CN109831815A - 数据传输协调系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数据传输协调系统及其方法。在此方法中，将终端装置区分到第一及第二子群组。第一子群组包括这些终端装置的至少一者，第二子群组包括这些终端装置的至少一者。第一子群组的终端装置与第二子群组的终端装置以不同的数据传输模式上传数据，且第一子群组的数据传输模式对应功率消耗高于第二子群组的数据传输模式。而反应于第一子群组中的第一终端装置符合替换条件，将第二子群组中的第二终端装置替换此第一终端装置，使第一子群组包括挑选的第二终端装置，而此被替换的第一终端装置依照系统运作情境，由第一子群组转换至第二子群组或无法继续传输。藉此，能有效延长系统整体使用时间。

Description

数据传输协调系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种传输管理技术，尤其涉及一种数据传输协调系统及其方法。
背景技术
低功率广域(Low Power Wide Area，LPWA)是一种用于物联网(Internet ofThings，IoT)中并以低传输速率进行长距离通讯的无线通讯网络。低功率广域的行动终端装置针对功率消耗更有特殊设计，以达到长达十年的续航力寿命。然而，在实际运作上，这些终端装置仍面临以下挑战：寿命随操作模式不同而有明显差异；某些应用(例如物件追踪或环境感测)的每日回报次数过多；电池容量有限且储电能力随环境变化而逐渐劣化；安装或更换施工费用远大于行动终端装置的成本费用。如表(1)所示，在不同操作模式与不同使用环境下，终端装置使用寿命差异极大。举例来说，终端装置操作在耦合损失(couplingloss)为144分贝(dB)环境下，一天回报50字节(bytes)数据一次，终端装置可以维持36年；若两小时回报50字节数据一次，终端装置的使用年限将减少为22.4年；假使回报数据增加到每两小时回报200字节一次，则终端装置使用年限进一步降低18.2年。另一角度而言，回报数据固定为两小时回报200字节一次，当操作环境耦合损失由144dB恶化到154dB甚至是164dB，终端装置的使用年限将自18.2年快速逐次降低为5.9年甚至是1.5年。明显地，这样的实验结果与低功率广域行动终端装置所要求标准需求的10年有显着的差距。倘若再进一步考虑部分使用情境的回报次数需高于每日24次，则使用年限恐再下降。
表(1)
另一方面，考量低功率广域行动终端装置的使用情境，除了室内使用外，其也可能应用于室外或是野外等部分恶劣环境。而电池由化学品组成，高温、紫外线、温湿度变化大等因素都会加速电池劣化，并大幅降低电池储电能力。此外，由于受环境影响，电池寿命难以在布建时就准确预估。
一旦终端装置因电源因素无法正常工作，为了维持感测系统正常运作，必须重新安装或更新通讯终端。除了考量环境因素会造成施工难度增加外，部分操作环境需中断现行服务，才能完成重新安装或更新终端装置。相对于施工费用，低功率广域行动终端装置的成本低上许多。
由此可知，虽然低功率广域行动通讯标准针对行动终端装置提供特别设计节能机制，但在实际应用上，仍会因不同操作模式与不同使用环境，而减短行动终端装置的使用寿命或不易准确估计其使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种数据传输协调系统及其方法，其提供两种子群组，并能替换其中的终端装置，从而提升系统整体的运作寿命，进而减少系统维护费用。
本发明实施例的数据传输协调系统，其包括至少两台终端装置、及伺服器。伺服器将这些终端装置区分到第一子群组及第二子群组。第一子群组包括这些终端装置的至少一者，第二子群组包括这些终端装置的至少一者。第一子群组的终端装置与第二子群组的终端装置以不同的数据传输模式上传数据至伺服器，且第一子群组的数据传输模式对应功率消耗高于第二子群组的数据传输模式。而反应于第一子群组中的第一终端装置符合替换条件，伺服器将第二子群组中的第二终端装置替换此第一终端装置，使第一子群组包括挑选的第二终端装置，而此被替换的第一终端装置依照系统运作情境，由第一子群组转换至第二子群组或无法继续传输。
