降低無線電定位誤差之法

當運用測量無線電信號強度配合三角定位法來做定位時，不免會因無線電訊號受到各種障礙物的干擾而導致測量誤差的情況。我們要發展一套降低定位誤差的方法。

⊕ 小部分參考點有誤差 - 容錯精確定位法

我們將證明，如果我們測量 3+2t 個信號時，可以容許有 t 個誤差值仍然可以得到精確無誤差的定位。換言之，對每一個出現的誤差值，需要多測量雙倍的參考點信號，才能獲得精確的定位。

⊕ 大部分參考點都有誤差 - 縮小誤差之法

當大部分的測量信號都有誤差的可能或不知多少信號有誤差時，上法是無法使用的。

如果所有測量到的信號的誤差是隨機的，彼此之間的誤差可以互相抵銷，我們可以多測量幾點的信號，以求降低定位誤差。

♦ 假設量測的信號的最大的誤差為 E，且是 uniform random, 使用 k 個信號值，我們將發展一套方法讓定位誤差可降為 E 的一個比例。

⊕ 大部分參考點都有誤差 - 選擇參考點以降低誤差之法

當未知點測得與參考點的距離都是正確無誤的話，所計算得來的未知點位置當然也是正確無誤的，只要參考點與未知點中任三點都未在同一直線上，參考點的位置不會影響定位的精確度。但是當測得的距離有誤差時，這些參考點的選擇就可能影響定位的精確度。假設誤差的方向及大小是隨機的，很直觀的觀察可知，若未知點在三個參考點所形成的三角形區域中時，因誤差會有彼此抵銷的效果，其誤差會比較小，但是如果在三角區域之外時，其誤差就可能比較大。

我們可以先用簡單但誤差較大的定位演算法算出目前大致位置，再根據各參考點與未知點之相對位置選擇較為恰當的參考點，再使用較精密的演算法算出較為精確的位置。

Network Layer Architectrue

♦ 我們提出幾種網路架構，針對災區對外通訊中斷，無組織無伺服器兵荒馬亂的特殊情況下，建構臨時性網路以供通訊聯絡之用。基礎的網路層架構是 Ad Hoc 隨意型無線區域網路，在基礎的網路層之上傳輸層之下再架構另一層網路控制層，有三種模式:

Uncontrolled Single-Hop Group Communication Network	在此種網路中，每一個電腦要對外通訊時，直接以廣播的方式送出封包，在無線電信號的範圍內的電腦都可以接受封包，送給上層的應用程式，但並不轉送給其他電腦。此種網路架構非常簡單，沒有複雜的控制程式，在災區中簡便易行，架設成功率及穩定度最高，應該優先普及於救災團隊的電腦。在此架構上最合適的語音通訊服務，是模擬短距離Walki-Talki 無線電對講機的 Push-to-Talk服務。在無線電接收範圍內的所有電腦都可以接到語音封包，也不需要伺服器提供允入管制及發話權的管理。此種網路不能支援特定對象之間的通訊服務，例如可與某特定人通話的VoIP。救災初期，救難人員之間尚未通訊聯絡簿，彼此之間互不認識，也無暇交換電話號碼(或任何通訊ID)的情況下，最適合使用這種網路。
Uncontrolled K-Hop Group Communication Network	此種網路類似前一種網路，唯一不同的是收到封包的網路必須往其他電腦轉送，轉送次數設定為 K。此種網路架構比前一種稍微複雜，但仍然非常簡單，控制程式比前者稍微複雜。架設成功率及穩定度稍低於前者。在此架構上最合適的語音通訊服務，是模擬長距離無線電對講機的 Push-to-Talk服務。在K-hop內的所有電腦都可以接到語音封包，也不需要伺服器提供允入管制及發話權的管理。同樣的，此種網路不能支援特定對象之間的通訊服務。
Controlled K-Hop Group Communication Network	此種網路比較像傳統的 Ad Hoc 電腦網路，電腦之間彼此之間互相轉送，轉送次數設定為 K，每個電腦必須有唯一性的位址，可支援一對一有特定對象的語音通訊。此種這種網路即可支援正常的 VoIP 服務，例如，要跟某一個具有特殊醫護技術的救難人員通話時，就需要這樣的網路服務。此種網路的技術較為複雜，系統程式也需要較長時間開發，系統的架設成功率及穩定度自然遠低於前兩種網路。在災區已經建立臨時性的指揮中心之並有了初步的任務編組，具備行使允入控制的功能以及救災資訊系統時，才適合架設此種網路。

