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影音串流服務上依熱門程度加權之區段快取演算法

由於多種接觸網際網路的管道，隨著使用者增加和使用網路的習慣改變，網路流量呈現爆炸性的成長。提昇使用者經驗的品質一直是重要的議題。在影音串流服務的環境中，本篇論文以佈署快取來提高使用者經驗的方法，對快取演算法進行討論。根據區段快取演算法(interval caching)，提出影音串流服務上依熱門程度加權之區段快取演算法(Popularity-Weighted Block-Level Interval Caching；PWBIC)，其利用多媒體影音物件之熱門程度對區段(interval)加權，與利用額外的區塊(Extra Blocks)延伸區段。以至於增加區塊在快取中的連續性，並且降低存在較不熱門的多媒體影音物件(object)之區段被放入快取的機會。達成提高快取命中率、降低快取替換之區塊數量、落實前綴快取機制(prefix caching)與降低伺服器負擔之目標。本篇論文實做一個模擬器，以模擬一個多媒體影音串流服務的快取系統，得到之數據顯示，PWBIC有較高的快取命中率，較少的快取替換之區塊數量，並確實達到前綴快取機制。

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支援同步換手之強化SCTP

Stream Control Transmission Protocol (SCTP)為傳輸層(transport layer)的點對點(End-to-End)通訊協定，SCTP標準並沒有提供位置管理(Location Management)或換手管理(Handover Management)的功能，因此行動節點(Mobile Node；MN)與通訊節點(Corresponding Node；CN)使用SCTP傳輸資料過程中，如果進行雙邊移動，MN與CN之間的連線將會中斷。我們提出兩個方法，SCTP-BAU和SCTP-UFB，都是在SCTP標準中，新增Serving Node的原件，利用Serving Node來提供Handover Management的功能，Serving Node為分散在各個子網路(subnet)中，MN在不同子網路，就會連到不同的Serving Node，也就是說Serving Node為分散式設計。MN與CN建立SCTP連線過程(four-way handshake)中，會互相提供對方的Serving Node位址(IP Address)資訊，當MN換手(handover)到不同的子網路，就會更換新的Serving Node，在SCTP-BAU中，MN會傳送SCTP ASCONF binding update給CN和CN的Serving Node，同時，MN會透過新的Serving Node，傳遞MN新的IP Address給MN舊的Serving Node，如果CN與MN同時換手時，MN傳送SCTP ASCONF聯結更新(binding update)訊息到CN舊的IP Address會訊息遺失，同時MN也會傳送SCTP ASCONF binding update訊息給CN舊的Serving Node時，CN舊的Serving Node已經知道CN新的IP Address，CN舊的Serving Node會將訊息轉送到CN新的IP Address，CN收到MN的binding update訊息後，CN回傳ASCONF-ACK給MN，MN的流程與CN相同，MN與CN收到ASCONF-ACK訊息後，MN與CN的SCTP連線就會回復。我們提出分散式Serving Node的作法，改善集中式由同一顆server處理很多使用者與Handover Management的問題，以及我們利用Handover Delay來分析我們的方法，其結果確實比較低。

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網際網路多媒體子系統上兩種分散式服務觸發方法之設計與分析

本篇論文探討IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem; IMS)的服務觸發(service invocation)機制，針對現有標準IMS服務觸發機制中所可能產生的問題，包括服務觸發時間延遲、網路元件負載等問題。我們利用分散式方法(distributed approach)以及針對一個session中每一個訊息來決定是否真正需要做服務觸發，並且提出兩種分散式架構；分析的部分，我們利用OMNeT++模擬軟體模擬各種架構產生模擬值，此外利用Jackson Network作Queuing Model分析產生理論值，比較各種架構的整體時間延遲、網路元件負載和整體等待時間，透過模擬值與理論值的比較互相驗證所推導公式以及模擬程式的正確性，最後根據分析的結果，整理各種架構的優缺點。

