CN111432504B - 通讯系统、其电子装置及应用其的通讯方法 - Google Patents

通讯系统、其电子装置及应用其的通讯方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种通讯系统、其电子装置及应用其的通讯方法,电子装置包括第一通讯模块及第二通讯模块。第一通讯模块用以发出具有第一通讯频率的第一无线信号,第一通讯频率高于1GHz。第二通讯模块用以发出具有第二通讯频率的第二无线信号,第二通讯频率低于1GHz。其中,第一通讯模块用以建立与一网状网络(Mesh network)的连接,第二通讯模块用以建立与一星状拓扑(Star Topology)网络的连接。

Description

通讯系统、其电子装置及应用其的通讯方法
技术领域
本发明涉及一种通讯系统、其电子装置及应用其的通讯方法,且特别涉及一种使用二种不同通讯频率的通讯系统、其电子装置及应用其的通讯方法。
背景技术
ZigBee通讯技术采用极低功率消耗的设计,且ZigBee闸道器的组网能力强,理论上可连接65000个设备。然而,ZigBee通讯技术容易受到环境障碍物的遮蔽且容易受到其它通讯信号(如WiFi)的干扰,通常的在线(on line)率只有约75%~95%。对于需要高度连接稳定性的网络而言,现有ZigBee通讯技术已不符需求。因此,如何提出一种新的通讯技术以改善前述问题是本技术领域业者努力的方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通讯系统、其电子装置及应用其的通讯方法,可改善前述现有技术的问题。
本发明一实施例提出一种通讯系统。通讯系统包括一闸道装置及一电子装置。电子装置包括一第一通讯模块及一第二通讯模块。第一通讯模块用以发出一具有一第一通讯频率的第一无线信号,第一通讯频率高于1GHz。第二通讯模块用以发出一具有一第二通讯频率的第二无线信号,第二通讯频率低于1GHz。其中,电子装置的第一通讯模块用以与闸道装置或另一电子装置建立一网状网络(Mesh network)的连接;当电子装置的第一通讯模块无法与闸道装置建立网状网络的连接时,第二通讯模块用以与另一电子装置或其它电子装置的第二通讯模块建立一星状拓扑网络(Star topology network)的连接。
本发明另一实施例提出一种电子装置。电子装置包括一第一通讯模块及一第二通讯模块。第一通讯模块用以发出一具有一第一通讯频率的第一无线信号,第一通讯频率高于1GHz。第二通讯模块用以发出一具有一第二通讯频率的第二无线信号,第二通讯频率低于1GHz。其中,第一通讯模块用以建立与一网状网络的一连接,第二通讯模块用以建立与一星状拓扑网络的一连接。
本发明另一实施例提出一种通讯方法。通讯方法包括以下步骤。当一电子装置与一闸道装置或另一电子装置建立一网状网络的一连接时,电子装置以一第一无线信号于网状网络进行通讯,第一通讯频率高于1GHz;以及,当电子装置与闸道装置或另一电子装置无法建立网状网络的连接,电子装置与另一电子装置或其它电子装置建立一星状拓扑网络的一连接,其中电子装置以一第二无线信号于星状拓扑网络进行通讯,第二无线信号通讯频率低于1GHz。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示依照本发明一实施例的电子装置的示意图;
图2A~图2D绘示依照本发明一实施例的通讯方法的过程图;
图3A~图3C绘示依照本发明另一实施例的通讯方法的过程图。
其中,附图标记
110、110’、110”、110”’、110A、110A’、110B:电子装置
111:控制器
112:供电模块
120:闸道装置
A1:第一天线
A2:第二天线
B1:障碍物
CM1:第一通讯模块
CM2:第二通讯模块
MN:网状网络
S1:第一无线信号
S2:第二无线信号
SN:星状拓扑网络
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
