無線感知網路技術

隨著時代的演進，科技技術不斷更新。微型製造、通訊及電池技術的翻新，

促使小型感測器（Sensor）具有感應、無線通訊及處理資訊的能力。因此不但能 夠感應及偵測環境的目標物及改變，並且可處理收集到的數據，並將處理過後的 資料以無線傳輸的方式送到資料收集中心或基地台。

此類感測器多為微小及便宜的裝置，由於單一裝置的成本較小，因此可大 量放置於環境中形成一個巨大而稠密的感測器網路以對環境進行即時目標偵測。

一般而言，感測器通常為低能量，且電源不具補充性，所以當感測器的內部能源 耗盡時，就必須予以拋棄。

WSN 並不界定網路拓墣型態，也就是可以為 star、mesh、P2P 或綜合以上 型態的網路，但都一定具備下列的功能[24][28]：

1. Sensors/microcontroller：偵測、蒐集以及處理環境中的資料，例如偵測溫 度或溼度。

2. Radio frequency：節點或 gateway 用以收發資料。

3. Software：包含在節點端的嵌入式系統以及使用者端的管理程式，軟體保

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證資料感測的功能運行正常以及提供容易閱讀的介面。

為了節省傳輸時的能量消耗，無線感知網路中的裝置進行資料傳輸時，當基地台 距離感測器太遠時，感測器需要利用網路路由 （routing）的方法將資料經由多 個感測器組成的路徑傳回基地台，而不同路由方式與拓樸型態都將對於網路整體 壽命將會有直接的影響。故目前無線感知網路的研究而言，多數有關路由或拓樸 形成的研究都擺在延長網路整體壽命之議題。

2.3.1.1 ZigBee

2004 年底，Zigbee聯盟(Zigbee alliance)發佈了一種應用於無線感測網路的短 距離傳輸的新標準。Zigbee 擁有低能源消耗、低資料傳輸率、低成本等特性，

因此適合用於智慧型家庭網路、智慧型辦公室，並可應用於大樓自動化、醫療看 護、能源控制和自動量測等，如圖9所示[8]。

圖 9 ZigBee 應用層面類別[8]

在Zigbee的的規範中，設備依功能多寡可分為完整功能設備(Full Function Device) 與部分功能設備(Reduced Function Device)二種。而依種類來分，可分為以下三 種：

1. Coordinator：每一個Zigbee 網路必定要有且是唯一的coordinator，屬於

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完整功能設備，負責初始化與管理整個網路，同時擁有Router 的功能。

2. Router：可能直接連接於Coordinator 或其他的Router，屬於完整功能設 備，在網路中擔任Router 的角色，負責遞送資料與交換訊息。

3. End Device：可能直接連接於Coordinator 或Router，但不負責遞送資料 與交換訊息，其設備可能附有感測裝置。

目前，ZigBee 技術在無線感知網路上的應用得到了較廣泛的支持，因此相較於 其他技術規格開發陣營，ZigBee 可說是站穩了腳步。

2.3.1.2 Ultra Low Power Wi-Fi

縱使 ZigBee 技術已經在無線感知網路領域得到了較為廣泛的應用。但從長 遠角度來看，Zigbee 在安全性、技術成熟度、節點管理、QoS 特性、設備互通性 等方面都不夠成熟，而這些都是商業顧客群最需要的，因此難以運用在商業用途。

但以上所提到的要素在 Wi-Fi 規格均可以得到良好的支持。

總體而言，在無線通訊規格的領域中，Wi-Fi 擁有許多 ZigBee 陣營所無法比 擬的優勢，如基礎建設的普及率、QoS、安全性架構解決方案…等。然 Wi-Fi 旗 下的 802.11 系列技術規格要進入無線感知網路市場最大的阻礙在於發送資料時 的功耗過大，因此主導 Wi-Fi 的 Intel 公司在 2006 年將新業務開發部門中的 WSN 研發小組加以切割成立一家名為 GainSpan 的初創公司。經過 3 年的研究，

GainSpan 在 2009 初發表”Ultra Low Power Wi-Fi”計畫所研發出的 SoC 晶片模組 與配套的 Development Tool Kit[13]，此模組支持 802.11b/g，並成功降低發送數 據時的功耗，而且提供 WPA 等級的網路安全性功能。

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圖 10 Ultra Low Power Wi-Fi 晶片套件

把 Wi-Fi 用於 WSN 這類微型裝置互聯網路無疑是個吸引人的方式，相較於 ZigBee，Ultra Low Power Wi-Fi 能享受到正在被大規模部署的 Wi-Fi 網路所帶來 的成熟的技術、各類層出不窮的 Wi-Fi 設備、和既有的網路設施與架構支援，對 於 WSN 與一般網路的界接，Ultra Low Power Wi-Fi 的地位將可能超越 ZigBee。

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