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串流式XSLT處理器之實作研究

XML是一種標記式語言，主要是用來描述資料與文件結構。XML無論在網路服務、多媒體資訊系統、資料庫應用與資料處理等各方面都扮演了相當關鍵性的角色，尤其近幾年來，XML在網路中的流量正不斷的增加，在目前甚至已經占了全球網路流量的百分之五十。XSLT全名為擴展樣式表轉換語言，主要是用作轉換XML文件，並產生相關的文件格式。普遍來說，企業針對大型資料做DATA migration常常會使用到XSLT這項技術。然而，傳統的XLST轉換方式在處理大型XML檔案時容易有記憶體不足的情形，因為它需要先將XML檔案讀到記憶體中，但有時XML檔案大於記憶體時，就會使得XSLT轉換無法操作。因此，在做XSLT轉換的同時，如何管理記憶體的用量也成為了一個重要的議題。 不同於DOM方式解析的XSLT處理器，SAX方式解析的XSLT處理器是以串流的方式來解析XML檔案，相對於DOM方式是將整個XML檔案讀到記憶體再做解析，因此SAX方式解析會較DOM方式使用較少的記憶體，也不會有XML檔案過大導致記憶體不足的情形。因此，我們提出一個以SAX方式解析的XSLT直譯器，來處理較大型的XML檔案以及節省記憶體的使用，並且達到XSLT轉換的目的。

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針對影像處理應用程式之執行緒層級的數值猜測之研究

執行緒層級推測技術(Thread Level Speculation)為一種讓程式極大限度利用平行化技術，達到效能提升之技術。TLS的中心思想為利用推測的方法打破程式中擁有相依關係的部分，使其可以平行化執行，並在執行完成後透過回復函式去檢查推測結果是否符合相依關係。若符合則會獲得平行執行之效能提升，反之出現錯誤必須呼叫相對應之復原函式恢復錯誤之部分，並重新執行相關執行緒，若發生錯誤則會降低平行執行之效能，錯誤率過高更可能導致整體平行執行效率過低的問題。 本篇論文中，提出了一個純軟體的執行緒層級推測模型，可以應用於部分特殊情形的應用程式，透過這個模型所提供的函式，使用者可以輕易使用，讓其程式達到平行化的效果。另外提供模型需花費的代價評估，讓使用者可以輕易評估其程式是否合適於我們的模型來平行化。實作是以POSIX thread(pthread) library為基礎，編譯器使用gcc，所以機器上擁有這兩樣東西，基本上就可以編譯並使用我們的模組達到平行化的效果。最後透過我們實驗數據部分，可以了解我們提供的純軟體的執行緒推測模型在多核星平台上，可以獲得多少的程式效能上提升。

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1Mbps - 40Mbps 人體通道傳收器設計

隨著國民平均年齡的提升，以及行動裝置與半導體科技的進步，有越來越多生物醫學結合半導體科技的研究被發表，人體區域網路就是其中的一項應用。在眾多的人體區域網路的實現與應用中，身體傳輸通道是一項全新的通訊概念。身體傳輸通道是利用人體表皮當作資料與訊號傳輸的媒介。相較於其他傳統的有線或無線傳輸媒介，利用人體傳輸通道有許多優點，例如不需要有線的傳輸、低功率消耗、以及方便安裝與使用。但是由於人體天線效應影響，許多外界的電磁波會干擾到身體傳輸通道的穩定性，進而增加接收端電路在回復資料與時脈的困難度。 本論文提出一個低功率消耗、低硬體成本、高速傳輸速率、與高干擾容忍的人體通道傳收器。在此傳收器的傳送端部分，我們加入了展頻時脈產生器去減少對外部電路的電磁干擾。展頻時脈產生器是在一般的時脈產生器中加入調變，使其產生的時脈訊號頻率會在一個範圍內上下擺動，達成展開頻率的效果。比起其他解決電磁干擾的技術，展頻時脈產生器的成本較低。 在傳收器的接收端前端類比電路部分，我們使用了可調式的放大器架構針對因為不同的傳輸長度而有不同接收電壓大小的訊號進行放大。在數位電路部分，我們採用了5倍頻率超取樣時脈與資料回復電路架構，搭配中央取值機制與增減演算法。因此只需要利用到少數量的暫存器成本即可達到高干擾容忍與展頻時脈回復的成果。所以本論文所提出的人體通道傳收器非常適合應用在人體通道傳輸上。 本論文之晶片是以90奈米製程的標準元件庫實現，具有很好的製程移轉能力。工作範圍為1Mb/s到40Mb/s，晶片面積為0.2mm2，功率消耗在40Mb/s為1.69mW,在1Mb/s為1.61mW.

