TW201325294A - 應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路之系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種本地端監控單元，並利用本地端監控單元內中央控制單元之軟體應用模組，經由一種由收發器，中繼單元，及直接對遠端設備測量及控制之測控單元所組成的無線感測網路，該監控單元以即時及多點方式，推播及輪詢遠端設備測量及控制訊息。

Description

應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路之系統及方法

本發明係有關一種無線網路及電腦通訊技術，特別是有關於一種由管理端透過一本地端(Local)，及無線感測網路以實施對多組位於遠端之設備進行多點式、即時性監控及管理之系統及方法。

由於網路技術之進步，一些由人力直接在本地端(Local)讀取及操作之儀表，設備，及系統，如水電錶用量數值之讀取，空調系統使用之調節，照明系統之操控等，逐步應用相關之網路及電腦技術建構成系統，以執行遠端監控及管理。如中華民國專利I318283及I 334068可以作為這種趨勢的引例。

由於網路技術及電腦技術不斷推陳出新，新發展的技術在成本及功能方面都比先前技術優越；在系統之安置及佈建方面，也更具效率性。譬如網路之架構，由先前習知的架構，發展出隨不同應用而具相對優勢的網狀模式(Mesh)，星狀模式(Star)，樹狀模式(Tree)等拓樸模式。又如電腦與電腦之間信息之溝通，也由主從架構(Client-Server)，演進至同儕架構(Peer-to-Peer)。這種演進是針對用戶端(Client)資源過剩，而伺服端(Server)呈能力不足或網路壅塞之現象而發展出來之技術。

目前習知之網路式遠端監控及管理系統，仍以較先前之網路及電腦技術為架構。本發明基於節能、效率及功能之觀點，針對習知之遠端監控及管理系統及方法，以新發展之網路技術及電腦技術，做進一步的創新改進。

本發明之遠端監控及管理系統架構包括一種管理端監控單元；及一種本地端(Local)監控單元，其中包括一種中央控制單元，作為管理端監控單元與位於遠端設備之連接點，及提供資料處理及儲存；及一種網狀式(Mesh)無線感測網路(Wireless Sensor Network,WSN)以連接本地端監控單元及遠端設備，其中包括連接於中央控制單元收發器(Coordinator)，中繼單元(Router)，及直接對遠端設備測量及控制之測控單元(End Device)。

本發明之另一架構中，包括一種管理端監控單元；及一種本地端監控單元，其中包括一種中央控制單元，做為管理端監控單元與位於遠端設備之連接點，及提供資料處理及儲存；及一種網狀式(Mesh)無線感測網路以連接本地端監控單元及遠端設備，其中包括連接於中央控制單元收發器，中繼單元，及直接對遠端設備測量及控制之測控單元。

本發明之又一架構中，包括一種管理端監控單元；及一種本地端監控單元，其中包括一種中央控制單元，做為管理端監控單元與位於遠端設備之連接點，及提供資料處理及儲存；及一種星狀式(Star)無線感測網路以連接本地端監控單元及遠端設備，其中包括連接於中央控制單元收發器，中繼單元，及直接對遠端設備測量及控制之測控單元。

本發明之再一架構中，包括一種管理端監控單元；及一種本地端監控單元，其中包括一種中央控制單元，做為管理端監控單元與位於遠端設備之連接點，及提供資料處理及儲存；及一種樹狀式(Tree)無線感測網路以連接本地端監控單元及遠端設備，其中包括連接於中央控制單元收發器，中繼單元，及直接對遠端設備測量及控制之測控單元。

本發明之一目的便是在於提供一種監控及管理系統，包括認證(Authorization)、授權(Authentication)、及記錄(Accounting)模組(Module)，設定模組(Setup)，訂閱(Subscribe)模組，發布(Publish)模組，界面(Interface)模組，資料存取模組、及資料存取控制模組，以供設備管理人透過遠端監控及管理系統架構對遠端設備進行即時性及多點性監控管理工作。

本發明之另一目的便是在於提供一種監控及管理系統，以供設備管理人透過遠端監控及管理系統架構對遠端設備進行多點性監控管理工作。

本發明之又一目的便是在於提供一種監控及管理系統，以供設備管理人透過遠端監控及管理系統架構對遠端設備進行即時性監控管理工作。

本發明之更一目的便是在於提供一種監控及管理系統，並利用網路中電腦與電腦之間通訊之推播(Push)及輪詢(Polling)技術，以達成遠端監控及管理系統架構資源利用之最佳化。

以下即配合所附之圖式，詳細說明本發明之應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路之系統及方法之實施例。

