CN107786967A - 直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置及其数据传输方法 - Google Patents

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CN107786967A CN201710225132.8A CN201710225132A CN107786967A CN 107786967 A CN107786967 A CN 107786967A CN 201710225132 A CN201710225132 A CN 201710225132A CN 107786967 A CN107786967 A CN 107786967A
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Abstract

本发明公开了一种提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置及其数据传输方法，该LoRa行动装置所具的主控电路中的中央处理器分别电性连接有LoRa通讯模块的LoRa通讯电路，以及无线通信电路的蓝牙模块、Wi‑Fi模块、行动通讯模块与NFC模块，当LoRa通讯模块接收LoRa无线感测网络所传输的LoRa信息封包时，无线通信电路可将中央处理器对该LoRa信息封包转换成符合相对应行动设备的信息封包传输至行动设备，使行动设备在LoRa行动装置信号涵盖范围内能够直接存取LoRa信息封包，便可节省链接于因特网进行接收数据产生的传输费用，亦不会受到LoRa无线感测网络只能通过网关传输数据的限制。

Description

直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置及其数据传输方法
技术领域
本发明涉及一种提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置及其数据传输方法，尤指LoRa行动装置可接收LoRa无线感测网络传输的LoRa信息封包并转换成符合行动设备的信息封包后，再传输至行动设备，使行动设备在LoRa行动装置信号涵盖范围内能够直接存取LoRa信息封包。
背景技术
随着因特网的普及与快速发展，云端大数据的应用及新一代因特网协议的来临，物联网(Internet of Things，IoT)也越来越受到关注，主要是将对象通过有线或无线的联网技术或感测设备与因特网连接，提供智能化的辨识与信息的管理及分享等，并广泛的应用于智能家居、智能家电、车联网、智能交通、环境的监控与安控等，且小至一个温度传感器、烟雾警报器、宠物追踪器、射频识别系统、智能手机、智能家电等，大至云端数据中心、整个城市的能源或交通管理系统等几乎都可以应用于物联网。
然而，现今物联网大多是以无线射频识别系统(RFID/NFC)、蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、无线局域网络(Wi-Fi)或行动通讯(3G、4G LTE等)等无线通信技术进行数据传输，其中该ZigBee传输的距离短、适用于小数据传输，蓝牙传输的距离短、适用于中数据传输，Wi-Fi传输的距离短、适用于大数据传输，而行动通讯虽然传输的距离长且适用于大数据传输，但是这些无线通信技术并无法满足物联网的应用，便有厂商组成LoRa联盟推出低功耗广域网(LPWAN)的LoRa无线通信技术，可使用于各种物联网设备，以实现物联网的LoRa无线感测网络，最大的特色是具备有远距离且低功耗的传输特性，并利用其低功耗的特性使设备仅靠着内建电池即可维持长达多年的使用时间，便可满足物联网对于少量数据(低带宽)、远距离、低功耗又低成本的通讯需求。
如图4所示，其中该物联网的LoRa无线感测网络包括有节点(Node)、网关(Gateway)、网络服务器(NetworkServer)及应用服务器(Application Server)等，当物联网前端感知层搜集节点端设备所检知的对象数据后，可通过网络层的网关进行桥接设备间的数据传输，并与后端服务的网络服务器连接，便可将数据后送至云端或应用服务器上进行运算处理与分析数据等，以提供给应用层智能生活、绿色建筑、智能节能、智能物流、健康照护与工业应用等多个领域的应用服务。
但是，该目前LoRa节点端设备的对象数据只能通过网关以公开网络或私有网络的方式与后端网络服务器连接，其通讯方式及传输距离将受到LoRa网关的限制，并依传输功率及地形的限制可以达到大约数公里至十几公里的传输距离，且该LoRa节点端只能与LoRa网关作连接，使行动设备(如智能手机、笔记本电脑、平板计算机、车载单元(On BoardUnit，OBU)等)或装置等只能通过内建的Wi-Fi、行动通讯等无线通信接口与网络服务器或网络服务器所连接的无线网络基地台(AccessPoint或Wireless Access Point)进行对象数据传输，整体数据传输架构不仅较为复杂，并会受到无线通信接口种类与传输距离的限制，造成行动设备无法直接存取该LoRa节点端的对象数据，且该行动设备通过网络链接于基地台存取对象数据所耗费的连网成本亦较高，所以要如何解决行动设备无法直接存取LoRa节点端对象数据所衍生出的问题，即为从事于此行业者所亟欲研究改善的关键。
