目前在無線感測網路（Wireless Sensor Networks, WSN）技術上有愈來愈多的研 究與應用，在無線通訊技術（Wireless Fidelity, Wi-Fi）方面已有，藍芽（Bluetooth）、
第三代行動通訊技術（3rd-Generation, 3G）、全球定位系統（Global Positioning System, GPS）、全球行動通訊系統（Global System for Mobile Communications, GSM）及無線 射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）、Zigbee 等無線技術，將各個通訊技 術導入至適用於溫室開發的遠端監控帄台，以下為本研究所收集國內外應用於農業之 無線網路相關研究及發展狀況。
3.1 江 學 者 提 出 之 農 業 害 蟲 無 線 網 路 監 測 系 統
目 前 農 業 之 害 蟲 棲 群 調 查 仍 以 傳 統 人 工 計 數 方 式 為 主，而 花 費 在 大 面 積 的 調 查 工 作 在 時 間 及 人 力 所 需 的 成 本 相 當 龐 大 ， 並 且 在 每 一 段 時 間 針 對 害 蟲 棲 群 的 動 態 狀 態 所 發 出 的 相 關 報 告 ， 在 防 護 害 蟲 疫 情 之 監 測 上 是 緩 不 濟 急 的 。 國內生物學系江學者等人[24]提出應用於農業之無線感測器網路害蟲 監測系統架構，希望研發出一套可記錄環境變動及害蟲棲 群 動態的無線自動化監測 系統。根據其研究團隊的發現，建置此害蟲自動化監測系統之主要考量在於如何製作 高準確度的自動化計數裝置，雖然害蟲的偵測誘捕及其生物特性已有完整的研究，但 是仍舊未開發完成高準確的害蟲偵測機制。所以，研究發展出一套可記錄環境變動及 害蟲族群動態的無線自動化監測系統，除了進行環境數據收集外，還必頇將其監測數 據通訊傳輸、整合及分析，並提供於後端伺服器可接收所有的監測資訊，另外蟲害預 警廣播系統亦可建構於此，以提供農業從業人員或研究人員此種準確及詳細的資料，
如此一來可節省人力並克服地形上的困難，並同時可改善時間與空間上的解析度與準
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確率。此架構如圖 3.1 所示，利用無線感測技 術 將 感測節點裝置佈局至感測區域內，
進 行 實 際 害 蟲 棲 群 的 監 測 工 作，其節點內之裝置包含有環境感測器、Tmote-Sky 無線傳輸模組及害蟲引誘等裝置，藉此建構出一個感測網路，而系統架構包含有田間 生態監測網路及後端的主控帄台兩大部分，其田間生態監測網路是利用無線感測器先 撒至指定的感測區域進行環境監控，並將所偵測到的感測數據回傳給田間閘道器
（Gateway），再 透過 GSM 無線傳輸技術、網際網路技術及運用機電整合結合，然後 再經由 GSM 基地台回傳至後端主控帄台之伺服器及資料庫儲存。而帄台管理者可透 過網際網路連線至後端資料庫直接讀取資料庫之環境數據，監看其建置的田間害蟲生 態監測網路所收集之相關環境資料。但 此 無 線 監 測 網 路 於 自 然 生 態 環 境 之 運 用 架 構 ， 在 眾 多 感 測 器 必 頇 透 過 閘道器再回傳資料至後端帄台過程中，其資料傳 輸安全性及可靠性可能會存在一定的風險，而相 較 於 一 般 無 線 通 訊 技 術 其 專 網 維 護 成 本 高 ， 且 通 信 協 議 複 雜 入 門 較 難 ， 且 此監控帄台之主要功能著重於可 進行長時間害蟲環境監測以提供情形，以及其緊急狀況通知為目的，系統並 無 針 對 偵 測 後 所 收 集 之 環 境 數 據 採 取 進 一 步 的 維 護 動 作 。
圖 3.1 江 學 者 提 出 之 農 業 害 蟲 無 線 網 路 監 測 系 統 架 構 圖 [24]
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3.2 何學者提出之溫室 GSM 遠距無線監控系統
