以往在分散式管理系統中，部署多台同樣功能的電腦是麻煩且費事. 的，尤其在更新功能與增加管理節點上。但由於行動代理人可遷移性的 架構，使得部署分散式系統更加快速，只要先行撰寫好行動代理人的架 構，設計代理人的功能函式，行動代理人就可以馬上遷移並且運作在邏 輯網路中任何一台管理節點。. 3. 結合異質網路 由於移動性的架構，行動代理人是可以獨立於端點執行，只要在端. 點上安裝JAVA虛擬機器（Virtual Machine，JVM）以及行動代理人的架 17.
(29) 構，代理人可以任意的遷移到任何系統。這類遷移系統多半是運行在 Java虛擬機器核心[27]。在這種架構上，無論使用者使用任何一種的設 備或是網路形態，只要設備安置JVM與行動代理人架構，代理人就運行 在此端點上。. 2.3.2 路徑規劃 在路徑規劃上（Itinerary Planning），這類型的系統多半是多代理人 系統（Multi-Agent System，MAS），行動代理人會被指派到實體的端點 （Host）上，作監測的任務，這類型的行動代理人大多具備溝通協調的 機制，可以收集本身的資料與其他代理人的資料。運用演算法來判斷最 佳的解決方法，在路徑規劃的系統上大多會存在兩種代理人─監測代理 人與控制代理人。監測代理人大多只是簡單型的代理人，負責監控本身 端點的狀況，例如流量。控制代理人機制較為複雜，必須收集本身監控 代理人的資訊並且傳送到其他控制代理人作為參考，在規劃路徑時，也 必須與其他控制代理人傳遞資料，利用演算法判斷出最佳網路路 徑[28]。在行動代理人遷移時，也必須運用到路徑規劃，由於行動代理 人被分配指派到網路上節點，必須遷移本身的行動代碼到節點上，在遷 移時的路徑規劃也是降低網路負擔的一大議題，Gavalas[29]在 2005 年 提出遷延時路徑規劃的試探性演算法（Heuristic algorithm for Itinerary 18.
(30) Planning，HIP）來規劃行動代理人遷移到多點時的路徑。在 2006 年 Gavalas[30]進一步分析代理人在遷移時，在每個時期的延遲時間，並且 加強HIP演算法優化路徑，降低遷移時的網路負擔。. 2.3.3 安全機制與協同合作 行動代理人也可以運用在網路的安全機制上。Boukerche [31]提出一 個在無線感測網路（Wireless Sensor Networks，WSN）上以代理人為基 礎的信賴（Trust）與名譽（Reputation）的管理機制（Agent-based Trust and Reputation Management scheme，ATRM）。『信賴』定義為根據節 點過去的行為與活動的經驗，作為未來存取行為的一個參數值。『名 譽』則是建構在『信賴』之上，『名譽』是群體的信賴參數與其他參數 結合而成。管理機制安置行動代理人在節點上，運用演算法計算出節點 的信任與名譽並且傳送到個節點上，進而達到安全傳輸的目的。 在協同合作上，這類型代理人多半是即時與多代理人系統，代理人 會收集本身節點上的資訊，並且廣播到其他節點中的代理人，協同進行 一項特定的任務[32]。Macker[33]提出運用在軍事的隨意型無線網路 （Mobile Ad Hoc Network，MANET），利用P2P的機制結合行動代理人 傳輸，將行動代理人部署在每個移動端點上，收集本身的位置並且傳送 給其他代理人，以此架構來追蹤並包圍目標。這種分散式的架構比起以 19.
(31) 往中央傳送資訊的架構效能優異許多。. 2.3.4 應用娛樂系統 Wohltorf提出的BerlinTainment[34]中，將代理人引入到娛樂服務， 代理人會依照使用者喜好來過濾資訊，回傳使用者想要的資料。此系統 中具有三種特性。 z 個人化：依據個人化模組，代理人會依照使用者喜好來過濾資訊， 回傳使用者想要的資料。這些過濾訊息的特性可以作為很多系統的 基礎，如協同過濾與知識過濾，例如在顧客訂房時依照使用者過去 的喜好來過濾目前訂房的選擇，以及結合其他同業的協同資訊優先 排列顧客最喜愛的商品。 z 位置服務：系統支援使用者所在的定位，提供了地圖與路徑功能。 z 設備獨立：由此系統產生的使用者介面可以依據使用者不同的設備 作為改變。 這三種特性可以依使用者不同的設備，產生不同使用者介面，讓使 用者可以享受無所不在的娛樂資訊。. 2.3.5 管理無線資源 Zhiyong [27]利用多代理人系統（Multi-Agent System，MAS）多重 20.