依据本发明一实施例,电子装置的第一通讯模块可与闸道装置或另一电子装置建立一网状网络(Mesh Network)的连接。当电子装置的第一通讯模块无法与闸道装置或另一电子装置建立网状网络的连接时,电子装置的第二通讯模块可与网状网络内的另一电子装置的第二通讯模块或其它电子装置的第二通讯模块建立星状拓扑网络(Star topologynetwork)的连接。或者,依据本发明另一实施例,电子装置的第一通讯模块可直接或间接与闸道装置建立网状网络。当电子装置的第一通讯模块无法直接或间接与闸道装置建立网状网络时,电子装置的第二通讯模块可与网状网络内的另一电子装置的第二通讯模块建立星状拓扑网络的连接。以下进一步举例说明。
请参照图1,其绘示依照本发明一实施例的电子装置110的示意图。电子装置110包括第一通讯模块CM1、第一天线A1、第二通讯模块CM2、第二天线A2、控制器111及供电模块112。电子装置110例如是感知器,如火灾感知器或其它任何种类的感知器。电子装置110可以是固定式电子装置(如配置在电线杆、建筑物或任何固定式物件上)或移动式电子装置(如配置在可携式通讯产品、交通工具或任何可移动的物件上)。
第一通讯模块CM1、第一天线A1、第二通讯模块CM2、第二天线A2、控制器111与供电模块112的至少一者可整合成单一元件。第一通讯模块CM1、第一天线A1、第二通讯模块CM2、第二天线A2、控制器111及供电模块112可以是采用半导体工艺所形成的电路结构(circuit)。
第一通讯模块CM1用以发出具有第一通讯频率的第一无线信号S1,其中第一通讯频率高于1GHz。在一实施例中,第一通讯模块CM1例如是ZigBee通讯模块,其发出第一无线信号S1的第一通讯频率约为2.4GHz。通过ZigBee通讯协定,多台电子装置110可通过闸道装置(gateway)建立一网状网络。符合ZigBee通讯协定的第一无线信号S1的通讯频率高且通讯速度快。此外,第一通讯模块CM1通过第一天线A1发出第一无线信号S1或通过第一天线A1接收外部的信号。
第二通讯模块CM2用以发出具有第二通讯频率的第二无线信号S2,其中第二通讯频率低于1GHz。在一实施例中,第二通讯模块CM2例如是Sub-GHz通讯模块,其发出第二无线信号S2的第二通讯频率例如是介于400MHz~950MHz之间,如433MHz、780MHz、868MHz、915MHz或其它频段等。通过Sub-GHz通讯协定,多台电子装置110可建立一星状拓扑网络。符合Sub-GHz通讯协定的第二无线信号S2的通讯频率低,波长长且绕射能力佳,因此能传输较长距离,如可远至3公里。此外,第二通讯模块CM2通过第二天线A2发出第二无线信号S2或通过第二天线A2接收外部的信号。
控制器111电性连接于第一通讯模块CM1及第二通讯模块CM2,以控制第一通讯模块CM1及第二通讯模块CM2进行前述运作。此外,供电模块112例如是电池,其可供电给控制器111,以维持控制器111、第一通讯模块CM1及第二通讯模块CM2的正常运作。
请参照图2A~图2D,其绘示依照本发明一实施例的通讯方法的过程图。电子装置110’、110”、110”’、110A及110A’具有类似或同于图1的电子装置110的结构,于此不再赘述。为不使图示过于复杂,电子装置110’、110”、110”’、110A及110A’仅绘示第一通讯模块CM1及第二通讯模块CM2,而未绘示控制器111、供电模块112及天线。
如第图2A所示,闸道装置120与至少一电子装置,如电子装置110’及110”建立网状网络MN。在一实施例中,闸道装置120例如是基地台。虽然未绘示,然闸道装置120至少包含控制器111及第一通讯模块CM1,其可发出第一无线信号S1。以建立电子装置110’与闸道装置120之间的连接举例来说,闸道装置120的控制器111控制第一通讯模块CM1发出第一无线信号S1,以通知周遭的电子装置110’有关于闸道装置120的连接状态。当周遭的电子装置110’及/或110”收到闸道装置120发出的第一无线信号S1时,电子装置110’及/或110”回应闸道装置120所发出的第一无线信号S1,电子装置110’及/或110”的控制器111控制第一通讯模块CM1发出第一无线信号S1给闸道装置120,以建立电子装置110与闸道装置120于网状网络MN之间的连接。
