TW201014271A - Multi-frequency wireless identification transmission and control architecture and its method - Google Patents

Description

201014271 w 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係種多頻無線麵傳控架構及其方法，_是指—種無 •線感測傳控的技術’為·多頻道轉傳送方式配合軟硬體多層次防骇機制 •及二組级，ID彈性安全的學習編輯機制所義之可彈性多樣應用、安全 及穩定的無線識別傳控技術。 【先前技術】 ❹ 人類科技進步及電腦網路應用普及已大大提升了生活的便利性，為了 使人們有更便利及自動化的生活環境，智慧門禁、鹏D、居家安全感測通 報、遠端監控、電子識別門鎖、居家看護、家電控制、物流追踪、工廠自 動控制、·社區安全監控、旅館門禁安全管控、定位導覽及環境監測等各式 應用技術—出現。為能使各應用產品有料標準，降低製造及使用成本 並廣為剌，漏相始财人獅絲共建—縣技術Μ，而有後來 各大廒支持的ZigBee連盟成立，希望能達成各應用產品具有共通標準之目 _的β 當ZigBee實際進行運作時，面臨了下列問題： 1. zigBee_路㈣，由於過於複雜或無線電義料受干擾及阻 隔’而使相關產品_開發不易且不穩定。 2. 由於ZigBee的相關產品開發不易且不穩定，導致只看到零星的

ZigBee姻產品，絲能如·狀量的顧於料錢線識別控 制系統。 201014271 由此可見，上述習用及現行之方法，實非一良善之設計，而亟待加以 改良。 本案發明人鑑於上述ZigBee所使㈣謝15·4通訊協議，主要是提供 * ‘點對點低速率猶的路控轉送網路能力，雖然路徑轉送機制彈性大但也複 雜，並不太適鎌-般需中央處理各裝置訊息及需快速反應之識別傳控系 統中，乃亟思加以改良創新’並經多年苦心孤錯潛心研究後，終於成功研 發完成本件多頻無線識別傳控架構及其方法。 © 【發明内容】 本發明之目的即在於提供頻鎌酬傳縣構及其方法，以簡 單直接的祕參數編輯及翔轉送_軸可雜多樣顧、安全、低耗 電及穩定的應用要求。 本發明之次要目的即在於提供—種乡触_麟祕構及其方法， 彻搞構及其方法，希望能廣為大眾接受，並快速的顧於前述各自動 化無線識別傳控的生活環境中。 鲁 達成上述發明目的之多頻無線識別傳控架構及其方法，依系統建置及 應用上的需求，此魏驗件依舰可分為控管巾心域（c她。心试）、 網路延伸器（Extender)、終端裝置（Enddevke)、可移動裝置（M〇biieDe^ 及系統參數學習編輯器（Learning Editor)等五種不同裝置。而其運作機制 則包括：解重用轉送機制、叢聚頻率自動選用機制、減少信號碰撞機制、 二組G1OUP ID的參數學習及編輯卿、加密防赃全機制、娜金轉傳 送機制、哺傳送訊針賴财遙控裝置之關職制等。 201014271 - 【實施方式】 請參閱圖一，為本發明多頻無線識別傳控架構及其方法之系統架構 圖，由圖中可知，該架構之主要元件包括： 一控管中心主機1 (Control host)，該控管中心主機1主要是使用一部 電腦，以RS232或USB連接一個或多個rf收發信模組，並藉由处收發 信模組’靖定的無線通訊參數對系統内各裝置做無線的通職控，除提 供網路延伸If 2 (Extender·)及終端裝置3 (Enddeviee)加人其下直接與其 •通訊’成為最上層的叢聚（Cluster)，並藉由網路延伸器2與其後的網路延 伸器2及終端裝置3通訊外，更_來顯示、儲存、編輯及監控系統内各 裝置之參數及狀態。 -網路延伸器2(Extender)，該網路延伸^ 2主要用來擴伸原有網路， 供更多更遠的裝置加入系統。