學術研究專案

政治大學資訊科學系

106 科技部穿戴式裝置整合計畫 創新穿戴式互動展演平台技術深化與推廣

共同主持人 2017.8 - 2018.7

隨著科技日新月異,各式穿戴硬體設備不斷推陳出新,在各個領域皆可見到穿戴裝置的應用。 本計畫團隊在過去的研究中,創作了穿戴式裝置在互動展演方面的創新應用,整合各項基本 技術元件模組,包含信號擷取、處理、分析、傳輸、情境藝術創作等,並提供整合之設計平 台。成功公開發表多場不同類型的即時互動展演,如互動舞台劇、虛擬實境互動體驗等。然 而結合科技的即時互動展演,目前仍為成本及技術門檻較高的應用方式,從硬體設備到軟體 的平台、網路、互動介面等設計,皆需就單次表演設計一次性的系統。本計畫係延續「穿戴式互動展演創新應用與技術研究」三年期計畫,旨在將過去技術進一步 深化與整合成系統平台,將技術功能模組化,設計簡易操作之模式,並將導演概念導入系統 中,讓使用者都能透過本平台,設計自己的一套表演,藉以降低互動展演產業之技術門檻。 我們也會利用此平台,創作一套公開演出的互動展演,作為應用範例,再以教案推廣至中小 學教師,以達到成果擴散之目標。

106科技部專題研究計畫: 發展符合資源導向架構風格的智慧家庭服務維運機制

主持人 2017.8 - 2018.7

解決智慧家庭系統的維運議題,是智慧家庭技術普及化,進而形成產業的重要前提。Broadband Forum 所提出的CWMP 是目前較為普及與成熟的維運技術,本團隊過去一年投入CWMP 研究,初 步整合CWMP 規格中獨立的RPC 方法來完成平台安裝、啟動、更新、偵錯與修復等進階維運管理 機制,在研究過程中,發現了CWMP 在軟體架構與軟體設計上具有改善空間,包含用企業級技術來 定義嵌入裝置規範,導致效能與擴充性不佳;領域模型設計不良,開發人員難以學習與理解及Web 回 呼(Callback)機制未臻完善,無法彈性應對各種裝置回呼狀況。針對這些議題,本計畫提出以資源導 向架構風格來改良CWMP,並針對現行各種Web Callback 機制做實驗與分析,評估在CWMP 應用 場域中,較適合的Callback 機制。我們希望能藉由此計畫經費的支援,根據上述的規劃,設計一個 基於資源導向架構的CWMP 智慧家庭服務維運平台,並透過實驗與實作應用情境,驗證其功能完備 性、效能及實務上之可行性,期望計畫開發成果能對智慧家庭技術發展有所貢獻。

106-109 數位經濟前瞻技術研發與應用專案計畫: 區塊鏈支付網路的關鍵技術與工程研發

共同主持人 (子計畫二「研製區塊鏈結合應用場域服務」的軟體工程關鍵技術」主持人) 2017.5 - 2020.4

在本計畫中,我們將與國內投入區塊鏈技術應用的先驅富邦金控合作,發展區塊鏈企業應用所需之關鍵技術與工具,實際進行場域驗證,爭取正式營運商轉。首先,高效能共識演算法一直是區塊鏈技術應用的重大瓶頸,其主要目標是提升私有鏈的交易吞吐量。在認許制的封閉系統中,可透過機制避免特定錯誤發生,此時可考慮弱拜占庭錯誤,因而有機會設計效率更好的共識演算法。由於認許制共識演算法性質的關係,錯誤節點數量愈少,吞吐量愈高。然大多數認許制共識演算法都有關於錯誤節點數量的假設。因此,在錯誤節點數量減少之後,這些假設將可被改善,我們也將設計一個評比工具來評估各種共識演算法的性能。從軟體工程角度來看,區塊鏈應用學習與開發門檻仍高且手續繁複,且系統整合與架構仍在土法練鋼階段,欠缺系統化的智能合約驗證與測試機制。為解決上述挑戰,將發展自動化佈署與管理中介軟體,其次,將探討區塊鏈結合物聯網整合服務架構風格逐一針對其重要NFR 屬性進行探討、分析、與實作驗證,並應用於建構物聯網整合應用場景。針對欠缺系統化的智能合約驗證與測試機制的挑戰,將開發支援智能合約語言的自動驗證工具,與富邦的領域專家共同實際採用BDD 方法此工具開發應用情境驗證其成效。最後,在分秒必爭的金融交易市場中,數位貨幣交易的優點與便利性絕對是現金交易所難以取代的。但如何兼顧使用者隱私與受金管單位的監控一直是個兩難的議題。另一方面,客戶盡職調查(KYC)在金融服務上,亦扮演著非常重要的角色,不管是從客戶投資的適切性,或是從防制洗錢的角度來看,一家銀行若沒有做好充分認識、驗證客戶資訊的動作,可能會造成客戶極大的損失,或是為公司帶來營業上的困境。我們將利用區塊鏈技術,設計基於區塊鏈的數位現金支付與KYC 機制。

