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無線感測器的軟硬體架構與相關應用簡介 國立中興大學 蔡智強 Outline What is WSNs? 設計考量 硬體規格 軟體規格 相關開發工具 學術上的研究 生活上的應用 結語 Outline What is WSNs? 設計考量 硬體規格 軟體規格 相關開發工具 學術上的研究 生活上的應用 結語 What is WSNs? WSNs： Wireless Sensor Networks. 無線感測網路。 針對使用者所需要監控之區域，佈署大量具有感測能力及通訊能力之節點（Sensor Node），這些節點所形成之網路系統，即可稱為無線感測網路。 What is WSNs?（cont.） WSNs： 在系統中的各個節點，各自進行感測、運算及儲存，之後透過無線傳輸的方式，經由其它節點或是直接地將資料傳回到資料聚集中心。 資料聚集中心除了負責資料之蒐集，同時也可用來發起一個網路並充當協調者的角色。 使用者將可從資料聚集中心來取得所需要的資料，並加以使用這些資料。 What is WSNs?（cont.） WSNs： 基於上述的運作原理，這些無線感測節點並不需要安裝太多昂貴的晶片及元件；並可視不同的應用，安裝不同的元件，更能減少無線感測節點的成本。 利用大量佈署節點，來達到等同於一些昂貴器材的效能，這更是無線感測網路的特色之一。 What is WSNs?（cont.） What is WSNs?（cont.） WSNs： 美國早於越戰期間便有類似的概念。 在地面上佈署音響感測器，用來偵察裝甲車以及部隊所造成的地面震動，利用C130運輸機將空投式振動偵測裝置（The air-delivered seismic detection, ADSID）空投到越南這個巨大的戰爭實驗場。 What is WSNs?（cont.） WSNs： 在1999年，美國著名商業週刊（Business Week）就提到了這個可能成為21世紀最偉大發明的無線感測網路。 What is WSNs?（cont.） WSNs： 在2003年IEEE Journals，CHEE-YEE CHONG、SRIKANTA P. KUMAR 也在其著作 “Sensor Networks: Evolution, Opportunities, and Challenges.” 中，提到無線感測網路，並且以Cheap, smart devices來稱呼它。 What is WSNs?（cont.） WSNs： 由於微電子技術的進步，使得WSNs的相關元件成本得以下降至合理的範圍，成本的下降也讓更多人願意嘗試這項新科技以取代傳統的監控方式。 What is WSNs?（cont.） WSNs： 傳統的監控任務，通常是人工的方式進行監控，或者是利用感測器收集資料後，再經由人工的方式回收資料至中央控制端。 相較於上述的方式，WSNs有著全自動的資料回收流程，利用無線網路的傳輸，即可有效率的回收感應到的資料。 What is WSNs?（cont.） WSNs： 一些相關的通訊及計算的演算法也在同步發展中，讓這個電力資源有限的無線感測網路系統，能夠得到最高的效率。 Outline What is WSNs? 設計考量 硬體規格 軟體規格 相關開發工具 學術上的研究 生活上的應用 結語 設計考量 無線感測器設計的時候，主要有幾個需要考量的因素，如： 運作環境. 擴充性. 硬體成本. 電量消耗. 容錯能力. 網路拓樸. 設計考量（cont.） 不同的無線感測網路應用，搭配上不同的設計，除了可以有效的節省成本外，也可以得到更高的系統效能。 設計考量（cont.） 設計考量： 運作環境： 無線感測網路的應用範圍相當廣泛，如：居家照護、野生動物追蹤、森林火災監測、化學環境監測以及戰場監測等。 感測器的設計必須能夠因應各種不同環境而有不同的設計，以便更快速且正確地蒐集不同環境所產生的資料。 設計考量（cont.） 設計考量： 擴充性： 依照應用的不同，感測器所需的數量也不相同，數量可從數十個、數百個到甚至數百萬個。例如：在車輛追蹤的應用上，每個區域中就可能會部署數十個無線感測器。 如果需要較高的精準度，甚至可以將密度提高到數千個無線感測器，以增加準確度。 設計考量（cont.） 設計考量： 硬體成本： 由於感測器部署的數量往往極為龐大，所以必須要降低設計開發時所花費的系統成本。因此，考慮什麼時候要裝配定位裝置、溫度感應裝置、溼度感應裝置等，這些硬體方面的取捨，都是可以成為我們減少成本的考量因素。 設計考量（cont.） 設計考量： 電量消耗： 無線感測器是一個微電子裝置，所能裝配的電量也因此受到限制，其一般的系統中，通常是以電池來提供電力的。 在某些應用環境中要更換電池是不可能的。 在進行事件感測