TW201445929A - 建立一智能架構細胞網狀網路之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種建立一智能架構細胞網狀(Smart Architecture Cell Mesh，SACM)網路之方法。該方法包含有部署複數個網狀節點，每一網狀節點具有一網狀節點能力以和其他網狀節點通訊以及一閘道器能力以存取一服務網路，其中該服務網路提供一無線通訊服務；於該複數個網狀節點間建立複數個鏈結，每一鏈結連接該複數個網狀節點之二個網狀節點；從該複數個網狀節點中搜尋以及選擇複數個動態閘道器節點，並建立該複數個動態閘道器節點以及該服務網路間之複數個連線；執行一路由規劃以及一路徑最佳化，以取得全部該複數個網狀節點存取該服務網路之一最佳化路徑。

Description

建立一智能架構細胞網狀網路之方法
本發明係指一種建立一網狀網路之方法，尤指一種建立一種用於機器型態通訊之智能架構細胞網狀網路之方法。
機器型態通訊(Machine-Type communication，MTC)係資料通訊之其中一種類別，其包含一或多個單元，而無需與使用者互動。也就是，機械型態通訊之通訊概念可根據一機器型態通訊裝置所使用之一網路端，例如已存在的GSM/EDGE無線接取網路(以下簡稱，GERAN)、通訊移動通訊系統(以下簡稱，UMTS)、長期演進式系統或類似通訊系統，而非使用者所使用之行動基地台。在機器型態通訊之機器裝置可稱為機器型態通訊裝置。目前有多種不同的機器型態通訊裝置，例如：販賣機、水錶等等。機器型態通訊裝置可廣泛地被用於不同領域中。機器型態通訊裝置具有與一般行動基地台不同之特性，因此機器型態通訊之最佳化服務不同一般人對人之通訊。相較於目前行動網路通訊服務，機器型態通訊之特徵可為不同之市場需求、資料通訊、低成本、服務範圍廣以及低傳輸資料量。
智能電錶之發展已行之有年，並等待新的技術、發明以降低實行成本至收益平衡。現實上，在成本以及新穎性上在目前尚未達到平衡的支點。
在智能電錶市場中，已提案及發展某些網狀網路(Mesh network,Mesh v1.0)，例如：Trilliant的安全網狀網路以及Utility IQ的銀春(Silver Spring)網路。兩個網狀網路都提出不具備有廣域網路(Wide Area Network，WAN)連線能力的多個簡易節點。所有網狀網路透過一建立的公眾交換電話網路 (Public Switched Telephone Network，PSTN)的閘道器中心節點(gateway concentrator node)連線至軟體端。閘道器中心節點集中所有節點的通訊，並傳送至一伺服器。
藉由每一閘道器中心節點支援1000到2000個低成本網狀節點，理論上可為部署智能電錶之一低成本解決方案。然而，在現實環境中並非正確。在現實的部署上，每個閘道器中心節點僅能支援20到50個網狀節點。因此，此解決方案的經濟上的論點並不成立。此外，部署上千個或上百個閘道器中心節點需要透過謹慎的調查以及詳細的部署計畫。如此一來，會增加網狀網路額外的潛在成本。在部署跨區域/客戶端大型架構的最大問題在於實現的簡易性。不正確的閘道器中心節點設定會增加風險以及成本。
此種網路類別的另一重大缺點在於大型網狀閘道器中心節點突然斷電時的相關可靠度以及其對子服務網狀節點的影響。典型克服此潛在錯誤的方法為增加閘道器中心節點的能力，然而同時也增加了整體部署的成本。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種建立一智能架構細胞網狀網路之方法。