106科技部大專學生參與專題研究計畫: 發展Web of Things環境下支援Mashup式服務組合的開發平台

計畫指導老師 2017.7.1 - 2018.2 專題生 傅信穎

科技日新月異,智慧家庭核心技術與服務日漸成熟,相關感測器(sensor)與致動器(actuator)也已相當普及。近年來,隨著物聯網技術與服務興起,為解決不同裝置相容性問題,學者提出Web of Things(WoT)的概念,讓應用服務只需透過標準化的Web技術即可與各種WoT裝置互動,並藉由服務組合中的混搭(Mashup)讓智慧家庭服務開發更加簡化。然而,目前裝置與服務仍沒有共同規格來描述其具備的功能與品質(Quality of Services),增加了裝置與服務之間溝通的困難,過去雖有如UPnP等基於Web技術的標準被提出,但近年來小型行動裝置和嵌入式裝置數量日益增加,這些裝置往往面臨無法負擔處理傳統Web技術所需的計算能力而難以成為物聯網的一員的困境,IETF提出的CoAP(Constrained Application Protocol)協定也適時地提供了部份的解決方案,然而在Mashup機制部份,就我們所知目前尚欠缺適當的機制來輔助服務使用者進行服務的編修。本計畫希望透過設計一個具圖形化介面的Mashup機制,讓使用者能輕鬆選擇所需的裝置或服務組成智慧家庭服務。此機制由Mashup自動替使用者負責參數設置與串連的合法性(validity)檢查,並基於W3C的Web Thing Model(WTM)統一裝置與服務的描述,同時提供以HTTP和CoAP兩種方式進行搜尋與溝通。希望藉由此研究計畫的成果,能夠讓智慧家庭WoT服務相關應用得以更容易、更準確地開發,同時也讓WoT研究能容易地進行。

105科技部專題研究計畫: 智慧家庭服務產業維運核心技術的設計與實現

主持人 2016.8 - 2017.7 (已結案)

Bill Gates 早在1995 年就清楚描繪了智慧家庭的願景,建構智慧家庭系統所需要的基礎技術也已 經發展20 餘年,然而,智慧家庭至今仍被大部份消費者認為是豪宅的配備,到目前為止也沒有「智 慧家庭產業」出現。解決智慧家庭系統的維運議題,是智慧家庭成為人們日常生活必需品,進而形 成產業的重要前提。然而,到目前為止,大部份智慧家庭平台技術研究不是聚焦在家庭之「內」,就 是由營運商的觀點從「外」部管理,較少兼顧二者,同時站在家庭與服務營運端二方的角度進行整 合思考與設計。在此計畫中,我們將針對六項智慧家庭的維運議題:「新安裝、購買、啟動、更新、 偵錯與修復、用量統計與計費」,發展維運核心技術,考量智慧家庭服務提供者的「管理端」與智慧 家庭服務使用者的「被管理端」之整合互動,並考量雲端(服務提供者)的觀點與家庭網路內的個別客 端(智慧家庭裝置與服務)之整合,使得每個家庭雖有不同的設備與服務,但可在不影響原有運作的情 況下,由雲端使用同一種技術進行管理。我們希望能藉由此計畫經費的支援,設計一個創新智慧家 庭維運平台初步原型,透過實驗與實作應用情境方式,驗證其功能完備性、效能及實務上之可行性, 期望此計畫所開發的技術,能將智慧家庭產業更進一步向上推升。

105科技部專題研究計畫: 研製支援使用者客製智慧家庭程式規則之具狀態能力的TAP語言與開發環境

共同主持人 2016.8 - 2017.7

隨著智慧家庭的軟硬體設備與感測裝置日益成熟,建構智慧家庭應用系統的軟體工具也應運而 生。其中,提供使用者可自行設定規則來客製化(end-user programming)智慧家庭環境設施的工具 也逐漸受到重視。目前這類工具多以觸發-行動的程式模型(trigger action programming, TAP)為基礎, 再透過簡易的規則製作介面提供給使用者。但是TAP 簡易有餘,卻未能提供智慧家庭程應用中常需 要的狀態處理機制。有鑑於此,本計劃擬從領域專屬語言(domain-specific languages)的角度,結合 end-user programming 的原則,設計一個擴充版的TAP 規則語言:S-TAP(State-aware TAP),讓使用者 能以簡潔的方式表達對感測裝置與設備的各種依狀態而定的規則。在實作方面,第一年我們將採用 函數式反應程式(functional reactive programming, FRP)的概念與原理來製作此語言的編譯器與軟體 模擬環境:將其規則轉譯成函數語言Haskell 的程式碼,再搭配Haskell FRP 函式庫Reactive-Banana 來執行。第二年則在前一年S-TAP(State-aware TAP)語言成果的基礎上,建構一套完整的開發、佈署 與測試環境,協助使用者得以方便地使用S-TAP 語言進行環境設定與規則驗證,以作為將S-TAP 落 實到實際智慧家庭的場域應用鋪路。並且,我們也將設計相關應用情境,以Raspberry PI 設備搭配 感測控制版(如Phidget 或Arduino)連結感測器,實作數個範例程式以展示我們所支援的智慧家庭應用 情境,以雛型系統方式評估及展現S-TAP 的可運用性。

105科技部大專學生參與專題研究計畫: 發展基於W3C Web Things Model的Web of Things的應用服務開發工具

計畫指導老師 2016.7.1 - 2017.2 專題生 謝文婷 (已結案)

科技日益進步,智慧家庭的核心技術已日漸成熟。智慧家庭籍由整合各種感測器 (sensor) 、致動器 (actuator) 及軟體形成智慧家庭服務。近年來,由於物聯網概念日漸普及,在應用層級也出現了Web of Things (WoT) 概念,讓智慧家庭服務開發更加簡化,在WoT的概念中,網路上所有服務都可以透過HTTP加以存取。然而,由於仍缺乏服務描述的共同標準,因此,搜尋裝置的位置和發現它們的功能等「Findability」議題目前仍未具有效的解決方法。W3C目前正在進行Web Things Model的草案討論,希望能解決這個問題。本計畫希望參考最新版本的W3C Web Things Model草案,參考在家庭網路中相當普及的SSDP (Simple Service Discovery Protocol) 與IETF的CoAP (Constrained Application Protocol) 協定,設計一個適用於智慧家庭的「Findability」解決方案,建構一個開發工具組來支援智慧家庭WoT服務的快速建構。我們希望藉由此工具組的建構,能夠讓智慧家庭WoT服務相關應用得以更容易地開發,同時也讓此領域的研究能更容易地進行。