現今的網際網路技術應用發達，雖然已有很多資訊都可利用其方式來傳輸，但目 前的網際網路技術運用於農業之設施栽培，經常會限制於較為偏遠或地廣人稀的地 區，而電信業者經常基於成本的考量較無法為此廣為敷設線路，因此發展網際網路運 用於農業耕種及其生產管理作為傳輸與控制，將會受到相當程度之限制。為解決以上 農業應用網際網路所遇到的相關問題，國內何學者等人[27]在台中區農業改良場溫室 計畫中，提出了運用一般大眾所廣泛使用之數位式行動通信系統，別於一般網路設置 線路的問題，此數位式行動通信系統的通訊範圍非常廣泛幾可涵蓋至全國各角落。此 系統利用其數位式行動通信系統結合設施內之微氣候環境偵測與控制系統作為整合 應用，希望設計出一個可進行遠端無線資料傳輸與設備無線遙控之監控系統，並且可 利用行動電話簡訊系統服務來發出命令來進行溫室內之設備操作與控制，進而達到無 所不在之管理效能，以提昇農作物之產品品質，改善其生產作業程序並使其生產管理 更具彈性與效率。此遠距無線監控系統架構如圖 3.2 所示，首先將無線感測器佈局至 特定之感測區域後，藉由此形成無線感測網路系統，再透過行動通訊系統全球標準
（Global System for Mobile Communication, GSM）發送模組、無線收發主機、影像擷 取 用 網路 攝影 機及 環 境感 測器 ， 結 合 可 編程 式 控制 單元 （ Programmable Logic Controller, PLC）作為環境監測與調控環境設備之用，並且利用 PDA 或手機 GSM 通 訊中的簡訊服務（Short Message Service, SMS），在既有的 GSM 網路架構上傳送字元 或數字的服務傳輸資料，以達成資料傳輸之目的。其實驗步驟首先是將在佈局於設施 內外之眾多感測器所偵測到的環境數據傳送給 PLC 進行編碼、暫存，再與所預先設 定之控制條件做比較，並對設備進行溫室環境控制設備控制，接著 PLC 並依照事先 設定之時間來呼叫 GSM 通訊模組，運用行動電話簡訊系統來轉載資訊至後端電腦及 行動電話，再依序傳送欲傳達之訊息。此無線傳輸之溫室管理系統架構，若先以農業
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生產配套方法來看的話，雖然此架構已提出環境監測與調控環境設備之功能，但建置 溫室仍為傳統之農耕作業方式，未能解決現今環境變遷及資源耗損衝擊所帶來的影響 與損失問題，且其架構並未詳細說明，關於環境偵測器的佈局與其溫室管控設備之建 置，以及其系統所使用到的環境數據之後續處理方法。而若與通訊傳輸技術而言，其 數位式行動通信系統雖然是極為普遍之通訊方式，但與一 般 無 線 專 網 比 較 也 是 維 護 成 本 高，且 通 信 協 議 複 雜 入 門 較 難，並 且 藉 由 PDA 或手機上 GSM 的 SMS 服 務 進 行 傳 送 時 ， 其 資 料 必 頇 經 由 編 碼 才 能 進 行 傳 輸 ， 而 傳 輸 資 料 容 量 有 限 制 ， 若 量 測 儀 器 數 據 增 多 時 就 可 能 會 造 成 超 出 容 量 範 圍 ， 則 必 頇 事 先 拆 解 成 數 則 簡 訊 後 再 將 所 有 資 料 重 新 組 合 ， 其 步 驟 過 於 繁 雜 。
圖 3.2 何學者提出之溫室 GSM 遠距無線監控系統架構圖[27]
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3.3 Fukatsu 學者提出之田間伺服器環境監測系統
另外，日本 Fukatsu 學者等人[4]提出利用田間伺服器（Field Server, FS）以環境 監測應用為主，來針對農作物所需要之生長環境來記錄及情境模擬。其田間伺服器系 統是由內建網路晶片的可程式化介面控制卡（Programmable Interface Controller with Network Interface Card, PICNIC）的數位輸入埠與感測器搭配 IP 攝影機與無線基地台 建構而成，多台的田間伺服器 FS 可以結合無線基地台（Access Point, AP）來形成無 線網絡，透過 Wi-Fi IEEE 802.11b/g 無線傳輸功能的通訊方式，各自透過網路來達成 現場畫面觀測及環境數據監控，整合無線網路、影像監控、多類型感測器及 Web Server 建構生物環境監控系統，並且亦可進行無線數據或警報傳輸，如圖 3.3 所示。此田間 監測系統架構使用 Wi-Fi IEEE802.11b/g 無線傳輸方式，雖然其傳輸速度快，但無線 網路存取器裝設距離必配合天線，在彼此的覆蓋範圍容易產生互相干擾，可能影響彼 此的傳輸效能，容易產生數據管理與傳輸等問題，並且其設備價格較為昂貴且使用時 所需的電量也高，較難在無供電插座情況下獨立使用，相對地也缺乏系統帄台針對需 加強照護的農作物所需之生長環境來進行管理機制。
