隨著物聯網(IoT)的興起，目前市場呈現一項成長趨勢，即蒐集和匯聚來自各種智慧家庭、工業、綠色能源、運輸和智慧城市應用的感測器資料。產業界普遍認為發送到雲端或本地控制系統的數據越多越好。
這些感測器數據大部分都採用物理性感測的方式，用於人員偵測、物體偵測、溫度、濕度、光線、聲音和振動等。隨著時間的推移，開發人員意識到部署大型感測器網路的困難度，許多雲端公司對此做出結論：如果無法對資料進行決策，那麼存取龐大數據並不一定會增加價值。
目前在講求成本的環境中，每個部署的感測裝置或網路都必須在開發和部署的複雜性與IoT服務供應商、雲端公司和終端用戶的價值之間取得平衡。在已部署的感測器網路中，現在看到的趨勢是：簡化網路並僅測量那些可以節省成本和/或更佳的終端使用者經驗的內容。
零售商店/商業辦公大樓 IoT感測器數量典範
讓我們看看兩種應用範例，它們展示了部署物聯網應用所需最佳感測器數量的新趨勢：零售商店和商業辦公大樓。
商店中最有價值的不動產是其商品貨架，關鍵的指標是顧客轉換率。多數的大型零售商受益於感測器網路，該網路可以測量占用率、客戶和物品位置、庫存量等。理想情況下，系統將使用感測器數據增加顧客購買的可能性。感測器可以使用新的藍牙追蹤技術，例如到達角(AoA)和離開角(AoD)以及接收訊號強度指示(RSSI)或距離相移。這種AoX(圖1中的AoD定位系統)和測距技術使得網路能夠對客戶的智慧手機或嵌入在購物籃/購物車中的設備的位置進行三角測量，偵測客戶的位置以及消費者在商店中的哪裡停留了更長時間。這些數據與臉部辨識技術或智慧手機識別互相結合，可替每位消費者分配購買組合，預測他們最有可能購買的商品，並提供店內促銷或產品搭售，或在光臨店面後提供目的性的行銷活動。
優化的感測器網路還可以為商店經理提供有關各種產品類型的購買決策建議。例如，感測器網路可能揭露某些顧客花費大量時間比較牙膏品牌，同時快速選定洗髮乳，選擇他們所知道的品牌。這些資訊協助商家更智慧的在貨架上擺放顧客更有可能購買的商品，進而提升商店的效率和獲利。
將辦公樓轉變為裝設有感測器的智慧建築可減少維護和營運成本，增加居住者的安全、舒適度和便利性。環境控制是設施管理的主要成本因素。一個標準10萬平方呎的建築物，每個月可能花費超過5萬美元來充分降溫或加熱。透過增加30萬美元的智慧感測器網路減少15%成本，將會是聰明的投資，在幾年後便能收回成本。另一個附加價值是為防止損壞而優化的感測器網路。能夠偵測如漏水、淹水、煙霧和火災等威脅，然後迅速做出反應，可以節省大量維修成本，同時保護居住者，甚至挽救生命。透過感測器網路減少威脅也可能降低保險費。
雖然這兩種感測器網路應用範例會直接增加部署者的營收或淨利，但在裝設感測器網路時需要考慮兩個關鍵挑戰：部署感測器的傳輸媒介以及處理感測器數據的方式。
感測器傳輸媒介須考量應用場景
每個感測器網路的配置都不同，具體取決於其應用需求和物理環境。例如，有些網路可以部署在具有統一覆蓋範圍的零售環境中，而其他網路要在具備不同大小房間的公司辦公室中實施部署。有些網路需要24小時全天候不間斷的使用，而其他網路只在某一天部分時間運行。受到電機產生的電磁雜訊干擾的工廠，對感測器網路而言可說是極具挑戰性的環境，讓某些類型的感測或通訊技術無法作用，每種情景都需要最佳的感測解決方案。
來看看商業建築的例子。共同的目標是降低照明和HVAC系統的耗能和成本。有兩種選項：在幾乎無人使用的區域中最小化照明和HVAC使用，或實施節能的照明和環境控制。無論選擇哪種，都需要部署必要的感測器類型，例如偵測是否有人、照明度和溫度感測器等。附加的濕度或壓力感測器可以透過優化照明和空調，確保居住者更加舒適。
要部署最佳的感測器網路，開發人員必須事先做出一些決定：「感測節點將採用電池供電還是電線供電？」由於不受電線的限制，電池供電的無線感測器節點更易於安裝。但每隔幾年更換一次電池對ROI回報率造成負面影響。採用電線(壁上電源或乙太網路供電)也可能產生昂貴的前期成本，而且在地法令相容性因地區而異。部署像PoE這樣的低電壓系統比向每個感測器節點輸送110V或220V更具成本效益。另個經濟實惠的選擇是安裝低電壓LED照明和感測器網路，以便更輕鬆地節省能耗。