圖1即顯示本發明之應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路之系統架構。如圖所示，管理人用一種管理端監控單元10包括習知之電腦及手機等工具。管理人透過網路20包括習知之網際網路、私用網路等，登錄於本地端監控單元30內之中央控制單元31。本地端監控單元30包括中央控制單元31，資料庫32，及顯示及輸入單元33。顯示及輸入單元33讓管理人用本地端監控單元30直接對遠端設備50做監控及管理。管理人須要經過認證及授權程序才能登錄中央控制單元31。管理人登錄中央控制單元31後，即可使用中央控制單元31所提供的應用模組進行遠端設備之管理工作。中央控制單元31包括界面與無線感測網路(Wireless Sensor Network) 40連接，並提供相關應用模組，讓管理人透過無線感測網路40對遠端設備50做監控及管理。圖3及下文會詳述中央控制單元31上之應用模組。無線感測網路40包括收發器(Coordinator) 41，中繼單元(Router) 42，及測控單元(End Device) 43等三種節點(Nodes)。收發器41將中央控制單元31發出的訊息轉換成無線訊息，傳播至相關的中繼單元42。圖2及下文會詳述無線感測網路40之三種不同的網路拓樸模式(Topological Modes)。收發器41可直接將無線訊息傳播至測控單元43，或經過一個或一個以上之中繼單元42將無線訊息傳播至測控單元43。測控單元43直接對遠端設備50做監測及管理。譬如，測控單元43可以是數位化溫度感測及設定儀器，將測量的溫度資訊，經過中繼單元42，回傳至中央控制單元31。經過管理人之決定，新設定溫度之指令及數值會從中央控制單元31下達至此測控單元43，並透過此測控單元43設定遠端設備50之溫度。複數組之網狀模式410可以同時附設連接於遠端設備50上做多點之監測及管理。測控單元43可以利用遠端設備50之電源工作，也可以利用電池做電源。因為測控單元43使用無線訊息傳輸，可以增加對遠端設備50監測及管理之彈性及精確度。無線感測網路40之節點之間的通訊協定，可選擇任一習知之通訊協定如ZigBee協定，Z-Wave協定，藍芽(Bluetooth)協定，無線網路(WiFi)協定等或其不同之組合。

圖2顯示本發明之無線感測網路之三種不同的網路拓樸模式。網狀模式410顯示中繼單元42可以將無線訊息傳播至其他相鄰中繼單元42。星狀模式420顯示一中繼單元42為核心單元，將無線訊息以輻射方式傳播。樹狀模式430顯示一中繼單元42以樹枝分叉方式傳播。每種網路拓樸模式在遠端設備50之監測及管理有相對的優點。例如，網狀模式410適用於有障礙物的環境，即測控單元43的無線訊息由於固定性或移動性障礙物，無法傳輸到訊息最強之中繼單元42時，無線訊息可以自動轉變傳輸路徑，傳輸至訊息次強之中繼單元42。另如星狀模式420適用於複數組測控單元43呈圓形或正方形之多點分布。又如樹狀模式430適用於複數組測控單元43呈長方形或樹枝之多點分布。

圖3顯示本發明之中央控制單元31上之應用模組，包括界面模組300，認證/授權/記錄模組301，設定模組302，訂閱模組303，發布模組304，資料存取控制模組305，資料存取模組306。界面模組300提供中央控制單元31與管理端監控單元10，網路20，及無線感測網路40之連通；認證/授權/記錄模組301確保中央控制單元31登錄安全性，即只讓特定及註冊過的管理人使用中央控制單元31的應用模組進行遠端設備50之監測及管理；設定模組302讓管理人設定遠端設備50之控制數值；訂閱模組303讓管理人即時讀取特定之遠端設備50之量測及管理資訊；發布模組304讓管理人即時發布有關數值及管理資訊至特定之遠端設備50，譬如立即關機之訊息。訂閱模組303即實施本發明所述之輪詢(polling)式機制，而發布模組304實施本發明所述之推播(push)式機制。此兩個機制強化無線感測網路傳輸訊息之即時性及多點性。資料存取控制模組305及資料存取模組306提供管理資訊之儲存，讀取及分析等功能。

圖4顯示本發明之一種應用實施例，系統之中央控制單元31以輪詢(polling)式機制，經由收發器41以無線傳播方式對位於空調區間52內之4組測控單元(End Device) 43蒐集溫度及濕度等資料；該資料以無線傳播方式經由收發器41傳回中央控制單元31，經過數值運算及定值後，中央控制單元31以推播(push)式機制，經由收發器41以無線傳播方式對位於空調區間52外之8組測控單元(End Device) 43；該組測控單元(End Device) 43直接連接到空調系統51以設定空調系統設定值。此過程為即時性及多點性之多次回饋之精確及節能之空調控制方式。