(32) 存 取 無 線 資 源 的 管 理 （ Multi-Access Radio Resource Management ， MRRM）。此系統有三個模組，如圖 2-4：. Memory Layer 紀錄調校 成功資訊. Reaction Layer 傳遞調校 後的參數. 傳遞參數 到反應層. Congnitive Layer 收集邏輯網路的資料 與其他代理人的資訊. 圖 2-4. MAS 模組. z Cognitive Layer：在此層代理人會收集本身的資訊，以及其他代理人 的資訊作為是否觸發回應層的控制或者調校。 z Reaction Layer ： 此 層 由 代 理 人 與 控 制 核 心 模 組 組 成 ， 由 接 收 Cognitive Layer 的觸發後計算調校服務，並且評估改變是否合適。 z. Memory Layer：此層的代理人運用在智慧型控制，對於每次成功的 調校，代理人會儲存結果，遇到相同情況時，調校結果可以從記憶 體層獲得。此模組也具備有學習的能力。 21.
(33) 在 MAS 系統中，代理人主要是收集自身的資訊，以及周圍其他代 理人的訊息，在計算後，對資源進行調校服務。也就是說，如果該區的 無線資源負荷太大，此系統就可以將原本利用此地區無線資源的使用者 轉移到具有相同覆蓋網路的另一個無線資源。系統會進行評估改變是否 合適。對於每次成功的調校，代理人會儲存結果，如果遇到相同情況 時，就不需做再次調校，直接在資料庫取出調校的方法，所以代理人也 具備有學習的能力。MAS 系統是一個有自我組織的系統，並且具有廣 泛的控制與管理功能。該系統可以增加無線資源利用，最大化系統能力 與滿足在不同服務的服務品質（Quality of Service, QoS）需求。. 2.3.6 動態網路資源配置 Marzo[28]提出與以往集中式不同的動態網路資源配置的系統，利用 多代理人的架構，建置一個在網路管理中自動化與分散式系統，此系統 代理人分為兩種：網路監測（M）代理人、與網路效能代理人（P）。 網路上的每個節點有一個（P）代理人與數個M代理人，M代理人是簡單 的反應性代理人，只有刺激/反應類型的行為，主要任務為去監測與控制 網路，P代理人負責外部實體連結與管理與協同運作跟M代理人相同的 節點。P代理人保持他以建立的局部邏輯網路的觀點並且負責與其他P代 理人協同合作。 22.
(34) 23.
(35) 3 系統架構. 本研究提出一個 M-Learning 的學習基礎架構，此架構結合了 RFID 技術辨識物體位置與事件驅動，透過位置基礎服務提供各種學習的服務 方式，利用行動代理人系統來傳遞使用者與伺服器之間的資訊，結合這 三種技術，將以往使用者在區域內必須自行選擇學習內容這種不便的方 式，改為伺服器自動將學習內容傳送到使用者行動裝置上。在研究中我 們另加入地圖式的指引方式，讓使用者可以清楚得知目前伺服器與下一 個伺服器的位置。使用者端以行動裝置透過無線網路，在本地代理人 （Home Agent，HA）端先行取得對應伺服器列表。每一使用者的行動 裝置與 RFID 系統中的一個標籤進行關連，每一伺服器的位置亦與 RFID 系統中的一個讀取器進行關連。當行動裝置進入伺服器的讀取範圍，讀 取器會偵測此標籤的號碼並且送出訊息給使用者的行動裝置。當使用者 裝置收到此訊息時，裝置內的代理人模組就會依照此訊息來判斷接下來 的行動，並且啟動相關的服務，以供使用者行動學習。這種的服務方式 可以應用於非順序式與順序式的學習方式，讓使用者學習更加具有靈活 性與便利性。. 3.1 網路架構. 24.
(36) 我們將系統範圍定義在具有學習實體（Entity）的建築或區域中。 在本架構中使用者攜帶行動裝置與標籤（Tag），伺服器含有讀取器 （Reader）以感應行動使用者標籤的進入。此架構有三個實體，分別敘 述如下： 1. 使用者行動裝置（Mobile Computer）：此行動裝置內嵌入一組 RFID 標籤，標籤與這台行動裝置的 IP 位置做關聯，並在使用者行動裝置 中，加入地圖指引模組，以便使用者尋找伺服器。 2. 伺服器（Server）：提供學習的內容給予使用者，以及提供伺服器的 位置地理資訊，讓使用者瞭解伺服器的位置。 3. 本地代理人（Home Agent，HA）：提供課程所需的伺服器位置、順 序與資訊。. 圖 3-1 敘述此網路架構圖，並且說明活動流程。. 25.