開發人員也必須決定：「感測節點採用有線還是無線通訊？」解決方案在採用「有線供電和有線數據通訊」還是「電池供電和無線數據」之間進行權衡。無線更具有成本效益，因為不需要在整個建築物中部署數據線，但在部署無線網路時，必須考慮其他前期施工成本和複雜性。對於新建築，部署CAT5線纜相當容易，它可以將數據和電源傳輸到每個節點。使用CAT5線纜，傳輸速率通常低於標準的1 Gbps，這表示CAT5線纜可以傳輸達100公尺以上。然而，對於一些大樓翻新，進入難以到達的地方部署線纜(例如天花板吊頂)幾乎是不可能的。在這種情況下，無線連接可能是最佳選擇。
在裝設無線網路時，開發人員必須考慮使用何種傳輸媒介和協定。由於廣泛部署的基礎設施和熟知的IP數據封包，Wi-Fi因其易用性而具吸引力，但Wi-Fi只支援有限數量的終端節點和存取節點，與其他短距離無線傳輸技術選項相比有大量功耗。
雖然Zigbee解決了耗電問題，但對於缺乏網狀專業知識的開發人員來說，開發Zigbee網路可能極具挑戰性。部署人員需要評估每個協定選項的優缺點，如圖2所示，才能確定最佳路徑。沒有完美的解決方案，最好的無線選擇，是採用可接受的權衡來實現最佳應用目標。
「感測器數據的決策將在何處進行？」也是開發人員要思考的問題。根據商業大樓或家庭的需求，打開或關閉HVAC系統的決策，可以透過HVAC控制器在建築物本地進行。或者，可以將感測器數據發送到雲端進行處理，進而實現HVAC系統的遠端控制。
這種對在地或遠端資料處理和控制的選擇取決於許多因素，包括實現決策所需的運算複雜性、必須處理的數據量、以及是否需要後期資料處理或遠端監控。對於具備有限數據要求的智慧家庭，本地處理和控制可能是切實可行的。然而，對於管理建築物中許多房間的HVAC系統，可能需要閘道將資料傳輸到雲端。
處理感測器數據挑戰大
處理數百個感測器節點產生的數據，對於許多試圖部署大規模感測器網路的開發人員來說是一個障礙。在實驗室中設置幾個節點，並使它們與主機或雲端通訊相對簡單，但隨著節點數量的增加，網路設計的困難度呈指數增加。
蒐集本地或雲端數據的應用，必須識別所有數據並加上時間戳記，以構建區塊的準確模型。對於智慧辦公室，主機系統將從數百個感測器接收資料。這可能是一個不切實際、昂貴且相當困難的問題。雖然每個終端節點上的感測器可能只花費0.50美元，但對網狀網路和雲端運算的開銷需求，可能遠遠超過感測器的成本。經驗豐富的感測器網路部署者，現在只增加每個終端節點必要的內容。這種合理精簡的優化方法能夠減少數據開銷，降低終端節點的功耗，進而節省電池更換成本。
網路拓撲是一個多變數問題。解決方案的趨勢是使用結合網狀網路、匯流排或樹狀拓撲的混合拓撲。例如，在智慧辦公室中，部署許多較小的感測器網狀網路是有意義的，這些網路可以相互跳躍將訊息發向閘道器或存取點(圖3)。這種存取點可以是另一個網狀網路的一部分，它與主機只差一步距離或者含括主機和其他閘道器。透過在閘道器和主機之間分擔工作，使用這些「中間」節點簡化了這一難題。
使用混合式拓撲，雲端可以接收組織過的數據，減輕雲端應用的負擔並實現更具擴展性的網路。雲端應用很可能是針對特定任務而設計，必須被創建或授權才能為建築物提供監控功能。
目前的趨勢是透過軟體即服務(SaaS)來實現此應用。例如，希望降低HVAC成本的保險公司，通常不具備自行開發這種應用的核心能力。此應用提供回饋以及配置，設施管理人員可以根據自身喜好，自訂控制他們的建築環境。
感測器網路部署將是一項挑戰。沒有一個感測器網路布局或測量組合適合每種IoT應用。一個網路可能專注於追蹤資產或人員，而另一個網路則優先偵測環境變化，以降低成本或避免災難。無論選擇哪種感測器網路方式，都必須帶來價值，此價值必須抵銷部署傳輸媒介以及處理數據並最終做出決策的系統的成本和複雜性。
從電池供電的終端節點到大規模的雲端應用，感測器網路部署必須仔細規劃。在部署或設計感測器網路時，需要考量所有面向，即使是最輕微的疏忽也可能導致難以克服的權衡利弊。考量如何為每個感測器節點供電，如何傳輸數據和到達主機應用的路徑，以及如何隨著時間的推移對網路進行服務或擴展。感測器網路正在開始實現最佳的性價比，更多企業將部署它們以降低成本、導向智慧化並從競爭中脫穎而出。