发明内容
本案发明人有鉴于上述现有的LoRa无线感测网络整体数据传输架构较为复杂，并使行动设备受到无线通信接口的限制等问题，乃搜集相关数据经由多方评估及考虑，并利用从事于此行业多年研发经验不断的试作与修改，始设计出此种提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置及其数据传输方法。
本发明的主要目的在于该LoRa行动装置的LoRa通讯模块可接收LoRa无线感测网络所传输的LoRa信息封包，并由主控电路的中央处理器将该LoRa信息封包转换成符合相对应行动设备的信息封包后，再通过无线通信电路的蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块与NFC模块传输至行动设备，使行动设备在LoRa行动装置信号涵盖范围内能够直接存取节点端设备或网关的LoRa信息封包，且因行动设备不需通过因特网链接网络服务器进行接收数据，便可节省行动设备链接因特网产生的数据传输费用，亦不会受到LoRa无线感测网络内的各个节点端设备只能通过网关传输数据，以及无线通信接口种类与传输距离的限制，更具实用性与适用性。
本发明的次要目的在于该LoRa行动装置的主控电路具有通用唯一标识符及基于逻辑链路控制和适配协议提供串行端口仿真的RFCOMM通讯协议功能，使无线通信电路的蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块与NFC模块匹配且兼容于行动设备相对应的无线通信接口进行通讯传输信息封包，行动设备亦可进一步通过LoRa行动装置的主控电路、LoRa通讯模块、无线通信电路将信息封包转换成可传输至LoRa无线感测网络的LoRa信息封包，以构成行动设备的LoRa无线通信网络。
本发明的另一目的在于该LoRa行动装置除了可提供信号涵盖范围内的其他LoRa行动装置或行动设备进行彼此之间的通讯与数据传输等，而于实际应用时，亦可通过无线通信电路接收各个行动设备或其他LoRa行动装置传输的信息封包，并由主控电路转换成符合LoRa通讯模块的LoRa信息封包后，再无线传输至LoRa无线感测网络的节点端设备或网关，也可通过无线网络基地台、路由器、网关转送至网络服务器进行接收，使各个行动设备可通过LoRa行动装置与无线感测网络彼此的间能够相互通讯传输数据等。
附图说明
图1为本发明的方块图；
图2为本发明较佳实施例的方块图；
图3为本发明传输LoRa信息封包时的步骤流程图；
图4为现有的LoRa无线感测网络的方块图。
附图标记说明：1-LoRa行动装置；11-主控电路；111-中央处理器；112-内存；113-显示单元；12-LoRa通讯模块；121-LoRa通讯电路；1211-LoRa通讯天线；1212-LoRa通讯芯片；1213-LoRa通讯控制元件；13-无线通信电路；131-蓝牙模块；1311-蓝牙通讯天线；1312-蓝牙通讯芯片；1313-蓝牙通讯控制元件；132-Wi-Fi模块；1321-Wi-Fi通讯天线；1322-Wi-Fi通讯芯片；1323-Wi-Fi通讯控制元件；133-行动通讯模块；1331-行动通讯天线；1332-行动通讯芯片；1333-行动通讯控制元件；134-NFC模块；1341-NFC通讯天线；1342-NFC通讯芯片；1343-NFC通讯控制元件；14-电源供应电路；2-LoRa无线感测网络；21-节点端设备；22-网关；23-网络服务器；3-行动设备；4-无线网络基地台。
具体实施方式
为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其构造与功能如下。
如图1、图2、图3所示，分别为本发明的方块图、较佳实施例的方块图及传输LoRa信息封包时的步骤流程图，由图中可清楚看出，本发明提供的行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置为包括有LoRa行动装置1，该LoRa行动装置1的主控电路11具有中央处理器(CPU)111，中央处理器111电性连接有LoRa通讯模块12的LoRa通讯电路121，且LoRa通讯电路121具有可与外部LoRa无线感测网络2通讯传输LoRa信息封包的LoRa通讯天线1211及LoRa通讯芯片1212，LoRa通讯芯片1212电性连接有用以控制LoRa通讯机制的LoRa通讯控制元件1213，且中央处理器111电性连接有用以暂存信息封包的内存112及可供显示信息封包传输状态的显示单元(如显示屏幕、发光二极管等)113，主控电路11的中央处理器111电性连接有无线通信电路13的蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133与NFC((NearField Communication)模块134，用以将中央处理器111对LoRa信息封包转换成相对应的信息封包传输至外部行动设备3，主控电路11、LoRa通讯模块12与无线通信电路13电性连接有电源供应电路(如内建的电池或搭接其他电池、外接式电源等)14。
