計畫主持人：張正尚 教授
2005年美國國家學院科學研究委員會(National Research Council of the National Academies in the U.S.)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？同時，我們將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。
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。它必須得知道流量的需求才能進行布可夫馮紐曼分解。如同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成了一個自然的問題。再一次，我們很幸運地提出了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想法。這個想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 INFOCOMs（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成了一個重要的研究課題。目前fat-tree網路（以及其許多變型）廣泛應用在建構資料中心的互連網路。
正如其名字所示，fat-tree網路是由樹建構而成，其中樹中的每個節點都是一個交換機而每個葉子即是一個輸入/輸出埠。為了可以容納匯流到樹的流量，從樹基層到根的連線頻寬必須要快速的增加。特別的是，如果一個有N個輸入/輸出埠fat-tree網路被要求無阻斷，意即fat-tree網路可以實現全部N!排列，則從樹基層到根的連線頻寬必須呈指數增加。此外，每個節點必須由具備大量輸入/輸出連結的無阻斷交換機所構成。當輸入/輸出埠個數N很大時（在大型資料中心是相當典型的特性），在設計靠近根的交換機時，會造成一個嚴重的擴充性問題。
為了處理這個擴充性的問題，我們建議在fat-tree網路中使用我們的負載平衡布可夫馮紐曼交換機（見YouTube影像http://www.youtube.com/watch?v=GJTE-wS 3HKk或是在YouTube搜索關鍵字「Prototype for Load-balanced Birkhoff-von Neumann Switch」）。目前仍存在數個技術上的困難有待解決：
目前依據位元逆轉排列，我們有一些初步的成果。但是我們仍需要更全面的研究。
由於分波多工（WDM）技術的研究已經日益成熟，單一光纖即可承載數十terabit/sec的資料，如此成果使得頻寬需求的瓶頸大幅獲得緩解。然而，在各樣並行的光通訊系統中，光學傳輸方式僅存在於骨幹光纖之中，彼此間的封包交換依舊高度仰賴高速電子電路來處理所有欲進行訊號交換的封包。因此，當封包在進入交換機進行緩衝與交換之前，光訊號必須事先轉換為電訊號的格式。並且，交換過後的電訊號還需要額外的電光轉換（E/O conversion）過程，方可重新回到光纖網路之中。基於電路的頻寬限制與網路協定的相容性等因素，對於交換系統的升級，需要非常複雜的規劃，因而限制了電子式交換機的升級擴充的潛力。發展全光式光交換系統是提昇光通訊網路性能的一個關鍵性目標。在目前的全光交換系統之中，最受注目的乃是光封包交換（optical packet switch, OPS）架構。其所運用的波長路由結構利用波長轉換器（wavelength converter），根據傳輸控制與波長選擇路由器之規劃，將輸入光封包轉換到適當的波長，並將轉換過後的光封包導向相對應的光學緩衝。其中該光學緩衝可以由光纖延遲路徑（fiber delay line, FDL）或是慢速光元件（slow light device）所構成，藉以得到的適當的緩衝時間。在此，有數項技術上的困難尚待解決：
基於過去的研究基礎，我們已經預先提出一些具備著個別解決上述問題潛力之架構。但是，相關研究細節依然需要更為透徹地開發，並且發展更具整合性的解決方案。
由於多元化的寬頻服務，如融合影音、電話、網際網路的triple play數位服務網路，網路中的資料速率正迅速地攀升以滿足各種高品質影音訊號的頻寬需求。基於傳送端與接收端架設簡易的原因，傳統採用強度調變－直接偵測（intensity modulation-direct detection, IM-DD）架構的光通訊網路是使用OOK的訊號格式。然而，在光纖裡的一些劣化訊號品質的因素，如色調色散（chromatic dispersion, CD）、偏振態色散（polarization-mode dispersion, PMD）以及光纖非線性效應等影響之下，如此的調變方式存在著弱點。更甚者，如果欲將升級系統，對於所使用的雷射光源的品質有著更高的要求，譬如需要使用較窄線寬（laser linewidth）的雷射，伴隨而來的是更高昂的建置成本。正交分頻多工是一種使用多重次載波（multiple subcarrier）來傳輸數位訊號的技術，這樣的技術已經廣泛運用在無線通訊與有線ADSL或CATV系統之中。藉由將高速訊號通道分為許多低速次載波通道的方式，正交分頻多工能大幅降低因光纖色散、偏振態色散與非線性所引起的符碼間干擾（inter-symbol interference, ISI）。同時，搭配現代類比與數位層面上的數位訊號處理技術，與使用單一載波的數位訊號相較，正交分頻多工能在不借助於複雜的光調變/解調元件之情況下，更簡單地使用高頻譜效益的訊號，如M-ary PAM（pulse amplitude modulation）與QAM等。如此一來，不但可以提高頻譜效益，亦能以較低頻的電子元件產生高位元率的通訊訊號。同時，也可以在等化器電路（equalizer circuit）與前向錯誤更正碼解碼器（FEC decoder）等後端處理電子元件中，更有效率地應付訊號傳輸所帶來的劣化效應，如此便能充分地降低對高品質光訊號元件的需求以及光纖網絡的建制與營運成本。
光學正交分頻多工（optical OFDM）在光纖通訊系統上的研究大約開始於西元2006年，並且是目前光通訊領域非常活絡的研究主題之一。多數有關正交分頻多工的研究皆專注於長程或是強調與無線通訊訊號格式結合的光纖傳輸無線電頻訊號系統（radio over fiber, RoF）之上。為能配合下一代高效率整合型光接取網路（integrated optical access networks）的需求，本子計畫的主題在於發展具成本效益的正交分頻多工之傳送端與接收端。我們將發展高頻譜效益的正交分頻多工傳送端架構，特別強調最佳化正交分頻多工調變訊號格式以獲得最好的通訊品質。我們也會研發各樣正交分頻多工接收端架構，以期強化接收的靈敏度，藉以緩解傳輸過程中所需的功率消耗。更進一步，配合本子計畫中光交換系統的發展，我們期許能開發更具資料調變訊號格式透明度的光交換技術，以應付下一代光通訊網路系統的需求。在過去的兩年中，我們已經在頗負盛名的期刊與會議中發表數篇光學正交分頻多工的論文。以這些成果為基石，我們將更進一步地發展在光訊號網路中正交分頻多工的技術與應用。