本發明揭露一種建立一智能架構細胞網狀(Smart Architecture Cell Mesh，SACM)網路之方法。該方法包含有部署複數個網狀節點(mesh nodes)，每一網狀節點具有一網狀節點能力以和其他網狀節點通訊以及一閘道器能力以存取一服務網路，其中該服務網路提供一無線通訊服務；於該複數個網狀節點間建立複數個鏈結，每一鏈結連接該複數個網狀節點之二個網狀節點；從該複數個網狀節點中搜尋以及選擇複數個動態閘道器節點，並建立該複數個動態閘道器節點以及該服務網路間之複數個連線；以及執行一路由規劃以及一路徑最佳化，以取得全部該複數個網狀節點存取該服務網路之一最佳化路徑。
本發明另揭露一種用於一網狀節點加入/重新加入一第一微網之 方法。該方法包含有自我評估該網狀節點之一網狀節點能力以及一閘道器能力；搜尋一鄰近動態閘道器節點，以及判斷是否搜尋到該鄰近動態閘道器節點；於搜尋到該鄰近閘道器節點時，計算一細胞射頻訊號準則，以及判斷是否符合該細胞射頻訊號準則；以及於不符合該細胞射頻訊號準則時，加入或重新加入第一微網。
10‧‧‧SACM網路
100、X、Y、Z、A、B、C‧‧‧網狀節點
101‧‧‧電子裝置
120、E、F‧‧‧動態閘道器節點
140‧‧‧服務網路
L1、L2、L3、L1_1、L1_2‧‧‧連線
20、60、70、80‧‧‧流程
200、202、204、206、208、210‧‧‧步驟
600、602、604、606、608、610‧‧‧步驟
612、614、616、618、620‧‧‧步驟
700、702、704、706、708、710‧‧‧步驟
712、714、716、718、720、722‧‧‧步驟
724、726‧‧‧步驟
800、802、804、806、808、810‧‧‧步驟
M1、M2、M3、M5、M6‧‧‧微網
A、B、C、D、E、F、G、GW‧‧‧節點
1000‧‧‧通訊裝置
1020‧‧‧鄰近區域網路通訊模組
1040‧‧‧大區域網路通訊模組
1060‧‧‧家用區域網路通訊模組
1080‧‧‧記憶單元
1100‧‧‧應用處理模組
1120‧‧‧介面模組
第1圖為本發明實施例一智能架構細胞網狀之示意圖。
第2圖為本發明實施例一流程之示意圖。
第3-5圖為本發明實施例SACM網路之架構圖。
第6圖為本發明實施例一流程之示意圖。
第7圖為本發明實施例一流程之示意圖。
第8圖為本發明實施例一流程之示意圖。
第9圖為本發明實施例一效能型路由之示意圖。
第10圖為本發明實施例一通訊裝置之示意圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一智能架構細胞網狀(Smart Architecture Cell Mesh，以下簡稱SACM)網路10之示意圖。如第1圖所示，SACM網路10包含有複數個網狀節點100、複數個電子裝置101、複數個動態閘道器節點120以及一服務網路140。服務網路140可為提供一無線通訊服務(例如：資料傳輸或語音傳輸)之一蜂巢式網路(cellular network)、一衛星網路(satellite network)以及一有線/光纖網路，或一電力線通訊(Power line communication，PLC)網路。若服務網路140為蜂巢式網路，服務網路140可包含有一無線存取網路，其使用一無線存取技術(radio access technology，RAT)，例如：全球行動通訊系統技術(Global System for Mobile Communication，GSM/2G)、通用移動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System， UMTS/3G)、或長期演進式技術(Long Term Evolved，LTE/4G)。服務網路140之無線存取網路可為使用全球行動通訊系統技術之一全球行動通訊系統/全球增強型數據傳輸之無線存取網路(GSM/EDGE Radio Access Network，GERAN)、或使用寬頻分碼多工存取/高速封包存取(High Speed Packet Access，HSPA)技術之一通用移動通訊系統之陸地無線存取網路(UMTS Terrestrial Radio Access Network，UTRAN)、或使用長期演進/長期演進強化技術之一演進通用行動通訊系統之陸地無線存取網路(Evolved-UTRAN，E-UTRAN)。
