RF无线技术：工业用无线传感器网络

近年来，随着无线通信、电源效率、极度微型化(如透过 MEMS 传感器达到的迷你规格设计)以及嵌入式运算技术的不断演进，发展出越来越多适用于严苛工业环境的无线传感器网络(WSN)。预估在未来五年，工业用无线传感器网络的传感器安装点将达到2400万，爆发5.53倍的成长。无线传感器网络的快速成长受益于其可靠度符合大多数工业级应用的需求，工业系统专用的无线传感器网络标准问世，以及无线传感器网络的效益逐渐受到重视与了解。在整合芯片解决方案的价格日趋亲民化后，各种无线传感器网络的全新用途、解决方案和应用纷纷推出，不仅为许多产业带来庞大的效益，同时也逐渐从本质上改变不同产业一贯的运作方式。

无线传感器网络是由分散在实体空间内的数千个微型自主传感器(或节点)所组成的网络。这些传感器采用高效方式链接，透过射频 (RF) 波进行点对点通讯，藉由射频波监控并通报本机状态或状况，如温度、震动、压力、污染物、动作等(如图1所示)。这些智能型传感器可自动管理制程，除非发生无法透过智能节点或从远程启动人为命令修正的制程故障，否则一般不需要人为介入操作。

图1 无线传感器网络

无线传输能力提供广大效益。不需布线即可新增远程传感器(通常配备若干本机决策制定功能)，节省人力、材料，同时由于智能型手机是相当理想的人工操作员/维护接口，可随时随地提供更精准的监控与修正，因此制程效率及质量可获得提升。作业员不需要四处奔忙取得远程数据或在危险或不易操作的地点更换电池，因此可提高生产力。比起有线网络，无线传感器网络的安装更迅速，如需重新安置，过程也更简单。无线传感器网络具备极高的扩充弹性与链接可靠性，若搭配能量整合装置设置，还可提供实时功能与独立能源运作。无线传感器网络的工业用途正不断延伸扩大，包括机器健全度(如震动分析)、制造、条件式维护、自动化计量、远程监控、库存管理、载具与人员管理以及其他运作管理层面。设备需进行维护时，可透过传感器输入执行。相较于过去不管设备是否需要，一律定期维护的作法，及早于必要时执行维护，可延长设备的使用寿命并减少浪费(更具环保效益)。这又称为“条件式维护”。

有效率的无线通信

采用新技术的两大挑战在于成本以及是否有既定标准可遵循。在消费者市场中，蓝光已经取代 HD-DVD 成为光盘的新标准。这两种格式都在十年前就已经发表。标准之间的竞争不利于生产力。工业用无线传感器网络也不例外。WirelessHART 和 ISA100-11.a 是相对较新的技术，而且是专为首重可靠性与实时反应的工业用途开发。这两个标准与消费者相关的无线通信协议迥然不同。通讯协议是一组针对寻址、收发讯号、错误侦测以及在信道上传送信息所需的授权所设计的数据传输惯例或规则。

工业用无线网络要求近乎实时的反应，而且其延迟等级的接受度不若 VoIP 高。若为有线网络的现场装置，只能够接受 10 毫秒的以太网络等待时间。无线传感器网络也一样。因此，无线网状网络的一大优势就是采用具备储存并转发分组交换功能的冗余节点;此一技术基础和因特网的前身-ARPANET 相同。即使有一大区段网络故障，网络上的其他节点也不受影响，也因此无线传感器网络具备自行修复功能。若移除某一节点，其他节点会使用其他邻近节点继续传输信息。若新增节点，则该节点便会开始发送并传递封包，好像原本便存在一般。

若顾及通讯协议，工业用无线传感器网络可搭配决定型效能(deterministic perfor