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
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
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
將sensor network佈署於房子裏及人的身上，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。
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
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
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。
From: http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1105051500948
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
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
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
將sensor network佈署於房子裏及人的身上，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。
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
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
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。
From: http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1105051500948
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