應用感知無線電的無線局域網路(WRAN)及其性能分析

1

國立成功大學「邁向頂尖大學計畫」

　 　 延攬優秀人才工作報告表

NCKU’s “Aim for the Top University Project”

Work Report Form for Distinguished Scholars

□續聘continuation of employment 離職resignation

100 年 7 月 13 日更新 受聘者姓名

Name of the Employee 王思齊 男 □女

Male Female

聘 期 Period of Employment

from 2011 年(y) 8 月(m) 1 日(d) to 2012 年(y) 1 月(m) 31 日(d) 研究或教學或科技研發與

管理計畫名稱 The project title of research,

teaching, technology development and management

應用感知無線電的無線局域網 路(WRAN)及其性能分析

計畫主持人

（申請單位主管）

Project Investigator (Head of Department/Center)

陳曉華 教授

補助延聘編號

Grant Number HUA101 -3 -3 -153

研究、教學、科技研發與管理工作全程經過概述。（由受聘人填寫）

Please summarize the entire research, teaching, or science and technology R&D and management work process (To be completed by the employee)

新一代無線通訊系統因各式各樣的應用需求而成為產學界關注的焦點，但不少核心技術還處 於發展初期，不夠成熟和完備，或是受限於目前的技術水準而難以深入瞭解問題本質。我在 受聘前的研究主軸就與無線網路、行動計算等議題高度相關，並著重在跨領域(如結合計算機 容錯、資訊安全、IoT…)的技術整合。故我工作首要的方向在釐定無線網路與可靠度/安全性 議題相關的基本問題，提出可能的解決方案，並由電腦模擬進行效能驗證。另一方面，我的 工作方向亦包含設計適用於無線通訊的資訊安全機制，以降低無線網路和行動計算的使用者 在重要資料保護或個人隱私外洩方面的風險。其中最重要的創新在應用 CDMA 科技的知識，

將網路實體層與 MAC 層的互動納入考量，開發適合新一代無線網路/行動計算的通訊編碼技 術。我們相信研究過程中所提出的觀念和技巧亦能推廣到更一般性的網路通訊平台。

我之前以無線網路、行動計算等相關議題為研究主軸，並著重在跨領域(如結合無線通訊系統 和資訊安全、智慧電網)的技術整合。近年來隨著低功率微機電行動裝置和無線通訊等相關技 術的進步，如何有將眾多配備無線通訊介面的嵌入式系統散佈在特定空間中進行特定任務，

成為相當熱門的研究主題。事實上，由於這種網路具有高度的前瞻應用性，國外有許多著名 的研究機構都已從理論面和實作面展開多樣的探索。因此，如何在這個重要的領域增加可見 度，是我研究工作的主要目標。

在現有基礎方面，我在這個主軸已發表廿篇以上的期刊/會議論文，其中包含了知名的國際會 議(如 IEEE/IFIP DSN, IEEE GLOBECOM & MILCOM)以及國際期刊(如 ACM MONET, IEEE J-SAC, IEEE Comm. Lett.)；部份結果被 MIT/CMU/UIUC/ETH/SIEMENS/Yahoo…等知名產 學機構在所引用，自認已稍累積更深入探索相關領域所需的背景知識。冀能再接再厲，為研 發新世代無線網路通訊技術奉獻。

在工作環境方面，我加入成功大學工程科學系陳曉華教授的研究團隊，陳教授在無線通訊系 統、時空編碼以及無線區域網路等相關領域有相當豐碩的研究成果，亦有多年的國科會專題 研究計畫主持經驗，在國際學界也具備相當知名度(e.g. 獲選 IET Fellow & IEEE Fellow 以及 擔任通訊領域重要國際期刊 IEEE Wireless Communication 的 Editor-in-Chief)。我之前在國立 宜蘭大學資工所擔任助理教授和在日本東京大學擔任客座研究員其間，就有好幾年與陳教授 合作/請益的經驗，並己共同發表論文在知名的國際會議和國際期刊(see, e.g. [1], [2])。

