WSN无线传感网络市场趋势

WSN在各种场所的应用说明 (诚力)

最早起源于美军单位、用来做军事侦防与情资蒐集应用的「无线传感器网络」(WSN)，随着近几十年来ICT资通讯产业的进步，其应用已遍及政府、医疗、学校、农地、工厂、商场…等产官学领域，包括环境与气候监测、公共设施维护、交通运输、大型仓储、果园虫害防治等领域。透过布设各种传感器，所形成的一种可以自动蒐集、计算、传递信息的传感网络，成为近年来发展趋势…

无线传感器技术与日俱进 建构无所不在的传感网络

感应器的进程，可从最早的传感器(Sensor)、无线传感器(Wireless Sensor)，到近年兴起的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks；WSN)。其应用可以追溯到美军在越战时期所采用的技术，由于越南的茂林加多雨的地理环境，削减了卫星与侦查机的情资蒐集效果，因此美军在地面部署了音箱传感器(侦察装甲车与部队所造成的地面震动)，透过运输机将空投式振动传感装置投到战区，以期建立电子屏障，来切断越军的补给。

自21世纪以来，传感器技术拜集成电路(IC)、无线通讯与微机电(MEMS)等技术的加持，让传感网络的节点(Sensor Node)与布设成本都能获得有效的缩减，功能也越来越强，由众多无线传感器(Wireless Sensor)所建构出来的WSN，不仅涵盖了大面积的数据蒐集、数据监控、自主运算、自主传输等现代化技术，其应用上也日渐蓬勃发展。

WSN具有极其广泛的应用，除了前述的军事应用之外，还可以用来做环境监测(如天气、光线、污染等变化)、工程安全(如桥梁、建筑结构检测)、都市交通监测，以及各种工作与娱乐场所的防范监控等等。

以军事应用来说，传感节点可从光线、热量、温度、湿度、压力、磁力、电场、机械、化学等多种方式，来侦测并判断战场上的各种车辆、武装人员和非武装人员，以及环境的变化。透过在某特定的场所内布下的无线传感装置，以便无时不刻掌握最新状况。当体积越来越小，加州大学柏克莱分校曾经提出的“智能尘埃”(Smart Dust)的概念得以实现，

WSN隶属于IoT应用范围的一环

有监于近年来智能装置的流行，开启了IoT(Internet of Things, 物联网)的全新应用。IoT包含了应用层、云端服务层、网络层及装置层等四个层级。而WSN在IoT的架构中，同时可于网络层及装置层，隶属IoT的一环。而在如今流行的Cloud(云端)时代下，也有人把WSN称作Sensor Cloud (感知云)。

由于WSN行之有年，采用大量微型、低成本、低功耗的传感器节点，以侦测各种类比与数码信号，采用IEEE 802.15.4及各种嵌入式装置的通讯协定为基准(如ZigBee、6LoWPAN及WirelessHART等)，无论是走星状、树状，还是网状的网络拓朴连接方式，信息仍须传达出去；而WSN与IoT的连接上，可透过各种闸道器，将信息转换成网际网络(如TCP/IP)的标准，进行信息的传递，达到自动化或提示等目标，以利于各行各业的应用。

于2011年成立的台湾物联网联盟(TIOTA)，主要结合产学研等单位，共同推动整合国内外物联网相关资源，使产业结构升级和生产效率能源利用效率的提高，促进产业与政府、国际间合作，并推动WSN的各项应用。

WSN在产业上的应用

WSN应用广泛，以IWSN(工业/产业无线传感网络)为例，透过在工厂安置各式传感器，帮助工厂省下照明、空调、工业用水等费用，亦能帮助制造业在产线的侦测与控制，进而让制程自动化，达到智能工厂目标。

在农业应用部份，可在农地或果园安装WSN，透过红外线与网络传输的技术，以侦测出害虫的数量，并实时通报给农夫或果农，以利第一时间将害虫消灭。此外，WSN能够长时间记录数据下来，搭配气象局的天气预报，便可预测未来的害虫侵袭概况，让农民提早防范，达到智能农地的目标。

而在大自然生态的应用上，透过WSN的环境感知网络，可侦测动物或植物的生态，了解生物的生长状况，进而促进环境保育。而河川监测系统上，也可采用WSN的水位与水质侦测网络，以利于实时反应水位数据与水质变化，除可了解淹水原因，亦可侦测使否被污染，进而达到河川整治的目的。

WSN在日常生活上的应用

WSN在日常生活上，可运用WSN的环境感知平台，在环境品质与节能控制上做出判断，像是透过传感器来蒐集环境指标与变量(如温度、湿度、日照时数、风力等等)，进而计算出室内的舒适生活指标，搭配中央控制系统，来控制如窗户的开口大小、窗帘开闭，以及室内照明的明暗，甚至空调温度等等，不仅可让室内环境更加舒适，同时减少能源的消耗，达到智能建筑的目的。

此外，在居家保全方面，可透过WSN在室内与室外的重要地点，布设监控系统，搭配社区管理中心之监控与巡防服务，达成智能保全的目的；至于医疗部份，亦可应用在线上医护服务，将各式医疗仪器微型化，可穿戴于人体身上，并透过网络传输，随时掌握健康状况，如遇紧急情况，亦可实时紧急救援，达到智能医疗的目的。

智能传感器之市场趋势

WSN所采用的智能传感器，可依照布建与侦测的环境所需，来配置各种传感器的等级。有些地方如郊外，或电线难以到达之处，加上必须长时间观察，这类面积广大的环境下，传感器必须内建电池，在运算能力采低功耗为主。至于都市与建筑等工厂或居家，则可配置电线，搭配运算能力较佳的传感器。

据Markets and Markets调研机构预测，全球智能传感市场，到2020年底，将高达104.6亿美元，并以36.25%的CAGR(复合年均增长率)成长。其中以工业无线传感网络领域、应用于制造与制程自动化控制市场中，2011年至2017年将从16.1亿美元增长至37.95亿美元，并以15.58%的CAGR成长。

在通讯技术部份，主要是WirelessHART、ISA100.11a、6loWPAN，以及部份是独家技术(如DigiMesh)，另外，也有802.11技术(WiFi)、802.15家族技术(ZigBee、Bluetooth)，以及移动通信技术(GSM、GPRS、CDMA)等等。其中WirelessHART在IWSN领域，几乎有70%应用在制程控制自动化应用上。

至于ZigBee，则在固定式WSN应用市场(如家庭控制)上拥有优势。目前许多厂商推行以ZigBee通讯协定为主的无线传感产品，以低耗能、低成本、小体积的优势，成为市场的主流规格之一。

WSN应用的未来发展

WSN主要应用于信息的蒐集、计算、传递等，在能耗上虽能「节流」，但亦有厂商提出「开源」的做法，让WSN也利用环境的变化，达到能源采集(Energy Harvesting)的目的。

目前的WSN产品，其电力供应单元，采用的不外乎是锂电池、水银电池等电源。而新一代的WSN更结合了“能量采集”和“电源管理”的功能，透过太阳能发电、压电开关(Piezo Switch)、热电产生器(TEG)、热电堆(Thermopile)，或者借助环境所带来的各种外力(如磁力、冲击力、无线电波)等，达到同时蒐集数据与能源的双重目的。这种设计可以延长WSN的电池的一次使用寿命，进而达到自主供电的终极目标。

以太阳能发电设计的无线传感产品，就适合布设在腹地广大、且人所不能及的场所(例如高楼、高架桥梁、路灯等场地)，只要晴天就能透过环保发电，自主唤醒、蒐集、传递各种传感数据。