(37) 圖 3-1. 網路架構圖. 1. 在 M-learning 初始階段，一開始使用者選擇所需課程，使用者的行 動裝置與 HA 建立連線，並且在 HA 端尋找課程所需伺服器，HA 回 傳此課程所需的伺服器列表。 2. 使用者攜帶行動裝置進入某一 RFID Reader 讀取區。 3. 伺服器依據標籤的訊息傳送伺服器編號至使用者行動裝置，使用者 行動裝置辨別伺服器是否正確後，再進行使用者代理事件，取得此 伺服器課程的資料。. 在此架構下，使用者只需一開始在 Home Agent 確認課程所需之伺 服器，其後則是使用者的行動裝置與伺服器的傳輸，在下節我們敘述使 用者行動裝置、伺服器、HA 之間的系統協定。 26.
(38) 3.2 系統協定. 系統協定如（圖 3-2），包含了 Mobile Computer 與 Home Agent 之 間的溝通，以及 Mobile Computer 與 Server 的溝通。表 3-1 為協定中訊 息傳遞的參數與描述。. 圖 3-2. 系統協定圖. 27.
(39) 表 3-1 協定參數表 訊息名稱 Class_Num Class_ Info TagID Server_Info. Class_Contents. 參數. 類型. Class_Num Class_Info_Server_Num Class_Info_All_Num TagID Server_Num Server IP Server_Location Class_Contents. 字串 字串 數字 字串 字串 字串 字串 字串. 描述 課程代碼 伺服器編號列表 存取伺服器總數 標籤號碼 伺服器編號 伺服器 IP 伺服器位置 課程內容. 在 M-learning 初始階段，使用者選擇所需課程，行動裝置會傳遞課 程代碼（Class_Num）到 HA 端，HA 依照此課程代碼回傳此課程所需的 伺 服 器 列 表 （ Class_Info） 。 當使用者攜帶行動裝置進入某一 RFID Reader 讀 取 區 ， 伺 服 器 會 依 據 標 籤 的 訊 息 傳 送 伺 服 器 訊 息 （Server_Info）至使用者端。使用者端收到伺服器訊息編號與 HA 給定 的伺服器列表做比對。若該編號存在，使用者端的代理人會傳遞課程代 碼（Class_Num）給伺服器進行使用者代理事件，並取得此伺服器課程 的資料（Class_Contents），倘若為錯誤伺服器，則取消這次代理。. 3.3 課程學習流程. 在與實體結合的學習中，我們將課程分為順序式課程與非順序式課 程。在順序式課程學習中，使用者必須要遵照課程所指派的伺服器順序 來學習，由於有些課程是連續式，彼此有前後關係，必須學習完前一階 28.
(40) 段課程後再學習下一階段的課程。非順序式課程則是課程之間彼此獨 立，沒有相互之關係，只要將 HA 指派的伺服器全部瀏覽完畢，並不需 要依照順序來執行，在本研究的流程中，我們假設有 S 台伺服器，L 種 語言，每種語言有 C 種課程，其中順序式有 c1 種課程，非順序式有 c2 種課程，其中. 、c1+c2=C。下節我們敘述非順序式課程學習流. 程。. 3.3.1 非順序式判定流程 圖 3-3 為非順序式判定流程，我們假定這階段的課程學習是非順序 式，也就是使用者只需要學習完整課程的伺服器即可，並不需要依照 HA 端給的伺服器順序來學習。使用者的行動裝置只需判定到達的伺服 器是否為 HA 傳遞的伺服器列表的其中之ㄧ，以及確認是否課程學習完 成。. 29.
(41) 圖 3-3. 非順序式判定流程. 3.3.2 順序式判定流程 此流程是假定課程是順序式的課程，也就是此伺服器不但要在伺服 器列表，也必須是在列表中的第一位，換句話說，此伺服器前面的伺服 器必須都已經參訪完畢。圖 3-4 為順序式流程。 30.
(42) 圖 3-4. 順序式判定流程. 31.
(43) 4 系統實作. 4.1 開發環境. 在此系統架構下共可分為三個元件：Mobile Computer、Server、 Home Agent，圖 4-1 為模組圖。使用者端的 Mobile Computer 內嵌入一 個實體 RF Tag，Server 則包含一組 RFID 讀取器。. 圖 4-1. 系統模組圖 32.
(44) 4.1.1 使用者行動裝置（Mobile Computer） 在使用者行動裝置下共有五個模組與一個內嵌實體，模組分別為 『使用者介面模組』、『事件處理模組』、『事件訊息分析轉換模 組』、『訊息接收與傳送模組』、『代理人模組』、『地圖指引模 組』，以及一個實體 RF Tag。. 4.1.1.1 使用者介面模組 此模組是提供使用者訊息接收、使用者資訊設定、位置資訊顯示、 以及課程設定的介面，功能分別敘述如下。 z 訊息接收：使用者介面模組的訊息接收是經由『訊息接收與傳送模 組』收到其他端的訊息，透過『事件訊息分析轉換模組』處理後， 由『事件處理模組』觸發界面提示事件來通知使用者提示訊息產 生。接收訊息可以分為單向與雙向兩種，單向的訊息只需將訊息遞 送給使用者即可；在雙向的訊息中，使用者介面會顯示提示視窗讓 使用者選取進一步的資訊。而『事件處理模組』會等待使用者的選 擇觸發後再進行回傳到其他端的動作。 z 使用者資訊設定：使用者資訊設定是用來設定使用者介面相關資. 33.
