WSN—感测网络共通应用服务平台

WTRS在2008年第一季对无线感测网络技术的预测评估报告中乐观的推论在2009年无线感测网络(Wireless Sensor Networks, WSN)相关应用模块的年出货量会突破1亿大关(如图1)。WSN相关应用数量的扩张在接下来几年内预估会以倍数方式快速增长。在大量搭配着各式各样感测组件的WSN硬件装置在我们生活周遭环境中快速布建起来时，你能想象我们的生活型态会因为这些感测信息的大量提供而产生什么样的影响与变化吗?

　　试着想象一下，如果在未来环境里，大量的感测系统建置已相当完备，当你每日起床准备出门时，你都可以轻易地透过任何形式的网络终端设备得到布建在目的地的传感器所撷取到的信息，可能包含了实时的平均温湿度及今日可能的温湿度变化预估等等，提供你外出时穿衣的选择参考。出门时也可透过预定的方式，将沿路地区感测系统的下雨观测结果以警报方式传送给你，提醒你出门时将雨具带上。或许你开车，感测系统会将你先前所预定的几个可能经过路口的实时车流速度在指定的时间以预报的方式提供你作为行车路径的选择参考。另外，像最近台风季节刚过，台风来时狭带着大雨可能带来不少灾情。或许你关心远在南部的老家有无受到大雨的威胁，于是连上感测网络系统去搜寻老家附近是否有相关的雨量侦测或是河道中是否有水位侦测的传感器布建，如果有，便可要求感测系统提供相关的观测信息或是量测数值，以供了解当地的降雨及河流排水情形是否会危及家里人的安全。或是你已从新闻里头知道家乡地区正在淹水，想进一步了解特定地区的实际状况也可透过这个感测网络系统来搜寻是否在当地有摄影机可提供相关的实时影像信息来确定灾情的严重与否。

　　这些情境很可能在不远的未来就能实现，但在此先让我们来看看要有这样一个系统需要具备那些条件。由于在我们生活的环境里像是温湿度侦测、降雨侦测、车流速度侦测、河流水位侦测及影像撷取系统等等都不断的在进行建置与布建。因此相关感测信息内容的提供自然不是太大的问题。虽然对于一种服务来说，基础建设是很重要的一环，但以服务能够提供的角度来看，也许要达到很普遍的传感器布建时程要拉得久一些，但就服务内容来看，传感器的多样化及布建的范围大小仅是量的问题，只要有需求的刺激，传感器系统的基础建设想必能够加速的进行。反过来说，目前得面临的问题反而是，在大量的传感器基础建置需求下，没有一个厂商能够独立完成够多样及布建范围够广的传感器系统建置，势必要透过众多厂商同时投入才有办法达成任务，但如何让不同厂商所建置的感测系统能够都提供出来整合成一个大系统来提供大范围的整合服务，则势必要有一个共通的整合服务平台才能够达到目的。简单的来说，虽不要求所有的感测网络服务都由同一个系统提供，但至少要能在各应用服务系统间相互分享在各个区域里所建置的传感器及从这些传感器上所获得的感测信息，相关的应用服务才能做大。故不但要有一个共通感测数据处理平台的存在，让各系统间的数据可以流通，而且还要要求各系统的传感器都说同样的语言，如此才可藉由后端系统直接对到传感器来进行数据内容的处理或更进一步来控制传感器的行为。除此之外，如何让使用者可以方便的从一个入口平台上获取这些信息则是串起整个应用服务的重要一环，于是Web Service变成最有可能的解决方案之一。故在这个时间点上，WSN的前端网络技术已逐渐成熟可以开始往量的发展上来进行，下一步似乎要看后端应用服务的平台是否能早日准备妥当，以因应大量前端感测网络建置后接下来的感测数据分享与扩大应用服务范围的挑战。

　　上述的应用服务情境，早在2003年OGC(Open Geospatial Consortium)所提出来的”Sensor Web”概念中，就已将制订感测网络的共同标准界面的想法揭露出来。OGC是一个以订定地理信息服务及定位服务标准为目标的国际组织，早在1980年代中期因为要整合各地区的地理数据系统(Geographic Information System, GIS)，便开始邀集各方相关的政府机关、业者或学界来参与这方面标准的讨论及制定工作。OGC所提出的Sensor Web的概念其实就是要将实体生活中的传感器硬件跟普及化的网络串接起来，让使用者可以简单的透过Web作为窗口来找到用户感兴趣区域里的各种型态的传感器，并且可以藉由Web的操作来撷取并利用这些传感器数据，以增进人们生活的便利。下图2为OGC用来描述此一概念的说明。

　　后来，一直到了2006年OGC开始的Web Services Phase 4(OWS4)的相关应用先期测试中，才以Sensor Web Enablement(SWE)的规划将Sensor Web的概念进行落实。OGC里共有13个标准工作小组，其中SWE标准工作小组主要针对各感测系统间的互操作性界面(Interoperability Interfaces)及感测数据的编码(Encoding)工作，来主导及推动相关标准的制订与相关测试平台的建立。SWE的目标，是希望达到让使用者能透过Web的界面来进行感测节点的搜寻、感测数据的撷取及感测节点控制的功能。故在OGC所制订的SWE标准内容里，包含了系统的实体功能项目”界面模块”的部分以及数据交换格式的”数据编码”两大类共7个主要项目。目前有5个项目的标准订定已有了初版的标准文件发行，仅剩余两个项目尚未完成。SWE标准所订定的7个目标项目及其功能说明如下：