主控电路11的中央处理器111基于逻辑链路控制和LoRaWAN通讯协议提供三种LoRa通讯模式的分类，终端双向通讯(Class A)/具有接收时隙的终端双向通讯(Class B)/最大接收时隙地终端双向通讯(Class C)，并作为与其他LoRa装置进行信息交换及LoRaWAN信息封包转换的功能，以供无线通信电路13的蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133与NFC模块134匹配且兼容于各个行动设备3相对应的无线通信接口进行通讯传输信息封包，但于实际应用时，主控电路11的中央处理器111或无线通信电路13的蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133与NFC模块134亦可分别电性连接有信息转换电路(图中未示出)，并具有LoRaWAN信息封包转换的功能，使得无线通信电路13能够与各个行动设备3相互连结；反之，行动设备3也能够通过LoRa行动装置1的主控电路11、LoRa通讯模块12、无线通信电路13将该信息封包转换成可以传输至LoRa无线感测网络2进行接收的LoRa信息封包，以构成行动设备3所使用的LoRa无线通信网络。
然而，上述无线通信电路13的蓝牙模块131具有可与行动设备3通讯进行蓝牙信息封包发送和接收的蓝牙通讯天线1311及蓝牙通讯芯片1312，蓝牙通讯芯片1312电性连接有用以控制蓝牙通讯机制的蓝牙通讯控制元件1313；同样的，Wi-Fi模块132的Wi-Fi通讯天线1321及Wi-Fi通讯芯片1322亦可与行动设备3通讯进行Wi-Fi信息封包发送和接收，且Wi-Fi通讯控制元件1323进行控制Wi-Fi通讯机制；行动通讯模块133可为2G通讯模块、2.5G通讯模块、3G通讯模块、3.5G通讯模块、4G LTE的无线通信接口，并由行动通讯控制元件1333控制其行动通讯芯片1332搭配行动通讯天线1331与行动设备3进行行动通讯信息封包的发送和接收通讯机制；NFC模块134的NFC通讯控制元件1343也可控制其NFC通讯芯片1342搭配NFC通讯天线1341与行动设备3进行NFC信息封包的发送和接收通讯机制；另，LoRa无线感测网络2包括有多个节点端设备21、网关22进行桥接LoRa装置或设备间的LoRa信息封包的数据传输，以及网络服务器23及应用服务器进行运算处理与分析数据等。
当利用本发明的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置数据传输方法直接存取LoRa无线感测网络2传输的LoRa信息封包时，包括有下列的实施步骤：
(a1)LoRa通讯模块12的LoRa通讯电路121接收外部LoRa无线感测网络2传输的LoRa信息封包，并储存至主控电路11的内存112内；
(a2)主控电路11的中央处理器111依设定条件判断该LoRa信息封包是否为有效数据，若为是，即进行步骤(a4)，若为否，则进行步骤(a3)；
(a3)从内存112中清除数据；
(a4)中央处理器111进行LoRa信息封包的运算处理、转换成符合无线通信电路13的蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133或NFC模块134中的至少一个的信息封包、加密及解密，再进行步骤(a5)；
(a5)蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133或NFC模块134将该信息封包无线传输至信号涵盖范围内各个具备相对应无线通信接口的行动设备3、LoRa无线感测网络2的网络服务器23，或者是通过无线网络基地台4、路由器、网关等而转送至网络服务器23、行动设备3进行接收，以及其他的LoRa行动装置1、行动设备3进行彼此之间的通讯与数据传输等。
由上述实施步骤可清楚得知，本发明LoRa行动装置1的LoRa通讯模块12可通过LoRa通讯电路121进行接收存取LoRa无线感测网络2的节点端设备21、网关22所传输对象数据的LoRa信息封包，并储存至主控电路11的内存112内，且可通过显示单元113以指示灯或信息等显示出LoRa信息封包的传输状态，当主控电路11的中央处理器111依设定条件进行控制、分析处理和逻辑管理等判断该LoRa信息封包为无效数据时，便会从内存112中来清除该数据，当中央处理器111依设定条件判断该LoRa信息封包为有效数据时，便会进行LoRa信息封包运算处理、转换成符合无线通信电路13的蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133或NFC模块134中的至少一个信息封包，并对该信息封包进行加密及解密等相关的处理。