(45) 訊，例如使用者的語言、登入帳號、密碼等。 z 課程設定：在使用者設定完使用者資訊後，介面就會產生課程設定 的提示，使用者可以選擇喜愛的課程，課程分為順序式與非順序 式。 z 位置資訊顯示：當伺服器讀取到使用者時，伺服器會傳遞實體位置 到使用者的『地圖指引模組』，透過『地圖指引模組』處理後再傳 送到使用者的介面顯示目前的位置。使用者也可以利用地圖選單， 選取並且得知下一個伺服器的位置資訊，以便使用者辨別學習地點 的路徑，加快學習的時間。 4.1.1.2 事件處理模組 此模組是收集來自使用者選擇『使用者介面模組』後產生的一些事 件，例如聯繫 Home Agent，或是接收來自伺服器的訊息所產生事件。在 行動學習中有許多的事件設置，可以分為 RFID 事件、傳遞連接事件、 與代理人事件，如表 4-1：. 34.
(46) 表 4-1 事件表 事件. 子事件. 說明. Opencom. 開啟讀取器. ReaderTimeStart. 讀取開始（每五秒一次）. PortInUseException. 讀取器被佔用. NoSuchPortException. 沒有安置讀取器. GetCardNumber. 回傳卡號. UpdateCardNumber. 修改標籤卡號. Select_Class. 選擇課程. Open_Connect. 開啟連接. Connect_Wait. 等待連接. Connect_Terminate. 連接中斷. Connect_Server. 傳遞伺服資訊. Check_Server. 確認伺服器. Check_Server_1. 確認伺服器為第一個. Open_Sevice_Map. 開啟地圖. Agent_Server. 伺服器開啟代理. Server _Query_(參數). 查詢參數. Agent_Wait. 等待代理程序. RFID 事件. 傳遞連接事件. 使用者代理人. 35.
(47) 事件. 子事件. 說明. Agent_Stop. 代理程序終止. 4.1.1.3 事件訊息分析轉換模組 此模組接收到其他端的訊息後會產生相關的事件，或是將事件內容 轉化成訊息。例如在使用者選擇課程後，此模組就會分析事件發生，處 理事件並且將使用者課程資訊設定送往『訊息接收與傳送模組』再傳送 至 HA 端，在 HA 端會依照使用者選擇課程後傳送課程相關伺服器的列 表， 再回傳至使用者端。此模組分析來自 HA 的訊息，在轉換成事件 後，『使用者介面模組』就顯示相關的伺服器列表。. 4.1.1.4 訊息接收與傳送模組 此模組提供連線的功能，負責傳遞使用者的訊息或是接收其他端的 訊息。當模組接收到自外部訊息，便傳送至『事件訊息分析轉換模組』 處理訊息，而此模組 也負責將訊息傳送到對方的『訊息接收與傳送模 組』。. 4.1.1.5 代理人模組. 36.
(48) 在課程學習期間，使用者端先選擇語言資訊並接收來自 HA 端的課 程資訊。當使用者端開始進入一個學習區域。伺服器讀取到使用者端的 存在，伺服器會傳遞本身的訊息至使用者行動裝置上。使用者代理人會 依照使用者的各種資訊來進行使用者代理人機制，例如依照課程伺服器 列表判斷伺服器是否正確，並且依照使用者語言收集伺服器的內容並回 傳到使用者行動裝置上。. 4.1.1.6 地圖指引模組 此模組提供使 用者在課程學習區域中，每個伺服器的實際地理位 置，以便使用者尋找學習的伺服器，由於行動學習區域範圍廣，加入 『地圖指引模組』可以節省使用者的時間。此模組運作在當使用者進入 伺服器區域中，伺服器的讀取器模組感應到標籤後，伺服器會傳遞本身 位置到使用者裝置上，使用者裝置便顯示目前位置。. 4.1.1.7 實體 RF Tag RF 標籤主要是儲存使用者的身分以及行動裝置 IP。. 4.1.2 伺服器端（Server）：. 37.
