近年來，隨著無線通訊、電源、微型化，以及嵌入式運算技術的不斷演進，無線感測器網路(WSN)已越來越廣泛用於嚴苛的工業環境。預估未來5年，工業用無線感測器網路的感測器安裝點將達到二千四百萬，爆發5.53倍的成長。無線感測器網路的快速成長受益於其可靠度符合大多數工業級應用的需求，且工業系統專用的無線感測器網路標準問世，無線感測器網路的效益已逐漸受到重視與了解。
此外，在整合晶片解決方案的價格日趨親民化後，各種無線感測器網路的全新用途、解決方案和應用紛紛出籠，不僅為許多產業帶來龐大的效益，同時也逐漸從本質上改變不同產業一貫的運作方式。
透過射頻點對點通訊
無線感測器網路是由分散在實體空間內的數千個微型自主感測器(或節點)所組成的網路。這些感測器採用高效方式連結，透過射頻(RF)進行點對點通訊，藉由射頻監控並通報本機狀態或狀況，如溫度、震動、壓力、污染物、動作等。這些智慧型感測器可自動管理製程，除非發生無法透過智慧節點或從遠端啟動人為命令修正的製程故障，否則一般不需要人為介入操作。
智慧型感測器/節點以協同作業方式，透過網路上多種可用的路徑，將資料傳遞至其他智慧型感測器，再視情況導向由人工檢視資訊的主要位置、採取進一步處理與儲存行動或採取相應行動。
若將節點間所有可用路徑以圖像顯示，多重通訊路徑的冗餘路徑看起來會像一片網狀結構。每一個感測器或節點就像一粒胡椒，內部裝有處理器、微型記憶體(如12Kb內建RAM)、低資料傳輸速率(40kbit/s)以及短收發範圍(大多數為100英尺以下)，皆相當省電。感測器之所以能夠達到省電效益是因為成本降低、整合度提升、具備更精良的電源管理能力，以及採用了更先進的演算法。除此之外，能量整合功能也使用電達到近零耗能(Net-Zero)境界，而降低電池用量的智慧型運轉方式，則帶來此一新興技術獨具的解決方案。
無線傳輸毋須布線 安裝重置迅速又簡單
無線傳輸能力提供廣大的效益，毋須布線即可新增遠端感測器(通常配備若干本機決策制訂功能)，節省人力、材料，同時由於智慧型手機是相當理想的人工作業員/維護介面，可隨時隨地提供更精準地監控與修正，因此製程效率及品質可獲得提升。比起有線網路，無線感測器網路的安裝更迅速，如須重新安置，過程也更簡單。無線感測器網路具備極高的擴充彈性與連結可靠性，若搭配能量整合裝置設置，還可提供即時功能與獨立能源運作。
無線感測器網路的工業用途正不斷地延伸擴大。設備須進行維護時，可透過感測器輸入執行。相較於過去不管設備是否需要，一律定期維護的作法，及早於必要時執行維護，可延長設備的使用壽命並減少浪費，這又稱為「條件式維護」。
工業用WSN重視安全可靠
採用新技術的兩大挑戰在於成本以及是否有既定標準可遵循。在消費者市場中，藍光已經取代高畫質(HD)DVD成為光碟的新標準，這兩種格式都在10年前就已經發表；標準之間的競爭不利於生產力，對工業用無線感測器網路而言也不例外。WirelessHART和ISA100-11.a是相對較新的技術，而且是特別為強調可靠性與即時反應的工業用途開發。這兩個標準與消費者相關的無線通訊協定迥然不同。通訊協定是一組針對定址、收發訊號、錯誤偵測以及在通訊通道上傳送資訊所需之授權而設計的資料傳輸慣例或規則。
工業用無線網路要求近乎即時的反應，而且其延遲等級的接受度不若網路語音通訊協定(VoIP)高。若為有線網路的現場裝置，只能夠接受10毫秒(ms)的乙太網路延遲。無線感測器網路也一樣。因此，無線網狀網路的一大優勢就是採用具備儲存並轉發封包交換功能的冗餘節點；此一技術基礎和網際網路的前身--ARPANET相同。即使有一大區段網路故障，網路上的其他節點也不受影響，也因此無線感測器網路具備自行修復功能。若移除某一節點，其他節點會使用其他鄰近節點繼續傳輸資訊。若新增節點，則該節點便會開始發送並傳遞封包，好像原本便存在一般。
若顧及通訊協定，工業用無線感測器網路可搭配決定型效能運作。決定型系統(Deterministic System)是產生在系統未來狀態不考慮隨機因素時的系統。這意味著反應時間是可預測的；網路延遲、容錯以及連線式拓撲皆可預測。決定很多時候取決於有線或無線通訊協定中所使用的路由演算法效率。這就是工業標準對無線感測器網路實作及冗餘最有利之處，因為高度可靠性與低複雜性是工業網路的常見需求。
工業控制系統也高度要求網路安全性。無線網路匿名性仍不足以防範愈來愈受到重視的駭客問題。獨立能源運作無線感測器網路的最佳範例為Powercast Wireless Sensor System，內建射頻能量整合模組，能夠透過802.15.4硬體上的各種工業標準通訊協定(表1)，傳送即時測量的準確溫度與濕度。
整體而言，無線感測器網路開始成為自動化供應商專門供應的解決方案，用以解決先前無法解決的問題或取代昂貴的解決方案。由於專用解決方案不具開放性，因此對使用者而言便成為行家才懂的「黑盒子」。因為只有供應商能夠存取專用通訊協定內的研發所需工具，使得基本的創新發展受到阻礙。
總歸而言，無線感測器網路的主要特性包括：可輕鬆重新放置節點；可自動處理節點故障；節點的功能與行為相似；可輕易完成擴充，成為含有數千節點的大型網路；由於不需要纜線而且電源維護需求低或者甚至不須維護，適用於嚴峻的環境條件；其易於使用，只要放置並啟動即可新增節點(毋須或減少組態設定需求)；低耗電量；對於使用電池或能源採集的節點而言也相當省電。
無線感測器網路的未來發展係著眼於如「環境智慧」的概念，即無線運算的普及度達到一定水準，連實體空間也內建可根據當下環境需求進行感測並執行控制的節點。
未來發展邁向環境智慧
無線技術無時無刻都在進步，新的IEEE 802.11ac標準的傳輸速度將提供比現行的802.11n Wi-Fi還要快三至四倍，達到1.3Gbit/s的資料傳輸速率。如此一來，工業用網路也會獲得改善。隨著無線網路開拓全新的應用領域及原本需要卻不知道的新功能，使工業網路的模式也逐漸在改變。
(本文作者皆任職於Mouser Electronics)