未來世界不可或缺的無線感測網路技術

普及運算（Ubiquitous Computing）為近幾年急速竄起的一個新興議題，從日本的「U-Japan」計畫、韓國的「U-Korea」計畫到台灣的「U-Taiwan」推動，國際大廠如Philips、NEC、Honeywell、Samsung等，也積極投入研發與應用，而無線感測網路（Wireless Sensor Network；WSN）即為實現普及網路社會的一項重要技術。

無線感測網路主要運用大量感知器部署以達到資料收集分析與即時監測即時反應的運作，可應用於安全監控、物流追蹤、居家照護、人員定位與國土安全等領域。為了符合大量佈建的需求，無線感測網路必須具備低成本、低耗電、小體積、容易佈建與可程式化、可動態組成等特性。

無線感測網路應用

以目前的市場趨勢來看，無線感測網路大多使用於工業環境自動化、家庭自動化與商業大樓自動化等工業控制應用。對於無線感測網路而言，目前最大的問題在於不管是感知器本身或是網路通訊本身皆無標準存在，因此各家廠商只能以自身的方式來定義產品與應用解決方案，在互通性上非常不利，無形之中也妨礙了無線感測網路技術的推廣與發展。所幸802.15.4/ZigBee技術的出現改善了這個情勢，802.15.4/ZigBee本身為一種短距離無線傳輸通訊協定，而其低成本、低功率、低耗電的特性正適合無線感測網路需要大量部署的需求，在安全方面，ZigBee在標準規範中定義以128bits AES加密演算法作為其安全機制，對於一般性的應用而言，ZigBee可提供使用者最安全的傳輸環境。

(圖一)為ZigBee Alliance所提出的ZigBee應用範疇，主要是以建築物自動化、個人健康照護、工業控制、家電控制為主要應用；另外ZigBee亦可取代傳統的有線傳輸方式，無線傳輸的優點在於使用者不需考慮線路佈建帶來的不便，同時提供更多的彈性，如紅外線無線鍵盤未來即可以ZigBee來取代，紅外線在使用上不僅有方向性的問題，而且一個接收器只能使用一個裝置，ZigBee訊號不具方向性的問題，每一個設備皆有一個硬體編號，加上ZigBee優異的網路連結能力，使得一個接收器可同時使用多個設備，不僅提供了使用上的便利性與彈性，同時也可因此而降低成本提昇使用上的意願。

《圖一　ZigBee應用範疇》

有些研發機構已經進行相關技術開發，例如資策會網路多媒體研究所採用以ZigBee無線傳輸技術為主開發無線感測網路環境，發展至今已近兩年，除自行開發硬體平台設備外，也進行各種應用推廣，同時結合國內外晶片大廠與模組業者一同合作，期望能藉由應用整合與硬體廠商合作，帶動ZigBee相關產業快速起飛，並提昇國內廠商於全球性市場中的競爭力。

由於ZigBee本身並不適合大量的資料傳輸，再加上傳輸距離不長，因此在許多應用上都必須搭配其他技術才能發展完整的解決方案，例如：在大量資料傳輸時可透過WiFi、WiMAX或其他技術，若需要長距離傳輸時則可搭配GSM、GPRS、3G、WiMAX或其他方式，如此一來，整個應用所提供的功能將更為完善，並且顧及到各階層的需要。不可否認的，在晶片設計方面國外業者的技術層次的確比我國進步且時程也較快，但就應用面而言，全球皆處於剛起步的階段，因此如果國內業者想在無線感測網路領域上取得一席之地，不妨試著從應用面切入，當市場的需求量被激發出來之後，就可更進一步的回頭去影響標準的制訂與新晶片的功能開發設計。對於國內業者來說無線感測網路技術或許是台灣可以在全球應用市場中取得領先地位的好機會。

智慧化居住空間解決方案

普及運算概念可說是智慧化空間或環境的實現，目前世界各資通大國或大廠莫不以普及運算概念來擘畫未來IT產業的發展藍圖，並依其既有擅長的優勢各自闡述此概念及擬定發展策略。智慧化居住空間主要以探索居家生活者與社會居住生活空間與環境安全的需求價值、跨領域科技整合及應用研究為主，其構想為從使用者的需求洞察出發，探索人們對於未來生活居住空間的憧憬及理想，構思能讓科技與感性層面結合，在居住空間與環境安全裡為人帶來價值的創新產品概念，透過創新應用情境及示範系統的建置展現創意概念，規劃與研擬具有高產業影響力的智慧居住空間應用情境，並整合多元化環境感知與無線感測網路先進技術，建置具有高附加價值的智慧化居住空間應用雛型。

