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　　清华大学为国内学术重镇，在学术上有着许多卓越的成就。为了让更多的社会大众可以分享学术的趣味，得以一窥学术殿堂之奥妙，国立清华大学与各地高中合作，推出国立清华大学「高中科普列车」。此科普列车之教育推广成果展现，将以目前国立清华大学的学术研究成果为主，讲员为参与研究之教师与研究人员。

　　本书内容为清大颇受好评的高中校园巡回演讲，透过图文编排集结成册，除生活化主题亦介绍科学新知，以饶富趣味笔触呈现。透过此科普列车，清华大学主动向社会呈现学术成果，达成以学术关怀社会之使命，希望将学术的种子播洒在年轻的生命中，让科普列车的功效发挥更大之效益。

本书特色

　　．横跨自然科学、社会科学、应用科学多方领域
　　．集结清大教授演讲内容，萃取科普最精华知识
　　．时时保持好奇心，领略蕴含无限奥秘的科学现象

1 解读大自然的语言
－谈「统计方法」在科学探索里所扮演的角色∕3

2 就是那道光
－浅谈『超快光学』∕31

3 口服胰岛素
－糖尿病患免于挨针的理想∕43

4 新能源大观
－人类如何永续生存？∕53

5 软物质演讲
－波卡为什么没吃几片就空了？∕69

6 影像建构之科学
－果蝇脑神经结构的鬼斧神工∕77

7 蚕丝在可挠式有机薄膜电晶体上的应用学
－开发蚕丝电晶体为新材质之运用和突破∕85

8 从蚂蚁循迹和萤火虫闪烁到无线通讯网路
－生物群体的运行机制解决人类工程问题∕97

9 乌贼的伪装术
－揭开头足类改变体色的神秘面纱∕107

10 都是「性别刻版印象」惹的祸！
－女生的数学天生比男生差？∕117

11  汉人与牛肉

－汉民族经济形态与文化禁忌之探讨∕127

12 《绿野仙踪》与中国
－多乐西与他的朋友破坏瓷器城与国际银价下跌之真相∕133

13 为什么郑成功能赶走荷兰人？
－荷兰东印度公司（VOC）在台贸易之兴衰始末∕141

14 质子有多大？
－检验量子电动力学计算质子大小之精确度∕151

15 找歌？用唱的！─「哼唱选歌」简介
－语音与音乐处理在娱乐与教育的应用∕161

16 斗转星移∕175

17 ROC(Republic of Creativity)：大家一起来卖台∕183

18 理论＝无限个实例∕215

19 爱与诗与死
－谈敻虹的几首小诗∕229

20 社会科学的皇后：经济学∕239

21 星星的诞生
－探索恆星形成的物理过程∕253

22 简单有趣的物理科普实验
－普物实验的终极目标∕263

【第8章─从蚂蚁循迹和萤火虫闪烁到无线通讯网路】

无线通讯网路遍佈于我们生活的四周。除了当今最热门的手机行动通讯系统以及在办公室或家中用来上网的无线区域网路之外，尚有许多无线网路的应用，例如用在环境或工厂监控的无线感测网路、用以提升生活品质的无线智慧家庭网路、以及用以连系路上车辆的无线车载网路等。无线网路的应用日益增加，也愈来愈普及于我们的生活。在未来的世界里，我们期待所有的无线系统都能互相联结，构成一个大型的异质无线通讯网路，将人与机器、社群与生活环境做紧密的连结。

无线网路面面观

在设计大型无线网路时，会面临许多难以解决的工程问题，如演算法的可扩充性问题、系统的强健性问题、分散式管理的问题以及传输频宽限制的问题。

1.可扩充性和系统强健性

所谓演算法的可扩充性，所指的就是这个演算法在大型网路中是否依然可以有效运作的特性。很多的演算法并不具有此功能，例如，当我们有三、五好友打算相约看电影时，我们可以由其中一位同学一一地打电话联络所有人；但是，当有三、五万人要一起去看电影时，一个一个的打电话联络，似乎就不是有效率的做法。另外，一个系统是否具备强健性，端看系统是否容易因为少数电子设备的损坏或是遭受攻击而造成系统的瘫痪。

2.分散式管理和传输频宽限制

若要採取集中式的管理，网路往往需要很复杂的控制机制以及大量的沟通频宽，在实际的无线系统下是不被允许的；然而，若要採用分散式的管理方式，亦即由每个个体或是小群体做自我管理的方法，又不容易达到系统的最佳化。因此，要设计一个能有效运行的大型无线通讯网路，是一件极具挑战的事情。

3.自然界的大型生物群体网路

有趣的是，在自然界中其实随处可见具有上述特性的大型生物群体网路。这些生物群体透过简单的个体行为准则并且仅利用区域性的资讯和分散式的管理，达到复杂的群体智慧。人们熟知的例子有：蚂蚁的循迹觅食行为、萤火虫的同步闪烁行为、蜜蜂的集体筑巢行为、鱼的群游行为、神经细胞操控生物的感知与反应的行为等。若能将这些生物个体的运行机制移植到我们的无线装置之中，相信其所构成的大型无线网路亦能展现惊人的群体智慧。以下，我以网路路由问题和网路同步问题为例，介绍如何透过仿效蚂蚁的循迹觅食行为和萤火虫的同步闪烁行为，得到有效解决上述问题的方法。

网路路由同步：寻找「最佳路径」

首先，何谓路由问题？
路由问题基本上就是如何找出从甲地到乙地的最佳路径的问题。

这样的问题是我们平常开车上路或是出游所会面临的问题。同样地，在大型无线网路中，相隔两地的电脑若要互相沟通，其所传送的讯息需要网路经过网路中的不同路径，并利用中不同的路由器或是电脑的转传，方能将讯息从传送端顺利地送达目的端。在传送之前，电子装置必须先确认讯息应透过哪些装置的转传，也就是应透过哪一条路径来传送才是最好的。所谓的最佳路径在不同应用中有不同的定义；在网路中，这可以是传送延迟最短的路径、传送频宽最大的路径、传送最可靠的路径等。若每个电子装置上都备有无线网路的完整图资（亦即哪些电子装置间有连结、每条连结上的频宽和延迟为何等），即可利用许多有效的演算法（如Dijkstra演算法或是Bellman-Ford演算法）来帮助我们计算出最佳的路径。然而，无线网路最大的挑战即在于无线装置都是不时地在移动，而且通讯连结经常是不稳定的。因此网路图资每分每秒都在改变。试想，若汽车导航系统的图资过时，我们就会经常面临找不到路的窘境。此时，我们即可跟厂商购买更新的图资或是上网下载新的资讯。但是在无线网路中，并没有一个可即时监控网路变化的中央控制台，此时，网路中的各个装置应如何取得图资呢？传统上经常使用的方法，就是透过不断地跟邻居（亦即有直接连结的其他无线装置）打招唿进行资讯交换，如图8-1所示。每次跟邻居打招唿，不仅可以让两人得知彼此之间的连结状态，更可以互相告知自己已取得的图资。借由不断反覆地打招唿，最终每个装置都将能取得完整的图资。然而，若网路过大，要取得完整的图资相当费时，而且，在网路不断变动的情况下，这样的不断更新会相当耗费频宽资源。

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