104-106 科技部跨領域整合研究計畫: 失智症照護之創新行動生活科技

共同主持人 2015.8 - 2018.7
研究團隊 台大資工系、台大醫學院、台大護理系、台大心理系、政大心理系、政大資科系、長庚大學

隨著人口老化,失智症患者人數呈現快速增加的趨勢,失智症對個人健康、家庭經濟和國家財政所造成的影響與負擔日益嚴峻。照顧者不僅要照顧失智症病患的生活,更須因應其個別需求,耗費心力應對多元精神行為症狀,複雜的照護需求常讓照顧者也承擔莫大的壓力與負荷。有鑑於此,本計畫運用行動科技針對失智症患者、照顧者及醫療團隊來「觀察」、「覺知」、「同理」、「排除危機」、並「促進失智症患者的建康行為」。藉由建構智慧型照護環境、第一人稱視角影像紀錄與活動分析、個別化的生活與社交資訊平台輔助失智症患者的每日照護,及減輕照顧失智症患者的壓力與照護成本、提升失智症患者的 生活品質,並探討「孝行義務」與「家庭韌性」對失智症家庭於照顧之影響,進一步了解所發展之行動科技是否確有助益。

104科技部專題研究計畫: 複合式架構下智慧家庭系統啟動與強健服務管理機制的設計與實現

主持人 2015.8 - 2016.7 (已結案)

在典型的智慧家庭中,具備許多嵌入計算裝置的各式日常生活物品、傢俱與家電。然 而,雖然過去的研究使得智慧家庭願景在技術上已具可行性,但可惜的是目前市場接 受度仍小,主要原因是缺乏在技術整合及落實運用智慧環境技術到日常生活中的考 量。尤其是強健性(robustness)及自動錯誤處理(failsafe)的設計。也因此近年來智慧家庭 研究趨勢已從智慧環境的「原型創作」漸漸走向實際應用的「落實維護」。本計畫擬探 討的主要方向,即為針對此一趨勢考量「佈署、啟動」及「長時間、經年累月」的智 慧家庭實地佈署應用需求,設計一個創新的混合式錯誤偵測及回復架構,並實作上述 機制初步原型,透過實驗與實作應用情境方式,驗證其功能完備性、效能及實務上之 可行性,期望此計畫所開發的技術,能使得智慧環境服務朝向實用化、商品化的願景 更進一步。

104科技部專題研究計畫: 以Scala研發函數反應式之智慧環境領域專屬語言

共同主持人 2015.8 - 2016.7 (已結案)

近年來,隨著資通訊科技的快速發展,各式嵌入式計算與感測裝置(sensor)微型化,我們得以 將具備計算能力的裝置嵌入至各式日常生活的物品、傢俱與家電中。這些微型感測裝置能夠感知環 境及使用者的相關資訊,再藉由軟體應用程式整合協調,得以推測使用者意圖並提供適當的服務, 形成所謂具情境感知能力的智慧環境。智慧環境中要控制分散在環境中的感測設備,應用程式會有一定的複雜度;再加上為了具備情 境感知的能力,軟體應用程式邏輯通常由外在的情境資訊(Contexts)觸發,再據以提供特定的計算 服務,因此具有「反應式(Reactive)」的特性,造成傳統程序式(imperative)的編程思維無法妥善 應用在智慧環境中軟體開發。本計劃以反應式系統為基礎,聚焦於發展可用於智慧環境應用程式比 較高階抽象的程式語言工具,希望透過提供邏輯上較為清淅,可維護性較高的程式語言工具,以簡 化程式開發的工作,降低開發者的負擔。具體而言,我們將參照函數式反應程式(functional reactive programming)的概念與原理,定義適合智慧環境應用程式的各種領域專屬抽象。再以 Scala 語言為基礎,發展一函數反應程式嵌入式領域專屬語言(domain-specific embedded language)以支援這些領域抽象。並搭配 Scala 程式庫工具—Akka,開發支援此程式語言的中介層服務,建構一個模擬環境,以展示我們所支援的智慧環境應用程式。最後以 Raspberry PI 設備搭配感測控制版(如 Phidget 或 Arduino)連結感測器,開發數個展示程式, 以評估本計劃之成效。

104科技部大專學生參與專題研究計畫: 基於TR-069建構智慧家庭軟體服務業營運基礎設施: 佈署、維修與計費

計畫指導老師 2015.7.1 - 2016.2 專題生 黃詩庭 (已結案)

隨著科技進步,智慧家庭方面的技術已日漸成熟但仍舊無法普及,其主要原因為遠端部署、計費、以及維修的功能還不完整。本研究主要目的為設計一個可提供遠端部署、計費、維修且以OSGi(Open Service Gateway initiative)為架構的智慧家庭系統。TR-069(Technical Report 069)是由Broadband Forum制定,規範CPE(Customer Premises Equipment)和ACS(Auto-Configuration Server)之間溝通的通訊協定,其主要功能就是用來遠程控制使用者的終端設備。TR-069在架構設計上使用超文字傳輸協定的客戶機/服務器模型(HTTP Client/Server model),充分使用Web的成熟技術,使得協議的實現簡單且有很好的擴展性。然而,TR-069主要著重在Home Gateway到服務提供商之間的規範,在進入家庭網路後,對如何協調設備間的互動並未規範,因此,在本研究計畫中,將基於利用TR-069這個協定標準,設計一個結合家庭網路及服務提供商網路,完成遠端部署、計費以及維修的解決方案。計畫所產生的成果,預期將能提供使用者更舒適、更方便的智慧家庭服務,且提供服務供應商更完備的智慧家庭服務系統,進而讓越來越多人能享受到智慧家庭所提供的便利性。