複數個網狀節點100用於監測系統、遠端維護/控制以及量測。複數個網狀節點100之每一網狀節點具有與其他網狀節點通訊之能力以及扮演其他網狀節點之中繼站，甚至扮演存取服務網路140之一動態閘道器節點120。複數個網狀節點100可設定為機器型態通訊(Machine-to-Machine，M2M)。每一網狀節點100可連接到複數個電子裝置101。電子裝置101可為電燈、幫浦、水閥、電腦、烤箱、暖氣等等。複數個網狀節點100與複數個電子裝置101建立複數個連線L3，蒐集並回報複數個電子裝置101的資料。複數個連線L3，較佳地，符合一Zigbee、Home Plug以及m-bus標準，其具有低成本以及低功率的特點。
透過不同的網路存取技術，例如封巢式技術、衛星通訊技術或電力線技術，複數個動態閘道器節點120允許複數個網狀節點100連接至服務網路140。為了使得所有的網狀節點100存取服務網路140，動態閘道器節點120可利用不同的通訊協定，作為不同網路(例如：網狀網路以及蜂巢式網路)的介面。動態閘道器結點120的主要特徵在於動態閘道器節點120並非專屬或固定。動態閘道器節點120可根據運算以及統計，由複數個網狀節點100中選取，且動態閘道器節點120可重選以及變更。在此情況下，不需要固定的且昂貴的閘道器中心節點(gateway concentrator node)，因此SACM網路10之成本可相對較低。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一流程20之示意圖。流程 20用來建立機器型態通訊之SACM網路10。流程20包含下列步驟：
步驟200：開始。
步驟202：部署複數個網狀節點100。
步驟204：於複數個網狀節點100間建立複數個鏈結L1，每一鏈結L1連接複數個網狀節點100之二個網狀節點。
步驟206：從複數個網狀節點100中搜尋以及選擇複數個動態閘道器節點120，並建立複數個動態閘道器節點120以及服務網路140間之複數個連線L2。
步驟208：執行一路由規劃以及一路徑最佳化，以對全部網狀節點100取得存取服務網路140之一最佳化路徑。
步驟210：結束。
根據流程20，複數個網狀節點100被部署。每個網狀節點100具備和其他網狀節點100通訊之網狀節點能力以及存取服務網路140之閘道器能力。在複數個網狀節點100被部署後，複數個鏈結L1建立於每兩個網狀節點100之間。較佳地，複數個鏈結L1符合一Wi-Fi標準。也就是說，複數個網狀節點100透過Wi-Fi或Wi-Fi替代技術互相通訊。SACM網路10可發現連線至服務網路140之網狀節點。接著，SACM網路10從複數個網狀節點100中搜尋以及選擇複數個動態閘道器節點120。透過不同的蜂巢式技術(例如：2G/3G/4G)、衛星通訊技術或電力線技術，複數個動態閘道器節點120與服務網路140建立複數個連線L2。複數個動態閘道器節點120之選擇可根據細胞射頻訊號準則。細胞射頻訊號選擇包含有下列其中至少一者：一接收訊號強度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)、一參考訊號接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、一參考訊號接收品質(Reference Signal Received Quality，RSRQ)、一通道品質指示(Channel Quality Indicator，CQI)、一資料產能(Data Throughput)、一調變編碼機制(Modulation and Coding Scheme，MCS)。根據流程20，在SACM網路內無須指派專屬的動態閘道器 節點。換句話說，所有的網狀節點100皆具有機會成為動態閘道器節點120。當複數個連線L2被建立後，SACM網路10執行路由規劃以及路徑最佳化，以對全部網狀節點100取得存取服務網路140之最佳化路徑。如此一來，SACM網路10可自我形成，無需要或極少涉及使用者介入。
