WSN—感測網(wǎng)絡(luò)共通應(yīng)用服務(wù)平臺

　　WTRS在2008年第一季對無線感測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的預測評估報告中樂觀的推論在2009年無線感測網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)相關(guān)應(yīng)用模塊的年出貨量會突破1億大關(guān)(如圖1)。WSN相關(guān)應(yīng)用數(shù)量的擴張在接下來幾年內(nèi)預估會以倍數(shù)方式快速增長。在大量搭配著各式各樣感測組件的WSN硬件裝置在我們生活周遭環(huán)境中快速布建起來時，你能想象我們的生活型態(tài)會因為這些感測信息的大量提供而產(chǎn)生什么樣的影響與變化嗎?

　　試著想象一下，如果在未來環(huán)境里，大量的感測系統(tǒng)建置已相當完備，當你每日起床準備出門時，你都可以輕易地透過任何形式的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備得到布建在目的地的傳感器所擷取到的信息，可能包含了實時的平均溫濕度及今日可能的溫濕度變化預估等等，提供你外出時穿衣的選擇參考。出門時也可透過預定的方式，將沿路地區(qū)感測系統(tǒng)的下雨觀測結(jié)果以警報方式傳送給你，提醒你出門時將雨具帶上?；蛟S你開車，感測系統(tǒng)會將你先前所預定的幾個可能經(jīng)過路口的實時車流速度在指定的時間以預報的方式提供你作為行車路徑的選擇參考。另外，像最近臺風季節(jié)剛過，臺風來時狹帶著大雨可能帶來不少災情。或許你關(guān)心遠在南部的老家有無受到大雨的威脅，于是連上感測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)去搜尋老家附近是否有相關(guān)的雨量偵測或是河道中是否有水位偵測的傳感器布建，如果有，便可要求感測系統(tǒng)提供相關(guān)的觀測信息或是量測數(shù)值，以供了解當?shù)氐慕涤昙昂恿髋潘樾问欠駮＜凹依锶说陌踩??；蚴悄阋褟男侣劺镱^知道家鄉(xiāng)地區(qū)正在淹水，想進一步了解特定地區(qū)的實際狀況也可透過這個感測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來搜尋是否在當?shù)赜袛z影機可提供相關(guān)的實時影像信息來確定災情的嚴重與否。

　　這些情境很可能在不遠的未來就能實現(xiàn)，但在此先讓我們來看看要有這樣一個系統(tǒng)需要具備那些條件。由于在我們生活的環(huán)境里像是溫濕度偵測、降雨偵測、車流速度偵測、河流水位偵測及影像擷取系統(tǒng)等等都不斷的在進行建置與布建。因此相關(guān)感測信息內(nèi)容的提供自然不是太大的問題。雖然對于一種服務(wù)來說，基礎(chǔ)建設(shè)是很重要的一環(huán)，但以服務(wù)能夠提供的角度來看，也許要達到很普遍的傳感器布建時程要拉得久一些，但就服務(wù)內(nèi)容來看，傳感器的多樣化及布建的范圍大小僅是量的問題，只要有需求的刺激，傳感器系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)想必能夠加速的進行。反過來說，目前得面臨的問題反而是，在大量的傳感器基礎(chǔ)建置需求下，沒有一個廠商能夠獨立完成夠多樣及布建范圍夠廣的傳感器系統(tǒng)建置，勢必要透過眾多廠商同時投入才有辦法達成任務(wù)，但如何讓不同廠商所建置的感測系統(tǒng)能夠都提供出來整合成一個大系統(tǒng)來提供大范圍的整合服務(wù)，則勢必要有一個共通的整合服務(wù)平臺才能夠達到目的。簡單的來說，雖不要求所有的感測網(wǎng)絡(luò)服務(wù)都由同一個系統(tǒng)提供，但至少要能在各應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)間相互分享在各個區(qū)域里所建置的傳感器及從這些傳感器上所獲得的感測信息，相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)才能做大。故不但要有一個共通感測數(shù)據(jù)處理平臺的存在，讓各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)可以流通，而且還要要求各系統(tǒng)的傳感器都說同樣的語言，如此才可藉由后端系統(tǒng)直接對到傳感器來進行數(shù)據(jù)內(nèi)容的處理或更進一步來控制傳感器的行為。除此之外，如何讓使用者可以方便的從一個入口平臺上獲取這些信息則是串起整個應(yīng)用服務(wù)的重要一環(huán)，于是Web Service變成最有可能的解決方案之一。故在這個時間點上，WSN的前端網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已逐漸成熟可以開始往量的發(fā)展上來進行，下一步似乎要看后端應(yīng)用服務(wù)的平臺是否能早日準備妥當，以因應(yīng)大量前端感測網(wǎng)絡(luò)建置后接下來的感測數(shù)據(jù)分享與擴大應(yīng)用服務(wù)范圍的挑戰(zhàn)。