科技部整合型專題研究計畫(積層製造跨領域專案計畫):3D列印於中小學教育的創新應用與關鍵軟體技術開發

共同主持人 2014.11 - 2017.11

由3D 列印技術引領與帶動的自造者運動,近來蔚為風潮,各國紛紛投入資源,希望在這股未來 的發展趨勢中取得領先的地位。3D 列印技術之所以迷人,在於它將客製化製造的技術門檻與成本大 幅降低,使得創新精神與創造力得以自由發揮,滿足了一般人的好奇探索本質,成就了設計者的實 踐能量。作為輔助教育與學習的工具,3D 列印有其吸引人之處,但也同時存在若干必須解決的問題,特 別是推廣至中小學教育應用時,在工具開發與流程制訂部分,應該針對使用者的特性,進行嚴謹的 設計模擬與驗證,方能提供合宜的解決方案。本計劃期望透過資訊科技與科教團隊的跨領域合作, 以創新之電腦圖學、電腦視覺與軟體技術,開發具直覺式操作界面的3D 積層製造公用軟體,降低學 習門檻,達成易學、易用、易於推廣的目標。具體而言,本計畫所研發之軟體將提供3D 實景掃描、 直覺式建模、直覺化編修、模型搜尋、作品分享、加值、客製化與成品列印等一系列功能,並依此 開發示範教案,作為教師融入現場教學設計的參考準則。本計劃所開發的軟體工具與系統平台,將免費提供台灣中小學使用,並進行教育用軟體之效用評估與使用者體驗分析,依據回饋意見改進人機介面及軟體功能,俾使開發之成果能被廣泛的應用,為我國培育3D 列印人才的工作,向下紮根,奠定良好的基礎.

科技部整合型專題研究計畫:穿戴式互動展演創新應用與技術研究

共同主持人 2014.9 - 2017.7 (已結案)

臺灣的表演藝術與文創一向在華人圈的居於龍頭地位,然隨著網路普及(行動網路)、中國的崛起與競爭、國內市場缺乏經濟規模等因素,近年來文創產業備受挑戰。近年來,隨著音樂數位化,唱片銷量大幅降低,演唱會、音樂會等展演性質藝術表演漸成為表演藝術與文創業營利收入的主要來源。傳統展演中,觀眾只是被動聆聽者的角色,表演者與表演者間及表演者與觀眾間互動不多,然如何營造現場的氣氛是表演活動中非常重要的環節。近年來穿戴式裝置也大量被應用於表演藝術與文創產業,例如使穿戴式感測器偵測表演者肢體動作,進行動作捕捉(Motion Capture),並應用在電影與遊戲的電腦動畫之中。隨著相關技術快速發展與成熟,也有研究人員開始嘗試將穿戴式應用在即時遊戲與表演上,例如DJ KTO 在2014 的冬季奧運開幕表演,舞者身穿動作捕捉裝置,將自身轉換成為電腦動畫的雪豹角色。互動式數位展演亦可結合真人與對位投影和建築立體投影。本計畫最主要的目的在於發展結合數位內容科技,將互動新元素加入傳統展演成為「互動式數位展演」,從平台、網路、互動介面與應用等層面發展穿戴式裝置結合互動式數位展演相關技術,期能協助台灣表演藝術與文創產業在一片削價、比量的紅海中,找到另外一片藍海。

103科技部專題研究計畫:具Web of Things概念適用於小型智慧空間的隨插即用服務管理機制之設計與實現

主持人 2014.8 - 2015.7 (已結案)

雖然智慧空間研究近年來有豐富成果產出,然市場接受度仍小,主要原因在於大部份裝置需依賴特定平台或技術,造成應用服務開發不易。近年來,由於物聯網技術的發展,Web of Things (WoT)的概念被提出,開發人員只需要使用標準Web技術,即可存取感測服務、使用邏輯規則或控制環境週邊,而不需花費大量時間學習及整合家庭網路中的各式特殊架構或通訊協定。本 計畫主要目的在於以發展成熟的UPnP 為藍本,以WoT 概念設計一個適用於小型智慧空間的資源導向服務管理機制,並實作上述機制原型,透過實驗與實作應用情境方式,驗證其功能完整性、效能及易用性及可行性,期望此計畫所開發的技術,能使得智慧空間服務朝向一般使用者亦可自行設計調控智慧空間的願景更進一步。

103科技部專題研究計畫:SaaS環境下多租戶應用程式的SQL改寫機制:理論與實務

共同主持人 2014.8 - 2015.7 (已結案)

軟體即服務(Software as a Service, SaaS)是雲端運算環境下一種新興的服務模式,以往的應用軟體是要到客戶端安裝,供單一客戶使用,但SaaS 的特色是在服務供應商的資料中心安裝,以租用而非買斷方式營運:每個租(客)戶的使用者透過網路使用應用軟體,租戶只需按使用量與服務品質等因素付費。這種營運模式不僅有別於傳統軟體的包裝、部署、授權方式,也會改變軟體的開發架構、收費方式、及維護模式。SaaS關鍵技術之一是多租戶(multi-tenancy)技術:如何達成有效率的資源共享又兼顧個別租戶需求的客製化彈性。除了以虛擬化(virtualization)技術共享硬體外,讓租戶之間共享應用程式與資料庫也是一個重要的技術指標。本計畫聚焦於發展支援多租戶共享資料庫但可依租戶需求客製化資料綱要(data schema)的機制。這種機制通常需要綱要轉換(schema mapping)技術:應用程式中使用的是logical schema,而資料儲存於資料庫時使用的是physical schema,中間透過一個SQL 語句改寫(SQL rewriting)機制,在兩種綱要的SQL 語句之間做自動轉換。讓開發人員得以延續單一資料綱要的架構來設計應用程式,簡化開發的工作。