當一些肝裝置集合在此網路延伸器2附近， 使用網路延伸器2所選用頻率加入系統時，便在此網路延伸器2下形成所 謂的叢聚（C—，如此網路延伸器2便成了控管中心主機i或上層網路 延伸器2與其叢聚下所有即裝置間的通訊橋樑，並為其叢聚下所有裝置建 立上下轉送之路彳^ #在叢聚邊另加人網路延伸器2後，便可另建立新的 叢聚使控"心主機丨可與更多及更遠賴裝置通訊。而為避免相鄰網 路=申器2輯叢晴送_刪目㈣，各猶梅2將依系統 所》又4 7頻率重用機制’選用_之通訊頻率供其叢聚使用。 終《置3 (Enddevice)，該終端裝置3必需具有财收發信器，當 終端裝置3經由如:溶士 . 二官中心主機I或系統參數學習編輯||判取得系統通訊 201014271 參數並加人祕後，控管中⑽機丨可轉其名稱，並將其錢⑽）、叢 聚編號（EID)、叢聚層級（ciusterLevel)及轅读相，若… 财頻道（FC)等存入PC的 table表内，供曰後顯示監控使用；而該終端骏置3為應用於系統中之各； 端裝置，如燈光控繼 '無線遙控家電、nt開啟偵測器、警報器及溫濕 度偵測器等各式可被遙控或環境感測之裝置。 -可移動裝置4 (MGbne Deviee) ’料移姆置4可做為遙控裝置 時，除可直接對鄰近可控輪端裝置3設定_，直接遙控祕端装置3。 ❹ 當做為系統通訊參數提供器（ParameterProvider)時，只需由控其中、、主機 或系統參數學習編輯H取得祕參數後，便可在—些需經f更新系統通訊 參數之應用環境為各裝置做系統通訊參數之近距離更新。 本發明在架賊£上，基本上可說H離網賴充結構，控管中 心主機1為網_啟始建立點，並㈣監控整⑽統⑽後加人的各裝置 狀態’控官中心主機1先選定工作頻率供鄰近奸終端裝置3及網路延伸器 2等加入，以形成最上層叢聚（Cluster)，此時電腦便可藉由控管中心主機i 〇 直接對此叢聚内各奸裝置做監控；當有網路延伸器2加入其叢聚後，又可 以網路延伸器2為中心，選定另一頻率建立新叢聚，讓較遠及更多的财裝 置加入系統，加入此新叢聚的所有裝置便可經由網路延伸器2轉送其处訊 號，讓控管中心主機1亦能監控此新叢聚内所有的裝置；在此新叢聚内再 加入網路延伸器2擴增新叢聚，持續擴伸系統建置。另外為避免鄰近叢聚 的同頻率互相干擾，此系統採用7頻率供鄰近叢聚區隔使用，並讓較遠的 叢聚可重覆使用此7頻率’雖然系統設計可容納255個網路延伸器2，若不 201014271 以工間距離來區隔亚重覆使用頻率，—個有限的妳通訊區域内仍無法加入 超過7個網路延伸器2 ;而在安全設計考量上，系統内各裝置必需有共同的 系統通訊參數，始可為系紐識及在系統巾運作，姐控管巾心、主機1或 系統參數學習編輯器編輯設定祕通訊及學習參數，㈣助各裝置學習 取得或更«共同K騎訊餘。 在：t述之架構下，其中各組件的運作方式所需的運作機制，包括： 1·頻率重用轉送機制： 具有7頻率重用轉送功能，由於RF訊號傳送距離有限，且同 —空間内_率的RF喊會互相干擾，為能使本纽控管更大的 範圍及更多的裝置，讓各鄰近叢聚内傳送的RF訊號不會互相干 擾’且能依空間區隔而重覆使用頻率，便模仿傳統7細胞無線系統 頻率分佈考量，利用隨後介紹的自動頻率選用機制，設定7個不同 的頻率供系統轉接擴展使用。 2.叢聚頻率自動選用機制： 為讓新建立之叢聚（Cluster)能自動選取合用之頻率，網路 延伸器（Extender)或控管中心主機（Control Host)將掃描鄰近 可直接通訊範圍内系統7頻率中已被佔用之頻率，並利用「可用頻 率參數」5己錄其頻率佔用狀態，供其後加入之網路延伸器選用系 統7頻率中未被佔用之頻率與其通訊，若該區域内無適當可加入之 系統頻率’代表已在太小區域内加入過多網路延伸器，此處將自 動無法加入新的網路延伸器，應將距離過近的網路延伸器擴大距 201014271 離放置’區域週遭才會有空餘的頻率供後續網路延伸器加入使 用。