　　● Sensor Observation Service(SOS)：此标准主要提供进行传感器量测工作及感测数据撷取的服务，透过SOS模块的窗口，用户可以从系统中得到所需要的感测数据。此部分标准于2007年10月完成第1.0版的制订。

　　● Sensor Planning Service(SPS)：此标准主要提供使用者在终端进行感测数据撷取的工作排程服务。用户一旦注册此服务，系统便会自动安排感测节点的工作，并在所预定的时间点进行感测数据的收集工作。此部分标准于2007年8月完成第1.0版的制订。

　　● Sensor Alert Service(SAS)：此标准主要提供使用者来设定感测事件警报的服务。使用者一旦设定完成，当所指定的感测数据达到警报发送的条件时，使用者便可得知警报信息。此部分标准尚在制订中，目前仅有第0.9版的相关文件提供(2007年5月)。

　　● Web Notification Service(WNS)：此标准主要提供系统的通知信息给在终端的使用者，包含排程服务完成通知服务，感测事件警报的通知服务等。此部分标准尚在制订中，目前仅有第0.1版的相关文件提供，算是这几个标准中制订进度较缓慢的项目。

　　● Observations and Measurements(O&M)：此标准主要在描述感测数据的观测与量测模型及所获取数据内容的描述方法。此部分标准已于2007年12月完成第1.0.0版的制订。

　　● Sensor Model Language(SensorML)：此标准主要以一般化的模型及XML语法来进行传感器特性与功能的描述。透过共同语法的描述，系统才有办法辨识各传感器组件的性质及其所能提供的感测数据型态。此部分标准于2007年7月完成第1.0.0版的制订。

　　● Transducer Markup Language(TML)：此标准在提供感测数据的转换描述，并藉由将感测数据与时间及地理位置信息结合，作为系统准确判断事件原委的参考，以便提供准确的数据作为决策选择的依据。此部分标准于2007年7月完成第1.0.0版的制订。

　　根据这些标准项目的分工，前4项为建立Sensor Web基础服务的主要工作模块，透过这些模块所提供的应用程序界面，可以让使用者透过Web来得到进行传感器搜寻、传感器数据撷取、传感器工作指派、感测数据警示状况设定及信息发报通知等服务。后3项的编码格式标准则是相对的提供了上述服务在操作时的传感器特性描述、感测数据格式内容以及感测数据转换的相关信息，以利各种不同的感测组件可以整合在同一个系统中。SWE的内容可以简单以图3来说明各标准项目彼此之间的关联。

　　有了这些标准，如何能够发展一个系统来实现我们一开始所描述的生活情境呢?首先，有了SensorML、TML及O&M等相关的共通语言，系统自然就能得知那个地方有那些型式的传感器资源来提供给使用者查询及利用，于是我们在情境中所指定要取得目的地的温湿度数据，上班途中行经路口的车流速度，灾区河水的水位情形以及家附近淹水情况的影像信息就可透过统合的系统传送到用户手上。而系统中的SOS模块就是用来协助我们获取感测数据的窗口，让用户可透过Web界面直接得到感兴趣的感测数据。系统上的SPS模块则是可供用户设定在指定时间进行指定传感器的数据撷取，并透过SOS将数据送至用户手上，情境中目的地的温湿度数据及路口车流速度数据就可以用这种方法来取得。而系统里的SAS模块则是用来协助使用者进行上班沿途下雨情形的判断及负责发送下雨警报到系统上。最后，再藉由WNS模块来将SPS模块及SAS模块所得到的信息告知用户。所以有了这样的应用服务平台，我们所谈的未来情境就可能轻松透过Web的界面来实现。

　　未来对于SWE标准的开发，可预期的将对WSN的相关应用发展产生不少的影响。对各种感测应用系统的建置厂商来说，它无疑是一个最好的整合平台来将各地区不同性质的传感器系统串接起来，以提供使用者更多元的感测应用服务，其所强调的就是一个分享的概念，透过网络功能及系统分享来将服务无限延伸。对要跨入这个领域的系统整合厂商来说，它让感测网络应用服务的跨入门坎降低，因为标准的平台提供了完整的感测网络基础运作服务功能，让开发人员能够花较少的时间来完成感测应用相关服务系统的设计与开发工作，亦是一种加速感测应用服务在短时间内迅速普遍的最好方法，也是政府在推动无所不在运算普及的最有利条件。就WTRS对未来感测应用服务乐观的的预估来看，WSN组件出货量的提升与应用服务的推广自然是相辅相成的。当然，对于最大赢家的使用者来说，所有的感测应用服务都能够在网络上轻松获得，谁说我们未来的生活不会因为感测网络的兴起而有巨大的改变呢?难怪早在2003年时，无线感测网络技术便被预测是未来改变世界的十大技术之首。从这里，你看见未来生活的模样了吗?