國立清華大學首頁故事-教育部第55屆學術獎

清華電機新聞 -全球高速網路研究先鋒 張正尚教授獲第55屆學術獎

研究方向

(1)高速交換(High Speed Switching)和資料中心網路 (Data Center Networking)

交換機是網際網路的核心元件,亦是各種網路流量匯集及交換之處,因此能隨網際網路頻寬需求而提升速率的交換機是下一世代網路之核心技術。長期以來,我們一直引領著高速交換的研究,而且高速交換一直是我們鍾愛的研究主題之一。我們在高速交換的第一篇論文引用來自兩名偉大數算家布可夫和馮紐曼的分解演算法解決100%流量的問題。即使布可夫馮紐曼交換機是個很優美的理論,在現實中依然存在一個關鍵的缺點。它必須得知流量的需求才能進行布可夫馮紐曼分解。但網際網路的流量是非常動態的,流量需求的變動無法被輕易的補償或是量測。是否可以在不知流量需求的情況下建造一個高效能的交換機,變成一個重要的問題。我們很幸運地提出一個在布可夫馮紐曼交換機前,增加一個負載平衡交換機的方法。這個方法進而形成了負載平衡布可夫馮紐曼交換機。根據趙鴻翔教授(Prof. Jonathan Chao)的評論,負載平衡布可夫馮紐曼交換機開啟了一個新的研究大道。交換機依然存在許多未解的的問題,而我們已經發表了一系列的論文在IEEE INFOCOM (最有名的網路研討會之一)、IEEE/ACM Transactions on Networking以及IEEE Transactions on Communications。

高速交換新興的問題之一就是資料中心網路。因為雲端計算將運算工作和資料儲存由桌上型和可攜型電腦移到大型資料中心。在大型資料中心的電腦該如何彼此連結是一個重要的研究課題。是以,此一新興而又重要的研究領域,的確值得台灣學者及業界對其投注關心的目光。我們長期在交換機領域的研究,有非常良好的研究成果,希望能進一步將這些研究成果推展至資料中心網路上。探討的研究課題包括: 資料儲存、資料中心的架構及效能、資料中心之節能與傳輸、資料交換及容錯、和資料安全。希望藉由此研究中心,能為國家在資料中心網路的研究領域扎根,培養未來的傑出人才,進而提昇國內業界在資料中心的研發能力。

(2) 網路科學(Network Science)

2005年美國國家學院科學研究委員會,依據科學方法將「網路科學」定義為「有組織的網路知識」 (organized knowledge of networks)。這個需要整合各種不同領域的知識:包含網際網路、電力網路、社交網路、實體網路以及生物網路。對於網路科學,主要的數學工具是動態圖形研究。在現有文獻中,仍存在許多有趣的問題以及假說。

我們已經在正規網路(人類設計的網路)中作了很多的研究。其中包含了交換網路和光佇列(如banyan網路、Benes網路、先進先出佇列、優先權佇列)。伴隨著在網路領域的專門知識,我們相信我們也可以在新興的網路科學領域中有所貢獻。在這個計畫中,我們將會配合執行中的國科會整合型研究計畫「大型複雜網路之研究」,先從簡單的問題開始,例如,在網路中什麼是一個社群以及如何在網路中偵測出一個社群?對此問題我們提出一個廣義機率架構,而此研究成果已被IEEE INFOCOM 2011接受。同時,我們也在通訊所開一門網路科學的課程。透過這樣的安排,我們希望可以給學生適合的訓練來面對此新興領域以利他們可以進行更先進的研究。

網路科學簡介

(3) 光佇列(Optical Queues)

大家都知道光通訊的時代已經到臨,然而全光網路的時代卻尚未來臨。主要的原因是目前網際網路傳送資料的方式是先儲存後傳送(store-and-forward),而目前網際網路仍大多使用電子式記憶體來儲存而後進行排隊處理。如能儲存光資訊,就可以避免將光資訊轉換成為電子訊號,因而達到全光網路之理想。然如眾所知,光是不斷以光速在前進,如何儲存呢? 簡單的想法就是把光「導」到一段「光纖」裡,讓光在裡面兜圈子,直到適當的時機才將光放出來。如果只有單一光封包(optical packet),這樣的想法還容易,但網際網路代表的是幾乎無限不斷湧進的光封包, 而讓這些光封包以有秩序的方法傳出,便需要讓這些光封包排隊(正如同我們搭乘公車和捷運一樣)。 光佇列就是能讓光封包排隊的機制。如前所述,要引導幾乎無限多的光封包好好排隊, 所需的複雜度讓世界上即使一流的研究機構也為之卻步,直到張正尚教授及其同事李端興教授在清華大學的研究團隊取得重大的理論突破。張教授和李教授找出一種可以以遞回的方式,由小的光佇列組成大的光佇列,而其所需的光交換(引導)元件和光纖的長度是最小的。此外,引導的過程是讓光封包自行引導(self-routing),此一發現,大大的簡化了系統的設計。他們在此領域的第一篇長篇論文被收錄於2004年IEEE Transactions on Information Theory,並於2006年獲得第四屆有庠科技論文獎。後續的另一篇論文亦於2007年獲得第五屆有庠科技論文獎。

光佇列簡介

畢業學生的就業分佈(服務公司)


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