SACM網路10可將複數個網狀節點100分成複數個微網(micro-mesh)。每個微網中至少存在一動態閘道器節點120，以提供微網中其他網狀節點100存取服務網路140。SACM網路10可增加或減少每個微網中網狀節點100之數目，以利用自我分割執行負載平衡。同時，微網中的網狀節點100可從目前微網移到另一個微網，以執行自我修復。舉例來說，在SACM網路中包含有兩個微網M1以及M2，如第3圖所示。一網狀節點X處於微網M1之涵蓋範圍內。當網狀節點X與微網M1中之一網狀節點Y失去連線時，網狀節點X移動至微網M2，以嘗試連線至微網M2之一網狀節點Z。因此，藉由其他可利用的微網，網狀節點X可容易地重新連線。如此一來，使得SACM網路更有彈性以及強健。
另一方面，SACM網路10可執行其他自我修復，如第4圖以及第5圖所示。在第4圖中，SACM網路10有微網M3以及M4。當網狀節點A以及B間之鏈結L1_1中斷或不穩定時(例如：服務品質不良)，網狀節點A嘗試與微網M3中之另一網狀節點C連線，以建立新的鏈結L1_2。即，當最佳路徑上之任一鏈結中斷或不穩定時，SACM網路10重新選擇至服務網路140之最佳路徑。
進一步，SACM網路10可根據一特定準則，重選動態閘道器節點120，以維持最佳的連線品質。動態閘道器節點120之變更可根據特定準則，例如：一網路壅塞、一節點連線失敗、一效能評估(例如：透過其他的動態閘道器節點具有到服務網路140較佳的路徑規劃)以及一微網同化(micro-mesh osmosis，例如：當一網狀節點成為後備滯留(back-haul stranded)時，其需要與其他相鄰微網動態合併的能力，以確保連線穩定性)其中至少 一者。請參考第5圖，在第5圖中SACM網路10包含微網M5以及M6。當微網M5的一動態閘道器節點E失去與服務網路140之連線時，SACM網路10從其他的網狀節點重選一新的動態閘道器節點F，以取代動態閘道器節點E並重新進行連線。SACM網路10之另一特徵在於SACM網路10可監控複數個連線L2(例如：2G/3G/4G)之一狀態以及於服務網路140發生故障時透過一網狀節點故障轉移(mesh fail-over)執行一閘道器後援。
請參考第6圖，第6圖本發明一流程60之實施例。流程60用於一網狀節點，用以加入一微網。流程60包含下列步驟：
步驟600：開啟電源。
步驟602：自我評估該網狀節點之一網狀節點能力以及一閘道器能力。
步驟604：搜尋一鄰近動態閘道器節點。
步驟606：判斷是否搜尋到該鄰近動態閘道器節點？若是，執行步驟608；若否，執行步驟616。
步驟608：計算一細胞射頻訊號準則。
步驟610：判斷該網狀節點是否符合該細胞射頻訊號準則？若是，執行步驟614；若否，執行步驟612。
步驟612：加入一已存在之微網。
步驟614：宣告一閘道器狀態，以及準備建立一新微網。
步驟616：計算一細胞射頻訊號準則。
步驟618：判斷該網狀節點是否符合該細胞射頻訊號準則？若是，執行步驟614；若否，執行步驟620。
步驟620：宣告一網狀節點狀態。
根據流程60，網狀節點自我評估本身網狀節點能力以及閘道器能力。接著，網狀節點搜尋鄰近動態閘道器節點，並判斷是否搜尋到鄰近動態閘道器節點。若搜尋到鄰近動態閘道器節點，網狀節點計算細胞射頻訊號準 則。細胞射頻訊號準則用來指示從一特定網狀節點到一服務網路(如：蜂巢式基地台)之射頻訊號強度。細胞射頻訊號準則包含下列至少一者：一接收訊號強度指示、一參考訊號接收功率、一參考訊號接收品質、一通道品質指示、一資料產能、一調變編碼機制。網狀節點判斷是否符合細胞射頻訊號準則。若不符合細胞射頻訊號準則，網狀節點加入已存在的微網。若符合細胞射頻訊號準則，網狀節點宣告閘道器狀態，並預備建立新的微網。