(49) 伺服端共有五個模組與一個內嵌實體 RF 讀取器，除了『RFID 偵測 模組』以及『實體 RFID 讀取器』，伺服器的模組大多與使用者行動裝 置（Mobile Computer）相同。以下我們介紹『RFID 偵測模組』與『實 體 RFID 讀取器』。. 4.1.2.1 RFID 偵測模組 RFID 偵測模組是用來連接行動學習系統與實體讀取器的中間介 面，此模組控制 RFID 讀取器開始讀取標籤，以及處理來自讀取器讀取 到的標籤資料。. 4.1.2.2 實體 RFID 讀取器 伺服器實體的 RFID 讀取器是用來讀取使用者標籤。. 4.1.3 Home Agent（HA） 在以往的研究中，Home Agent 原本用來提供伺服器 IP 位置給代理 人的功能，但也因為這項機制造成網路的負擔，所以我們將這項功能以 標籤（Tag）取代。當開始進行課程學習時，使用者設備選擇課程並傳 送到 HA 端後，HA 端傳送所需伺服器列表至使用者設備上。. 38.
(50) 5. 模擬實驗與結果. 5.1 實驗環境. 表 5-1 為實作此系統所需之設備清單表，我們設置十台伺服器以及 一台 HA。每台伺服器配置讀取器，並且安置在學習實體區域中，使用 者則攜帶一台內嵌標籤的筆記型電腦。一開始使用者先選擇課程學習， 依照 HA 所傳回的課程伺服列表來進行行動學習，系統則是由 JAVA 語 言所撰寫。在本研究中，我們假設有 C 個課程，每個課程可都分為數個 子課程，每個子課程分別在不同的伺服器中，使用者必須學習完所有子 課程後，才能完成這個課程。伺服器共有 S 台，學習語言有 L 種。在前 三個實驗中，我們不考慮伺服器與伺服器之間實體的距離，使用者是隨 機選擇課程，並隨機前往伺服器位置，也就是使用者可能會到達錯誤的 伺服器。子課程分佈在哪個的伺服器也是隨機的。我們假設選取的伺服 器數目與子課程的數目相同。我們假設課程大小約為 5MB 的純文字 檔。表 5-1 為實驗設備清單、圖 5-1 為實作網路架構圖。. 39.
(51) 表 5-1 設備清單 設備名稱. Server. NoteBook. Home Agent RFID Reader. 規格 CPU：Pentium4 2.5 GHz RAM：DDR2-512MB OS：Windows XP SP2 CPU：Pentium4 1.5 GHz RAM：DDR2-256MB OS：Windows XP SP2 CPU：Intel Core 2 Duo RAM：DDR2-1GB OS：Windows XP SP2 SUMMIT U-Reader. 圖 5-1 實驗架構圖. 40. 數量. 10. 1. 1 10.
(52) 5.2 實驗分析. 系統設定的參數包括：伺服器(S)、課程(C)、以及語言(L)。在實驗 一中，我們固定其他兩種參數，改變某一個參數值測試對使用者人數的 影響，並量測反應時間，我們將『反應時間』定義為當伺服器讀取到用 戶標籤並且回傳伺服器本身資訊，以及使用者進行用戶代理事件的這段 期間，並且在實驗中使用 JAVA 的『執行緒』來模擬學習人數。在實驗 二，我們固定使用者人數與其中一個參數，改變其他兩種參數值來量測 反應時間。實驗三則比較 E-Learning 與 M-Learning 的效能。實驗四是 比較有無地圖指引的效能。. 5.2.1 實驗一：系統參數測試 在此實驗中，我們忽略使用者移動時所花費的時間，並藉由改變系 統參數值，測試系統效能的反應。實驗環境假設有 S 台伺服器、每台伺 服器有 C 種課程、每種課程有 L 種語言。每一個課程必須瀏覽課程所需 全部的伺服器才算完成學習。下面各個小節分別測試當 S、C、L 參數改 變時，對於總反應時間效能的影響，實驗一的參數值設定如表 5-2。. 41.
(53) 表 5-2 實驗一參數表 S（伺服器）. L（語言）. C（課程）. (非)順序式課程. 實驗 1-1. 變動. 固定. 固定. 順序式課程. 實驗 1-2. 固定. 變動. 固定. 順序式課程. 實驗 1-3. 固定. 固定. 變動. 隨機選擇. 5.2.1.1 實驗 1-1：伺服器測試（S） 在此節我們假設使用者學習同一種課程，使用者所需參訪伺服器數 量對於總反應時間的影響，我們設定伺服器數量由一台增加至四台，語 言種類為一種，課程為一個順序性課程，子課程所在的伺服器是隨機分 派的。本實驗不考慮使用者移動的時間。實驗結果如圖 5-2 所示。. 圖 5-2 改變伺服器數量對於總反應時間的影響 42.
