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數學之美

伽利略號
伽利略號計畫耗資15億美元,具備核動力裝置,1995年12月飛抵木星,成為首枚圍繞木星飛行,再深入木星大氣層的人造衛星,並在2003年撞向木星,並結束了八年探測工作。

電腦J手記

上周,科學園遇到了前中信國際電訊CPC行政總裁何偉中Stephen Ho,Stephen從事電訊業多年,對電訊發展如數家珍,他領導下中信國際電訊CPC數次轉型,對於技術走勢,目光如炬。

最近Stephen加入科學園的初創「安眺科技」(n-hop technologies)。n-hop是中大信息工程學講座教授楊偉豪成立的一家初創,發展一種名為BATS的網絡編碼(Network Coding)技術。

Stephen提到BATS的應用,可解決無線多跳(Multi-hop)網絡的中繼節點過多,丢包率高的問題,正應用在香港智能燈柱。Stephen說,無線的多跳,只其中一種應用。

BATS
BATS的應用,可解決無線多跳(Multi-hop)網絡的中繼節點過多,丢包率高的問題,正應用在香港智能燈柱。

5G利用更寬廣頻譜,包括高頻的毫米波(mmWave),基站非常稠密,如果基站全部用上光纖作回傳(Backhaul),成本非常昂貴,3GPP提出了Integrated access and backhaul, IAB「整合存取與流動網絡回傳」,就是讓小基站重複使用頻譜,讓設計更加有彈性,基站之間既互相傳送數據,也互相提供回傳。IAB正是一種多跳、多鏈路的網絡設計,以往機制並不適合,反而網絡編碼,可大派用場。

安眺科技正在所謂Stealth mode,正所謂默默耕耘。不過理論上,網絡編碼可解決數據包的丢失,也可應用雜訊和干擾高的傳輸環境,例如是海底聲納傳送。另外某程度上縮短了延遲,可用於衛星通訊之類。 

網絡編碼完全是一種算法,傳輸並不傳送數據的本身,而是轉換數據為算式,透過數學方式再還原數據,減少傳送訊息量,經多鏈路傳送重組,失真率低,也更加安全,適合衛星通訊,甚至以星鏈組成的衛星互聯網。

何偉中
安眺科技行政總裁何偉中:無線的多跳,只是BATS其中一種應用。安眺科技將發展成為一家研究算法的科技企業,解決數據傳送的各種挑戰。

說起衛星,一次,筆者與楊偉豪教授飯聚,楊教授是網絡編碼共同始創人,剛獲信息論領域最高榮譽IEEE香農獎(Claude E. Shannon Award)。提起90年代初,獲美國太空總署邀請,拯救發生故障的伽利略號(Galileo)太空船的故事。

1989年10月,美國太空總署發射伽利略號往木星探測,結果一波三折。原因是1986年1月,穿梭機《挑戰者號》發生爆炸慘劇,美國暫停升空,檢討安全準標。結果伽利略號升空延誤了3年,才以低功率火箭運載。伽利略號等待升空的三年,被多次改造,運送和儲藏,結果升空後,出現了諸多故障。

伽利略號的高增益天線外型像一把雨傘,升空後不能打開,高增益天線又是聯絡地球的主要工具,本來每數分鐘就向地球發回一張照片。故障發生後,變成了數週一張;當時伽利略號離開地球一億六千萬英里,雖然仍有一條小天線發射訊息,但太空探射器微處理器過於陳舊,原因是安裝太空探射器微處理器,必須經過輻射和其他測試,已是數代前產品,速度慢之餘,連浮點運算都沒有,沒圖像壓縮能力。

1990年代初,負責製造衛星的美國太空總署噴射推進實驗室,找到楊教授論文,邀請楊教授的團隊拯救發生故障的伽利略號太空船,團隊設計25位的同步標記,遠程更新太空船上微處理器,為圖像進行壓縮,將太空探測拍攝圖像傳送回地球時間,從數周縮短至數小時。

數學之美,在向壁虛構,卻妙用無窮。

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