本发明实施例的数据传输协调方法，其包括下列步骤。将终端装置区分到第一子群组及第二子群组。第一子群组包括这些终端装置的至少一者，第二子群组包括这些终端装置的至少一者。第一子群组的终端装置与第二子群组的终端装置以不同的数据传输模式上传数据，且第一子群组的数据传输模式对应功率消耗高于第二子群组的数据传输模式。而反应于第一子群组中的第一终端装置符合替换条件，将第二子群组中的第二终端装置替换此第一终端装置，使第一子群组包括挑选的第二终端装置，而此被替换的第一终端装置依照系统运作情境，由第一子群组转换至第二子群组或无法继续传输。
基于上述，本发明实施例的数据传输协调系统及其方法，将特定目标或应用的终端装置归类至相同群组，单一群组又区分成第一子群组及第二子群组。这两子群组中的终端装置以不同数据传输模式上传数据给伺服器。例如，第一子群组的终端装置的长传频率较高或上传数据大小较大。而当第一子群组中的终端装置无法继续正常传输数据，伺服器将指派第二子群组中的终端装置替换。藉此，能有效延长系统整体使用寿命。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依据本发明一实施例的数据传输协调系统的示意图；
图2是依据本发明一实施例的数据传输协调方法的流程图；
图3是依据本发明一实施例的单一终端装置机制的信令流程图；
图4是依据本发明一实施例的单一终端装置循环机制的信令流程图；
图5是依据本发明一实施例的多终端装置机制的信令流程图；
图6是依据本发明一实施例的唤醒及随机存取(Random Access，RA)机制的信令流程图；
图7是依据本发明一实施例的唤醒及传呼(paging)机制的信令流程图。
附图标记说明
1：数据传输协调系统
UE#1～UE#11：终端装置
AS：伺服器
S210～S230、S301～S315、S401～S415、S501～S515、S601～S616、S701～S716：步骤
具体实施方式
图1是依据本发明一实施例的数据传输协调系统1的示意图。请参照图1，数据传输协调系统1至少包括终端装置UE#1～UE#11、及伺服器AS。需说明的是，图中终端装置UE#1～UE#11的数量仅是用于方便说明，在其他实施例中，其数量大于一即可。
终端装置UE#1～UE#11可能有多种实施方式，例如可包含(但不限于)移动站、先进移动站(Advanced Mobile Station；AMS)、电话装置、客户驻地设备(Customer PremiseEquipment、CPE)、无线传感器等。
伺服器AS可能有多种实施方式，例如是(但不限于)家用演进型节点B(HomeEvolved Node B，HeNB)、eNB、次世代节点B(gNB)、进阶基地台(Advanced Base Station，ABS)、基地收发器系统(Base Transceiver System；BTS)、中继器(relay)、转发器(repeater)、和/或基于卫星的通信基地台；伺服器AS亦可能是连接前述任一收发器的伺服器(例如，电脑主机、各类型伺服器、工作站等)，通过连接的收发器转译对于终端装置UE#1～UE#11的控制指令，且此收发器传送到对应终端装置UE#1～UE#11并确认接收与执行等网络动作皆符合例如是3GPP通讯介面标准。
假设终端装置UE#1～UE#11皆受伺服器AS服务。于本发明实施例中，终端装置UE#1～UE#11基于长距离(LoRa)技术、窄频物联网(Narrow Band Internet of Thing，NB-IoT)、Sigfox、用于机器类型通讯长期演进增进(LTE Advanced for Machine TypeCommunications，LTE-MTC)等低功率广域网络(LPWAN)通讯技术与伺服器AS直接或间接通讯。于其他实施例中，终端装置UE#1～UE#11亦可能采用Wi-Fi、第三代(3G)或更后世代行动通讯等通讯技术与伺服器AS通讯。