　　上述的應(yīng)用服務(wù)情境，早在2003年OGC(Open Geospatial Consortium)所提出來的”Sensor Web”概念中，就已將制訂感測網(wǎng)絡(luò)的共同標準界面的想法揭露出來。OGC是一個以訂定地理信息服務(wù)及定位服務(wù)標準為目標的國際組織，早在1980年代中期因為要整合各地區(qū)的地理數(shù)據(jù)系統(tǒng)(Geographic Information System, GIS)，便開始邀集各方相關(guān)的政府機關(guān)、業(yè)者或?qū)W界來參與這方面標準的討論及制定工作。OGC所提出的Sensor Web的概念其實就是要將實體生活中的傳感器硬件跟普及化的網(wǎng)絡(luò)串接起來，讓使用者可以簡單的透過Web作為窗口來找到用戶感興趣區(qū)域里的各種型態(tài)的傳感器，并且可以藉由Web的操作來擷取并利用這些傳感器數(shù)據(jù)，以增進人們生活的便利。下圖2為OGC用來描述此一概念的說明。

　　后來，一直到了2006年OGC開始的Web Services Phase 4(OWS4)的相關(guān)應(yīng)用先期測試中，才以Sensor Web Enablement(SWE)的規(guī)劃將Sensor Web的概念進行落實。OGC里共有13個標準工作小組，其中SWE標準工作小組主要針對各感測系統(tǒng)間的互操作性界面(Interoperability Interfaces)及感測數(shù)據(jù)的編碼(Encoding)工作，來主導及推動相關(guān)標準的制訂與相關(guān)測試平臺的建立。SWE的目標，是希望達到讓使用者能透過Web的界面來進行感測節(jié)點的搜尋、感測數(shù)據(jù)的擷取及感測節(jié)點控制的功能。故在OGC所制訂的SWE標準內(nèi)容里，包含了系統(tǒng)的實體功能項目”界面模塊”的部分以及數(shù)據(jù)交換格式的”數(shù)據(jù)編碼”兩大類共7個主要項目。目前有5個項目的標準訂定已有了初版的標準文件發(fā)行，僅剩余兩個項目尚未完成。SWE標準所訂定的7個目標項目及其功能說明如下：

　　● Sensor Observation Service(SOS)：此標準主要提供進行傳感器量測工作及感測數(shù)據(jù)擷取的服務(wù)，透過SOS模塊的窗口，用戶可以從系統(tǒng)中得到所需要的感測數(shù)據(jù)。此部分標準于2007年10月完成第1.0版的制訂。

　　● Sensor Planning Service(SPS)：此標準主要提供使用者在終端進行感測數(shù)據(jù)擷取的工作排程服務(wù)。用戶一旦注冊此服務(wù)，系統(tǒng)便會自動安排感測節(jié)點的工作，并在所預定的時間點進行感測數(shù)據(jù)的收集工作。此部分標準于2007年8月完成第1.0版的制訂。

　　● Sensor Alert Service(SAS)：此標準主要提供使用者來設(shè)定感測事件警報的服務(wù)。使用者一旦設(shè)定完成，當所指定的感測數(shù)據(jù)達到警報發(fā)送的條件時，使用者便可得知警報信息。此部分標準尚在制訂中，目前僅有第0.9版的相關(guān)文件提供(2007年5月)。

　　● Web Notification Service(WNS)：此標準主要提供系統(tǒng)的通知信息給在終端的使用者，包含排程服務(wù)完成通知服務(wù)，感測事件警報的通知服務(wù)等。此部分標準尚在制訂中，目前僅有第0.1版的相關(guān)文件提供，算是這幾個標準中制訂進度較緩慢的項目。

　　● Observations and Measurements(O&M)：此標準主要在描述感測數(shù)據(jù)的觀測與量測模型及所獲取數(shù)據(jù)內(nèi)容的描述方法。此部分標準已于2007年12月完成第1.0.0版的制訂。

　　● Sensor Model Language(SensorML)：此標準主要以一般化的模型及XML語法來進行傳感器特性與功能的描述。透過共同語法的描述，系統(tǒng)才有辦法辨識各傳感器組件的性質(zhì)及其所能提供的感測數(shù)據(jù)型態(tài)。此部分標準于2007年7月完成第1.0.0版的制訂。