另欲新加入的網路延伸器會自動依所搜尋到鄰近已建置網路 延伸器的level參數’判讀那一叢聚最接近控管中心主機（即最上 層）’做為優先加入之寒聚。 3·減少信號碰撞機制： 各裝置在送RF訊號前，將先偵測是否有carriersense訊息，並 使用CSMA/CA機制減少碰撞干擾之機會。 4.二組Group ID的參數學習及編輯機制·· 各裝置以按紐起動學習要求時，便會以二組學習Gr〇up 1〇嘗 試向控管中心主機或系統參數學習編輯器要求下載裝置參數或系 -統通訊參數’並依控管中心主機或系統參數學習編輯器所使用的 學fG_P ID自動狀是下載那-組參數，其中預設Group ID為 出廠程式燒入的預設值，不會被誤編寫入，而新建Gr〇up則會 更新為前-次下載所取得的Gr〇up ID，做為曰後裝置在系統中運 作所需使用的Group ID。此機制之好處有： &以不同的學習Group iD提供裝置了二種參數下載的功能，其 中預設Group ID，.除可讓各裝置有更多樣化的應用參數編輯 犯力外’並可在某鍊置㈣統通訊參數不幸被誤寫或遺忘 時，仍可藉由預設Group ID取得新建Gr〇up m以恢復系統通 訊參數下載功能； b.由於系統建置完成後’大量的系統内裝置，都具有共同的系 10 201014271 統通訊參數，若需更新系統通訊參數，則可將統—的系統通 訊參數及新建Group ID載入移動式系統參數提供器，以輕小 的系統參數提供||為纟_各裝置域魏通訊參數； C•可利用預設Group ID做為公共系統之系統Gr〇up ω取得將 裝置應用於公共系統中。 5.加密防駭安全機制： 在通訊安全方面，系統則利用Nordic财tr_eiver 4 (group ID)數位同歩位元組，配合軟體控制的4 Bytes金鑰碼 及4Bytes序號碼混合編碼傳送，另加上外泡頻率編碼選用，發展 出軟硬體相互混合鎖碼的安全通訊機制，非掃瞄、側錄及破解序 號軟體可破解侵入。 除構建21bytes系統通訊參數提供系統各裝置學習、辨識及頻 率選用依據，使各裝置若無此參數將無法加入系統，並可利用控 B中心主機或通訊參數提供器（parameter pr〇vider)隨時更新系 統内各裝置的這21bytes系統通訊參數，強化系統安全性及應用彈 性〇 . 這21 bytes系統通訊參數包括4BytesRF通訊Group ID參數、 4Bytes join key參數、4Bytes序號參數、lByte學習頻率參數、 1 Bytes裝置型態參數及7Bytes的系統頻率參數。此外為避免參數 被多次試碼偷學，控管中心主機或系統參數學習編輯器在按鍵啟 動挺供學習後’除僅以最小功率傳收RF訊號做近距離學習，並在 11 201014271 裝置取得參數後即麵醉賴態，似倾密碼機制，在 各裝置出廠時先以預設之參數學習—次以絲得特定的學習 Group m及輕，並在裝置上刻印此特有的學習Gr〇up仍及序 號，依此編輯學習參數’則僅擁有此學習Gr〇up m參數之裝置可 要求隸參數料哺|!送料、統軌讀，並為職參數在學 習回報參數時被側錄，回報時所使用通訊舞p m將以該裝置之 特有扑_賴加密蚊傳送，讓無此_序狀裝置將無法接 參 收信息，避免了其他暗中裝置搶先偷學此系統通訊參數的可能。 6.網路延伸器轉傳送機制： 各網路延伸器除具有裝置序號參數表以記錄並提供其叢聚内 裝置之序號，並具有職解細記錄並提供其下_延伸器之 序號及路徑頻率做為其下叢聚轉送之依據。另各叫延伸器平常 以固定的頻率被動接收送其處理的处訊號，使此系統具備以下四 項優點： ® &.