• 學位論文

網宇實體系統設計之土石流預測系統

土石流是一種會對於人生安全以及財產帶來巨大損害的天然災害。雖然土石流已經能做到即時偵測，但仍然沒有足夠的時間能夠採取對應的策略來保護生命以及財產的安全。為了最小化土石流所帶來的災害，土石流的預測以及事先預警是必須的。一旦預警事先發送，住在可能受影響的區域內的人們就可以在土石流發生前有更多的反應時間逃離。因此，本論文嘗試提出一個針對土石流預測的網宇實體系統設計。網宇實體系統設計方法提供了一種方式來整合溝通、計算以及控制流程。它能夠良好的利用由無線感測器網路收集來的資料並且用一種智慧方法來解決無線感測器網路上的傳統問題。 基於土石流預測系統的目標上，我們更進一步的討論三個重要的議題，叫做在無線感測器網路中的資料遺失和高耗能以及土石流預測準確度。為了解決遺失的用來做土石流偵測的土壤濕度資料，我們使用有時空關係的異質資料來重建遺失的土壤溼度資料，例如雨量強度。在空間的重建方法中，我們不只考量距離因素同時也考量兩個地點間的雨量強度差距。在時間的重建方法中，如果沒有下雨時，因為蒸發散作用的關係，土壤濕度將會減少。當沒有下雨的時候，我們利用歷史的蒸發散率來重建遺失的土壤溼度資料。如果有雨，我們會感測一段時間內的土壤溼度來重建遺失的資料。我們同時也考量了雨量強度。最後，我們可以用時空重建測量誤差來改進重建的準確率。當有80%隨機遺失的土壤溼度資料時，時空重建的方均根誤差會低於2。為了精準的預測土石流的發生，我們建立了一個人工神經網路的預測模型並且為了預測模型設計一個重新訓練的流程。不同特性的資料會被用來當作訓練資料。為了解決高耗能的問題，我們提出了一個基於模型預測控制的取樣頻率調整方法，根據斜坡的穩定性來動態調整取樣頻率。在高穩定性時，環境資料是不需要的並且監控斜坡的感測器會被設置為低取樣頻率以節省能源。在低穩定性時，感測器被設置為高取樣頻率來感測更多資料做精準的預測。 實驗結果展示了被提出的網宇實體土石流預測系統可以達到83.33%的高預測準確性。對比於準確度高於40%的固定取樣頻率的方法，被提出的基於模型預測控制的取樣頻率調整方法平均可以節省53.33%的耗能。最後，我們提出的系統能夠預先平均38.8分鐘預測土石流的發生。

• 學位論文

資料重建應用於網宇實體土石流偵測系統

土石流會造成生命與財產上面的威脅，透過土石流預警系統，人們可以盡早離開危險區域，減少傷害與損失。在土石流預警系統中，無線感測系統搜集到的環境資料可能會因為環境傳輸或是感測器損壞而導致無法蒐集到資料的情況，導致降低預測土石流發生的精準度。 為了解決資料缺失問題，本篇論文以土壤濕度為例提出相關方法。基於異質資料之間的關係（例如土壤濕度與降雨強度）以及分別在空間與時間上的關係，重建遺失的土壤濕度資料。在空間上面，除了感測距離的關係之外，我們還參考當地降雨強度，透過兩地降雨強度與距離的差異，重建在空間上面遺失的資料。在時間方面，在平時沒有降雨時，蒸發散率會使得土壤濕度下降，透過歷史資料我們可以得知在當地的蒸發散率趨勢，利用蒸發散率來恢復未降雨時的土壤濕度。在降雨的情況時，以過去一段時間來重建時間上面遺失的資料，並以降雨強度評估土壤濕度上升的幅度。最後，我們結合在時間與空間上面的關係，以較小重建誤差做為選擇在空間上或時間上重建的資料，進而減少整體重建的誤差。混和空間和時間上面的重建後，如果環境當中有80%的資料遺失，重建後的RMSE仍能小於2。

• 學位論文

都市交通資訊預測藉由Elman類神經網路與交通網路模型

隨著人口的增加，汽機車數量也逐漸增加，這導致交通議題受到重視。因此，智慧運輸系統(Intelligent Transportation Systems, ITS)被提出來改善交通問題與提高運輸效率。在ITS中有個子系統為先進用路人資訊系統(Advanced Traveler Information Systems, ATIS)，ATIS藉由資訊技術與通訊技術，可隨時隨地提供用路人所需的交通資訊，作為路線選擇的參考。 在論文中我們提出一個都市交通資訊預測系統(Urban Traffic Information Prediction System, UTIPS)，此系統包含一個方法與一個模型，分別為交通資料與交通網路資料預處理方法和交通資訊預測模型，其中我們用Elman類神經網路來作為預測模型。交通歷史資料則使用開放資料，我們希望藉由上述的預處理方法與預測模型以及歷史資料來預測未來交通資訊，並在訓練模型及預測時，將上游道路的交通資訊也考慮進來，藉此提高預測的精準度。 在車流預測的實驗結果顯示，我們的預測模型在有參考上游道路時平均絕對百分比誤差(MAPE)可低於10%，不參考上游道路時的MAPE也可以低於12%。