在另一实施例中,也可是电子装置110’及/或110”主动发出第一无线信号S1以寻求连接。当闸道装置120收到电子装置110’及/或110”所发出第一无线信号S1时,闸道装置120回应电子装置110’及/或110”的第一无线信号S1,闸道装置120的第一通讯模块CM1发出第一无线信号S1,以建立闸道装置120与电子装置110’及/或110”之间的连接。
如图2A所示,在此网状网络MN内,闸道装置120定义为主机端(Master),且主机端的数量只有一个,而网状网络MN的电子装置110皆定义为装置端(Slave),装置端的数量可为多个,其中装置端可做为主机端的中继端。当其它电子装置(如电子装置110”’)无法直接与闸道装置120建立连接时,此其它电子装置可通过中继端建立与闸道装置120之间的连接,以组建更大范围的网状网络。此外,本发明实施例不限定网状网络MN内装置端的数量,其可以是几十个、几百个、几千个或几万个。
以电子装置110”’与电子装置110”之间的连接建立举例来说,电子装置110”’的控制器111控制第一通讯模块CM1发出第一无线信号S1以寻求连接,当电子装置110”收到电子装置110”’所发出的第一无线信号S1时,电子装置110”回应电子装置110”’所发出的第一无线信号S1,电子装置110”的控制器111控制第一通讯模块CM1发出第一无线信号S1给电子装置110”’,以建立电子装置110”’与电子装置110”于网状网络MN之间的连接。
如图2A所示,当电子装置110’、110”及110”’以第一通讯模块CM1直接或间接与闸道装置120建立连接时,电子装置的控制器111将第二通讯模块CM2的模式设定成主控端(Host),附图以”CM2:H”表示,等待设为客户端的电子装置的连接要求。当另一电子装置110A与网状网络MN内的任一台电子装置未连接时,电子装置110A的控制器111将第二通讯模块CM2的模式设定成客户端(Client),附图以”CM2:C”表示,以寻求与主控端的连接。在本实施例,一个客户端只与一个主控端连接,但一个主控端可与多个客户端连接。故而,当电子装置的第二通讯模块CM2的模式设定成主控端时,可组建更大范围的通讯网络。
举例来说,如图2A所示,电子装置110A尚未与网状网络MN连接。电子装置110A的控制器111控制第一通讯模块CM1发出第一无线信号S1,以寻求连接。然,由于受到环境障碍物B1的阻挡或其它任何可能的因素,第一无线信号S1无法传输至网状网络MN内的闸道装置120或网内的任何电子装置,或者闸道装置120所发出的第一无线信号S1由于受到环境障碍物B1的阻挡或其它任何可能的因素也无法传输至电子装置110A,因此导致电子装置110A无法与网状网络MN建立连接。
如图2B所示,当电子装置110A的控制器111控制第一通讯模块CM1发出第一无线信号S1经过一段预设时间区间(如3分钟)后未获得任何回应,电子装置110A的控制器111改以控制第二通讯模块CM2发出第二无线信号S2,以寻求连接;同时,电子装置110A的控制器111可控制第一通讯模块CM1停止发出信号。
如图2C所示,网状网络MN内最先(或最快)收到第二无线信号S2的电子装置(如电子装置110’),或收到最强信号(第二无线信号S2)的电子装置,可回应电子装置110A所发出的第二无线信号S2,控制其第二通讯模块CM2发出第二无线信号S2(未绘示)给电子装置110A,以建立电子装置110A与电子装置110’之间的连接,如图2C所示。电子装置110A与电子装置110’之间的连接构成星状拓扑网络SN。
相较于第一无线信号S1,第二无线信号S2的通讯频率较低、绕射能力较佳且传播距离较长,因此能够绕过环境障碍物B1而进入到网状网络MN内,以成功建立与网状网络MN内电子装置的连接,进而增加连接的成功率。