《圖二　智慧化居住空間範疇》

(圖二)為智慧化居住空間範疇與概念，主要將應用發展方向分為三個領域：智慧居家生活、智能大樓與智慧公眾服務。智慧居家生活主要為開發家庭、社區中的各式服務平台。隨著科技進步，對於家庭社區來說網路已成標準配備之一，而如何應用網路來對生活品質與生活機能有所助益，成為主要思考的課題，運用無線感測網路技術，可提供社區人員/車輛進出入管理、危險區域接近警告、社區內緊急求救等功能，經由這些應用的實現，未來在社區中生活將更為安全與便利。

對智能大樓來說，所謂的「智慧」，應植基於提供足夠的「智慧化設施及服務」以吸引承租戶選擇使用，並迅速幫助其遷入、使用、本業經營甚至遷出，乃至於增加本身各項物業資產使用率及其管理作業的效率、靈活度及準確度，進而提昇整體物業的使用價值而加速其達成投資損益平衡及獲利。因此，良好的通信及資訊架構加上迅速精準的管理自然提昇了此物業的ROI（Return on Investment）。

大致說來，對智慧型建築物而言，應涵蓋以下主要四類「智慧」範圍：工作區域的自動化管理、節約能源與環境控制、安全系統與通訊網路系統。在規劃上，必須著重透過使用者需求的收集與分析，除此之外，還可以同時結合無線感測網路與802.15.4/ZigBee網路的特定，透過各式感知器進行環境參數收集，根據不同環境參數的數據搭配進行辦公室設備自動控制。另外對於辦公室中高單價的物品，亦可利用定位系統來追蹤物品目前位置，除了可以搜尋遺失物品外，更可防止物品失竊。

國立自然科學博物館可說是全球第一個布建結合ZigBee、WiFi與PDA等技術與設備的定位導覽系統，定位精準度已可達91％～99％，定位範圍可達3～5公尺，這樣的效果已可滿足大部分的應用需求。

結語

無線感測網路技術運用低成本、低耗電的優勢，將各種感知器網網相連，串連成一個感測網路，透過該網路可以實現各種過去所做不到的生活應用，如家庭保全、環境監測、家庭/大樓自動化、定位應用等。智慧化居住空間在這一兩年成為一個重要議題，除了政策上的支持外，根據世界衛生組織WHO提出的四大生活指標－安全、保健、便利、舒適中，安全更是列為首位，因此如何針對不同領域、不同需求提供不同的解決方案，同時利用無線感測網路技術將感知化為無形，讓使用者在不知不覺中融入整個環境感測世界中，將成為智慧化居住空間發展成功的關鍵因素。（作者任職覦資策會網路多媒體研究所 先進環境感測中心；本文由技術尖兵提供）

延 伸 閱 讀

由於近來微型製造的技術、通訊技術及嵌入式處理技術的迅速提升，促使微小的電子裝置可以內嵌精密感測、計算及通訊等多樣化功能。此類感測器不但能偵測及感應環境的變化，更能分析所蒐集到的資訊，且透過無線通訊的功能將資料傳回至後端的PC終端機。相關介紹請見「無線感測網路之通訊協定與應用前景」一文。 短距離無線通訊技術的突破，促使無線感測網路技術蓬勃發展，在各種環境感知應用上備受重視。目前基於IEEE 802.15.4標準的技術平台紛紛出爐，並逐漸向各種不同應用領域伸出觸角。你可在「無線感測網路百家爭鳴 傳輸品質與分工架構成發展關鍵」一文中得到進一步的介紹。 無線感測網路起源於軍事偵察的智慧塵計畫，它可透過大量感測器蒐集環境參數，回傳給後端人員作分析研究。將無所不在網路架構的理想，融合無線感測網路後，將使網路具備感測環境的功能與可動態自我組織的能力。在「智慧灰塵遍地灑落 無線感測網路未來應用無限」一文為你做了相關的評析。

市場動態

政府積極推動RFID（無線頻譜身份識別）及無線感測網路（Wireless Sensor Network；WSN）建設。繼推動RFID技術之後，政府將著墨在無線感測網路建設，因為無線感測網路可以監測四面八方感應到的資料，其與RFID結合後，可進一步確保資料的完整性。相關介紹請見「政府推動RFID及無線感測網路建置計畫」一文。 資策會網路多媒體研究所舉行「綠色環保，舒適生活─無線感測技術應用研討會」，邀請國內專家與大廠，共同研討在無線感測網路應用上如何結合省電節能、綠色環保等議題，會中專家描述ZigBee無線技術在不久的未來帶來綠色環保新革命，包括家庭節省開銷、企業精簡成本等價值。你可在「資策會推動ZigBee無線感測網路應用」一文中得到進一步的介紹。 喬鼎資訊（PROMISE Technology）與泰安電腦（Tyan）宣佈一項合作計劃。泰安支援AMD64處理器的主機板將整合喬鼎2埠SATA及單通道 PATA RAID 0/1/0+1的PDC20378 控制晶片。在「無線感測網路明年才會發功　將先從住宅應用開始」一文為你做了相關的評析。