2

在進入陳教授的實驗室後，透過陳教授的指導、實驗室 meeting 以及實驗室成員之間的交流 討論，對我在專業知識的拓展上有很大的助益，特別是原先我較缺乏的數位通訊原理和無線 通訊系統方面。同時我也集結前一年在日本東京大學 seminar 累積的成果報告與在日本發表 的會議論文 (see [3])，在這段期間持續地改版，將原本的內容延伸為具有投稿國際期刊論文 的長度與深度。另一方面，陳教授近幾年的研究興趣擴展到資通訊安全和智慧電網(Smart Grid) 等領域，皆為相當吸引我的議題，也有一定程度的背景知識，特別是如何在網路實體層提供 資訊安全機制這個子題，我認為在未來幾年將有非常迫切的實際需求。

我研究的重心之一在無線網路的自我穩定機制。首先，我將對動態環境中達到自我穩定的基 本原理做廣泛而深入的文獻探索。研究的目標在於提出更新穎有效的技巧，協助無線網路從 隨時可能遭受的短暫部份系統失效所帶來的混亂中恢復運作。我們相信研究過程中所發展的 觀念能對更一般性的無線網路應用導入更多樣性、更深入的設計理念。另一方面，如何在實 體層建立資訊安全(information security)的相關機制，提供無線通訊和行動計算使用者更安 全、更能保障個人隱私的操作環境，亦是我未來的工作方向。更具體地說，我希望這段期間 能基於過去在無線感測/隨意網路(wireless sensor/ad hoc networks)通訊協定設計與效能分析的 經驗，加上研習陳教授的專長：利用時空編碼提高資料在(快速衰變)無線通道上的傳輸效能，

研發結合分散式演算法與實體層編碼的創新技術，提高這類系統的可靠度與安全性。

另外，我將採取分散隨機式演算法來解決容錯方面的議題。首先我們將試圖用不同表示法來 分析網路連結、節點與資料存放位置的相關性。如下圖就展示如何將連結與節點關係表示為 一個 bipartite graph，並於下方標出圖四中存在的 cliques{0, 1, 4}, {2, 3, 4}，我們希望能夠藉由 這類方式，並配合圖論研究的結果來挖掘資料可得性(data availability)的新分析技巧，例如組 合學中就有將原圖轉換成 line graph 來解 maximum matching 的方法。另一方面，若出現因繞 路等因素引起的逾時等待或資料更新錯誤，可啟動一個以上以隨機移動(random walks)為基礎 的修復程序。我們將採用新穎的 Path Coupling (for rapidly mixing Markov chains)技巧來證明所 提出機制的自行穩定性。





proactive replication

o3

o₀ one-hop query

o1 

one-hop timer

interior failure detection o2

o4

o₀ o1

exterior failure detection

 one-hop timer

o2

o3

o4

(m₁, o₂)

silent without replica

implicit replication

3

由於聘期只有六個月，故我相當大比例的時間投入在：(1) 閱讀實驗室之前成員的畢業論文，

對實驗室的整體運作有初步認知，並經由實驗室 meeting 時瞭解現任成員的研究主題。因為 實驗室的發展步調相當有延續性，故在整理之前成員的論文內容後，即能銜接現任成員的研 究主題─主要是依據學長姐的研究成果，思考是否有更好的解決之道，或依此開創出更先進 的研究議題。(2) 如上所述，加強我在訊號與系統、數位通訊、無線通道…等科目的專業背景。

因為我從大學到碩博士班的主修皆為資訊工程(Computer Science & Engineering)，故這算是蠻 耗時費力的工作，但也因此大幅提升了我處理無線網路/行動計算中跨領域議題的能力。

在產出的研究成果方面，今年將會有一篇共同合作的論文在國際期刊 Ad Hoc Networks 刊出 (see [4])，主要內容為利用互補碼技術有效降低在 Vehicle-to-Vehicle (V2V) 網路通訊中因都卜 勒效應帶來的不良影響。

其他的合作成果也已經完成論文初稿，目前在電子/電機/通訊領域最重要的國際組織 IEEE 旗 下的期刊審查中(see, [5], [6])。這些是我在智慧電網和無線通訊安全這兩個領域的首批作品。

希望能再接再厲，在論文質量與影響力上自我突破，持續有一定水準的研究成果。

REFERENCES

[1] Szu-Chi Wang, Wei-Sen Lin, and Hsiao-Hwa Chen, "Joint Application of STBC and RAKE Receivers in Multipath Rayleigh Fading Channels," IEEE Communications Letters (LCOMM), Vol. 13, No. 9, pp. 646-648, Sept. 2009. (SCI/EI)