如图2D所示,其它电子装置110A’可采用类似图2B及图2C的方式,与电子装置110’、110”或110”’建立星状拓扑网络SN。在网状网络MN内,电子装置110’或110”的第二通讯模块CM2的状态可设为主控端,以等待设为客户端的电子装置的连接要求。此外,在星状拓扑网络SN内,其第二通讯模块CM2的模式设定成客户端的电子装置的第一通讯模块CM1可呈关闭状态,即星状拓扑网络SN内属性为客户端的电子装置不提供网状网络的连接功能。
在图2D中,另一电子装置110B可采用类似图2A~图2C的方式,先寻求与网状网络(利用第一通讯模块CM1)的连接,当连接未成功时,再寻求与星状拓扑网络(利用第二通讯模块CM2)的连接。此外,当网状网络MN或星状拓扑网络SN内的任一电子装置断线时,也可采用图2A~图2D的方式,先寻求与网状网络(利用第一通讯模块CM1)的连接,当连接未成时,再寻求与星状拓扑网络(利用第二通讯模块CM2)的连接。
请参照图3A~图3C,其绘示依照本发明另一实施例的通讯方法的过程图。电子装置110’、110”、110A及110A’具有类似或同于图1的电子装置110的结构,于此不再赘述。为不使图示过于复杂,电子装置110’、110”、110A及110A’仅绘示第一通讯模块CM1及第二通讯模块CM2,而未绘示控制器111、供电模块112及天线。
如图3A所示,多台电子装置(如电子装置110’、110”、110A及110A’)可采用类似或同于前述图2A的方法,直接或间接与闸道装置120建立网状网络MN。在网状网络MN中,各电子装置的控制器111将第二通讯模块CM2的模式设定成主控端,附图以”CM2:H”表示,以等待设为客户端的电子装置的连接要求。
如图3B所示,当障碍物B1进入网状网络MN内且切断电子装置110A与网状网络MN的连接时,原本与电子装置110A以第一通讯模块CM1连接的电子装置110A及110A’与网状网络MN断线。此时,电子装置110A及110A’的控制器111可将第二通讯模块CM2的模式设定成客户端,附图以”CM2:C”表示,以寻求与主控端的连接。
如图3C所示,设为客户端的电子装置(如电子装置110A及110A’)可采用类似或同于前述图2B~图2D的方法,与设为主控端的电子装置(如电子装置110及/或110’)建立星状拓扑网络SN。如此,即使网状网络MN内的任一台电子装置离线或断线,或者无法与网状网络MN连接的电子装置,可快速地与设为主控端的电子装置建立星状拓扑网络SN,以增加网络在线率。
综上,本发明实施例的电子装置是一双模通讯电子装置。当电子装置与闸道装置或与其它电子装置建立网状网络的连接时,电子装置以第一无线信号于网状网络进行通讯,其中第一无线信号的通讯频率高于1GHz;当电子装置与闸道装置无法建立网状网络的连接时,电子装置改以第二无线信号尝试与网状网络内的电子装置连接,其中第二无线信号的通讯频率低于1GHz。如此,电子装置可选择性地切换采用二种通讯技术的一者与邻近电子装置建立网络内连接,能增加连接机率及/或于网络在线率。在一实施例中,网状网络内与闸道装置直接或间接连接的电子装置的第二通讯模块的模式可设定成主控端,以等待设为客户端的电子装置的连接要求。当未与网状网络连接的电子装置(如网状网络内原本与闸道装置直接或间接连接的电子装置由于某些因素与网状网络断线,或尚未与网状网络连接的电子装置),其第二通讯模块的模式可设定成客户端,以寻求设为主控端的电子装置的连接。在实施例中,以第二通讯模块进行连接的电子装置建构出星状拓扑网络。此外,在星状拓扑网络内属性为客户端的电子装置可不提供网状网络的连接功能。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种通讯系统,其特征在于,包括:
一闸道装置;以及
一电子装置,包括:
一第一通讯模块,用以发出一具有一第一通讯频率的第一无线信号,该第一通讯频率高于1GHz;及
一第二通讯模块,用以发出一具有一第二通讯频率的第二无线信号,该第二通讯频率低于1GHz;