无线通信电路13的蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133或NFC模块134便会将该信息封包无线传输至其信号涵盖范围内各个具备有相对应无线通信接口的行动设备3(如智能手机、笔记本电脑、平板计算机及车载单元等)进行接收，以实现对节点端设备21的控制与管理，亦可将该信息封包转换成LoRa信息封包后无线传输至LoRa无线感测网络2相对应的网络服务器23，或者是不经转换通过无线网络基地台4、路由器、网关等而转送至网络服务器23进行运算处理与分析数据等，以提供给后端多个领域的应用服务(如云端计算、大数据分析等)，此种LoRa行动装置1可进行接收LoRa无线感测网络2的节点端设备21或网关22传输的LoRa信息封包，并转换成行动设备3相对应所能够接收的信息封包，以构成行动设备3的LoRa无线通信网络，使行动设备3在其信号涵盖范围内能够通过LoRa行动装置1直接存取节点端设备21或网关22的LoRa信息封包，且因行动设备3不需要通过因特网、无线网络基地台4或其他连网设备链接于网络服务器23进行接收数据，便可节省行动设备3连结于因特网所产生的数据传输费用，亦不会受到LoRa无线感测网络2内的各个节点端设备21只能通过网关22传输数据，以及无线通信接口种类与传输距离的限制，更具实用性与适用性。
此外，上述的LoRa行动装置1除了可通过LoRa通讯模块12进行接收LoRa无线感测网络2的节点端设备21或网关22传输的LoRa信息封包，并由主控电路11将该LoRa信息封包转换成符合无线通信电路13的信息封包后，再无线传输至信号涵盖范围内的其他LoRa行动装置1或行动设备3进行彼此之间的通讯与数据传输等，而于实际应用时，该LoRa行动装置1亦可通过无线通信电路13进行接收各个行动设备3或其他LoRa行动装置1传输的信息封包，并由主控电路11将该信息封包转换成符合LoRa通讯模块12可传输至LoRa无线感测网络2的LoRa信息封包后，再无线传输至LoRa无线感测网络2信号涵盖范围内的各个节点端设备21或网关22，也可通过无线网络基地台4、路由器、网关等而转送至网络服务器23进行接收，使各个行动设备3可通过LoRa行动装置1与无线感测网络2彼此之间能够相互通讯与数据传输等。
因此，本发明主要针对该LoRa行动装置1的LoRa通讯模块12可接收LoRa无线感测网络2的节点端设备21或网关22传输的LoRa信息封包，并由主控电路11转换成符合行动设备3的信息封包备，再通过无线通信电路13的蓝牙模块131、Wi-Fi模块132、行动通讯模块133与NFC模块134无线传输至行动设备3，使行动设备3在LoRa行动装置1信号涵盖范围内能够直接存取LoRa信息封包，且因不需通过链接因特网接收数据，便可节省数据传输费用，亦不会受到LoRa无线感测网络2只能通过网关22传输数据与距离的限制。
上述详细说明为针对本发明一种较佳的可行实施例说明而已，惟该实施例并非用以限定本发明的权利要求范围，凡其他未脱离本发明所揭示的技艺精神下所完成的均等变化与修饰变更，均应包含于本发明所涵盖的保护范围内。

Claims (14)

1.一种提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该LoRa行动装置包括：
一主控电路，其具有中央处理器；
一LoRa通讯模块，其包括有电性连接于中央处理器的LoRa通讯电路，该LoRa通讯电路用以与外部LoRa无线感测网络通讯传输LoRa信息封包；
一无线通信电路，其包括有电性连接于中央处理器的蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块与NFC模块；当LoRa通讯模块接收外部LoRa无线感测网络的LoRa信息封包时，无线通信电路将中央处理器对该LoRa信息封包转换成符合相对应行动设备的信息封包传输至外部行动设备；当无线通信电路接收外部行动设备的信息封包时，LoRa通讯模块将中央处理器对该信息封包转换成符合相对应LoRa无线感测网络的LoRa信息封包传输至外部LoRa无线感测网络。
2.根据权利要求1项所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该主控电路的中央处理器基于逻辑链路控制和LoRaWAN通讯协议提供Class A/Class B/Class C三种LoRa通讯模式，并与其他LoRa装置进行信息交换及信息封包转换，以供无线通信电路的蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块与NFC模块匹配且兼容于外部行动设备相对应的无线通信接口进行通讯传输信息封包。