为了方便理解本发明实施例的操作流程，以下将举诸多实施例详细说明本发明实施例中数据传输协调系统1的运作流程。下文中，将搭配数据传输协调系统1中各装置说明本发明实施例所述的方法。本发明实施例方法的各个流程可依照实施情形而随之调整，且并不仅限于此。
图2是依据本发明一实施例的数据传输协调方法的流程图。请参照图2，伺服器AS将针对相同或相似目标物或应用(例如，PM 2.5检测、电表量测、湿度检测等)、和/或具有相同或相似硬件规格(例如，电池、通讯技术等)的终端装置UE#1～UE#11归类至相同群组。假设图1中的终端装置UE#1～UE#11都属于相同群组。而针对一个群组内的所有终端装置UE#1～UE#11，伺服器AS会将这些终端装置UE#1～UE#11区分到第一子群组及第二子群组(步骤S210)。具体而言，第一子群组包括这些终端装置UE#1～UE#11的至少一者，第二子群组包括这些终端装置UE#1～UE#11的至少一者。例如，终端装置UE#1归类至第一子群组，而终端装置UE#2～UE#11归类至第二子群组，第一子群组与第二子群组交集为空集合。伺服器AS可随机或依据挑选规则(例如，电池状态、接收信号状态(例如，接收信号强度指标(ReceivedSignal Strength Indication，RSSI)、通道状态信息(Channel State Information，CSI)、信号品质等)、回应延迟时间、识别信息(例如，互联网协议(Internet Protocol，IP)地址)等)而选择任一台或更多台终端装置UE#1～UE#11至第一子群组中，而其余终端装置UE#1～UE#11则被指派到第二子群组。
在一实施例中，第一子群组的终端装置UE#1～UE#11与第二子群组的终端装置UE#1～UE#11以不同的数据传输模式上传数据至伺服器AS，且第一子群组的数据传输模式对应功率消耗高于第二子群组的数据传输模式。例如，第一子群组的数据传输模式是正常模式，第二子群组的数据传输模式是低功率模式，且正常模式的唤醒次数、唤醒时间、和/或传送数据大小等参数高于低功率模式，使得正常模式的功率消耗高于低功率模式。需说明的是，本发明实施例不加以限制各种传输模式的相关组态设定，且应用本发明实施例者可依据实际需求而自行调整。这些终端装置UE#1～UE#11可依据其对应的子群组并经伺服器AS指示，而设定成对应的数据传输模式，并以对应数据传输模式操作。
接着，反应于第一子群组中的至少一台第一终端装置符合替换条件，伺服器AS将第二子群组中的至少一台第二终端装置替换此第一终端装置(步骤S230)，使第一子群组包括这些第二终端装置。具体而言，为了方便说明，此处第一终端装置是指属于第一子群组的终端装置，且第二终端装置是指原属于第二子群组的终端装置并经伺服器AS挑选来替换第一终端装置。此替换条件相关于无法继续传输或是其他系统运作情境(例如，电量低于门槛值、断电、第一子群组中的当前总连线数不符合特定群组数量、或任何故障情况)。第一子群组中的终端装置上传整体数据量可能比第二子群组中的终端装置更多。若第一子群组中的终端装置中有任何异常情况，则需要立即或随后递补第二子群组中的终端装置，以维持一定的上传数据量。
值得说明的是，伺服器AS判断替换条件、及挑选第二终端装置的方式有很多种，以下将介绍五种机制。
图3是依据本发明一实施例的单一终端装置机制的信令流程图。请参照图3，假设终端装置UE#1～UE#11皆附接(attached)上伺服器AS。伺服器AS依据目标物/应用或硬件规格而将这些终端装置UE#1～UE#11归类至相同群组(步骤S301)。伺服器AS依据预设挑选规则或随机挑选，而将群组中的那些终端装置UE#1～UE#11区分到第一子群组及第二子群组(步骤S302)。于本实施例中，第一子群组是正常工作子群组，第二子群组是低功率子群组。伺服器AS例如是将终端装置UE#1指派到第一子群组，而群组中的其他终端装置UE#2～UE#11则被指派到第二子群组。伺服器AS会分别对两子群组中的终端装置UE#1～UE#11以对应的数据传输模式进行设定(步骤S303、S304)。数据传输模式可以是，第二子群组的终端装置UE#2～UE#11满足长时间感测需求(例如，休眠时间大于门槛值、传送数据量小于门槛值等，但仍会唤醒而上传数据)，第一子群组的终端装置UE#1则维持正常工作(相较于第二子群组功率消耗可能较高)。接着，第一子群组及第二子群组的终端装置UE#1～UE#11将以设定的数据传输模式运作(即，对应数据传输模式所指定的唤醒、休眠时机/时间及上传至伺服器AS的数据量)(步骤S305、S306)。