讓部份需錄《置，挪送訊树才需·«，大大延 長電池的使用時限； b_迅速反應其他裝置之要求； c·減少空間電磁波污染； d•防止日後通訊參數因被大量取樣而被破解之機會。 7_防轉傳送訊號干擾機制： 各叢聚下各裝置所使用接收之頻率與叢聚網路延伸器的接 12 201014271 收頻率需隔開，以避免叢聚内各裝置因同時收到上層要求網路延 伸器轉送之訊號，而延遲或遺漏後續轉送訊號之處理。 8·系統除錯機制： 控管中心主機及系統參數學習編輯器均提供頻率干擾偵測分 析功能，同時監測所選取的7頻率，判別是否易受干擾，做為系統 頻率建置或更新之依據。 9.遙控裝置之關聯機制： Φ 若需對使用此技術之各裝置遙控，僅需由裝置本身或參數編 輯學習器，取得通訊參數後，便可直接以關聯設定遙控。甚至對 獨立家電、燈光及電子鎖等裝置可一鍵完成參數學習及遙控關聯 等動作’故即使對無中央控制主機之周遭電器及設施，亦可簡易 的設定遙控，大幅提高此技術的應用彈性。 本發明所提供之乡齡_別做輯及其枝，與其他習祕術相 互比較時’更具備下列優點： 〇 L本發明可由控管中心主機設定的系統通訊參數，:¾控系統内各終端 裝置，錢㈣並可錢與姆触終端料做_，以取得通訊 參數及裝置識別碼，具有直接取得對被控終端裝置的遙控能力。故 部份被控終端裝置，亦可不需控管中心主機，而能獨立運作，直接 與遙控器做關聯後遙控，是習用無線網路技術所未見的。 2.本發_所使狀遙控器若可同時崎多喊訊參數，則可同時對 多個不同裝置做Μ及個別控制，讓遙控器可科使用於 13 201014271 * 不同系統裝置間，是習用遙控技術所未見的。 3.本發明内所使的防駭安全機制包括以下四個部份： a·構建21bytes系統通訊參數提供系統各裝置學習、辨識及頻道 選用依據’使各裝置若無此參數將紐加入系統； b‘鮮巾以機或线參數學f ^在按鍵啟動提供學習 後，除僅以最小功率傳收RF訊號做近距離學習，並在裝置取 得參數後即刻關閉學習模態； 〇 c. _保護密碼機制，在各裝置出廠時先以預設之參數學習一次 以先取得特定的學習Group ID及序號，並在裝置上刻印此特 有的學習Gnmp ID及序號，依此編醉冑參數，則僅擁有此 -學習Gnmp ID參數之裝置可要求纽參轉習雜器送出系 統通訊參數； d.為避免參數在學習回報參數時被側錄，回報時所使用通訊 group !D將以該裝置之特有序號加密設定傳送，讓無此 ® _序默健將紐接彳m這料層的賴安全考量及 魏錄硬_互齡鎖碼㈣全軌触，非料、側錄及 破解序號軟體可破解侵入。是習用無線控制系統不曾具備的。 •本發明所制的無雜送延伸舰侧是以七頻道跨區重用達成 不受干擾之稱延伸，後且敎的轉送擴絲、_路，此機 制是習用無線控制技術所未見的。 5·本發明所使用的二組&〇即ID的參數學習及編輯機制，除可讓各 201014271 裝置有更多樣化的應用參數編輯能力外，並可在某些裝置的系統通 訊參數不幸被誤寫或遺忘時，仍可藉由預設Gr〇up id取得新建 Group ID以恢復系統通訊參數下載功能另可利用預設叩 做為公共系統之新建Group 之取得，將裝置應用於公共系統 中，是習用無線控制技術所未見的。 上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例 並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實 Θ 施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。 綜上所述，本案不但在技術思想上確屬創新，並能較習用物品增進上 述多項功效，應以充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依、去 提出申睛，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。 【圖式簡單說明】 圖一為本發明多頻無線識別傳控架構及其方法之系統架構圈。 【主要元件符號說明】 參 1 控管中心主機（Control host) 2 網路延伸器（Extender ) 3 終端裝置（End device ) 4 可移動裝置（Mobile device ) 15

