全球感測器網路的概念最初是在 1997 年由美國航空及太空總署(National Aeronautics and Space Administration; NASA)的噴射實驗室(Jet Propulsion Laboratory;
JPL)所提出，其想法為連結大量在空間中散佈的感測器以獲取環境資訊，這些感測 除了無線電波及無線網際網路(Wi-Fi)，低功耗的新一代藍芽(Bluetooth Low Energy) 及 Zigbee 通訊協定的推出讓感測器散佈的範圍更廣以及感測資料的回傳可以更加
Liang and Huang, 2013)。
但由於感測器種類繁多，以及各個硬體開發商有各自訂定的通訊及資料編碼方
黃智遠：全球感測網之發展現況與未來議題探討
服務取得並且理解這些資料。因此，現今全球感測網的發展重點主要為訂定及推廣 開放式的感測網標準。由於感測網涵蓋多個層面，從感測器硬體通訊到網路服務協 定，感測網的實踐可選擇追循不同的標準，例如區域性通訊媒介的 Zigbee、Bluetooth、
Wifi、CoAP、6LoWPAN，一般性資料分享服務(如 OASIS Open Data Protocol)，感 測資料語意加值標準(如 W3C Semantic Sensor Networks)，或是不同領域各自開發的 標準(如 CUAHSI WaterOneFlow、Metadata for Climate Models、WMO FM 系列)。但 此些不同目的的標準由不同組織所制定，且未有完整的作業流程。反之，近年來以 開放式地理空間聯盟(Open Geospatial Consortium, OGC) 訂定的一組稱作感測器網 路賦能(Sensor Web Enablement, SWE)的標準所涵蓋的層面及架構最為完整。
(一) OGC Sensor Web Enablement
開放式地理空間聯盟為一個非營利的國際組織，由政府機構、學術團體、及公 司組成，其主要的目的為制定開放式地理資訊標準。OGC 從 1994 年成立後，陸續 制定開放式標準，包含 GML (Geography Markup Language)、KML (Keyhole Markup Language)、WMS (Web Map Service)、WFS (Web Feature Service)等常用的標準。在 OGC 制定的標準中，SWE 為一組針對全球感測器網路開發的開放式標準。
SWE 標準包含感測器資料模型(data model)、資料編碼(data encoding)、和不同 用途的網路服務協定(web service protocol)。 整體而言，SWE 標準至今已有兩個版 本，自 2006 年開始，第一版的各項 SWE 標準陸續提出，而第二版的 SWE 標準約 在 2010 年開始進行(Bröring et al., 2011a)。其中，SWE 標準主要可分為兩類：(1)資 訊模型與架構(information model and schema)、及(2)網路服務協定。SWE 現今常被 提及的各個標準所屬類別及其簡介如下列所示：
1. 資訊模型與架構
(1) SWE Common：制定 SWE 標準共同的資料格式。
(2) SensorML (Sensor Model Language)：定義感測器的詮釋資料，包含感測器的 屬性及其產生資料的精確度。
(3) O&M (Observation and Measurement)：訂定感測資料的概念模型(conceptual model)及其 XML 格式。
2. 網路服務協定
(1) SOS (Sensor Observation Service)：制定網路服務讓使用者存取感測器的詮釋 資料及其產生的時空資料。
(2) SPS (Sensor Planning Service)：定義標準網路協定供使用者指派及管理感測器 任務。
(3) WNS (Web Notification Service)：訂定長時間不同步(asynchronous)通訊模式的 標準網路協定。
(4) SAS (Sensor Alert Service)：提供網路服務協定供使用者訂閱感測器發佈的資 訊。
如上述簡介所述，OGC SWE 不僅為了開放感測器資料制定標準，亦針對其他 感測器應用模式提出標準化方案，如感測器任務指派、不同步通訊、及感測資料的 訂閱/發佈(publish/subscribe)。整體而言，SWE 有三個主要的作業流程(圖 1，Simonis, 2008)，分別基於 SOS、SPS、及 SAS：
(1) SOS 流程(圖 1)：在 SOS 流程內，感測器可將本身的 SensorML 文件註冊至 SOS 服務或是目錄服務(如 OGC Catalogue Service，亦即圖 1 中之 CAT)。SOS 亦可 將自己註冊於目錄服務內供使用者查詢。在感測器產生資料後，感測資料將被 直接傳送至 SOS 或是儲存於一個資料庫內。使用者將可先透過目錄服務查詢 到 SOS，再傳送請求至 SOS。當 SOS 收到使用者的請求，SOS 將與資料庫連 結並以 O&M 資料模型回傳使用者要求的感測資料。
圖1 SWE 主要作業流程- SOS 流程(Simonis, 2008)
(2) SPS 流程(圖 2)：在 SWE 架構內，若使用者有需求產生新的感測資料或指派感 測任務，使用者可先透過目錄服務搜尋 SPS 網路服務(圖中標號 1)，再經由 SPS 指派任務給感測器(圖中標號 2)。當感測器完成任務後，SPS 將指派 WNS 傳 送通知(notification)給使用者(圖中標號 3 與 4)，並且指引使用者至 SOS 取得感 測資料(圖中標號 5 與 6)。這個流程中，在使用者傳送任務給 SPS 前，使用者 需先在 WNS 服務內註冊其偏好的聯絡方式，並將註冊的資訊一併傳送給 SPS。
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圖2 SWE 主要作業流程- SPS 流程(Simonis, 2008)