　　● Transducer Markup Language(TML)：此標準在提供感測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換描述，并藉由將感測數(shù)據(jù)與時間及地理位置信息結(jié)合，作為系統(tǒng)準確判斷事件原委的參考，以便提供準確的數(shù)據(jù)作為決策選擇的依據(jù)。此部分標準于2007年7月完成第1.0.0版的制訂。

　　根據(jù)這些標準項目的分工，前4項為建立Sensor Web基礎(chǔ)服務(wù)的主要工作模塊，透過這些模塊所提供的應(yīng)用程序界面，可以讓使用者透過Web來得到進行傳感器搜尋、傳感器數(shù)據(jù)擷取、傳感器工作指派、感測數(shù)據(jù)警示狀況設(shè)定及信息發(fā)報通知等服務(wù)。后3項的編碼格式標準則是相對的提供了上述服務(wù)在操作時的傳感器特性描述、感測數(shù)據(jù)格式內(nèi)容以及感測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的相關(guān)信息，以利各種不同的感測組件可以整合在同一個系統(tǒng)中。SWE的內(nèi)容可以簡單以圖3來說明各標準項目彼此之間的關(guān)聯(lián)。

　　有了這些標準，如何能夠發(fā)展一個系統(tǒng)來實現(xiàn)我們一開始所描述的生活情境呢?首先，有了SensorML、TML及O&M等相關(guān)的共通語言，系統(tǒng)自然就能得知那個地方有那些型式的傳感器資源來提供給使用者查詢及利用，于是我們在情境中所指定要取得目的地的溫濕度數(shù)據(jù)，上班途中行經(jīng)路口的車流速度，災區(qū)河水的水位情形以及家附近淹水情況的影像信息就可透過統(tǒng)合的系統(tǒng)傳送到用戶手上。而系統(tǒng)中的SOS模塊就是用來協(xié)助我們獲取感測數(shù)據(jù)的窗口，讓用戶可透過Web界面直接得到感興趣的感測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)上的SPS模塊則是可供用戶設(shè)定在指定時間進行指定傳感器的數(shù)據(jù)擷取，并透過SOS將數(shù)據(jù)送至用戶手上，情境中目的地的溫濕度數(shù)據(jù)及路口車流速度數(shù)據(jù)就可以用這種方法來取得。而系統(tǒng)里的SAS模塊則是用來協(xié)助使用者進行上班沿途下雨情形的判斷及負責發(fā)送下雨警報到系統(tǒng)上。最后，再藉由WNS模塊來將SPS模塊及SAS模塊所得到的信息告知用戶。所以有了這樣的應(yīng)用服務(wù)平臺，我們所談的未來情境就可能輕松透過Web的界面來實現(xiàn)。

　　未來對于SWE標準的開發(fā)，可預期的將對WSN的相關(guān)應(yīng)用發(fā)展產(chǎn)生不少的影響。對各種感測應(yīng)用系統(tǒng)的建置廠商來說，它無疑是一個最好的整合平臺來將各地區(qū)不同性質(zhì)的傳感器系統(tǒng)串接起來，以提供使用者更多元的感測應(yīng)用服務(wù)，其所強調(diào)的就是一個分享的概念，透過網(wǎng)絡(luò)功能及系統(tǒng)分享來將服務(wù)無限延伸。對要跨入這個領(lǐng)域的系統(tǒng)整合廠商來說，它讓感測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的跨入門坎降低，因為標準的平臺提供了完整的感測網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)運作服務(wù)功能，讓開發(fā)人員能夠花較少的時間來完成感測應(yīng)用相關(guān)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)工作，亦是一種加速感測應(yīng)用服務(wù)在短時間內(nèi)迅速普遍的最好方法，也是政府在推動無所不在運算普及的最有利條件。就WTRS對未來感測應(yīng)用服務(wù)樂觀的的預估來看，WSN組件出貨量的提升與應(yīng)用服務(wù)的推廣自然是相輔相成的。當然，對于最大贏家的使用者來說，所有的感測應(yīng)用服務(wù)都能夠在網(wǎng)絡(luò)上輕松獲得，誰說我們未來的生活不會因為感測網(wǎng)絡(luò)的興起而有巨大的改變呢?難怪早在2003年時，無線感測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)便被預測是未來改變世界的十大技術(shù)之首。從這里，你看見未來生活的模樣了嗎?