此外，當一網狀節點嘗試重新加入一微網，可修改流程60，如第7圖所示。第7圖為本發明實施例一流程70之示意圖。流程70用於一網狀節點，用以重新加入一微網。流程70包含下列步驟：
步驟700：操作於一穩定狀態並啟動一計時器。
步驟702A：判斷該計時器是否計時期滿？若是，執行步驟708；若否，執行步驟700。
步驟702B：該網狀節點是否失去與服務網路140之連線？若是，執行步驟704；若否，執行步驟700。
步驟704：一閘道器後援是否可利用？若是，執行步驟706；若否，執行步驟708。
步驟706：將該閘道器後援設為一動態閘道器節點。
步驟708：自我評估該網狀節點之一網狀節點能力以及一閘道器能力。
步驟710：搜尋一鄰近動態閘道器節點。
步驟712：判斷是否搜尋到該鄰近動態閘道器節點？若是，執行步驟714；若否，執行步驟722。
步驟714：計算一細胞射頻訊號準則。
步驟716：判斷該網狀節點是否符合該細胞射頻訊號準則？若是，執行步驟720；若否，執行步驟718。
步驟718：加入一已存在之微網。
步驟720：宣告一閘道器狀態，以及準備建立一新微網。
步驟722：計算一細胞射頻訊號準則。
步驟724：判斷該網狀節點是否符合該細胞射頻訊號準則？若是，執行步驟720；若否，執行步驟726。
步驟726：宣告一網狀節點狀態。
根據流程70，網狀節點初始時操作於穩定狀態並啟動計時器。網狀節點判斷計時器是否計時期滿或與一服務網路(例如：服務網路140)失去連線。若計時器計時期滿，網狀節點執行步驟708-726。若否，返回穩定狀態。若與服務網路140失去連線，網狀節點判斷閘道器後援是否可利用。在閘道器後援可利用的情況下，網狀節點將閘道器後援設定為一狀態閘道器節點。否則，網狀節點執行步驟708-726。此外，網狀節點可根據一旗標lost_GW或一旗標GW_reset，判斷與服務網路140失去連線。若旗標lost_GW或旗標GW_reset之數值為真，代表網狀節點失去與服務網路之連線。
關於在一微網中搜尋以及選擇一或多個動態閘道器節點，可參考一流程80。流程80包含下列步驟：
步驟800：根據一細胞射頻訊號準則對一微網中之全部的閘道器候選者排名，並產生一候選者表單，其中閘道器候選者為在該微網中符合該細胞射頻準則之網狀節點。
步驟802：根據該候選者表單選擇前N個閘道器候選者，其中N為在該微網中之一動態閘道器節點最大數量。
步驟804：根據一微網路由規劃準則，以該N個閘道器候選者為起點執行一路由規劃。
步驟806：判斷在該微網中的所有網狀節點是否皆在一涵蓋範圍內？若是，執行步驟808；若否，執行步驟810。
步驟808：回報該N個閘道器候選者為該微網之動態閘道器節點。
步驟810：以該候選者表單中的其他閘道器候選者取代該選擇的閘道器候選者，以涵蓋該微網的所有網狀節點並返回步驟804。
根據流程80，微網中所有的閘道器候選者根據細胞射頻訊號準則進行排名。細胞射頻訊號準則用來指示從一特定網狀節點到一服務網路(如：蜂巢式基地台)之射頻訊號強度。細胞射頻訊號準則包含下列至少一者：一接收訊號強度指示、一參考訊號接收功率、一參考訊號接收品質、一通道品質指示、一資料產能、一調變編碼機制。排名前N個閘道器候選者從候選者表單中被選取，N為一可程式化參數，代表為微網中動態閘道器節點之最大數目。根據微網路由規劃準則可對被選取的N個閘道器候選者執行路由規劃，以涵蓋微網中所有的網狀節點。若微網中所有的網狀節點皆在涵蓋範圍內，回報N個所選取的閘道器候選者為微網之動態閘道器節點。若微網中所有的節點沒有在涵蓋範圍內，則從候選者表單中選擇其他的閘道器候選者取代原本的閘道器候選者。