其中,该电子装置的该第一通讯模块用以与该闸道装置或另一电子装置建立一网状网络的连接;当该电子装置的该第一通讯模块无法与该闸道装置或该另一电子装置建立该网状网络的连接时,该第二通讯模块用以与该网状网络内的该另一电子装置的该第二通讯模块或其它该电子装置的该第二通讯模块建立一星状拓扑网络的连接。
2.根据权利要求1所述的通讯系统,其特征在于,该第一通讯模块为ZigBee通讯模块。
3.根据权利要求1所述的通讯系统,其特征在于,该第二通讯模块为Sub-GHz通讯模块。
4.根据权利要求1所述的通讯系统,其特征在于,当该电子装置的该第一通讯模块与该闸道装置或该另一电子装置无法建立该网状网络时,该电子装置的该第二通讯模块设定为一客户端,该客户端用以:
发出该第二无线信号,以要求建立该星状拓扑网络内的连接;以及
当该另一电子装置的该第二通讯模块或该其它电子装置的该第二通讯模块回应该第二无线信号,该客户端与该网状网络内的该另一电子装置或该其它电子装置建立该星状拓扑网络的连接。
5.根据权利要求1所述的通讯系统,其特征在于,当该电子装置的该第一通讯模块与该闸道装置或该另一电子装置建立该网状网络时,该电子装置的该第二通讯模块设定为一主控端;当该电子装置的该第一通讯模块与该闸道装置或该另一电子装置断线时,该电子装置的该第二通讯模块设定为一客户端。
6.一种电子装置,其特征在于,包括:
一第一通讯模块,用以发出一具有一第一通讯频率的第一无线信号,该第一通讯频率高于1GHz;以及
一第二通讯模块,用以发出一具有一第二通讯频率的第二无线信号,该第二通讯频率低于1GHz;
其中,该第一通讯模块用以建立与一网状网络的一连接,该第二通讯模块用以建立与一星状拓扑网络的一连接;
当该第一通讯模块与一闸道装置或另一该电子装置无法建立该网状网络时,该第二通讯模块设定成一客户端,该客户端用以:
发出该第二无线信号,以要求建立该星状拓扑网络内的连接;以及
当该网状网络内的该另一电子装置的该第二通讯模块或其它该电子装置的该第二通讯模块回应该第二无线信号,该客户端与该另一电子装置建立该星状拓扑网络的连接。
7.根据权利要求6所述的电子装置,其特征在于,该第一通讯模块为ZigBee通讯模块。
8.根据权利要求6所述的电子装置,其特征在于,该第二通讯模块为Sub-GHz通讯模块。
9.根据权利要求6所述的电子装置,其特征在于,当该电子装置的该第一通讯模块与一闸道装置或另一该电子装置建立该网状网络时,该电子装置的该第二通讯模块设定为一主控端;当该电子装置的该第一通讯模块与该闸道装置或该另一电子装置断线时,该电子装置的该第二通讯模块设定为一客户端。
10.一种通讯方法,其特征在于,包括:
当一电子装置与一闸道装置或另一电子装置建立一网状网络的一连接时,该电子装置以一第一无线信号于该网状网络进行通讯,该第一无线信号的一第一通讯频率高于1GHz;以及
当该电子装置与该闸道装置或该另一电子装置无法建立该网状网络的该连接,该电子装置与该网状网络内的该另一电子装置或其它该电子装置建立一星状拓扑网络的一连接,其中该电子装置以一第二无线信号于该星状拓扑网络进行通讯,该第二无线信号的一第二通讯频率低于1GHz。
11.根据权利要求10所述的通讯方法,当该第一通讯模块与该闸道装置或该另一电子装置无法建立该网状网络时,该第二通讯模块设定成一客户端,其特征在于,该通讯方法更包括:
该客户端发出该第二无线信号,以要求建立该星状拓扑网络内的连接;以及
当该网状网络内的该另一电子装置的该第二通讯模块或该其它电子装置的该第二通讯模块回应该第二无线信号,该客户端与该另一电子装置或该其它电子装置建立该星状拓扑网络。
12.根据权利要求10所述的通讯方法,其特征在于,更包括:
当该电子装置的该第一通讯模块与该闸道装置或该另一电子装置建立该网状网络时,该电子装置的该第二通讯模块设定为一主控端;以及
当该电子装置的该第一通讯模块与该闸道装置或该另一电子装置断线时,该电子装置的该第二通讯模块设定为一客户端。
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