Uncontrolled Single-Hop Group Communication Network

在此種網路中，每一個電腦要對外通訊時，直接以廣播的方式送出封包，在無線電信號的範圍內的電腦都可以接受封包，送給上層的應用程式，但並不轉送給其他電腦。此種網路架構非常簡單，沒有複雜的控制程式，在災區中簡便易行，架設成功率及穩定度最高，應該優先普及於救災團隊的電腦。在此架構上最合適的語音通訊服務，是模擬短距離Walki-Talki 無線電對講機的 Push-to-Talk服務。在無線電接收範圍內的所有電腦都可以接到語音封包，也不需要伺服器提供允入管制及發話權的管理。此種網路不能支援特定對象之間的通訊服務，例如可與某特定人通話的VoIP。救災初期，救難人員之間尚未通訊聯絡簿，彼此之間互不認識，也無暇交換電話號碼(或任何通訊ID)的情況下，最適合使用這種網路。

Uncontrolled K-Hop Group Communication Network

此種網路類似前一種網路，唯一不同的是收到封包的網路必須往其他電腦轉送，轉送次數設定為 K。此種網路架構比前一種稍微複雜，但仍然非常簡單，控制程式比前者稍微複雜。架設成功率及穩定度稍低於前者。在此架構上最合適的語音通訊服務，是模擬長距離無線電對講機的 Push-to-Talk服務。在K-hop內的所有電腦都可以接到語音封包，也不需要伺服器提供允入管制及發話權的管理。同樣的，此種網路不能支援特定對象之間的通訊服務。

Controlled K-Hop Group Communication Network

此種網路比較像傳統的 Ad Hoc 電腦網路，電腦之間彼此之間互相轉送，轉送次數設定為 K，每個電腦必須有唯一性的位址，可支援一對一有特定對象的語音通訊。此種這種網路即可支援正常的 VoIP 服務，例如，要跟某一個具有特殊醫護技術的救難人員通話時，就需要這樣的網路服務。此種網路的技術較為複雜，系統程式也需要較長時間開發，系統的架設成功率及穩定度自然遠低於前兩種網路。在災區已經建立臨時性的指揮中心之並有了初步的任務編組，具備行使允入控制的功能以及救災資訊系統時，才適合架設此種網路。

⊕ 研究議題

♦ 1. Uncontrolled Single-Hop Group Communication Network

♦ 2. Uncontrolled K-Hop Group Communication Network

♦ 3. Controlled K-Hop Group Communication Network

IP Allocation	為了要支援一對一的通訊，每一部電腦都要有唯一性的位址，並讓所有電腦彼此之間可以找到對方的地址，並順利傳遞封包。問題的麻煩在於電腦上既有的網路軟體都失效，必須另行在無組織無伺服器的環境下設計簡單可行的方案。一個簡單的方案時架設臨時的DHCP server, 分配臨時IP 之用，但此法在兵荒馬亂的情況下，不一定能夠順利執行。另外的方案是自動化模式，不需架設任何server，也不需人工設定即可執行。我們的計畫將研究找出一個簡單易行而且可以讓目前的應用程式順利執行的方案。舉例而言，可以利用一個轉換程式直接將　具有唯一性的 MAC 地址轉換成 IP 地址。
Routing Protocol	傳統的 Ad-Hoc Network 已經有很多 routing 演算法可以運用在P2Pnet 上。我們將發展自動化免設定的routing 方法。
Mobility Management	如果需要支援IP mobility 的話，可以運用 Mobile IP 的技術達成，我們將發展自動化免設定的 Mobile IP 方法。

IP Allocation

為了要支援一對一的通訊，每一部電腦都要有唯一性的位址，並讓所有電腦彼此之間可以找到對方的地址，並順利傳遞封包。問題的麻煩在於電腦上既有的網路軟體都失效，必須另行在無組織無伺服器的環境下設計簡單可行的方案。一個簡單的方案時架設臨時的DHCP server, 分配臨時IP 之用，但此法在兵荒馬亂的情況下，不一定能夠順利執行。另外的方案是自動化模式，不需架設任何server，也不需人工設定即可執行。我們的計畫將研究找出一個簡單易行而且可以讓目前的應用程式順利執行的方案。舉例而言，可以利用一個轉換程式直接將　具有唯一性的 MAC 地址轉換成 IP 地址。