上述微網路由規劃準則包含下列至少一者：搜尋從一終端網狀節點至服務網路包含最少網狀節點之一微網路由(即，較少分享器(hop))、具有一最佳微網射頻訊號之一微網路由以及具有一最佳資料率之一微網路由。請參考第9圖，第9圖為本發明實施例一效能型的路由規劃。在第9圖中，對節點B、C以及D來說，節點A具有可見性。為了連線至動態閘道器節點，節點A具有下列路由規劃：A,B,D,E,F,GW或A,C,D,E,G,GW或A,D,E,GW等等。然而，在應用效能型路由規劃，僅路由：A,D,E,GW被選擇，因為其符合最快、最少分享器之準則。
流程80之實現方式可參考下列簡單敘述。一微網M3中具有35個網狀節點。微網M3之一可程式參數Max_nodes設定為40，其代表微網M3內一最多網狀節點數量。其中，35個網狀節點之30個網狀節點為閘道器候選者。閘道器候選者根據細胞射頻訊號準則排名閘道器候選者，因而產生一候選者名單L。微網M3內一最大動態閘道器節點數量被設定為2，因此選 取在候選者名單L中之前兩名閘道器候選者G1以及G2(具有最佳之訊號強度之前兩名)，並回報為微網M3中動態閘道器節點。若從閘道器候選者G1以及G2為起點之路由可涵蓋微網M3中所有的網狀節點，則回報所選取的閘道器候選者G1以及G2為微網M3中動態閘道器節點。若從閘道器候選者G1以及G2為起點之路由無法涵蓋微網M3中所有的網狀節點，則選擇候選者名單L中其他的閘道器候選者，以取代先前選擇的閘道器候選者G1以及G2。接著，重新計算從新的閘道器候選者的路由規劃，並重複上述步驟。
在本發明實施例中，需考慮到數個參數，其包含有一分享器最大數量、一節點接收訊號強度指示、一節點資料產能(throughout，TP)、一路由路徑、一最佳路徑、一最佳路由、一次佳路由、一偏好路由、一選擇路由，而不限於此。分享器最大數量可為0、1、2、...、H，其中H為可程式化數值。節點接收訊號強度指示代表從一目標網狀節點至下一個可聯繫網狀節點之接收訊號強度指示。節點資料產能代表從目標網狀節點起始的每條路由所量測到的資料產能。路由路徑代表從終端網狀節點至動態閘道器節點之路徑上的網狀節點。最佳路由代表根據微網路由準則的最佳化路由。次佳路由代表最佳路由之候補路由。偏好路由代表一網路/廠商設定的路由。選擇路由代表用於網狀網路的路由。在一般操作下，選擇路由等同於最佳路由，除非當偏好路由被選擇時，選擇路由則會等同於偏好路由。
簡單的來說，SACM網路10可執行網狀節點故障轉移以確保整體效能以及確保蜂巢式網狀架構的年限以及能力，同時使得行動網路廠商對網路技術升級具有彈性度，而不需影響到現有建立的行動IP標準(例如：2G/3G/LTE)。動態的故障轉移是SACM網路10必要需求，此能力使得系統具有靈活度，其為目前行動通訊網路所缺乏的。由於服務網路140之網路架構以及能力已經原本存在，因此服務網路140用來致能用於應付目前能機器型態通訊市場遽增的樞鏈中心(backbone)通訊連線，是合乎常理的選擇。
針對安全性，SACM網路10可於網狀節點間交換加密金鑰，以 執行點對點(end-to-end)安全性。安全性被包含於加密演算法以及硬體中。不同級別的安全性可動態的根據應用類別或使用類別被動態分配：
(1)消費性級別
用於消費性服務之應用管理，例如：家用自動化、需求內容、需求回應管理等等。此環境必須提供取決於消費性之“推播及存取(push-pull)”安全性認證解決方法。
(2)商業級別
商業導向性服務，例如：大樓/家用安全性、銀行、信用管理、法律服務、需要認證等級的所有服務等等，以確保合適操作環境。所有安全性以及資料封包會由服務提供商所管理，而非網路商。
(3)政府級別
一專屬、彈性關鍵網路架構(Critical Network Infrastructure，CNI)可實現全民計畫，對全民皆可利用之“永不關機”網路。建議的應用包含有從電子醫療(eHealth)到投票以及法規。安全性由推行全民計畫的網路以及認證的機構設計。
(4)敏感性級別
公眾安全計畫，當透過一協議(例如：back-to-back)使用通訊網路時，部署完整的有彈性的安全流程以及技術透過網路以及機構。
