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WSN—感測網絡共通應用服務平臺

2011年04月22日 11:14 本站整理 作者:Spring 用戶評論(0

  WTRS在2008年第一季對無線感測網絡技術的預測評估報告中樂觀的推論在2009年無線感測網絡(Wireless Sensor Networks, WSN)相關應用模塊的年出貨量會突破1億大關(如圖1)。WSN相關應用數量的擴張在接下來幾年內預估會以倍數方式快速增長。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境中快速布建起來時,你能想象我們的生活型態會因為這些感測信息的大量提供而產生什么樣的影響與變化嗎?

  試著想象一下,如果在未來環境里,大量的感測系統建置已相當完備,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絡終端設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,將沿路地區感測系統的下雨觀測結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,感測系統會將你先前所預定的幾個可能經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,像最近臺風季節剛過,臺風來時狹帶著大雨可能帶來不少災情?;蛟S你關心遠在南部的老家有無受到大雨的威脅,于是連上感測網絡系統去搜尋老家附近是否有相關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,便可要求感測系統提供相關的觀測信息或是量測數值,以供了解當地的降雨及河流排水情形是否會危及家里人的安全。或是你已從新聞里頭知道家鄉地區正在淹水,想進一步了解特定地區的實際狀況也可透過這個感測網絡系統來搜尋是否在當地有攝影機可提供相關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,但在此先讓我們來看看要有這樣一個系統需要具備那些條件。由于在我們生活的環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等等都不斷的在進行建置與布建。因此相關感測信息內容的提供自然不是太大的問題。雖然對于一種服務來說,基礎建設是很重要的一環,但以服務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,但就服務內容來看,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,傳感器系統的基礎建設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建置,勢必要透過眾多廠商同時投入才有辦法達成任務,但如何讓不同廠商所建置的感測系統能夠都提供出來整合成一個大系統來提供大范圍的整合服務,則勢必要有一個共通的整合服務平臺才能夠達到目的。簡單的來說,雖不要求所有的感測網絡服務都由同一個系統提供,但至少要能在各應用服務系統間相互分享在各個區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,相關的應用服務才能做大。故不但要有一個共通感測數據處理平臺的存在,讓各系統間的數據可以流通,而且還要要求各系統的傳感器都說同樣的語言,如此才可藉由后端系統直接對到傳感器來進行數據內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用服務的重要一環,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的前端網絡技術已逐漸成熟可以開始往量的發展上來進行,下一步似乎要看后端應用服務的平臺是否能早日準備妥當,以因應大量前端感測網絡建置后接下來的感測數據分享與擴大應用服務范圍的挑戰。

  上述的應用服務情境,早在2003年OGC(Open Geospatial Consortium)所提出來的”Sensor Web”概念中,就已將制訂感測網絡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及定位服務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的地理數據系統(Geographic Information System, GIS),便開始邀集各方相關的政府機關、業者或學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絡串接起來,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域里的各種型態的傳感器,并且可以藉由Web的操作來擷取并利用這些傳感器數據,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)的相關應用先期測試中,才以Sensor Web Enablement(SWE)的規劃將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間的互操作性界面(Interoperability Interfaces)及感測數據的編碼(Encoding)工作,來主導及推動相關標準的制訂與相關測試平臺的建立。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點的搜尋、感測數據的擷取及感測節點控制的功能。故在OGC所制訂的SWE標準內容里,包含了系統的實體功能項目”界面模塊”的部分以及數據交換格式的”數據編碼”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據擷取的服務,透過SOS模塊的窗口,用戶可以從系統中得到所需要的感測數據。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據擷取的工作排程服務。用戶一旦注冊此服務,系統便會自動安排感測節點的工作,并在所預定的時間點進行感測數據的收集工作。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定感測事件警報的服務。使用者一旦設定完成,當所指定的感測數據達到警報發送的條件時,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版的相關文件提供(2007年5月)。

  ● Web Notification Service(WNS):此標準主要提供系統的通知信息給在終端的使用者,包含排程服務完成通知服務,感測事件警報的通知服務等。此部分標準尚在制訂中,目前僅有第0.1版的相關文件提供,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據的觀測與量測模型及所獲取數據內容的描述方法。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,系統才有辦法辨識各傳感器組件的性質及其所能提供的感測數據型態。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據的轉換描述,并藉由將感測數據與時間及地理位置信息結合,作為系統準確判斷事件原委的參考,以便提供準確的數據作為決策選擇的依據。此部分標準于2007年7月完成第1.0.0版的制訂。

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

  有了這些標準,如何能夠發展一個系統來實現我們一開始所描述的生活情境呢?首先,有了SensorML、TML及O&M等相關的共通語言,系統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據,上班途中行經路口的車流速度,災區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合的系統傳送到用戶手上。而系統中的SOS模塊就是用來協助我們獲取感測數據的窗口,讓用戶可透過Web界面直接得到感興趣的感測數據。系統上的SPS模塊則是可供用戶設定在指定時間進行指定傳感器的數據擷取,并透過SOS將數據送至用戶手上,情境中目的地的溫濕度數據及路口車流速度數據就可以用這種方法來取得。而系統里的SAS模塊則是用來協助使用者進行上班沿途下雨情形的判斷及負責發送下雨警報到系統上。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。所以有了這樣的應用服務平臺,我們所談的未來情境就可能輕松透過Web的界面來實現。

  未來對于SWE標準的開發,可預期的將對WSN的相關應用發展產生不少的影響。對各種感測應用系統的建置廠商來說,它無疑是一個最好的整合平臺來將各地區不同性質的傳感器系統串接起來,以提供使用者更多元的感測應用服務,其所強調的就是一個分享的概念,透過網絡功能及系統分享來將服務無限延伸。對要跨入這個領域的系統整合廠商來說,它讓感測網絡應用服務的跨入門坎降低,因為標準的平臺提供了完整的感測網絡基礎運作服務功能,讓開發人員能夠花較少的時間來完成感測應用相關服務系統的設計與開發工作,亦是一種加速感測應用服務在短時間內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對未來感測應用服務樂觀的的預估來看,WSN組件出貨量的提升與應用服務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,所有的感測應用服務都能夠在網絡上輕松獲得,誰說我們未來的生活不會因為感測網絡的興起而有巨大的改變呢?難怪早在2003年時,無線感測網絡技術便被預測是未來改變世界的十大技術之首。從這里,你看見未來生活的模樣了嗎?

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