本計劃提出的機制將以通用表(Universal Table)作為租戶共用的資料表,設計與實作一個多租戶的SQL 語句改寫(SQL rewriting)引擎,並以關聯式代數(relational algebra)來正規化(formalize)這些SQL 語句改寫規則,藉以探討這些規則的正確性,並對改寫規則進行抽象的複雜度分析,與優化的可能性。接著,我們將對SQL 語句改寫引擎進行效能評估:搭配所發展的複雜度解析公式,設計一系列實驗,對SQL 語句改寫引擎進行完備的效能測試與評估。最後,我們會將此SQL 改寫引擎整合到應用程式普遍採用物件關連對應工具(Object-Relational Mapping, ORM)中,提供開發人員一個支援多租戶且可客製化領域物件的資料管理框架。並開發一個範例程式來展示我們的機制與資料管理框架,以及評估我們的作法對程式整體效能的影響。

101-104 國科會跨領域整合型研究計畫: 老年癌症存活者之優質生活及健康促進系統

共同主持人 2012.8 - 2015.7 (已結案)
研究團隊 台大資工、台大醫學院外料/精神料、台大護理系、台大心理系、師大資工系、逢甲資工系

儘管醫療科技已大幅躍進,癌症治癒率與存活率已較過去大幅提升,使得國民平均壽命延長,但老年癌症存活者仍須面對疾病本身和治療所帶來的 不適和壓力。因此,如何運用新興科技提昇癌症存活老人生活品質實為台灣在本世紀所要面臨最重要的課題之一。其中,身體活動與健康管理、社 交活動能力及睡眠品質更是決定老年癌症存活者生活品質的關鍵。本計畫嘗試結合資訊、電機、癌症醫學、癌症護理、心理等領域之專家,著眼於 「身體活動與健康管理」、「社交活動能力」及「睡眠品質」三個老年癌症存活者生活品質的關鍵議題,並結合台大醫院醫療團隊的專業知識,發 展一系列量表與指標來評估並導引技術研發,藉以提昇老年癌症存活者之生活品質,達到品味長青之願景。

逢甲大學資訊工程系

103教育部資訊軟體人才培育推廣計畫: 社群導向的老人照護社工任務輔助與知識分享平台

主持人 2014.2 - 2015.1 (已結案)

近年來我國經濟發展迅速,生活與教育水準提昇,醫療保健普及,再加上平均壽命延長、造成老年人口急遽增加。雖然醫學上定義的老人為65歲以上,然而由於我國醫療水準相當高,因此有一定比例的老人仍然具備生活自主能力,可獨立生活,而另一部份的老人則需要親友或社工照護人員協助生活,身體狀況更差的則必須長期居住在療養中心。因此針對不同狀況的老年人照顧已成為刻不容緩的議題。為因應此一趨勢,行政院在2007年4月核定了「我國長期照顧十年計畫」,在10年內預計投入800億以上的經費,建構符合各種不同狀況老人的長期照護體系,以增進老年人生活品質。在此計畫中,將由政府機關為媒介,由各式不同的社福、照護機構串連成一個完整體系,提供包含照顧服務、居家護理、居家復健、餐飲服務、輔具租借、交通接送及長照服務。我們可發現,在此一體系中,社福機構及社工人員,肩負了整個老人照護工作的關鍵責任。就實務面來看,目前國內大部份民眾對於老人照護人員的專業性並不重視,許多實際照護老人的人員並未受過專業的培訓,如此不但嚴重影響照護品質,而且在緊急狀況時往往無法做出妥善正確的處理。目前照護工作的體系的運作主要以社福機構為主體,一個社福機構下會有許多常設的「督導員」,下轄實際執行照護工作的「服務員」,最後再由這些「服務員」實際執行照護工作。根據東海社工系吳秀照教授今年(2013)針對數個社福機構領導人所做之焦點團體訪談歸納發現,目前照護服務在資訊科技上主要有幾個潛在需求,包含人力資源的調配、專業知識的傳承與訓練、照護歷程的記錄及服務對象資訊的提供及整合。而這幾項需求正顯示了一個「老人照護社工任務輔助與知識分享社群」的重要性。首先,社福機構、督導員、與服務員之團隊本身就形成了一個專業社群網路,而包含人力的支援、工作內容的調配、專業知識的傳承、照護歷程的紀錄及重要照護資訊的交換便是此一專業社群網路平台的重要功能元素。基於此一發現,本年度本團隊擬基於上年度所發展社群網路的經驗,選定「社群導向的老人照護社工任務輔助與知識分享平台」做為主要應用領域及創作主題。上年度我們聚焦「健康促進」社群,希望能藉由該社群來促進人們在疾病出現前就積極主動去改善健康的正面態度。「健康促進」社群的對象本質上是針對一般民眾的開放社群,因此我們基於Facebook此一較普及的平台來開發應用程式。延續上一年度在社群開發方面的經驗,本年度我們的「專業照護社工社群」本質上是針對特定領域、專業的工作者,且所交換的資訊很可能涉及隱私,因此性質上較傾向封閉式社群。因此,雖然本年度和去年度本團隊的創作均與社群相關,但二者性質不同,所以也顯示了在去年研發成果的基礎上再加值研發的契機。在「社群導向的老人照護社工任務輔助與知識分享平台」中,我們聚焦於專業的照護社工體系相關人員。照護社工人員雖然相對整體人數較少,但其對社會整體發展,尤其是高齡化的社會卻是最重要的關鍵。我們希望藉由此平台的建構,可以協助降低社工人員服務成本,進而提升服務效率與品質。