10．．．管理端監控單元

20．．．網路

30．．．本地端(Local)監控單元

31．．．中央控制單元

32．．．資料庫

33．．．顯示及輸入單元

40．．．無線感測網路(Wireless Sensor Network)

41．．．收發器(Coordinator)

42．．．中繼單元(Router)

43．．．測控單元(End Device)

50．．．遠端設備(Remote Facility)

51．．．空調系統

52．．．空調區間

300．．．中央控制單元之界面模組

301．．．中央控制單元之認證/授權/記錄模組

302．．．中央控制單元之設定模組

303．．．中央控制單元之訂閱模組

304．．．中央控制單元之發布模組

305．．．中央控制單元之資料存取控制模組

306．．．中央控制單元之資料存取模組

410．．．網狀模式之無線感測網路

420．．．星狀模式之無線感測網路

430．．．樹狀模式之無線感測網路

圖1係本發明遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路之系統。

圖2係本發明之無線感測網路之三種不同的網路拓樸模式。

圖3係本發明之中央控制單元上之應用模組。

圖4係本發明應用於空調系統之遠端監控及管理實例。

10．．．管理端監控單元

20．．．網路

30．．．本地端(Local)監控單元

31．．．中央控制單元

32．．．資料庫

33．．．顯示及輸入單元

40．．．無線感測網路(Wireless Sensor Network)

41．．．收發器(Coordinator)

42．．．中繼單元(Router)

43．．．測控單元(End Device)

50．．．遠端設備(Remote Facility)

Claims (10)

1. 一種應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路系統，包括一種管理端監控單元，供管理人進行遠端設備監控及管理；另包括一種本地端監控單元，其中，包括一種中央控制單元，供管理端監控單元經網路連接，另一種顯示及輸入單元，供管理人在本地端進行遠端設備監控及管理，又一種資料庫，供監控及管理資料之儲存、讀取及分析；又包括一種無線感測網路，以連接本地端監控單元及遠端設備，其中，無線感測網路之節點，包括至少一收發器，連接於中央控制單元並供轉換訊息為無線訊息，另一中繼單元，該單位接收無線訊息後再重播放，又一測控單元，該單元接收從中央控制單元傳來之無線訊息，直接對遠端設備做測量及控制，並將執行及量測之資料以無線訊息方式，傳至本地端監控單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，無線感測網路為下列族群：網狀模式，星狀模式，及樹狀模式中之一種或任何兩種以上之組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，複數組之節點可以使用遠端設備之電源或電池做供電源。
4. 如申請專利範圍第1項所述之應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，複數組之節點可以選擇任一種或多種之通訊協定。
5. 如申請專利範圍第1項所述之應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路系統，其中遠端設備為一連接於測控單元之空調系統。
6. 一種應用於遠端設備監控及管理之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，中央控制單元提供認證、授權及記錄模組，設定模組，訂閱模組，發布模組，界面模組，資料存取模組、及資料存取控制模組，以供設備管理人透過遠端監控及管理系統，對遠端設備依照資訊連接，輪詢，運算及定值，及推播式機制之程序，進行對遠端設備做即時性及多點性監控管理工作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，中央控制單元提供之界面模組對無線感測網路系統複數組之節點，提供多種之通訊協定之執行，以通過習知之不同通訊規格之網路，完成對遠端設備之訊號連接。
8. 如申請專利範圍第6項所述之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，中央控制單元提供之訂閱模組以輪詢式機制，經由收發器以無線傳播方式對複數組之測控單元蒐集遠端設備量測資料，並以無線傳播方式將量測資料經由收發器傳回中央控制單元。
9. 如申請專利範圍第6項所述之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，中央控制單元提供之發布模組以推播式機制，經由收發器以無線傳播方式送到複數組之測控單元，並以該複數組之測控單元對所直接連接之遠端設備設定控制數值。
10. 如申請專利範圍第6項所述之推播輪詢式無線感測網路系統，其中，中央控制單元以輪詢式機制，經由收發器以無線傳播方式對複數組之測控單元蒐集遠端設備量測資料，並以無線傳播方式將經由收發器傳回中央控制單元；經過數值運算及定值後，中央控制單元以推播式機制，經由收發器以無線傳播方式送到複數組之測控單元，並以該複數組之測控單元對所直接連接之遠端設備設定控制數值。