WSN或構(gòu)建成一種自動搜集、計(jì)算、傳遞信息的感測網(wǎng)絡(luò)

　　最早起源于美軍單位、用來做軍事偵防與情資搜集應(yīng)用的「無線傳感器網(wǎng)絡(luò)」(WSN)，隨著近幾十年來ICT資通訊產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，其應(yīng)用已遍及政府、醫(yī)療、學(xué)校、農(nóng)地、工廠、商場…等產(chǎn)官學(xué)領(lǐng)域，包括環(huán)境與氣候監(jiān)測、公共設(shè)施維護(hù)、交通運(yùn)輸、大型倉儲、果園蟲害防治等領(lǐng)域。透過布設(shè)各種傳感器，所形成的一種可以自動搜集、計(jì)算、傳遞信息的感測網(wǎng)絡(luò)，成為近年來發(fā)展趨勢。

　無線傳感器技術(shù)與日俱進(jìn) 建構(gòu)無所不在的感測網(wǎng)絡(luò)

感應(yīng)器的進(jìn)程，可從最早的傳感器(Sensor)、無線傳感器(Wireless Sensor)，到近年興起的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks;WSN)。其應(yīng)用可以追溯到美軍在越戰(zhàn)時(shí)期所采用的技術(shù)，由于越南的茂林加多雨的地理環(huán)境，削減了衛(wèi)星與偵查機(jī)的情資搜集效果，因此美軍在地面部署了音響傳感器(偵察裝甲車與部隊(duì)所造成的地面震動)，透過運(yùn)輸機(jī)將空投式振動感測裝置投到戰(zhàn)區(qū)，以期建立電子屏障，來切斷越軍的補(bǔ)給。

WSN在各種場所的應(yīng)用說明

自21世紀(jì)以來，傳感器技術(shù)拜集成電路(IC)、無線通訊與微機(jī)電(MEMS)等技術(shù)的加持，讓感測網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)(Sensor Node)與布設(shè)成本都能獲得有效的縮減，功能也越來越強(qiáng)，由眾多無線傳感器(Wireless Sensor)所建構(gòu)出來的WSN，不僅涵蓋了大面積的資料搜集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、自主運(yùn)算、自主傳輸?shù)痊F(xiàn)代化技術(shù)，其應(yīng)用上也日漸蓬勃發(fā)展。

WSN具有極其廣泛的應(yīng)用，除了前述的軍事應(yīng)用之外，還可以用來做環(huán)境監(jiān)測(如天氣、光線、污染等變化)、工程安全(如橋梁、建筑結(jié)構(gòu)檢測)、都市交通監(jiān)測，以及各種工作與娛樂場所的防范監(jiān)控等等。

以軍事應(yīng)用來說，感測節(jié)點(diǎn)可從光線、熱量、溫度、濕度、壓力、磁力、電場、機(jī)械、化學(xué)等多種方式，來偵測并判斷戰(zhàn)場上的各種車輛、武裝人員和非武裝人員，以及環(huán)境的變化。透過在某特定的場所內(nèi)布下的無線感測裝置，以便無時(shí)不刻掌握最新狀況。當(dāng)體積越來越小，加州大學(xué)柏克萊分校曾經(jīng)提出的“智能塵?！?Smart Dust)的概念得以實(shí)現(xiàn)，

WSN隸屬于IoT應(yīng)用范圍的一環(huán)

有監(jiān)于近年來智能型裝置的流行，開啟了IoT(Internet of Things, 物聯(lián)網(wǎng))的全新應(yīng)用。IoT包含了應(yīng)用層、云端服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層及裝置層等四個層級。而WSN在IoT的架構(gòu)中，同時(shí)可于網(wǎng)絡(luò)層及裝置層，隸屬IoT的一環(huán)。而在如今流行的Cloud(云端)時(shí)代下，也有人把WSN稱作Sensor Cloud (感知云)。

由于WSN行之有年，采用大量微型、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)，以偵測各種類比與數(shù)碼訊號，采用IEEE 802.15.4及各種嵌入式裝置的通訊協(xié)定為基準(zhǔn)(如ZigBee、6LoWPAN及WirelessHART等)，無論是走星狀、樹狀，還是網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)拓樸連接方式，信息仍須傳達(dá)出去;而WSN與IoT的連接上，可透過各種閘道器，將信息轉(zhuǎn)換成互聯(lián)網(wǎng)(如TCP/IP)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行訊息的傳遞，達(dá)到自動化或提示等目標(biāo)，以利于各行各業(yè)的應(yīng)用。

于2011年成立的臺灣物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(TIOTA)，主要結(jié)合產(chǎn)學(xué)研等單位，共同推動集成國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)資源，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和生產(chǎn)效率能源利用效率的提高，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)與政府、國際間合作，并推動WSN的各項(xiàng)應(yīng)用。

WSN在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用

WSN應(yīng)用廣泛，以IWSN(工業(yè)/產(chǎn)業(yè)無線感測網(wǎng)絡(luò))為例，透過在工廠安置各式傳感器，幫助工廠省下照明、空調(diào)、工業(yè)用水等費(fèi)用，亦能幫助制造業(yè)在產(chǎn)線的偵測與控制，進(jìn)而讓制程自動化，達(dá)到智能工廠目標(biāo)。