103科技部大專學生參與專題研究計畫: 高相容性UPnP語意匹配服務管理模型的設計與實作

計畫指導老師(後因轉換學校,更換為薛念林副教授) 2014.7.1 - 2015.2 (已結案) 專題生 江易倫

本計畫主要針對智慧家庭中UPnP通訊協定的便利與可用性進行分析與改進。智慧家庭中有許多通訊協定,而UPnP是其中一個不可或缺的重要協定,UPnP是由幾項重要的子系統構成,其中服務發現(Service Discovery)和存在性管理(Presence Management)更是支援智慧家庭環境服務高度動態特性的重要技術。然而UPnP進行服務發現時是使用字串比對,若是比對不符合就等於此服務不是正確的搜尋目標,因此我們希望能透過UPnP結合Semantic Web的技術去改善此一問題,此外,我們還希望所提出的解決方案可以完全和傳統的UPnP裝置雙向互通,以提高此技術在實務上的可行性。

102科技部專題研究計畫: 智慧生活空間中基於時序與因果的串流導向複雜事件分析

主持人 2013.8 - 2014.7 (已結案)

普及計算(Pervasive Computing)將具備計算能力的裝置嵌入至各式日常生活的物品、傢 俱與家電中,藉由「服務管理機制」的整合協調,彼此互相合作,根據使用者意圖提 供居住者適當的服務,而形成智慧生活空間(Smart Environments)。在實際參與多個智 慧生活空間的建置實際經驗中,計畫提案人發現大部份服務所必需的高階情境資訊(例 如人的活動),往往要在眾多連續不斷湧入的環境資訊中,分析並辨認個別資訊流中個 別感測回報讀值間的「時序」與「因果」脈絡關係。目前此領域相關研究較少針對於 這類問題提出解決方案。若將接連不斷流入的各式感測器資訊視為一連串的事件(a stream of events),則 上 述「時序」、「因果」相關問題上在Complex Event Processing (CEP) 領域具有許多理論的發展與應用。因此,本計畫期望針對此重要議題,建立智慧生活 空間中以時序為基礎的串流導向事件分析機制、理論模型及其相關應用,使相關研究 在理論與應用層面更加完備。

102國科會大專學生參與專題研究計畫: 具語意匹配能力的UPnP服務管理模型

計畫指導老師 2013.7.1 - 2014.2 (已結案) 專題生 蔡明倫

智慧生活空間技術近年來受到許多研究人員的重視,這種空間需透過服務管理機制處理各式設備、軟體與裝置的偵測、發現、資料傳送及組合等問題,以達成最佳服務品質。UPnP 是一種不依賴特定平台、 穩定且相當普及的服務管理機制,然而其服務匹配機制太過原始,只支援服務描述的逐字比對,導致應用程式經常找不到服務或服務品質不穩定。在這個計畫中,我們嘗試將語意網技術融入UPnP 的服務管理機制,提出一個具語意匹配能力的UPnP 服務管理模型。期望可在極少額外效能負擔下,進行具備語意匹配能力的服務管理,並可與傳統UPnP 各式裝置相容共存並混合使用。

102教育部資訊軟體人才培育推廣計畫: 社群導向的行動健康促進服務雲端管理平台

主持人 2013.2 - 2014.1 (已結案)

近年來,台灣因生活形態及工作方式的改變,罹患高血壓、糖尿病等慢性疾病的人愈來愈多,人們對身體健康的思維已漸從消極地有病才尋求醫療進展到較積極的健康促進(Health promotion)與疾病預防(Disease prevention)。基於此一趨勢,本年度本團隊擬基於上年度所發展之多人手機伺服端技術,選定「社群導向的行動健康促進服務雲端管理平台」做為主要應用領域及創作主題。 行動通訊與社群網路可說是近十年來對日常生活影響最大的二項革新,而廣義來說,一起玩遊戲的團隊也可說是「社群」的一種,故我們認為「高效能泛用多人線上手機遊戲伺服器」技術,加以深化改良後,將可以發展成為一個結合手機與社群網站的雲端管理平台。我們將從行動式健康促進的應用切入,發展一個可與社群網站連結(目前選定透過API與Facebook整合)的雲端服務管理平台。此一類別的App通常會透過利用行動裝置或外加的微型穿戴式感測器,透過社群對個人的影響力,加上行動裝置可隨身攜帶的特性,來協助促進使用者的健康。而本年度所發展之平台主要目的正是提供此一類型的App一個可靠的後端管理平台與開發套件。

101國科會專題研究計畫: 智慧生活空間中場域導向服務管理機制之建構與應用

主持人 2012.9 - 2013.7 (已結案)

近年來,隨著資通訊科技的快速發展,各式嵌入式計算與感測裝置微型化,促成普及計算(Pervasive Computing)願景得以實現,亦即將具備計算能力的裝置嵌入至各式日常生活的物品、傢俱與家電中,形成智慧生活空間(Smart Environments)。然而,目前大部份智慧生活空間系統仍以「系統即服務(the system is the application)」的方式進行研發,研究人員必須建構從基礎設施一直到最高層服務應用的所有細節;而較少在middleware 層級針對服務管理層面進行嚴謹、深入且有系統之研討,造成許多單獨開發的技術、成果或應用服務無法順利整合並落實至日常生活中。此外,智慧生活空間與一般系統最大的差別即為「場域(Ambient)」概念,也就是一個具有計算能力且有界限(Bounded)的場所(Place)。Ambient 具有複雜、相互包含且形成類似階層的結構,人位於每個Ambient 時,偏好及使用設備皆有所不同,未考慮Ambient 關係的服務模型,在組合跨Ambient 的服務時,通常無法達成最好的效果。本計畫擬探討的主要方向,即為針對此一智慧生活空間中最顯著的核心性質,也就是Ambient 概念,對服務管理的影響,並同時從實務及理論層面著眼,提出一個新的Ambient-Oriented 情境感知普及服務管理機制,並進行理論與實驗驗證,最後投射並實現於UPnP (Universal Plug and Play)智慧家庭網路之中,以驗證其可行性。