圖 3.3 Fukatsu 學者提出之田間伺服器環境監測系統架構圖[4]
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3.4 Guillermo 提出之無線感測網路多元應用佈局
西班牙手機軟體大廠 Vodafone 研發設計工程師 Guillermo Esteve 在所著作的無線 感測相關應用書中介紹[3]，在我們生活周遭所應用佈局大量的電子無線感測節點裝 置，藉由邊界路由器（Border Router）來收集所偵測到的環境數據後，透過適合之多 元化無線傳輸技術的規劃概念，如圖 3.4 所示。其運作方式是將無線感測網路收集其 節點裝置所偵測到的環境數據，依照所在地點自動搜尋最適合之通訊方式，將其資料 數據直接地傳送至網路伺服器或管理帄台中心，以便利網路服務公司的後端軟體開發 工程師及管理者，進行提供後續的無線感測系統服務工作，例如〆自然生態環境與氣 象的監測、森林火災的防護、智慧家庭網路與居家保全系統的建置、健康醫療諮詢與 照護服務、甚至國家安全監控機制等應用。其使用網路通訊技術包含乙太網路傳輸技 術（Ethernet）、無線通訊技術（Wi-Fi） IEEE 802.11b/g、第三代行動通訊技術（3G）、
全球行動通訊系統（GSM）等，使無線感測網絡應用服務能進而到達無遠弗屆之服 務品質。此架構雖然有很好的應用構想，但此應用架構只提出構想概念並未提供實應 用及其實質運作方式，以及未說明各個不同無線傳輸技術之間如何互相運作。
圖 3.4 Guillermo 提出之無線感測網路多元應用佈局架構圖[3]
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3.5 Cunha 學者提出之葡萄田無線感測網路與遠端存取系
統
另一波蘭 Cunha 學者[2]等人將無線感測網路應用在觀光農業上，提出利用葡萄 田透過 Zigbee 感測網路之佈局，及多元化存取叢集管理者（Cluster-Head）技術概念 來提升酒莊旅遊效益，如圖 3.5 所示。此架構首先將電子感測裝置分別設至指定之葡 萄園區周遭環境，藉由無線感測網路裝置節點之叢集管理者收集所偵測到的環境數 據，並可利用多元化的無線傳送技術將資料回傳至電腦伺服器，其運用到的無線通訊 技術包含有整合分封無線服務（General Packet Radio Service, GPRS）及 Wi-Fi IEEE 802.11b/g 無線傳輸等通訊方式，然後其遠端管理者可透過不同的網際網路通訊方 式，連線至感測網路後端的電腦伺服器來進行葡萄園區之環境資訊存取，並可針對其 無線感測網路之叢集管理者所收集到的環境數據加以分析或判斷，如何採取因應之控 制管理機制給予農作物良好的生長環境照護。此感測網路架構除了提供管理功能之 外，在葡萄園區內亦開放農作物之及時資訊提供給遊客做為知識育樂服務，園區參觀 者可透過自己隨身的通訊設備來進行農作物之生長環境觀測，如帄板電腦、PDA 或 智慧型手機等通訊裝置，藉由通訊裝置本身內建之無線傳輸功能，其通訊方式包括有 Bluetooth 及 Wi-Fi IEEE 802.11b/g 等無線傳輸技術，利用這些無線訊方式來與植物定 點式之傳輸站進行資料存取，以提供及時擷取該農作物之生長環境資訊，例如〆植物 目前之環境溫度、濕度及日照度等資料數據，讓參觀者可透過此無線傳輸功能直接了 解農作物的生長情形。雖然此架構提供了完善的農作物生長狀態，但此架構僅以接收 存取無線感測網路之間所收集到的農作物資訊為主，並無架設自動化系統帄台加以分 析判斷此植物之生長情境如何採取管理機制，及建置植物種植區域的環境設備控管系 統，以致其感測網路所收集的環境數據必頇倚靠人工來逐一判斷，其農作物之生長環