一、什麼是無線感測器網路(Wireless Sensor Networks)
由 於近來微型製造的技術、通訊技術及電池技術的改進，促使微小的感測器（實際的sensor如下圖）可具有感應、無線通訊及處理資訊的能力。此類感測器不但 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（base station）。
二、sensor network的應用
由於sensor network的應用潛力廣泛，以下分為五大類加以描述其應用及潛力：
* 軍事應用
o Sensor network 的軍事應用十分廣泛，其中包含：
+ 在友軍的人員、裝備及軍火上加裝sensor以供識別。
+ 監控戰場上的狀態。
+ 將sensor投擲於敵軍陣營中。在被敵軍破壞前，希望能完成偵察任務。
+ 當智慧型軍火的導引器。
+ 偵察及判定核子、生物和化學攻擊。
* 環境應用
o sensor network也能在環境上大量應用，例如：
+ 將幾百萬個sensor佈署於森林中，以對任何火災地點的判定提供最快的訊息。
+ sensor network能提供遭受化學污染的位置及檢定出何種化學污染，不需要人親自冒險進入受污染區。
+ 水災判定。
+ 監測空氣污染、水污染及土壤污染。
+ 生態上的監控，例如生物棲息地與覓食習慣。
* 健康應用
o 將sensor network佈署於房子?及人的身上，而達到遠距監測人體各項健康數據及人的各項行為的目的。
o sensor可放在病人或藥師身上，如此錯誤的藥物處方或是病人拿錯藥的機會可以降低。
* 家庭應用
o 將含有起動器(actuator)的sensor network佈署於家中，可以讓人們在遠方或在家裡經由網際網路作許多家事。
* 其他商業應用
o 無線感測器網路也有許多商業上的應用，例如：
+ 工廠自動化的生產線上的品管控制，利用sensor去偵測不良品。
+ 傳統辦公室的空調系統是中央控制，因此有些地方可能很冷，有些地方卻很熱。使用sensor network，各個角落的sensor可以知道當時的環境狀況，進而要求控制當時的氣溫或空氣流動。
+ 監控車輛或商品的失竊。
+ 車輛的追蹤和交通流量的控制。
三、sensor network的特點與限制
但 是受限於sensor本身是用電池來供應運作所需的能量以及無線電傳輸的距離的限制(一般而言傳輸距離從數公尺到一百公尺不等)。為了節省傳輸時的能量消 耗以及距離的問題，因此sensor如果距離基地台太遠時，感測器需要藉由多重跳躍代傳機制（multiple-hop relay）建立網路路由（routing）的方法將資料經由多個感測器組成的路徑傳回基地台。
此類感測器多為微小及便宜的裝置（由國外 進口比較昂貴），因而可大量放置於環境中形成一個無線感測器網路(wireless sensor network)以便進行監控任務，其放置的密度端看所需的應用為何，可大可小。由於感測器網路的節點個數從數百至數十萬皆有可能，使得網路的管理非常困 難，每個sensor都是獨立的個體，形成一個複雜的分散式環境(distributed environment)，加上sensor的電池可能無法置換，因此能量控制(energy control)幾乎是所有sensor設計及網路管理首要考慮的重點。再加上sensor為嵌入式系統的裝置，它們故障的機會相形提高，因而容錯 （fault tolerant）機制於感測器網路的設計及管理亦不可或缺。
目前現有的wireless ad hoc network的架構是為最接近sensor network的架構。雖然它們同為無固定基礎結構（infrastructure）型的網路，但現有的wireless ad hoc網路協定及演算法大多無法直接應用到sensor network上。其中導致此結果最主要的幾個原因如下：
* sensor network的節點數常是ad hoc網路的數十倍至數千倍。
* sensor network的sensor node密度高 。sensor node十分容易故障。
* sensor network的網路型態（topology）時常改變。
* sensor node主要使用廣播通訊（broadcast communication）而大部份ad hoc網路使用點對點（point-to-point）通訊。
* sensor node的能量、運算能力及記憶體受到極大的限制。
* 由於sensor node數非常大且很多node可能進行同樣的偵測及任務，因此sensor可能沒有類似IP network中的ip address來作為共通的識別證（identification）。
四、在sensor network上的資料傳送與網路通訊模式
資 料通訊(data communication)為sensor network能源消耗最大的部份。為能與其它sensor node或基地台互傳資料，sensor node必需透過無線傳輸的技術發送及接收資料。為能節省能源消耗，sensor network多進行短距離資料傳送。由於降低能源消耗為感測器設計之首要考量，因此除了設計低功率電波收發器外，研究學者亦建議感應器需具有睡眠裝置以 節省能源消耗。研究顯示，唯有進入睡眠狀態，收發器方能真正節省能源，但開關收發器（亦即進入睡眠狀態或結束睡眠狀態）所消耗的能源相對而言也是十分可 觀。因此如何安排感測器睡眠時程(scheduling)為一重要研究課題。