• 學位論文

支援字串及群集資料型態的限制式測試案例產生

軟體測試是確保軟體品質的主要方法。測試案例的自動產生目前仍是一個非常具挑戰性的問題。限制式測試案例產生是一個非常具潛力的技術。限制式測試案例產生技術將測試案例產生問題定義為限制滿足問題，透過解限制滿足問題產生測試案例。我們曾經利用限制邏輯程式系統ECLiPSe開發一個黑箱函式層級單元測試的限制式測試案例產生器。這個測試案例產生器可以完全支援整數資料型態的測試案例產生，但沒有完全支援其他資料型態的測試案例產生。雖然ECLiPSe有支援非整數型態的限制敘述，但ECLiPSe並沒有支援自動設定非整數型態值域的機制，與自動將值域裡的值賦予非整數型態變數的機制。本論文實作了自動設定字串型態與群集型態值域的機制，及自動將值域裡的值賦予字串型態與群集型態變數的機制。這些機制的提供同時也改善了字串型態及群集型態的限制敘述的求解效率。

• 學位論文

基於知識本體的中醫藥材配伍系統

「辨證論治」為中醫治療疾病所發展出來的診治方式。其中包含兩個階段，「辨證」為中醫師先透過望、聞、問、切四診方法，來收集病人的症狀及體徵資訊，再依據所收集來的症狀資訊，分析及辨識病人的病因、病位與病機。「論治」為中醫師根據不同的病因、病位與病機的辨證結果，對病患實施適合的治療方法與用藥。辨證與論治是治療疾病時，密不可分的兩個階段。 方劑學是依據治療方法，研究藥材配伍的學科。方劑是由一種或多種藥材所組成的藥方，組成須符合一定的原則，按照各藥材在方劑中所起的作用，共分成君藥、臣藥、佐藥、使藥四類，互相搭配，達成治療的功效。 方劑學的藥材配伍原則非常複雜，本論文應用知識本體及多目標最佳化技術，研製一個中醫藥材配伍系統。此系統包含一個中醫藥材知識本體，一個中醫藥材辭庫，及一個中醫藥材配伍模組。本論文進行中醫藥材的標準化，及中醫藥材功效的標準化，利用知識本體開發工具建構中醫藥材知識本體，並建構中醫藥材辭庫，方便查詢標準藥材及標準藥材功效。本論文應用多目標最佳化技術研製一個中醫藥材配伍模組，並針對28個常用脾氣虛及脾陽虛的方劑進行初步的系統評估，達到非常好的結果。這個評估結果也具體顯示中醫藥材配伍系統的可行性及重要性。

• 學位論文

基於知識本體的中醫虛證辨證系統

中醫透過長時間的演變，發展出「辨證論治」的特殊診治方式。透過望、聞、問、切四診的方法蒐集病人的症狀資訊，及依據症狀資訊進行分析及判斷疾病，即為「辨證」；再由辨證出的疾病資訊，確立治療方式，即為「論治」。 對於龐大及複雜的中醫辨證體系，中醫師在臨床診治時，通常不易具備完整的記憶，及進行全面的分析。本論文希望利用計算機龐大的記憶能力及迅速的分析能力，研製一套具備完整記憶及可進行全面分析的中醫辨證輔助系統，輔助中醫師的臨床診斷、辨證研究、及辨證教學。 本論文利用知識本體及模糊分類技術，實作一個以虛證證候為範疇的中醫辨證系統。本論文進行虛證證候定義的標準化，及虛證證候特徵症狀的標準化，並利用知識本體開發工具建構中醫症狀知識本體及中醫證候知識本體。本論文根據證候特徵症狀，利用模糊分類技術，分別定義各證候的歸屬函數。本論文也根據各證候的歸屬函數，針對43筆案例進行初步的系統評估。在大約1/7的案例中，系統所辨識的證候和案例所提供的證候不一致。但是根據中醫師的意見，大多數這些案例所提供的證候是有疑問的。這個評估結果也具體顯示中醫辨證體系的複雜性，及研製一個中醫辨證系統的重要性。

• 學位論文

資料中心中軟體定義網路之負載平衡及路由機制

雲端計算的普及化推動著資料中心的發展，雲端應用日趨多元化，加上資料中心佈署範圍擴大，以至於資料中心必須處理多樣化且大量的工作負載，如何有效的管控資料中心資源且降低人力成本成為雲端計算所要面臨的問題，而軟體定義網路技術的出現為資料中心帶來嶄新的突破。針對雲端計算所面臨的挑戰，許多研究提出了多種網路架構，但現今大多資料中心使用三層架構的Multi-rooted Trees來提升靈活性和快速佈署。 本研究中提出，我們提出了一個基於軟體定義網路的大型資料中心的網路架構，透過對每台Switch進行Topology-Aware的定址來自動化路由，不僅降低人為疏失也降低FIB的數量，此外集中式的管理不僅能夠進行全域性的路由管理也能夠避免廣播風暴和降低頻寬的浪費，封包的路徑選擇上搭配了On-Line Routing的方法計算最佳路徑，並且搭配多路徑路由來分散網路流量於網路拓樸中。我們使用Mininet模擬工具進行On-Line Routing和ECMP的比較，實驗結果顯示On-Line Routing比ECMP高出了60%的效能。