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評估乘積量化用於影像辨識之效能

使用歐式距離計算兩資料點之間的距離是在資料群聚、資料分類以及資料探勘等應用中非常基本的步驟。但是在許多的多媒體應用中，高維度距離的計算會遭受到效能上的問題以及維度的詛咒。乘積量化(product quantization)是一個有效處理上述問題的量化系統。乘積量化的核心概念是將原本高維度的向量空間分解成數個低維度子空間的笛卡兒乘積，並且分別量化每個子空間。 在本論文中，我們介紹乘積量化以及三個重要的因素：一、切割向量的方法；二、子向量的維度；三、針對每個子量化器的量化數。我們簡要地討論這些因素對於設計乘積量化器的影響，並且設計出五大類的實驗來全面性地探討這些因素如何影響基於金字塔式梯度方向直方圖(PHOG)以及金字塔式局部二值模式(PLBP)描述符的物件識別以及笑容識別性能。最後我們將實驗結果總結成一些設定建議給相關研究使用。 藉由本次評估，我們提出了一些以前研究所沒有討論清楚的設定原則，並且提供研究者關於如何對各種圖像辨識建造更好乘積量化器的建議。

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在無線感測網路中無位置資訊的同心圓資料探索

無線感測網路是目前相當先進的應用,而資料探索是相當重要的功能之一,然而在沒有位置資訊的情況下資料探索就會成為相當關鍵的挑戰,在此論文中我們將考慮雙重盲目資料探索,在此情況下查詢節點以及資料來源點都不知道對方的位置,現存的解決方法的缺點是低成功率以及高能量消耗,所以我們提出在無線感測網路中無位置資訊的同心圓資料探索去解決這個問題,我們提出的方法的概念為建構一個同心圓架構,所有資料廣播、查詢、以及回應皆使用此架構進行,我們提出的方法不會使用到節點的位置資訊,只會使用以RSSI估計出來與鄰居的距離以及角度,模擬結果顯示提出的方法達成較高的成功率、較低的通訊成本、以及較少的能量消耗

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在無線感測網路中支援行動使用者多對多資料蒐集機制

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可支援動態電壓與頻率調整之快速鎖定0.5V/1.0V全數位鎖相迴路設計

近年來，隨著智慧型手機、無線感測網路等行動裝置的發展，以及使用生理訊號紀錄晶片的生醫電子應用逐漸地被開發，由電池供電(Battery-Powered)的系統已經是越來越普遍。 動態電壓與工作頻率調整(Dynamic Voltage and Frequency Scaling, DVFS)技術，為目前已經被廣泛應用在SoC 的電源管理上，以降低動態功率消耗的成熟技術。當電路工作電壓(Supply Voltage)降低時，其所消耗之動態功率消耗也隨之降低，因此降低工作電壓為降低系統功率消耗最有效率的手段。 然而工作電壓降低，也伴隨著電路速度變慢與易受到製程飄移、電壓飄移與溫度飄移(PVT Variations)的缺點，因此一般而言，超低電壓(Ultra-Low Voltage, ULV) 多用於資料傳輸率較低的應用在系統晶片裡，常常有多組PLLs/DLLs，提供不同速度的I/O 界面的工作時脈。因為傳統PLL/DLL通常鎖定時間都很長，因此導致PLL/DLL 不常關閉，也因此當系統待命時，一直在運作的PLL/DLL 的功率消耗就變成SoC待機(Standby)功率消耗的主要來源。 因此，在本論文中，我們提出一適用於DVFS下的低電壓、低耗能、快速鎖定之全數位鎖相迴路，以降低SoC 中的關鍵模組: PLL/DLL 的工作電壓並降低其功率消耗，是本設計主要的目的與貢獻。 本論文所提出之全數位鎖相迴路以90奈米標準CMOS製程實現，並驗證所提出的電路架構。