第一節 無線感測網路的簡介
無線感測網路 (Wireless Sensor Network，WSN) 的發展，最早是由美 國加州柏克萊大學 (UC Berkeley) David Culler 教授所主持的一項研究計 畫，稱之為智慧灰塵 (Smart Dust)，運用方式則是藉由廣泛佈建大量的感 測節點 (Sensor Nodes) 來監控環境或是人員的變動，當遠方的基地台 (Base Station) 經由無線感測網路收集到這些資料後，就能夠建構出該地區 的相關狀況。
智慧灰塵這項計畫是由美國國防部研究計畫單位 (Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA) 所支助的，原先的構想是應用在軍事 上，例如當發生戰事時，可以優先使用無人駕駛的飛機將數以百萬的感測 節點灑在敵方陣營，執行軍事情報收集的行為，藉此降低人員深入敵方所 需要付出的危險代價，因此近幾年來，已經逐漸被廣泛運用在軍事應用、
環境應用、醫療和家庭應用、人員車輛追縱、交通訊息應用、其它商業應 用…等許多方面 [1][2]。
在軍事應用上，可以替代人員運用於偵察，進而降低士兵的傷害率；
可以監控戰場上的狀態，例如監控任何交通工具的位置，並且增加資訊收 集回傳的速度；可以在友軍的人員身上裝設感測節點以供識別，藉此降低 誤傷友軍人員的事件。
在環境應用上，可以提供一個高密度的時間與空間上的監測，讓生態 學家更加輕易瞭解大自然複雜的交互作用，同時可以透過網際網路將收集 到的資料，經由無線網路傳輸的方式傳送至資料庫中心，達成全球化監 測；可以將數以百萬的感測節點佈建於森林中，藉此對火災發生的地點提 供最迅速的判斷；可以偵測化學工廠附近的水質是否有遭受到汙染，藉此 提供遭受到化學污染的位置以及檢定出何種化學污染，進而不需要人員親 自冒險進入受污染區；可以運用於水災判定、監測空氣污染、水污染、土 壤污染；監控生物棲息地與覓食習慣。
在醫療和家庭應用上，可以將感測節點裝設在人員身上，藉此觀察老 人家或是重症病患的健康程度和人體各項健康數據，假若當意外發生又無 人發現時，可以即時通知家人或是警消醫護人員；可以將感測節點裝設在 病人或是藥師身上，藉此降低錯誤的藥物處方或是病人拿錯藥的事件；可 以將含有啟動器的感測器佈建於房屋中，讓使用者在遠方或是在房屋裡可 以經由網際網路執行許多家事。
在交通訊息應用上，則是近期較為新起的應用，例如車流量的計算、
事故偵測或是路徑選擇…等；可以用於監視橋樑、高架橋、高速公路…等 道路環境，對於許多老舊的橋樑而言，橋墩長期遭受到溪水的沖刷，可以 將感測節點佈建在橋樑的兩側或是橋墩的底部，藉此收集橋樑的溫度、溼 度、振動幅度、橋墩被侵蝕程度…等，期望能夠避免斷橋事件的發生。
在商業應用上，可以利用感測節點來偵測不良品，達到工廠自動化生 產線上的品管監控；傳統辦公室的空調系統是採取中央控制的，因此可能 造成在相同的區域內，溫度高低卻有明顯的差異，假若建造無線感測網路 系統，那麼在各個角落的感測節點則可以知道當時環境的溫度狀況，進而 要求控制當時的氣溫或是空氣流動的情形；監控車輛或是商品的失竊。
在上述的這些應用中，大部分都需要了解感測節點的所在地理位置，
以便了解感測到的事件所發生的地點，因此感測節點的定位問題，便成了 在無線感測網路中非常重要的議題。
第二節 研究動機與背景
圖 1. 無線感測網路結構圖
如圖 1，假若使用者需要某些資訊時，而向感測節點提出相關的要求，
那麼當感測節點感測到使用者所需要的資料時，則將此資料經由無線網路 的傳輸方式回傳給資料收集節點 (Sink Node)，最終再傳送給後端的基地 台、使用者…等。
但是問題來了，在回傳來的資料裡，只有具備了感測節點所感測到的 數據，假若沒有事先紀錄感測節點的編號和座標，因此無法得知感測節點 的所在位置，也就無法得知數據是來自於哪個地區。
舉個例子來說，在碩士求學的過程中，曾經有接觸過由 CrossBow [3]
公司所製造的無線感測器系統，在使用上發現了一些美中不足的地方，那 就是此配備雖然可以提供使用者從電腦上觀測得知一些溫度、溼度、亮 度…等數據，但是使用者卻無法得知數據是來自於哪個地區，那麼對於使 用者來說，此數據的貢獻度是有限的。
在不需要考量成本的情況下，目前最簡單的解決方法，即是在全部的 感測節點上都裝設全球定位系統 (Global Positioning System，GPS)，此方 法不但方便快速，況且大幅的提升定位的準確性；但是相對的，在考量成 本的情況下，要將全部的感測節點上都裝設全球定位系統，那麼硬體成本 將會是相當可觀的，況且感測節點的電源能量是非常有限的，此舉勢必會 造成更大的能量消耗，進而減少整體的網路壽命。
基於上述的種種因素，也造就了我去探討關於無線感測網路的節點定 位問題，我認為假若使用者只能從感測節點上單單得到數據的變化，卻無 法明確得知數據來自於哪個地區，那麼對於使用者來說，此數據的貢獻度 是有限的。
第三節 章節概述
本篇論文主要區分成五個部分，分別為：
第一章 序論：
介紹無線感測網路的基本概念。