101教育部資訊軟體人才培育推廣計畫: 多人線上對奕系統之加值研發

協同主持人 2012.2 - 2013.1 (已結案)

本計畫定位於手機Casual Game類別遊戲軟體,它具有遊戲規則簡單、容易上手且不需花費太多時間就能享受遊戲的樂趣的特色。如象棋遊戲、桌上型遊戲、超級瑪利等都屬於這一類的遊戲都屬於Casual Game。這類型的遊戲內容部分屬於參與者彼此競爭然後取得勝利,因此都必須包含分散式通訊架構。開發時除了內容之外,尚須學習分散式通訊的原理與實作,並且顧及遊戲人數增加後的擴充性(Scalability)問題,每開發一個新的遊戲都必須重新考量並實作這類困難的問題。本計畫團隊過去幾年嘗試研發了許多手機上的Casual Game連線遊戲,也參與了去年開放原始碼比賽,因此在這方面累積了一定的經驗。我們發現,開發此類遊戲的基礎工作與機制可說是大同小異,它們的client及 server都是各自獨立建置,遊戲規則也不同,但它們的通訊模組、服務註冊機制、系統架構都相當類似。因此本計畫擬建置一快速建置手機Casual Game連線遊戲的通用伺服器及快速開發套件,並且以開放原始碼的方式釋出,以期幫助開發人員省去重覆處理底層技術議題的時間,專注於遊戲本身的設計。

Intel-台大創新研究中心

M2M-Based Context-Aware Home Energy Saving System

專任博士後研究員 2011.1 - 2012.1

近年來,居家綠色智慧節能技術逐漸受到重視。居家環境中的綠色智慧節能技術必須易於佈署,低成本,且不可干擾使用者生活。為了增強實用性,該技術也必須考量多使用者共同使用的生活環,在進行節能調控時,亦不應使得居住者感到不適。此計畫主要目標即為設計一個實用的居家綠色智慧系統,藉由同時考量環境資訊及採用可調適式使用者舒適度評估來進行節能。此外,我們也為此計畫設計了一系列高度整合且容易佈署的多維度感測器,以及一組節能推論決策引擎來得到最佳的節能調控。

活化術後老人身心功能之優質照護環境 - 智慧型照護環境分項 (國科會)

專任博士後研究員 2008.1 - 2011.10

本計畫將腹部術後之六十五歲以上住院老人列為主要照護對象,結合來自電機工程、資訊科技、醫療、護理與心理各領域之專家,針對日常生活、 認知及營養,提出相關的預防、偵測、介入和評量方法。其中智慧型照護分項主要目標為設計及製作病房專用無線感測器網路並藉由這些感測器協助照謢人員即時了解術後病人的社交、活動及復原狀況。

台大資工系 智慧型機器人與自動化實驗室 智慧家庭研究群

智慧生活科技區域整合中心計畫 (INSIGHT) (國科會)

博士級研究助理 2008.2–2012.1

負責工作: 本人為本計畫最早期參與成員之一,曾負責計畫書「智慧呵護科技」部份之寫作,並參與INSIGHT Living Lab之建置,為INSIGHT Living Lab整合平台之架構設計人。中心成立後,主要負責「智慧呵護科技」之研發、成果匯整及各項重大展示活動,在2008至2009期間為INSIGHT Tech Team成員。

資通訊科技的快速進展,不僅在總體的社會層面產生革命性的變革,將人類文明帶入資訊社會的新紀元,也在微觀的個人生活層面產生重大的衝擊。 如何應用資通訊科技降低少子化及高齡化社會變遷趨勢所帶來的衝擊、減輕全球環境變遷與能源短缺之壓力,已成為全球智慧生活科技研發與應用之重點。 有鑑於此,本中心以智慧住家為主題,提出「智慧生活科技人文議題」、「智慧呵護科技」、「居家醫療照護」、「能源與永續環境」及「無線感測網路」五大研發主軸,規劃未來五年的研發藍圖。 此五大研發主軸以「智慧生活空間科技」、「無線感測器網路技術前瞻研究」、「前瞻工程科技之未來產品概念設計」三個整合型計劃現階段之研發成果為基礎, 整合產、官、學、研、民間團體及國際合作夥伴等不同層次的研發單位,呈現與展演智慧生活科技於「家」的未來情境。 大部分成功的整合與創新企業經營實例,皆具有強大的核心研發能量,本中心亦以此想法為基礎,以堅強的核心研發能力配合外部創意與中心運作機制,共創智慧生活新貌。

網址: http://insight.ntu.edu.tw/

雲端服務整合軟體架構設計 (工研院資通所)

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博士級研究助理 2010.11 - 2011.6

負責工作: 本案由本人單獨執行完成,並至工研院資通所進行8次的技術移交Workshop。

傳統企業間整合(B2B) 大多基於Direct-Connection樣式實作。當軟體所佈署的服務愈來愈多時,此方式將造成系統管理與功能擴充時變得困難。針對這個問題,IBM提出了企業服務匯流排(Enterprise Service Bus, ESB)的概念。

ESB由要由一個基於訊息導向架構及共通標準整合異質服務的平台為核心,讓各式異質元件在不相依(loosely coupled)的前提下相互呼叫溝通。其所包含的功要主要為協調異質元件間的服務呼叫、整合異質元件間的訊息傳送及訊息流(Message Flow)的管理。

在2005年,Java社群完成了第一個ESB共通標準的制定,稱為「Java Business Integration (JBI)」,代號為JSR-208。基於JSR-208標準,近年來數個實現ESB的開放源碼專案陸續被啟動,並相續於2008年推出較為成熟穩定的版本。其中最被廣為採用者為Apache Service Mix。