第一子群组的终端装置UE#1可判断自身所剩电量是否小于特定门槛值，以作为是否符合替换条件的判断依据(步骤S307)。若终端装置UE#1检测到自身所剩电量小于特定门槛值，则将传送低电量通知给伺服器AS，或者伺服器AS得知终端装置UE#1逾时未有回应(因伺服器AS得知所有终端装置UE#1～UE#11的对应数据传输模式，故得知各终端装置UE#1～UE#11是否未在特定时段上传数据)(即，符合替换条件(低电量或逾时未回应))(步骤S308)。
若伺服器AS收到终端装置UE#1的低电量通知或发现接收封包逾时，则先判断第二子群组中是否尚有终端装置UE#2～UE#11(步骤S309)。若尚有终端装置UE#2～UE#11，伺服器AS将根据特定挑选规则(例如，电池状态、信号品质、回应延迟时间等)或随机自第二子群组中挑选一台终端装置UE#2～UE#11移至第二子群组并替换终端装置UE#1(步骤S312)直到第二子群组中已无任何终端装置。
假设终端装置UE#2被挑选替换终端装置#1，待终端装置#2唤醒后，伺服器AS会指定终端装置UE#2属于第一子群组，并指派第一子群组对应的数据传输模式相关组态给终端装置UE#2，使终端装置UE#2能与终端装置UE#1替换(步骤S313)，而终端装置UE#2唤醒后即接受第一子群组对应的数据传输模式相关组态并完成设定(步骤S314)。接着，伺服器AS自群组中剔除/移除终端装置UE#1(步骤S315)。若终端装置UE#2未成功设定成第一子群组对应的数据传输模式，伺服器AS则会自第二子群组中另外挑选其他终端装置UE#3～UE#11。此外，流程会返回步骤S307且递回进行，直到第二子群组中已无任何终端装置UE#1～UE#11。
图4是依据本发明一实施例的单一终端装置循环机制的信令流程图。请参照图4，步骤S401、S402、S404、S407、S408、S409及S415的说明可参照图3中针对步骤S301～S309及S315的说明，于此不再赘述。与图3实施例不同之处在于，伺服器AS会依据顺序清单依序轮流挑选第二子群组中的至少一者至第一子群组并轮流回到第二子群组(步骤S403)。例如，顺序清单是终端装置UE#1、终端装置UE#2、终端装置UE#3…依此类推(即代号顺序)。终端装置UE#1会经特定周期、特定传输量、或经指示而转换成第二子群组，且同时终端装置UE#2将被指派到第一子群组。接着，终端装置UE#2回到第二子群组，而终端装置UE#2被指派到第一子群组…依此类推。而任一台有转换子群组的终端装置UE#1～UE#11将依据伺服器AS指示而变换对应数据传输模式。
此外，反应于第一子群组中的第一终端装置符合替换条件(低电量或逾时未回应等)，伺服器AS将改变此顺序清单(步骤S410)。例如，当前位于第一子群组中的终端装置UE#1发送低电量通知(步骤S408)，则伺服器AS会自顺序清单中移除终端装置UE#1，并依据例如是最少设定网络连线动作的数量来调整顺序清单的数量、交换频率、和/或交换周期等参数。
