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2010年5月20日 星期四

人人都是基地台--隨意無線網路(轉貼自科學人雜誌電子報)

人人都是基地台--隨意無線網路
由手機等行動裝置相互連結而成的無線隨意網路,讓我們再也不需要龐大的基地台,也不必再擔心停電 造成通訊中斷。

撰文/Michelle Effros、Andrea Goldsmith、Muriel Medard翻譯/王怡文

重點提要
■隨意網路不需要固定的網路基礎設施,
而是靠各個裝置互相連結成網路,以接力的方式傳遞資訊。
■這種網路可以用在傳統行動網路設施建造起來太難或太貴的地方,例如偏遠地區及戰場。
■所有隨意網路都是不斷變化的,必須運用創新策略來避免資料遺失並降低干擾。

身在這個Facebook、推特和iPhone的時代,我們很容易把聯絡外界的能力視為理所當然。然而最需要通訊的時候,往往正是通 訊設施失靈的時候。例如2010年初的海地大地震後數天內,當地的通訊大多只能靠救援機構提供的衛星電話。不過,就算只是 像停電這樣的普通事故,也會使手機通訊網失靈,讓我們的主要緊急通訊設備變成只會閃閃發光的紙鎮。

這類事故發生時,有個越來越值得考慮的選擇,就是建立「隨意網路」(ad-hoc network)。只要內建專用程式的手機等通訊 裝置位在彼此的通訊範圍內,它們就能自己建立隨意網路。網路中的每部裝置都兼具發送器與接收器的功能,最重要的是,它們還 身兼附近其他裝置的訊號中繼站,所以就算是距離遙遠的裝置也能通訊,只要位在它們中間的其他裝置能夠幫忙,就能像接力賽跑一樣,一 個接一個把訊息傳遞下去。換句話說,網路中的每個節點,不但能為自己收發訊息,也是他人訊息的傳輸管道。

救災只是隨意網路的可能用途之一。在任何建設固定基礎設施太慢、太難或太貴的地方,隨意網路都能派上用場。美軍已投資大筆資金設計這 種系統,以供戰場通訊之用。家裡有了隨意網路,客廳或辦公室就不必再拉一堆線路。缺乏寬頻建設的偏遠地區和低收入社區,可透過隨意網 路上網。有意研究樹梢或海底熱泉等微環境的科學家,也可以在他們想研究的環境遍撒感應器,而不必煩惱哪些感應器能接收彼此 訊號,或資訊如何穿越叢林傳到研究人員的筆記型電腦上。

隨意網路已經發展了30年以上,但直到近幾年,才在網路理論的進步之下,實現了第一個大規模實用案例。美國舊金山的40萬戶居民,在 新創公司Meraki Networks的解放網路計畫(Free the Net)下,以隨意網路技術連上網際網路。手機、電腦遊戲系統和筆 記型電腦裡的藍牙零件也是用隨意網路技術,讓裝置不用接線或手動設定就能互通。隨意網路也已運用在多種偏遠或不宜人居的環境,蒐 集低功率無線感應器回傳的資料。隨意網路要普及,還有些地方尚待突破,但已經逐漸有進展了。

隨時自我修復
隨意網路目前仍很少見。要了解為何進展如此緩慢,可以想想這種新方法和手機、Wi-Fi這類無線技術之間的差別。當你用普通手機打給 朋友時,只有手機到最近的基地台之間是無線的,定點設置的各基地台之間是透過龐大的有線網路來通訊;Wi-Fi之類的無線 區域網路,也都要靠固定的天線和有線通訊設施。

這種方法有優點也有缺點。傳送資訊需要電力,而典型的無線網路為了幫電池供電的裝置(例如手機和筆記型電腦)省電,盡可能把大部份通 訊負擔交給以電力網供電的固定設施。同理,無線頻寬是固定而有限的資源,傳統無線系統為了節省頻寬,大部份資訊也都是透過線路發送。 運用固定設施,才能在通訊需求最高的地方,建置大多數時候都很可靠的大型電信與Wi-Fi通訊服務。

然而運用固定設施的網路系統容易受停電及其他中央系統問題影響,導致通訊網路失靈,遇上這種情形,就算手機和筆記型電腦是好的也沒 用。相較之下,隨意網路有其獨特的強韌性,如果其中一部行動裝置沒電或關機,其他裝置會盡量修改網路結構來彌補消失的部份。裝置來來 去去,網路也會跟著不斷調整與「修復」。

不過這種自我修復的能力是要付出代價的。隨意網路發送資訊的方法必須很聰明,以便就算發送器與接收器中間有些連結在傳輸時中斷,還 是能重組出訊息。系統也必須判斷出把訊息傳給接收端的最佳方式,就算發送裝置不知道接收端的位置也一樣。最後,由於許多部 裝置可能會幾乎同時傳送訊息,隨意網路還必須克服訊息彼此干擾產生的雜訊。

【欲閱讀完整的豐富內容,請參閱科學人2010年第99期5月號】

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