(54) 由圖 5-2 可以看出，在一個課程中，使用者所需參訪伺服器數量越 多時，學習的總反應時間也會隨之增加。在使用者人數到達 150 人時， 參訪伺服器數量越多，使用者總反應時間越大。. 5.2.1.2 實驗 1-2：課程語言測試（L） 本實驗測試使用者課程學習時，課程語言選取不同造成學習的總反 應時間的影響。實驗設定伺服器數量為四台，語言由一種增加至兩種， 課程為一個順序性課程。實驗測試人數在 1 至 150 人之間，所有使用者 都在同一課程、某一種語言上學習，並且不考慮使用者移動的時間。我 們測試使用者選擇不同語言學習時，對於總反應時間影響。實驗結果如 圖 5-3 所示。. 圖 5-3 改變語言數量對於總反應時間的影響 43.
(55) 由圖 5-3 可以看出，在人數少於 80 人時，使用者選擇不同的語言對 於總反應時間並無太大的影響。在 80 人以上時，對於總反應時間才有 明顯影響。我們研判這是由於使用者選擇單一語言時，課程伺服器只需 在一個固定範圍的資料上作資料存取。當使用者有兩種語言選擇時，伺 服器存取資料範圍變廣，所花費的時間也就越長，進而影響到整個反應 時間。. 5.2.1.3 實驗 1-3：課程測試(C) 在此節中，我們設定使用者參訪不同的課程，課程伺服器數量為四 台，課程語言為一種，課程數量由一種課程增加至四種課程，課程設定 有順序式課程與非順序式課程的兩種學習過程。使用者選擇課程與前往 伺服器都為隨機，並且不考慮使用者移動的時間，我們測試課程數量對 於使用者總反應時間的影響。實驗結果如圖 5-4 所示。. 44.
(56) 圖 5-4 課程不同對於總反應時間的影響. 由圖 5-4 可以看出，當課程數越多時，所有使用者總反應時間越 短。我們研判有兩種可能，第一個原因是因為每個使用者所選課程不 同，實驗測試的課程分為順序式與非順序式課程，順序式課程完成時間 一般較長，而非順序式課程則較短。當課程數越多，使用者選擇這兩種 課程的機率也就越平均，進而縮短了的總反應時間。第二種原因是當課 程選擇種類越少時，對於相同課程的伺服器負擔較大，因為每個使用者 都選擇到相同的課程，參訪相同的伺服器，而課程數量越多時，使用者 可以選擇的課程增加，因而會將使用者分配到不同的伺服器上，總時間 也就會隨之降低。. 5.2.2 實驗二：參數與參數之間測試 在這實驗中，我們固定使用者人數，來測試 S、L、C 參數之間的影 45.
(57) 響。如前所述，我們不考慮使用者移動的時間，所有使用者選擇的課程 及前往伺服器都是隨機的，我們設定課程為順序式的學習課程。在本實 驗中，課程數量為 50 個，伺服器為 5 台，我們則在所有伺服器列表中 隨機挑選 5 台伺服器為一個課程，亦即子課程的數量為 5 個。我們依照 這步驟進行 50 次，每個課程的所選到的伺服器不盡相同。參數設定如 下表。. 表 5-3 實驗二參數表 S（伺服器） C（課程）. L（語言）. (非)順序式課程. 實驗 2-1. 變動. 變動. 固定. 順序式課程. 實驗 2-2. 變動. 固定. 變動. 順序式課程. 實驗 2-3. 固定. 變動. 變動. 順序式課程. 5.2.2.1 實驗 2-1：伺服器（S）與課程(C) 在實驗中，我們固定使用者人數為 100 人，語言為 1 種，課程伺服 器數量由 1 台增加至 10 台，課程數量由 1 種增加至 100 種，課程為順 序性課程。所有使用者選擇課程及前往伺服器都為隨機，並且不考慮使 用者移動的時間。實驗結果如圖 5-5 所示。. 46.
(58) 圖 5-5 課程數量與伺服器數量對於總反應時間的影響. 如圖 5-5，我們比較四種課程數量的區別，可以得知在伺服器數量 為 6 台伺服器以上時有明顯的差距，當課程數量與課程所需參訪伺服器 數量越多時，全部使用者的完成時間的越多。. 5.2.2.2 實驗 2-2：伺服器（S）與語言(L) 在此實驗中，我們設定使用者人數為 100 人，課程數固定為 50 個，測試語言數量由 1 種增加至 5 種，伺服器數量由 2 台增加至 10 台，所有使用者選擇課程及前往伺服器都為隨機，並且不考慮使用者移 動的時間。實驗結果如圖 5-6 所示。. 47.