图5是依据本发明一实施例的多终端装置机制的信令流程图。请参照图5，步骤S501～S506、S509、及S513～S515的说明可参照图3中针对步骤S301～S306、S307、S309及S313～S315的说明，于此不再赘述。与图3实施例不同之处在于，大于一台终端装置UE#1～UE#11被指派到第一子群组(步骤S502)(本实施例以终端装置UE#1、UE#2为例)，且伺服器AS可判断第一子群组中当前总连线数是否符合特定群组数量(步骤S502指派的总数量，即，第一子群组包括此特定群组数量的终端装置)(步骤S507)或逾时未回应，以决定第一子群组中的终端装置是否符合替换条件(即，当前总连线数与逾时未回应，且无须等待终端装置UE#1发送的告警)。若前总连线数不符合(或低于特定群组数量)或逾时未回应，则伺服器AS才会自第二子群组中挑选一台或更多台终端装置UE#3～UE#11到第一子群组(步骤S512)并替换符合替换条件第一子群组中的终端装置(本实施例是挑选终端装置UE#3)。
图6是依据本发明一实施例的唤醒及随机存取(Random Access，RA)机制的信令流程图。请参照图6，步骤S601～S607、S613、S614及S615的说明可参照图3中针对步骤S301～S307及S313、S314及S315的说明，于此不再赘述。与图3实施例不同之处在于，反应于第一子群组中的终端装置(本实施例是终端装置UE#1)符合替换条件(例如，电量低于门槛值、功能故障等)，此终端装置UE#1对伺服器AS及其他终端装置UE#2～UE#11发送广播信息(本实施例是电力事件，于其他实施例可以是其他故障告警)(步骤S608)。而唤醒后且接收到此广播信息的终端装置UE#2～UE#11可对伺服器AS或其收发器执行随机存取程序(步骤S609)。伺服器AS会确认是否无唤醒的终端装置(步骤S610)(可基于是否收到随机存取信息决定)。伺服器AS将第二子群组中完成此随机存取程序(例如，伺服器AS或其连接收发器发送随机存取回应的目标终端装置)的终端装置作为替换的终端装置(本实施例是终端装置UE#2)(若超过一台终端装置完成则会再依据特定挑选规则(例如，电池状态、信号品质等)来挑选)，以替换第一子群组中的终端装置UE#1(步骤S612)。而逾时未等到随机存取回应或广播信息的其余终端装置UE#3～UE#11将维持在第二子群组中(步骤S616)。
图7是依据本发明一实施例的唤醒及传呼(paging)机制的信令流程图。请参照图7，步骤S701～S707、S713、S714及S715的说明可参照图3中针对步骤S301～S307及S313、S314及S315的说明，于此不再赘述。与图3实施例不同之处在于，反应于第一子群组中的终端装置(本实施例是终端装置UE#1)符合替换条件(例如，电量低于门槛值、功能故障等)，此终端装置UE#1对伺服器AS及其他终端装置UE#2～UE#11发送广播信息(本实施例是电力事件，于其他实施例可以是其他故障告警)(步骤S708)。反应于接收到广播信息，伺服器AS确认是否有可传呼的终端装置(步骤S711)。如果有可传呼的终端装置，伺服器AS或其连接收发器会对第二子群组中的终端装置UE#2～UE#11发送传呼信息(步骤S710)。而唤醒后且接收到广播信息的终端装置UE#2～UE#11会等待接收来自伺服器AS或其连接收发器的传呼信息后执行存取程序(步骤S709)。接着，伺服器AS将第二子群组中完成存取程序的终端装置作为替换的终端装置(本实施例是终端装置UE#2)(若超过一台终端装置完成则会再依据特定挑选规则(例如，电池状态、信号品质等)来挑选)，以替换第一子群组中的终端装置UE#1(步骤S712)。而逾时未等到广播信息、传呼信息或存取回应的其余终端装置UE#3～UE#11将维持在第二子群组中(步骤S716)。
需说明的是，在前述实施例中，终端装置数量、替换数量、各子群组中的群组数量、及替换条件皆仅是用于范例说明，且应用者可依据实际需求而自行变更。
综上所述，本发明实施例的数据传输协调系统及其方法，针对特定目标物或应用的终端装置区分成两个子群组，且这些子群组中的终端装置以不同数据传输模式来上传数据到伺服器。若第一子群组中的终端装置有任何异常情况(即，符合替换条件)，则伺服器会自第二子群组中挑选出一台或更多台终端装置到第一子群组，以替换第一子群组中依照系统运作情境，由第一子群组转换至第二子群组或无法继续运作的终端装置。藉此，能有效提升系统整体的使用时间。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种数据传输协调系统，包括：