[2] Szu-Chi Wang, Wei-Sen Lin, and Hsiao-Hwa Chen, "Error Analysis of Orthogonal Space-Time Block Coding over Fast Fading Wireless Channels," in Proc. IEEE Military Communications Conference (MILCOM), pp. 1274-1281, Nov. 2008, San Diego, U.S.A. (EI)

[3] Szu-Chi Wang and Hiroyuki Morikawa, "Self-Stabilization in Energy-Constraint Wireless Ad Hoc Networks," in Proc. IEEE International Symposium on Autonomous Decentralized System (ISADS), pp. 462-468, May, 2011, Tokyo, Japan. (EI)

[4] Szu-Chi Wang, Yao-Lin Tsao, and Hsiao-Hwa Chen, "Doppler-resistant Column-wise Complementary Coded CDMA Technology for V2V Communications," Ad Hoc Networks, Elsevier Science, Vol. 10, No. 2, pp. 199-211, 2012. (SCI/EI)

[5] Wen-Long Chin, Hsiao-Hwa Chen, and Szu-Chi Wang, "Research on Coexistence of Smart Utility Networks and WLANs for Smart Grid." (under the 1^st round review) (IEEE Transactions on Smart Grid) (SCI/EI)

[6] Wen-Long Chin, Chun-Lin Tseng, Hsiao-Hwa Chen, Szu-Chi Wang, and Teh-Lu Liao

"Authentication Scheme Based on Radio Fingerprint of OFDM over Doubly Selective Fading Channels." (under the 1^st round review) (IEEE Journal of Selected Areas in Communications) (SCI/EI)

4

二、研究或教學或科技研發與管理成效評估（由計畫主持人或單位主管填寫）

Please evaluate the performance of research, teaching or science and technology R&D and management Work: (To be completed by Project Investigator or Head of Department/Center)

(1)是否達到延攬預期目標？

Has the expected goal of recruitment been achieved?

是的。

(2)研究或教學或科技研發與管理的方法、專業知識及進度如何？

What are the methods, professional knowledge, and progress of the research, teaching, or R&D and management work?

在研究主題方面的專業知識足夠，論文撰寫進度符合預期。

(3)受延攬人之研究或教學或科技研發與管理成果對該計畫(或貴單位)助益如何？

How have the research, teaching, or R&D and management results of the employed person given benefit to the project (or your unit)?

受延攬人在研究上有具體成果， 對計畫進展以及整體的完成度有所助益。

(4)受延攬人於補助期間對貴單位或國內相關學術科技領域助益如何？

How has the employed person, during his or her term of employment, benefited your unit or the relevant domestic academic field?

受延攬人在補助期間已與其它成員完成數篇論文草稿，並投至相關領域最具權威的國際期刊。若獲得 發表，對增加本國以及本單位在學術界的可見度有所助益，進而提升國際合作交流的機會。

(5)具體工作績效或研究或教學或科技研發與管理成果：

Please describe the specific work performance, or the results of research, teaching, or R&D and management work:

在具體工作績效方面，受延攬人今年有一篇與本實驗室合作的論文在國際期刊 Ad Hoc Networks 刊出，

內容為利用互補碼技術有效降低在 Vehicle-to-Vehicle (V2V) 網路通訊中因都卜勒效應帶來的影響。其 它的合作研究成果也已經完成論文初稿，目前都在電子/電機/通訊領域最重要的國際組織 IEEE 旗下的 期刊審查中。符合本實驗室將研究領域拓展到智慧電網和無線通訊安全的規劃目標。

因受延攬人自身的生涯考量，主動放棄申請下一期的補助計畫，本單位將不再續聘。

(6)是否續聘受聘人? Will you continue hiring the employed person? □續聘Yes 不續聘No

※ 此報告表篇幅以三～四頁為原則。This report form should be limited to 3-4 pages in principle.

※ 此表格可上延攬優秀人才成果報告繳交說明網頁下載。

This report form can be downloaded in http://scholar.lib.ncku.edu.tw/explain/