(59) 圖 5-6 伺服器數量與語言數量對於總反應時間的影響. 由圖 5-6 得知，伺服器數量與語言數量之間參數值的改變，對於整 個總反應時間並無太大的影響，只有所需伺服器數量增加才會對於總反 應時間有影響。. 5.2.2.3 實驗 2-3：課程（C）與語言(L) 在此小節我們測試課程與語言參數值的變化對於完成時間的影響。 我們固定使用者為 100 人，伺服器數量固定為 4 台，課程數量由 1 種增 加至 100 種、語言數量由 1 種增加至 5 種，所有使用者選擇課程及前往 伺服器都為隨機，並且不考慮使用者移動的時間。實驗結果如圖 5-7 所 示。. 48.
(60) 圖 5-7 伺服器與語言對於總反應時間的影響. 由此圖 5-7 可以看出，課程數量與語言數量增加對於總反應時間並 沒有明顯的變化，總反應時間平均分佈在 2 到 3 秒之間。由圖 5-5、圖 5-6、圖 5-7 可以看出，課程所需參訪伺服器對於完成課程的時間才有明 顯的影響，而其他兩種參數則無太大的影響。. 5.2.3 實驗三：比較 M-Learning 與 E-Learning 在本節中，我們針對 M-Learning 與 E-Learning 在結合實體學習內 容時，對於人數與總反應時間作為比較。在 E-Learning 模式，系統設定 為在實體區域學習中放置伺服器，以提供使用者進行課程內容學習。而 M-Learning 模式則是本研究所提出的學習模式。. 49.
(61) 5.2.3.1 順序式課程模式 本實驗設定為四種課程、一種語言之順序式無地圖指引模式。課程 選擇與伺服器的選擇同實驗一、二，並且不考慮使用者移動的時間。我 們比較 M-Learning 與 E-Learning 在多人學習時，總反應時間與平均每 個人課程反應時間的差距，實驗結果分別如圖 5-8(a)與圖 5-8(b)所示。. 圖 5-8(a)順序式總反應時間. 50.
(62) 圖 5-8(b) 順序式課程平均每人課程反應時間. 由於本次實驗採取無地圖指引，在進行學習時，使用者有可能會進 入到非課程學習之區域。比較圖 5-8(a)與圖 5-8(b)，我們可以發現無論 在總反應時間與每人平均 課程反應 時間上，M-Learning 效能遠優於 ELearning 的效能。我們研判是由於在 E-Learning 學習時，使用者必需等 待前一位使用者完成課程，但 M-Learning 的學習則是所有人同步進行， 所以會比 E-Learning 時間低許多。. 5.2.3.2 非順序式課程模式 本實驗設定為四種課程、一種語言之非順序式無地圖指引模式。我 們比較 M-Learning 與 E-Learning 在多人學習時，總反應時間與平均每 個人課程反應時間的差距，實驗結果分別如圖 5-9(a)與圖 5-9(b)所示。 51.
(63) 圖 5-9(a)非順序式總反應時間. 圖 5-9(b)非順序式課程平均每人課程反應時間. 在非順序課程中，無論在圖 5-9(a)與圖 5-9(b)中，M-Learning 學習 效能亦是優於 E-Learning 的學習效能。在圖 5-9(b)中，單人平均完成時 間之所以會大於其他人數的平均完成時間，可能是由於我們設定使用者 52.
(64) 是隨機選擇課程伺服器的數量。在 1 人的實驗中，使用者所選到的課程 參訪伺服器太多，造成平均完成時間太大。而當人數增加時，使用者隨 機選擇伺服器的數量會越來越平均，平均學習時間也就越降低。. 5.2.4 實驗四：(有/無)地圖指引測試 在此節，我們實驗在 M-Learning 模式中，有地圖顯示與無地圖顯示 的總反應時間。我們設置伺服器為 8 台，30 種課程，每課程有 8 台伺服 器，課程選擇為隨機，但都為順序式 的課程，每個使用者學習一個課 程。在地圖指引模式，使用者可以依照地圖顯示前往課程所需伺服器， 不會造成有參訪錯誤的伺服器。本實驗分別測量兩種情況，第一種為沒 有加入使用者移動的時間，純粹只測量伺服器反應時間。第二種則加入 了使用者移動的時間，圖 5-10 為實體學習區域拓撲，每區域之間距離移 動時間為 20 秒鐘。實驗結果如圖 5-11(a)與圖 5-11(b)所示。. 53.
(65) 圖 5-10 實體伺服器拓撲. 圖 5-11(a) 無使用者移動時間的總反應時間. 54.
(66) 圖 5-11(b)加入使用者移動時間的總反應時間. 由圖 5-11(a)與(b)可以看出，M-Learning 加入地圖指引可以使效能 明顯的提升許多。這是由於當實體學習區域範圍廣大，系統加入地圖指 引可以幫助使用者得知正確的伺服器位置，減少進入到錯誤的伺服器區 域以及減少傳輸錯誤的情況發生。在圖 5-11(b)中可以發現，在順序式課 程中，地圖指引模式總完成時間平均在 23.6 分鐘，而無地圖指引模式則 平均為 69 分鐘。由此可見，加入地圖指引可以幫助 M-Learning 縮短為 1/3 的學習時間。. 55.