至少二终端装置；以及
伺服器，将所述至少二终端装置区分到第一子群组及第二子群组，其中
所述第一子群组包括所述至少二终端装置中的至少一者，且所述第二子群组包括所述至少二终端装置中的至少一者，所述第一子群组中的终端装置与所述第二子群组的终端装置以不同的数据传输模式上传数据至所述伺服器，且所述第一子群组的数据传输模式对应功率消耗高于所述第二子群组的数据传输模式，
而反应于所述第一子群组中的第一终端装置符合替换条件，所述伺服器将所述第二子群组中的第二终端装置替换所述第一终端装置，使所述第一子群组包括挑选的所述第二终端装置，其中所述替换条件相关于无法继续传输。
2.根据权利要求1所述的数据传输协调系统，其中所述伺服器依据顺序清单依序轮流挑选所述第二子群组中的至少一者至所述第一子群组并轮流回到所述第二子群组，所述伺服器将改变所述顺序清单。
3.根据权利要求1所述的数据传输协调系统，其中所述第一子群组包括群组数量的终端装置，且所述群组数量大于一，而所述伺服器判断所述第一子群组中当前总连线数不符合所述群组数量，以决定所述第一终端装置符合所述替换条件。
4.根据权利要求1所述的数据传输协调系统，其中反应于所述第一终端装置符合所述替换条件，所述第一终端装置对其他所述终端装置发送广播信息，而接收到所述广播信息的终端装置执行随机存取程序，且所述伺服器将所述第二子群组中完成所述随机存取程序的终端装置作为所述第二终端装置，以替换所述第一终端装置。
5.根据权利要求1所述的数据传输协调系统，其中反应于所述第一终端装置符合所述替换条件，所述第一终端装置对其他终端装置发送广播信息，而接收到所述广播信息的终端装置待接收来自所述伺服器的传呼信息后执行存取程序，且所述伺服器将所述第二子群组中完成所述存取程序的终端装置作为所述第二终端装置，以替换所述第一终端装置。
6.一种数据传输协调方法，包括：
将至少二终端装置区分到第一子群组及第二子群组，其中所述第一子群组包括所述至少二终端装置中的至少一者，且所述第二子群组包括所述至少二终端装置中的至少一者，所述第一子群组中的终端装置与所述第二子群组的终端装置以不同的数据传输模式上传数据，且所述第一子群组的数据传输模式对应功率消耗高于所述第二子群组的数据传输模式；以及
反应于所述第一子群组中的第一终端装置符合替换条件，将所述第二子群组中的第二终端装置替换所述第一终端装置，使所述第一子群组包括挑选的所述第二终端装置，其中所述替换条件相关于无法继续传输。
7.根据权利要求6所述的数据传输协调方法，其中将至少二终端装置区分到所述第一子群组及所述第二子群组的步骤之后，还包括：
依据顺序清单依序轮流挑选所述第二子群组中的至少一者至所述第一子群组并轮流回到所述第二子群组，而反应于所述第一终端装置符合所述替换条件的步骤之后，还包括：
改变所述顺序清单。
8.根据权利要求6所述的数据传输协调方法，其中所述第一子群组包括群组数量的终端装置，且所述群组数量大于一，而将至少二终端装置区分到所述第一子群组及所述第二子群组的步骤之后，还包括：
判断所述第一子群组中当前总连线数不符合所述群组数量，以决定所述第一终端装置符合所述替换条件。
9.根据权利要求6所述的数据传输协调方法，其中反应于所述第一终端装置符合所述替换条件的步骤之后，还包括：
通过所述第一终端装置对其他所述终端装置发送广播信息；
通过接收到所述广播信息的终端装置执行随机存取程序；以及
将所述第二子群组中完成所述随机存取程序的终端装置作为所述第二终端装置，以替换所述第一终端装置。
10.根据权利要求6所述的数据传输协调方法，其中反应于所述第一终端装置符合所述替换条件的步骤之后，还包括：
通过所述第一终端装置对其他终端装置发送广播信息；
通过接收到所述广播信息的终端装置待接收传呼信息后执行存取程序；以及
将所述第二子群组中完成所述存取程序的终端装置作为所述第二终端装置，以替换所述第一终端装置。
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