(3) SAS 流程(圖 3)：SAS 作業流程的主要目的為提供使用者即時的感測資料。如 同其他流程，使用者可在目錄服務內搜尋 SAS 服務。透過 SAS，使用者可指 定查詢條件以訂閱感測器所產生的資料。當感測器產生新的感測資料後，感測 資料將被傳送至 SAS，若 SAS 判斷感測資料符合使用者的查詢條件，SAS 將 透過 WNS 傳送通知給使用者。如同 SPS 流程，使用者需先在 WNS 服務內註 冊其聯絡方式，並一併將註冊的資訊傳送給 SAS。
圖3 SWE 主要作業流程- SAS 流程(Simonis, 2008)
雖然 OGC SWE 提出了三種全球感測網的作業流程，但並非所有的應用皆需要
組織如 52°North 積極的參與 OGC SWE 標準工作小組(standard working group, SWG)，
並且根據 OGC 標準開發並開源(open source)多個 SWE 的網路服務及客戶端實作。
Dr. Mike Botts 創辦的 Botts Innovative Research 亦主導了 SensorML 的開發及 SWE 領域工作小組(domain working group, DWG)的運行。而學界研究團隊如 George Mason University 的 Center for Spatial Information Science and Systems (CSISS)、
University of Münster 的 Institute for Geoinformatics (ifgi)、University of Calgary 的 GeoSensor Web Laboratory、及 Georgia State University 的 Sensorweb Research Laboratory 也在過去十年內持續參與 OGC SWE 標準的開發及使用。
由於 SWE 提供一個基於開放式標準的全球感測網架構，已有一些實際感測網 應用範例使用 SWE 標準。例如 NASA 使用 SOS 取得衛星定位及影像資料，或透過 SOS 分享天氣預報模式成果。2008 年軍事科技演習 Empire Challenge 使用 SOS 傳 輸無人飛行載具的飛行路徑及照片，以及分享部隊移動的資料。德國-印尼海嘯預警 以純 OGC 網路服務導向架構(service-oriented architecture, SOA)達成感測器資料 的搜尋、傳輸、及處理。此類架構的設計常利用服務串鏈(service chaining)的概念 結合上述提到的 SWE 標準以及 OGC 的其他標準，例如利用 OGC Web Processing Service (WPS)對感測資料進行自動化加值處理。
2. 擴增 OGC 架構：然而，以純 OGC 服務組合的架構在實際運作上仍有其問題。
因此，第二類的全球感測網架構主要為提出額外的服務配合 OGC 標準的使用。
例如，Moodley and Simonis (2006)與 Bai et al. (2010)發現 OGC 服務串鏈及語意異 質性的問題，並且在使用 OGC 標準的同時，嘗試利用多代理人系統(Multi-Agent System)的方法解決發現的問題。此外，GeoCENS 計畫(Liang and Huang, 2013)除 了使用 OGC SOS、SPS、與 WMS 提供感測器資源外，亦提出其他的系統組件，
如 OGC 服務搜尋引擎、全球感測網瀏覽器、及語意層服務，以解決在 OGC 生 態系統內觀察到的問題。
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3. 非標準服務架構：第三類的全球感測網架構屬於非 OGC 標準的架構。其中包含 Intel Research 的 IrisNet(Gibbons et al., 2003)提出一個基於階層結構的分散式系統，
並且開發在分散式 XML 感測資料文件內查詢的技術。Microsoft Research 的 SensorMap(Ahmad and Nath, 2008)提出一個集中式的入口網站讓使用者查詢感測 資料，並且為了解決擴展性及效能的問題，他們提出 COLR-Tree 資料結構索引 (index)及快取(cache)感測資料。LiveWeb 計畫(Yang et al., 2011)為另一個非 OGC 標準的感測網架構。他們提出一個感測網入口網站，用以展示及監測即時的感測 資料。LiveWeb 計畫中較特別的部分是利用訂閱/發佈模式提供感測資料或事件的 即時通知。
此外，OGC 標準亦常被各國及國際空間資料基礎建設(Spatial Data Infrastructure, SDI)採用。例如國際性的全球空間資料基礎建設(Global SDI, GSDI)、聯合國空間資 料基礎建設(United Nations SDI, UNSDI)、Group on Earth Observations(GEO)的 GEOSS、及歐盟 INSPIRE 組織(Infrastructure for Spatial Information in Europe)的歐洲 空間資料基礎建設(European SDI; ESDI)。國家型的空間資料基礎建設包含美國的聯 邦地理資料委員會(Federal geographic Data Committee, FGDC)與國家空間資料基礎 建設(National Spatial Data Infrastructure)，以及加拿大、德國、澳洲、台灣等國皆使 用 OGC 標準作為空間資料分享的依據。 Object Access Protocol)及 XML(Extensible Markup Language)的網路服務協定模式。
由於此種協定模式所需的網路請求(request)及回應(response)訊息龐大，客戶端(client) 在組譯請求及解析回應訊息時會造成效能上的負擔。
而近年來，在網路程式設計(web programming)上，較受青睞的網路服務協定為 REST(Representational State Transfer)及 JSON(JavaScript Object Notation)的搭配。透 過 REST 的階層及互相連結式的風格，以及 JSON 輕量的訊息大小和 JavaScript 的