本研究案以Apache ServiceMix為核心,設計一以JBI為基礎之雲端服務整合平台軟體架構,完成下列(開放源碼)技術之整合

  • Apache ServiceMix (ESB)
  • Apache ActiveMQ (JMS)
  • Apache Camel (Message Routing Engine)
  • Apache ODE (BPEL4WS)
  • Apache CXF (SOAP/Restful Web Services)
  • Apache Felix/Karaf (OSGi)

結合雲端運算之日常活動辨識與服務推論技術 (工研院資通所)

博士級研究助理 2010.1 –2010.12

負責工作: 本人在此計畫為團隊成員,主要參與計畫構想及計畫書寫作,並主導部份實作技術主軸。

本計畫主要結合雲端運算技術,發展ADL辨識與情境感知服務推論技術,該系統可利用家庭中的感測器對環境進行參數收集,並上傳至雲端,利用雲端快速的推論出ADL所需要的結果,再回饋至系統的ADL推論模型進行加強,主要包含下列項目:

  • 透過智慧家庭中的WSN進行sensor data蒐集。
  • 根據sensor data進行ADL recognition,可以取得使用者活動並瞭解使用者需求。
  • 依據使用者背景資訊進行服務挑選,提供適時、有效之服務。
  • 人性化遠距居家照護平台為應用範例。

本計畫之原型在雲端部份以Hadoop與H-based架設Cluster,並以MapReduce框架及Apache Mahout進行資料分析。

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以GLIF技術為基礎的智慧型居家健康照護管理平台 (工研院資通所)

博士級研究助理 2009.1 –2009.12

負責工作: 本人在此計畫為團隊領導人,主導並監控所有計畫執行,計畫書、期中末報告撰寫,負責所有專案相關會議之口頭報告。GLIF Engine與Compiler部份為本人獨立開發。

fy98.jpg 近年來,我國經濟發展迅速,生活與教育水準提昇,醫療保健普及,但老年人口也急遽增加,根據統計,我國在2020年老年人口將高達14%,人口老化速率僅次於日本,為全球第二。上述情況將對於政府的全民健保及照護老年人的子女生活造成極大負擔。我們預期將來Smart home與Telecare相關應用與服務也將蓬勃發展,從生活起居、健康關懷到居家安全,發展整合式居家照護服務網絡,將是未來相當受期待之技術領域。

目前大部份商品化的居家照護服務應用侷限於生理資訊的量測及上傳,實質上只能間接達成「照護服務」的功能。為建立更優質的居家健康照護環境,本研究計畫擬將GLIF(GuideLine Interchange Format) 醫療照護指引標準應用於居家健康照護環境,著眼於將專業照護人員的知識與居家環境感測器、裝置及網路的整合,研發Home-care Guideline Execution Engine(H-GLEE)技術,並以此Engine為核心,建置「智慧型居家健康照護管理平台」,在此平台上可發展與佈署各式居家照護服務之元件及場景(Scenario),藉以對於H-GLEE的功能進行驗證及改善。

結合無線感測網路與Web Services前瞻技術之研究 (中華電信研究所)

博士級研究助理 2008.3–2009.2

負責工作: 本人在此計畫為團隊領導人,主導並監控所有計畫執行,負責所有專案相關會議之口頭報告。並研發SWE (OGC Sensor Web Enablement) protocol stack adapter,將感測器資料轉換為符合OGC Sensor Web Enablement O&M之格式。

本委託研究案的主要目的為基於OGC Sensor Web Enablement (SWE) Web 服務架構提供未來智慧型家庭一個無線感測網路應用平台, 並透過Web 軟體介面提供無線感應網路系統在管理、控制、資料存取等功能。本研究案將著重於透過SWE將智慧型家庭中的無線感測網路所得的資訊與外界 進行分享及整合,並提供數個示範的應用情境。經由本計畫所發展的技術,電信業者可將服務範圍更進一步延伸到使用者的居家生活, 藉由原本具有的電信及網路平台整合優勢,提供消費者更多居家生活服務。

Smart, Sustainable, and Human-centric Home, Sub-project 1: The Attentive Home (國科會跨領域整合型研究計畫)

博士級研究助理 2006.8–2009.7

負責工作: 本人在2007.7年之後為團隊領導人,主導並監控所有跨領域研究活動,負責所有專案相關會議之口頭報告。

「房屋」做為個人與家庭的居所,所能提供的意義不僅僅在於遮風避雨之物理性功能,更重要的,是滿足被庇護的心理需求與舒適感。 儘管目前的科技已經能夠提供相當便利多樣的功能,但其對於人性的支援還不夠。建立「智慧呵護屋」的目的,即在於在「家」這個環境中, 提供預先、主動式的電腦科技,以滿足人類生理、情緒與思考的需求,達到最大的「舒適感」。

其它研究專案

期間 專案名稱 委託單位 描述
2008.4–2008.12 智慧型居家照護決策平台 工研院醫材中心 Team leader, Team leader; supervise overall project execution; implement demonstrations
2006.10–2006.12 短期學界委託: 可攜式UPnP AV 智慧型家庭多媒體播放系統 工研院南分院家網中心 Individual work; implement a OSGi-based UPnP AV stack and library. Project website: http://www.attentivehome.org/itri-upnpav/
2005.5–2005.12 創新資訊應用研究計畫 - 服務鏈整合情境驗證計畫 資策會 Write part of proposal and part of progress reports; present in the regular meeting; implement part of prototype system
2004.4–2008.3 多媒體生活環境的數位內容科學-分項三-以人為核心的互動式媒體 卓越計畫 Write part of proposal and part of progress reports
 
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