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用部份，可在農(nóng)地或果園安裝WSN，透過紅外線與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)募夹g(shù)，以偵測出害蟲的數(shù)量，并實(shí)時(shí)通報(bào)給農(nóng)夫或果農(nóng)，以利第一時(shí)間將害蟲消滅。此外，WSN能夠長時(shí)間記錄數(shù)據(jù)下來，搭配氣象局的天氣預(yù)報(bào)，便可預(yù)測未來的害蟲侵襲概況，讓農(nóng)民提早防范，達(dá)到智能農(nóng)地的目標(biāo)。

而在大自然生態(tài)的應(yīng)用上，透過WSN的環(huán)境感知網(wǎng)絡(luò)，可偵測動物或植物的生態(tài)，了解生物的生長狀況，進(jìn)而促進(jìn)環(huán)境保育。而河川監(jiān)測系統(tǒng)上，也可采用WSN的水位與水質(zhì)偵測網(wǎng)絡(luò)，以利于實(shí)時(shí)反應(yīng)水位資料與水質(zhì)變化，除可了解淹水原因，亦可偵測使否被污染，進(jìn)而達(dá)到河川整治的目的。

WSN在日常生活上的應(yīng)用

WSN在日常生活上，可運(yùn)用WSN的環(huán)境感知平臺，在環(huán)境質(zhì)量與節(jié)能控制上做出判斷，象是透過傳感器來搜集環(huán)境指標(biāo)與變量(如溫度、濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)力等等)，進(jìn)而計(jì)算出室內(nèi)的舒適生活指標(biāo)，搭配中央控制系統(tǒng)，來控制如窗戶的開口大小、窗簾開閉，以及室內(nèi)照明的明暗，甚至空調(diào)溫度等等，不僅可讓室內(nèi)環(huán)境更加舒適，同時(shí)減少能源的消耗，達(dá)到智能建筑的目的。

此外，在居家保全方面，可透過WSN在室內(nèi)與室外的重要地點(diǎn)，布設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，搭配社區(qū)管理中心之監(jiān)控與巡防服務(wù)，達(dá)成智能保全的目的;至于醫(yī)療部份，亦可應(yīng)用在遠(yuǎn)距醫(yī)護(hù)服務(wù)，將各式醫(yī)療儀器微型化，可穿戴于人體身上，并透過網(wǎng)絡(luò)傳輸，隨時(shí)掌握健康狀況，如遇緊急情況，亦可實(shí)時(shí)緊急救援，達(dá)到智能醫(yī)療的目的。

智能型傳感器之市場趨勢

WSN所采用的智能傳感器，可依照布建與偵測的環(huán)境所需，來配置各種傳感器的等級。有些地方如郊外，或電線難以到達(dá)之處，加上必須長時(shí)間觀察，這類面積廣大的環(huán)境下，傳感器必須內(nèi)建電池，在運(yùn)算能力采低功耗為主。至于都市與建筑等工廠或居家，則可配置電線，搭配運(yùn)算能力較佳的傳感器。

據(jù)Markets and Markets調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球智能型感測市場，到2020年底，將高達(dá)104.6億美元，并以36.25%的CAGR(復(fù)合年均增長率)成長。其中以工業(yè)無線感測網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域、應(yīng)用于制造與制程自動化控制市場中，2011年至2017年將從16.1億美元增長至37.95億美元，并以15.58%的CAGR成長。

在通訊技術(shù)部份，主要是WirelessHART、ISA100.11a、6loWPAN，以及部份是獨(dú)家技術(shù)(如DigiMesh)，另外，也有802.11技術(shù)(WiFi)、802.15家族技術(shù)(ZigBee、Bluetooth)，以及行動通信技術(shù)(GSM、GPRS、CDMA)等等。其中WirelessHART在IWSN領(lǐng)域，幾乎有70%應(yīng)用在制程控制自動化應(yīng)用上。[!--empirenews.page--]

至于ZigBee，則在固定式WSN應(yīng)用市場(如家庭控制)上擁有優(yōu)勢。目前許多廠商推行以ZigBee通訊協(xié)定為主的無線感測產(chǎn)品，以低耗能、低成本、小體積的優(yōu)勢，成為市場的主流規(guī)格之一。

WSN應(yīng)用的未來發(fā)展

WSN主要應(yīng)用于信息的搜集、計(jì)算、傳遞等，在能耗上雖能「節(jié)流」，但亦有廠商提出「開源」的做法，讓W(xué)SN也利用環(huán)境的變化，達(dá)到能源采集(Energy Harvesting)的目的。

目前的WSN產(chǎn)品，其電力供應(yīng)單元，采用的不外乎是鋰電池、水銀電池等電源。而新一代的WSN更結(jié)合了“能量采集”和“電源管理”的功能，透過太陽能發(fā)電、壓電開關(guān)(Piezo Switch)、熱電產(chǎn)生器(TEG)、熱電堆(Thermopile)，或者借助環(huán)境所帶來的各種外力(如磁力、沖擊力、無線電波)等，達(dá)到同時(shí)搜集資料與能源的雙重目的。這種設(shè)計(jì)可以延長WSN的電池的一次使用壽命，進(jìn)而達(dá)到自主供電的終極目標(biāo)。

以太陽能發(fā)電設(shè)計(jì)的無線感測產(chǎn)品，就適合布設(shè)在腹地廣大、且人所不能及的場所(例如高樓、高架橋梁、路燈等場地)，只要晴天就能透過環(huán)保發(fā)電，自主喚醒、搜集、傳遞各種感測資料。

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