Claims (1)

1. 201014271 • 十、申請專利範圍： 1 · -種多頻無線識別傳控架構’係為星_樹狀網路擴充結構，其組成包括: -控管中心機’該控f中心主機提供鱗延伸器及終端裝置加入其 下直接與其軌，成為最上層的絲，用來顯示、儲存、編輯及監控 系統内各裝置之參數及狀態； -網路延伸器’該網路延伸器作為控管中心主機或上層網路延伸器與 其叢聚下所有RF裝置間的通訊橋標，可供更多更遠的震置加入系統 φ 中，並為其叢聚下所有裝置建立上下轉送之路徑； -終端裝置，該終端龍經由控管中心主機或系統參數學習編輯器學 習取得系統通訊參數並加入系統後，控管中心主機可進行處理； 一可移動裝置，該可移練置可直鱗鄰近可控驗魏置設定關 連，或可在-些需經常更《統軌參數之躺魏為錢置做系統 通訊參數之近距離更新。 2·如申明專利範圍第1項所述之多頻無線識別傳控架構，其中該控管中 φ 心主機可使用電腦，以RS232或腦連接-個或多個即收發信模 組，以特定的無線通訊參數對系統内各裝置做無線的通訊監控。 3. 如申請專利範圍第i項所述之多頻無線識別傳控架構，其中該終端裝 置需為具有RF收發信器者。 4. 如申請專利範圍第！項所述之多頻無線識別傳控架構，其中該終端裝 置需可為燈光控制器、無線遙控家電、門窗開啟侧器、警報器及溫 #'度偵測器等各式可被遙控或環境感測之裝置。 5·如申5月專利㈣帛1項所述之多頻無線識別傳控架構，其中該可移動 16 201014271 裝置可為遙控駛置，可直接對鄰近可控制終端裝置設定關連，直接遙 控該終端裴置。 6. 如申4專利範圍第丨項所述之多頻無線識別傳控架構，其中該可移動 裝置可為系統通訊參數提供器 ，可由控管中心主機或系統參數學習編 輯器取得系統參數後，可在一些需經常更新系統通訊參數之應用環境 為各裝置做系統通訊參數之近距離更新。 7. 參 如申清專利範圍第1項所述之多頻無線識麟控雜，其巾該星-樹狀 網路擴充結構之建立方式為： a·控管中心主機為網路的啟始建立點，先選定工作頻率供鄰近 1117終端裝置及網路延伸器等加入，以形成最上層叢聚； b·以加入叢聚之網路延伸器為中心，選定另一頻率建立新叢聚， 讓較遠及更多的RF裝置加入系統，加入此新叢聚的所有裝置 可經由此網路延伸器轉送其处訊號； c.在此新叢聚内再加入網路延伸器擴增新叢聚，持續擴伸系統建 Φ 4 ’糾為避免岐絲的同頻率互相干擾，此线採用7頻 率供鄰近叢聚區隔使用。 8. 如中請專利範圍第7項所述之多頻無線識別傳控架構，其中該終端裝 置可經由控管巾心域或純參數學f編輯H學習取得彡統通訊參數 以加入系統·’而控管中心主機可編輯其名稱，並將其序號、叢聚編號、 叢聚層級及轉送頻道等存入PC内，供日彳|顯示監控使用。 9. 一種多頻無線識別傳控方法，係使多頻無線識別傳控架構運作之機 17 201014271 制’其中包括： a·頻率重用轉送機制； b·叢聚頻率自動選用機制； c·減少信號碰撞機制； 么二組Group ID的參數學習及編輯機制； e·加密防駭安全機制； f ‘網路延伸器轉傳送機制； ® g_防轉傳送訊號干擾機制；及 h·遙控裝置之關聯機制。 申η專利縫第9項所述之多頻絲識別傳控方法，其巾該頻率重 L機制係、使用7頻率重用轉送功能，設定7個不同的頻率供系 統轉接擴展使用’可讓各鄰近叢聚内傳送的处訊號不會互相干擾， 且能依空間區隔而重覆使用頻率。 