3.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该主控电路的中央处理器电性连接有用以暂存信息封包的内存。
4.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该主控电路的中央处理器电性连接有用以显示信息封包传输状态的显示单元。
5.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该主控电路、LoRa通讯模块与无线通信电路电性连接有电源供应电路。
6.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该LoRa通讯模块的LoRa通讯电路具有能够与外部LoRa无线感测网络通讯传输LoRa信息封包的LoRa通讯天线及LoRa通讯芯片，LoRa通讯芯片电性连接有用以控制LoRa通讯机制的LoRa通讯控制元件。
7.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该无线通信电路的蓝牙模块具有能够与外部行动设备通讯进行蓝牙信息封包发送和接收的蓝牙通讯天线及蓝牙通讯芯片，蓝牙通讯芯片电性连接有用以控制蓝牙通讯机制的蓝牙通讯控制元件。
8.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该无线通信电路的Wi-Fi模块具有能够与外部行动设备通讯进行Wi-Fi信息封包发送和接收的Wi-Fi通讯天线及Wi-Fi通讯芯片，Wi-Fi通讯芯片电性连接有用以控制Wi-Fi通讯机制的Wi-Fi通讯控制元件。
9.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该无线通信电路的行动通讯模块为2G通讯模块、2.5G通讯模块、3G通讯模块、3.5G通讯模块或4G LTE无线通信接口，并具有能够与外部行动设备通讯进行行动通讯信息封包发送和接收的行动通讯天线及行动通讯芯片，且行动通讯芯片电性连接有用以控制行动通讯通讯机制的行动通讯控制元件。
10.根据权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置，其特征在于，该无线通信电路的NFC模块具有能够与外部行动设备通讯进行NFC信息封包发送和接收的NFC通讯天线及NFC通讯芯片，NFC通讯芯片电性连接有用以控制NFC通讯机制的NFC通讯控制元件。
11.一种使用权利要求1所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置进行的数据传输方法，其特征在于，该主控电路的中央处理器电性连接有用以暂存信息封包的内存，当利用LoRa行动装置直接存取外部LoRa无线感测网络传输的LoRa信息封包时，包括有下列的实施步骤：
(a1)LoRa通讯模块的LoRa通讯电路接收外部LoRa无线感测网络传输的LoRa信息封包，并储存至主控电路的内存内；
(a2)主控电路的中央处理器依设定条件判断该LoRa信息封包是否为有效数据，若为是，即进行步骤(a4)，若为否，则进行步骤(a3)；
(a3)从内存中清除数据；
(a4)中央处理器进行LoRa信息封包的运算处理、转换成符合无线通信电路的蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块或NFC模块中的至少一个的信息封包、加密及解密，再进行步骤(a5)；
(a5)蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块或NFC模块将该信息封包无线传输至信号涵盖范围内各个具备相对应无线通信接口的行动设备进行接收。
12.根据权利要求11所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置数据传输方法，其特征在于，该步骤(a5)中的蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块或NFC模块进一步将该转换后的LoRa信息封包无线传输至LoRa无线感测网络的网络服务器，或者是不经转换通过无线网络基地、路由器、网关转送至网络服务器。
13.根据权利要求11所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置数据传输方法，其特征在于，该步骤(a5)中的蓝牙模块、Wi-Fi模块、行动通讯模块或NFC模块进一步将该信息封包无线传输至其他LoRa行动装置、行动设备以进行彼此之间的通讯与数据传输。
14.根据权利要求11所述的提供行动设备直接存取LoRa信息封包的LoRa行动装置数据传输方法，其特征在于，该主控电路的中央处理器电性连接有用以显示信息封包传输状态的显示单元。
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