• 學位論文

資料中心中軟體定義網路的快速錯誤回復機制

資料中心網路隨著服務及用戶的增加而日趨龐大而複雜，僅憑傳統的網路技術將衍伸出許多議題，而軟體定義網路（SDN）之概念的提出，可望為此帶來新的可能，如快速錯誤偵測與回復、網路虛擬化、高吞吐率、及負載平衡等。在網路的管理中，許多策略會依據拓樸來決定，因此即時監控拓樸的狀態相當重要一環。此外，為了確保網路使用者的服務品質，快速修復網路中的鏈結錯誤以維持服務的運行亦是備受重視的項目。因此本論文將以保障用戶之服務的可靠性為核心，設計適用於大型資料中心網路之快速錯誤回復機制。 本論文考量資料層以及控制層，提出一個適用於支援多租戶之軟體定義網路資料中心的快速錯誤回復機制，實作自動拓撲發現機制來獲得網路拓撲，及提出自動拓撲偵測機制以即時監控網路狀態，並於網路鏈結錯誤發生時，觸發錯誤回復機制。在資料層的錯誤回復方面，我們分別使用Protection及Restoration策略實作，並基於拓撲中的完全二分圖來設定備用路徑。由於考量in-band網路，因此提出基於Restoration策略的控制層錯誤回復機制，根據可用網路介面的權重來重建control channel。此外，我們亦提出支援多租戶的封包隔離機制。在效能分析的部分，我們使用實體環境及模擬環境中進行測試，根據實驗結果顯示我們提出的錯誤回復機制能使錯誤在100毫秒內被排除，且使用Protection策略進行資料層的錯誤回復可獲得較佳的實驗結果。此外，我們亦進行可擴性評估，包括計算Flow Entry數以及演算法時間複雜度。

• 學位論文

無線感測網路中基於RPL協定之高接收率群播路由機制

無線感測網路是由一定區域內大量佈署的感測器，以自我組織的方式建立而成的網路。其中，RPL提供了在無線感測網路中的傳輸機制，以及建立路由的方式，是重要的路由協定。然而RPL對於群播（multicast），即點對多點（point-to-multipoint）的傳輸僅提出數項原則，缺乏適當的機制。Multicast Protocol for Low-Power and Lossy Networks（MPL）是無線感測網路的群播機制中重要的群播協定，提供具有可靠性的群播機制，但MPL也具有相當高的傳輸延遲。Stateless Multicast Forwarding with RPL（SMRF）是基於RPL的群播機制，透過建立傳輸規則，補足RPL缺乏的部分；然而SMRF無法提供MPL所能提供的可靠性。本篇論文針對無線感測網路中的可靠群播機制，提出Proactive Multicast Forwarding with RPL（PMFR）。基於RPL的路由資訊，以適用於無線網路環境的Wireless Shortest Path Heuristic（W-SPH）建立群播的Steiner tree，並使用主動式的重送機制，提高傳輸的可靠性。模擬實驗的結果顯示，我們的成功傳輸率較SMRF和MPL至少有1倍以上的提升，最高可以達到近10倍的成功傳輸率；傳輸延遲平均較SMRF降低50%，較MPL降低95%。在相對較低的傳輸延遲內，達成具有高可靠性的群播機制。

• 學位論文

使用空間與轉換特徵實作無參考標的影像品質評估

隨著越來越多人使用3C產品，使得影像品質評估在近年來成為相當熱門的一項議題。然而在某些情況下，可供參考的影像(reference images)是不存在的，因此若使用full reference (FR)或是reduced reference (RR)評估該影像品質會顯得相對困難。若使用no reference (NR)方法，則可克服此問題，NR方法主要可分：(1) distortion-specific、(2) natural scene statistic (NSS) based以及(3) training-based三類。為了得到更好的預測結果，第一類方法需在已知失真類型的情況下才能獲得較佳的預測效果，第二類僅須擷取影像中較能夠代表失真情況的特徵而不需已知失真類型，第三類的方法則是將各個影像的特徵於擷取後做樣本訓練。而本研究影像品質評估方法，即結合第二類及第三類的方法；先擷取影像中的NSS特徵，再利用support vector regression (SVR)做樣本訓練。本研究方法經測試於現有之LIVEII、TID2008等NR image quality databases，結果證明其效能優於現有方法，能有效而準確的預測影像的品質。本研究方法的貢獻在於使用NSS特徵，此類特徵能有效而準確的反應natural image的失真程度和失真類型，因此再結合簡易有效的SVR演算法，便能精準的預測影像的品質。