(67) 6 結論. 隨著現今 RFID 與資訊技術的成熟發展，以及目前人們學習習慣的 改變。傳統的學習方式越來越不敷使用。傳統固定式的學習會侷限使用 者必須在固定的地點課程學習，無法因應有些必須要在區域內移動的課 程。舊有的固定式實體學習也無法提供兩人或多人同時進行，造成了較 無效率的學習方式。在資訊傳輸方面，先前的代理人在存取伺服器時， 都必須要先連結 HA 來獲得伺服器的 IP 資訊，作為位置的辨識，如此造 成網路上額外的傳輸負擔。因應此情況，我們利用 RFID 系統來取代位 置辨識，可以減少網路上不必要的資訊傳輸。 本研究利用 RFID、位置基礎模組與代理人結合成一個以位置基礎 服務的 M-learning，使用者透過代理人進行代理程序，可以獲得即時的 資料。系統實體以 RFID 結合位置資訊服務，可以讓使用者正確獲得本 身與課程伺服的位置。代理人系統是以使用者為導向來獲取伺服器內正 確的語言與資訊，並加入了地圖指引的模式，讓使用者在行動學習時， 減少花費找尋正確伺服器的時間。這個系統可以讓使用者在 M-learning 上更加有靈活性。透過實驗模擬，我們可以看出 M-learning 架構的效能 優於以往 E-learning 的架構。. 56.
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(73) 附錄 A─順序式與非順序式演算法 z 非順序式演算法 Check_Server (Server_Num) .................................... （對於每次到達伺服器讀取範圍） Loop (i=0;i< Current_Server_Max;i++) { if (Server_Num= ServerNum[i]) then { delete Server_Num[i] } } If (Server_Num.length=0) then {Class Over}. 參數與事件解釋 Check_Server() .................................................................................. （檢查伺服器事件） Server_Num ............................................................................................... （伺服器編號） Current_Server_Max ......................................................................... （伺服器列表總數） ServerNum[i] ............................................................................................. （伺服器列表）. z 順序式演算法 Check_Server (Server_Num) .................................... （對於每次到達伺服器讀取範圍） if (Server_Num= ServerNum[0]) then { delete Server_Num[0] } If (Server_Num.length=0) then {Class Over} 參數解釋 Check_Server(Server_Num) ............................................................. （檢查伺服器事件） Server_Num ............................................................................................. （伺服器編號） Current_Server_Max ......................................................................... （伺服器列表總數） ServerNum[i] ............................................................................................. （伺服器列表）. 62.
(74) 附錄 B─JAVA 套件 由於本系統由JAVA語言開發，伺服器對應的J2SE開發程式並無包含 連接的套件（Package），必須額外的下載javax.comm3.0[35]，下表為 javax.comm3.0 的格式。. javax.comm3.0 格式 class CommPortIdentifier addPortName (String, int, CommDriver). Adds portName to the list of ports.. addPortOwnershipListener (CommPortOwnershipListener). Registers an interested application so that it can receive notification of changes in port ownership.. getCurrentOwner(). Returns the owner of the port.. getName(). Returns the name of the port.. getPortIdentifier(CommPort). Obtains the CommPortIdentifier object corresponding to a port that has already been opened by the application.. getPortIdentifier(String). Obtains a CommPortIdentifier object by using a port name.. getPortIdentifiers(). Obtains an enumeration object that contains a CommPortIdentifier object for each port in the system.. getPortType(). Returns the port type.. isCurrentlyOwned(). Checks whether the port is owned.. open(FileDescriptor). Opens the communications port using a FileDescriptor object on platforms that support this technique.. open(String, int). Opens the communications port.. removePortOwnershipListener (CommPortOwnershipListener). Deregisters a CommPortOwnershipListener registered using addPortOwnershipListener. 63.
(75) 附錄 C─實作圖 下圖有關移動學習畫面。圖 C-1 顯示使用者在一開始決定的課程學 習語言，圖 C-2 顯示選擇的課程，圖 C-3 顯示自 HA 傳過來的伺服器列 表。. 圖 C-1.使用者選擇課程學習語言. 圖 C-2. 選擇課程. 64.
(76) 圖 C-3. 伺服器列表. 圖 C-4 為代理人確定該伺服器為正確伺服器，並且開始代理程序。. 圖 C-4. 代理人實作 65.
數據
![圖 2-3. Barbeau系統架構[12]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/9006365.292223/24.892.259.644.111.648/圖23Barbeau系統架構12.webp)
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