近年來，隨著無線通信、電源效率、極度微型化(如透過 MEMS 傳感器達(dá)到的迷你規(guī)格設(shè)計(jì))以及嵌入式運(yùn)算技術(shù)的不斷演進(jìn)，發(fā)展出越來越多適用于嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)。預(yù)估在未來五年，工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器安裝點(diǎn)將達(dá)到2400萬，爆發(fā)5.53倍的成長。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速成長受益于其可靠度符合大多數(shù)工業(yè)級應(yīng)用的需求，工業(yè)系統(tǒng)專用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)問世，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的效益逐漸受到重視與了解。在整合芯片解決方案的價(jià)格日趨親民化后，各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的全新用途、解決方案和應(yīng)用紛紛推出，不僅為許多產(chǎn)業(yè)帶來龐大的效益，同時(shí)也逐漸從本質(zhì)上改變不同產(chǎn)業(yè)一貫的運(yùn)作方式。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分散在實(shí)體空間內(nèi)的數(shù)千個(gè)微型自主傳感器(或節(jié)點(diǎn))所組成的網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器采用高效方式鏈接，透過射頻 (RF) 波進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊，藉由射頻波監(jiān)控并通報(bào)本機(jī)狀態(tài)或狀況，如溫度、震動(dòng)、壓力、污染物、動(dòng)作等(如圖1所示)。這些智能型傳感器可自動(dòng)管理制程，除非發(fā)生無法透過智能節(jié)點(diǎn)或從遠(yuǎn)程啟動(dòng)人為命令修正的制程故障，否則一般不需要人為介入操作。

圖1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳輸能力提供廣大效益。不需布線即可新增遠(yuǎn)程傳感器(通常配備若干本機(jī)決策制定功能)，節(jié)省人力、材料，同時(shí)由于智能型手機(jī)是相當(dāng)理想的人工操作員/維護(hù)接口，可隨時(shí)隨地提供更精準(zhǔn)的監(jiān)控與修正，因此制程效率及質(zhì)量可獲得提升。作業(yè)員不需要四處奔忙取得遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)或在危險(xiǎn)或不易操作的地點(diǎn)更換電池，因此可提高生產(chǎn)力。比起有線網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安裝更迅速，如需重新安置，過程也更簡單。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備極高的擴(kuò)充彈性與鏈接可靠性，若搭配能量整合裝置設(shè)置，還可提供實(shí)時(shí)功能與獨(dú)立能源運(yùn)作。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)用途正不斷延伸擴(kuò)大，包括機(jī)器健全度(如震動(dòng)分析)、制造、條件式維護(hù)、自動(dòng)化計(jì)量、遠(yuǎn)程監(jiān)控、庫存管理、載具與人員管理以及其他運(yùn)作管理層面。設(shè)備需進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可透過傳感器輸入執(zhí)行。相較于過去不管設(shè)備是否需要，一律定期維護(hù)的作法，及早于必要時(shí)執(zhí)行維護(hù)，可延長設(shè)備的使用壽命并減少浪費(fèi)(更具環(huán)保效益)。這又稱為“條件式維護(hù)”。

有效率的無線通信

采用新技術(shù)的兩大挑戰(zhàn)在于成本以及是否有既定標(biāo)準(zhǔn)可遵循。在消費(fèi)者市場中，藍(lán)光已經(jīng)取代 HD-DVD 成為光盤的新標(biāo)準(zhǔn)。這兩種格式都在十年前就已經(jīng)發(fā)表。標(biāo)準(zhǔn)之間的競爭不利于生產(chǎn)力。工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也不例外。WirelessHART 和 ISA100-11.a 是相對較新的技術(shù)，而且是專為首重可靠性與實(shí)時(shí)反應(yīng)的工業(yè)用途開發(fā)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與消費(fèi)者相關(guān)的無線通信協(xié)議迥然不同。通訊協(xié)議是一組針對尋址、收發(fā)訊號、錯(cuò)誤偵測以及在信道上傳送信息所需的授權(quán)所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸慣例或規(guī)則。

工業(yè)用無線網(wǎng)絡(luò)要求近乎實(shí)時(shí)的反應(yīng)，而且其延遲等級的接受度不若 VoIP 高。若為有線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場裝置，只能夠接受 10 毫秒的以太網(wǎng)絡(luò)等待時(shí)間。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也一樣。因此，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的一大優(yōu)勢就是采用具備儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)發(fā)分組交換功能的冗余節(jié)點(diǎn);此一技術(shù)基礎(chǔ)和因特網(wǎng)的前身-ARPANET 相同。即使有一大區(qū)段網(wǎng)絡(luò)故障，網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)也不受影響，也因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備自行修復(fù)功能。若移除某一節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)會(huì)使用其他鄰近節(jié)點(diǎn)繼續(xù)傳輸信息。若新增節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)便會(huì)開始發(fā)送并傳遞封包，好像原本便存在一般。

若顧及通訊協(xié)議，工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可搭配決定型效能(deterministic perfor