Routing Protocol

傳統的 Ad-Hoc Network 已經有很多 routing 演算法可以運用在P2Pnet 上。我們將發展自動化免設定的routing 方法。

Mobility Management

如果需要支援IP mobility 的話，可以運用 Mobile IP 的技術達成，我們將發展自動化免設定的 Mobile IP 方法。

如果要提供特定使用者之間的 VoIP/PTT 服務，還須提供下列功能：

Membership Management Service	我們將發展分散式 membership management service.
Distributed Directory Service (Yellow Page)	使用者不必知道欲通訊對象所在的電腦及其IP 位址，只需指定對方的使用者ID即可建立通訊管道，系統必須提供 Yellow Page 服務。我們將發展自動化分散式建構 yellow page 的方法。
Present Service	在提供VoIP/PTT 服務時，必須讓使用者知道有哪些使用者在線上，及其位址，這是 present service, 因為沒有伺服器的原因，無法使用現有的解決方案。我們將發展分散式 present service.
Serverless P2P VoIP	現有的VoIP 需要一些伺服器，Skype 甚至於需要大量的 super-node才能順利運作，在災區對外通訊中斷或只有低頻寬的連線時，現有的 VoIP 軟體都將失效，因此有必要建構一個無伺服器的P2P VoIP 系統。
QoS Assurance	VoIP 的品質在寬頻網路上都是很難解決的問題，在P2Pnet 上因網路不穩定，高封包遺失率，使得更難維持VoIP 的通訊品質。我們將針對此種環境的特性，發展適合P2Pnet 的品質提升方案。

QoS Assurance for VoIP/PTT over P2Pnet

VoIP/PTT 對時效性的要求極高，為了符合這個要求，現今的 VoIP/PTT 系統都是使用 UDP 傳輸層協定，如果運用在錯誤率很高的網路環境時，可能會因為遺失太多封包而影響通話品質。當將 P2Pnet 架設於嚴重災區救難時，網路的品質遠比平常的網路為低，VoIP/PTT 的品質將因遺失太多封包而受到嚴重影響。我們將提出一些機制用以提高VoIP/PTT 的品質。

⊕ 我們的 approach

1. 分辨重要封包
2. 採用 redundancy 封包保護技術，設法從後續的封包還原遺失的封包
3. 採用 Partial-Reliable UDP技術，在傳輸層保證重要封包的送達

⊕ 分辨重要封包

Time Domain 重要封包分辨技術	在語音 frame 擷取之後，尚未壓縮之前，就利用某些特徵（例如：平均能量) 判斷封包的重要性
Frequency Domain 重要封包分辨技術	在語音壓縮之後，就所獲得的frequency domain 資訊判斷語音的重要性

⊕ Redundancy 封包保護技術

將 redundancy 封包 piggyback 在後續的封包上，當一個封包遺失時，即可將後續封包裡的 redundancy 封包抓出來

♦ Model

定義基本封包間隔時間 (msec/packet), 簡稱為「基本時隔」最常用的基本時隔為 20ms/packet 及 30ms/packet
將 redundant voice packets 視為不同的 packet stream
不同的 voice packets 可用不同的 codec
所有的 packet stream 的時隔應為基本時隔的倍數
定義第一個 packet stream 為基本 stream
其他的 packet stream 稱為redundant stream，彼此之間相差至少一個時隔
最後，將所有 packet stream piggyback 在一起，變成一個時隔為基本時隔的單一 packet stream
「請小冷畫圖表示這個model」

所要研究的問題變成需要多少 redundant packet stream，每一個 redundant stream 使用何種 codec 及時隔

⊕ Partial-Reliable UDP 封包保護技術

設計一個新的UDP 傳輸協定，由上層的VoIP/PTT 指定某些重要性封包，由傳輸層以 ACK及重傳技術保證封包之送達

⊕ 整合式封包保護技術

♦ 結合前兩種技術，整合成一個用於在封包遺失率較低的網路上有效的VoIP品質提升方案，例如:

每一個VoIP stream 包含一個基本 stream 及二個 redundant stream
基本stream及第一個 redundant stream 採用相同codec 及時隔，兩者相差一時隔
第二個 redundant stream 使用較低品質低速率的 codec,以三倍時隔，落後於基本stream 兩個時隔送出。
利用 piggyback 技術將三個 stream 合併成為一個 packet stream
將含有第二個redundant stream 的封包視為重要封包，利用Partial-Reliable UDP 保護
「請小冷畫圖表示這個model」

上述方案耗用頻寬為基本stream 的2.x 倍，當封包遺失不嚴重時，可使用第一個redundant stream 去還原原始voice，delay time 會多一個時隔，如果封包遺失太嚴重，可以使用第二個redundant stream來還原原始voice stream，延遲時間會增加兩個時隔。在P2Pnet 中，因為地理範圍侷限於災區，因此propogation delay time ，幾乎可略過，總和的delay time 應該在可接受的範圍。

當運用測量無線電信號強度配合三角定位法來做定位時， 不免會因無線電訊號受到各種障礙物的干擾而導致測量誤差的情況。 我們要發展一套降低定位誤差的方法。