在sensor network裡sensor nodes彼此溝通傳遞資料必須建立一個路由樹(routing tree)，從傳資料的leaf node端經過中途端點到root node的資料收集點，目前有兩種資料處理及收集的方式。一種是將資料經由routing tree直接傳遞到資料收集端，另一種是採取資料融合(data fusion or data aggregation)的方式，使得節省傳遞資料量的溝通方式。
Sensor network裡的sensor node除了是前面所介紹的靜態(static)的，也可以依應用的不同而有動態移動(mobile)的sensor node，但是這種static sensor與mobile sensor彼此互相協調，在設計網路架構與溝通協定時又增加不少困難。
五、本實驗室(轉貼者註：成功大學資工系資料庫實驗室)目前研究方向
有關sensor network的研究主題十分多且廣泛，幾乎從硬體層到應用軟體層都有可以研究的主題。目前本實驗室在sensor network的研究方向，主要是在sensor network上作資料的管理(data management)。包括：
* Query processing in sensor networks — 路由協定(routing protocol)與資料收集發佈 (data collection and dissemination)
由 於能量消耗、記憶體的限制及缺乏共通的識別證，傳統query processing的方法無法直接應用到sensor network上，因此在sensor network上發展適合的query processing system就成為我們所研究的目標之一。以下介紹三個重要的國外的研究團體。
加州大學洛杉磯分校發展出的有向性擴散（Directed Diffusion, UCLA CENS） 協定是一個以資料為中心（data-centric）的方法。此協定的特色是每一節點不以位址來區分，而是以它所感測到的資料來命名(naming)。在 此協定中，觀測者(sink)首先送出一個詢問（query），然後此詢問將透過網路中其它節點擴散出去。當任何一個節點擁有滿足此詢問的資料 (source)時，它便將本身的資料傳回sink。因為有向性擴散協定傳送詢問及sensor回傳資料皆是區域性交換資訊(gossip-based) （即鄰居們互相交換資訊），因此這個協定十分適合動態網路架構，而且每一個sensor不需儲存太多路由資訊。
另外兩個團體是從database的觀點去看待整個sensor network就是一個大的資料庫 (sensor network as a database)，分別是加州大學柏克萊分校的TinyDB (NEST Project)與康乃爾大學的Cougar。 這兩個團體都是要設計使用在sensor network的詢問處理系統(query processing system)。他們提出了sensor所產生的data如何被取得(data acquisition)，如何建置一個有效率與省能源的資料收集與發佈(data collection and dissemination)的方法，並提出了著名的資料聚集(data aggregation)的方法。使得在這系統上面能夠處理sensor network query。
* 物體監控與追蹤 (object monitoring and tracking)
利 用sensor network中的每個sensor node擔任起哨兵的工作，當有物體一接近的時候，便發出事件(event)，看是要通知其他node說有某物體進入了此網路中，或者持續的監控進一步達 到追蹤物體。主要在object tracking中的困難點是如何利用能源資源不足的sensor node彼此互相溝通協調，將物體的位置及移動的方向找出來，達成追蹤的目的。
* 感測器部署 (sensor deployment)
在 有限的sensor node個數下，如何使監控的區域都有sensor node去負責收集環境的資料，使得覆蓋範圍(coverage)最大，但是同時又要使得每個sensor node之間的routing path不能因為相距太遠而斷掉(lost link)，彼此之間的通訊的花費也不能太多，還有部署好的sensor network的topology能夠使用的越久越好(long life time)，而且也要維持網路的強健度(robustness)等要求。
* 容錯機制 (fault tolerance)
針 對不同的應用，sensor network對於容錯機制的要求也不同。例如在家庭的應用上，sensor network所在的環境較佳，因此對於容錯機制的可能要求標準較低；相對而言，應用於戰場上的sensor network則要求非常嚴格的容錯機制。所以如何於sensor發生故障(fail)時，sensor network依然能夠進行正常的感測工作，並將正確的資料送回基地台，便是容錯主要的研究目標。