U.如帽專利1贿9項所述之多頻無線削傳控方法，其中該叢聚頻 ® 率自動選用機制，係包括： a. 由網路延伸n或㈣主卿描鄰近可直接通訊範圍内系統7 頻率中已被佔用之頻率，並利用可用頻率參數記錄其頻率佔用 狀態’供其後加入之網路延伸器選用系統7頻率中未被佔用之 頻率與其通訊； b. 若該區域内無適當可加入之系統頻率，則自動無法加入新的網 路延伸器’並將距離過近的網路延伸器擴大距離放置，區域週 18 201014271 ^ r 遭才會有空餘的頻率供後續網路延伸器加入使用； C.新加入的網路延伸器會自動依所搜尋到鄰近已建置網路延伸 器的level參數，判讀那一叢聚最接近控管中心主機做為優 先加入之叢聚。 I2·如憎專纖gj第9項所述之殘無線制傳控方法，其中該減少信 號碰撞機制係使各裝置在送RF訊號前，先偵測是否有細们籠訊 息，並使用CSMA/CA機制減少碰撞干擾之機會。 β i3.如申請專利範圍第9項所述之多頻無線識別傳控方法，其中該二組 Group ID的參數學習及編輯機制，係以不同的學習Gr〇up ID提供二種 參數下載的功能，其中包括預設Group ID及新建Gr〇up ID，該預設 Group©提供各裝置應用參數編輯能力，並可在某些裝置的系統通訊 參數不幸被誤寫或遺忘時，仍可藉由取得新建Gr〇up ID以恢復系統通 訊參數下載功能，另可利用預設Group ID做為公共系統之系統Gr〇qp ID取得’將裝置應用於公共系統中。 ❹ 14.如申請專利範圍第9項所述之多頻無線識別傳控方法，其中.該加密防 骇安全機制，其中包括： a. 一種除了以4Bytes的Group ID做RF通訊的數位同步位元 組’讓無此4Bytes的Group ID之RF收信器無法取得後傳的 數位資料外’另以軟體控制的4 Bytes金鍮碼及4Bytes序號碼 混合編碼傳送，以強化傳送資料私密的機制； b. —種為避免參數被多次試碼偷學，Control Host或Learning 19 201014271 Editor在按鍵啟動提供學習後，除僅以最小功率傳收处訊號 做近距離學習’並在裝置取得參數後即刻關閉學習模態的程 序； Ο 15. 書 16. c. 一種類似保護密碼機制，在各裝置出廠時先以預設之參數學習 一次以先取得特定的學習Group ID及序號，並在裝置上刻印 此特有的學習Group仍及序號，Control Host或Learning Editor 依此編輯學習參數後，則僅擁有此學習Gr0Up id參數之裝置 可要求Learning Editor送出系統通訊參數； d. —種為避免參數在學習回報參數時被側錄，回報時所使用通訊 group ID將以該裝置之特有4bytes序號加密設定傳送，讓無此 相同序號之裝置將無法接收信息，避免了其他暗中裝置搶先偷 學此系統通訊參數可能的機制。 如申請專利範圍第9項所述之多頻無線識別傳控方法，其中該網路延 伸器轉傳送卿，餘各醜延伸齡具魏置序财錄以記錄並 提七、其叢聚内裝置之序號’並具有路鋪率表以記錄並提供其下網路 延伸器之序驗雜解做為其下絲轉送之依據。 如申請專鄕Μ 9綱述之多頻無_賴控方法，其巾該防轉傳 送訊號干賴㈣將各絲下各健所使雜收之辭與絲網路延 伸器的接收頻率隔開，以避免叢聚内各裝置因同時收到上層要求網路 延伸器轉送之訊號，而延遲或遺漏後續轉送訊號之處理。 如申請專概Μ 9項所述^頻無賴爾控綠，射該遙控裝 20 17. 201014271 ' 置之關聯機制係提供需對各裝置設定遙控時，僅需由裝置本身或參數 編輯學習器，取得通訊參數後，可直接以關聯設定遙控，並提供對獨 立家電、燈光或電子鎖等裝置可一鍵完成參數學習及遙控關聯等動作。 參

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