第10圖為本發明實施例一通訊裝置1000之示意圖。通訊裝置1000可用來實現第1圖中之複數個網狀節點100。通訊裝置1000包含一鄰近區域(Neighborhood Area Network，NAN)網路通訊模組1020、一大區域網路(Wide Area Network，WAN)通訊模組1040、一家用區域網路(Home Area Network，HAN)通訊模組1060、一記憶單元1080以及一應用處理模組1100以及一介面模組1120。鄰近區域網路通訊模組1020用來建立複數個鄰近網狀節點間之連線L1。鄰近區域網路通訊模組1020提供從通訊裝置到通訊裝置、從家庭到家庭間之一彈性鏈結。大區域網路通訊模組1040用來建立與服 務網路140間之連線L2。大區域網路通訊模組1040包含任何長距離、網路存取技術，例如：普遍的2G/3G/4G或電力線技術或衛星通訊(Satellite Communication，Satcom)模組，其提供SACM網路10一進入閘口。家用區域網路通訊模組1060用來建立與電子裝置101之連線L3，電子裝置101可與通訊裝置1000進行通訊，且位於家中或離通訊裝置1000不遠處。記憶單元180用來儲存複數個加密金鑰，以及執行流程20所對應之一程式碼。記憶單元180可為一快閃記憶體(flash memory)、一隨機存取記憶體(random-access memory，RAM)，但不限於此。應用處理模組1100耦接於鄰近區域網路通訊模組1020、大區域網路通訊模組1040、家用區域網路通訊模組1060以及記憶單元1080，用來管理鄰近區域網路通訊模組1020、大區域網路通訊模組1040以及家用區域網路通訊模組1060，以及處理該程式碼以執行流程20。介面模組1120包含有所有介面標準埠，包含有RS232、通用匯流排(Universal Serial Bus，USB)、乙太網路(Ethernet)等等。在本發明實施例中，通訊裝置1000連接一智能電錶，以從鄰近區域網路通訊模組1020讀取並收集資料，且透過大區域網路通訊模組1040回傳至服務網路140。通訊裝置1000可管理並控制智能電錶，執行選擇功能，例如：啟動、供給、韌體更新等。通訊裝置1000亦可透過家用區域網路通訊模組1060，連線到其他裝置，例如：家用顯示器(In Home Display，IHD)，提供視覺資訊。
請注意以上所提流程20的步驟，包含有建議步驟，可以由硬體、韌體或是一電子系統實現。韌體被認知為一硬體裝置和電腦指令，以及資料是存在於該硬體裝置上的唯讀軟體。硬體的範例可以包括類比、數位以及混合電路，混合電路被認知為微電路、微晶片或矽晶片。該電子系統的範例可以包含系統單晶片(system on chip，SOC)、系統級封裝(system in package，Sip)、電腦模組化(computer on module，COM)以及該通訊裝置1000。
綜上所述，一穩健以及彈性網路根據本發明實施例被建立。本發明實施例之網狀節點可工作如動態閘道器，提供對服務網路之存取。因此， 本發明實施例無須固定、高價的閘道器中心節點。本發明實施例提供一種更動態、更便宜以及更聰明的網狀網路架構。相較於習知，本發明實施例之SACM網路具有多種優點，例如閘道器分派、彈性以及穩健通訊網路、自訂安全性、動態以及高頻寬以及產能之路由效能。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧流程
200、202、204、206、208、210‧‧‧步驟

Claims (45)

  1. 一種建立一智能架構細胞網狀(Smart Architecture Cell Mesh，SACM)網路之方法，該方法包含有：部署複數個網狀節點(mesh nodes)，每一網狀節點具有一網狀節點能力以和其他網狀節點通訊以及一閘道器能力以存取一服務網路，其中該服務網路提供一無線通訊服務；於該複數個網狀節點間建立複數個鏈結，每一鏈結連接該複數個網狀節點之二個網狀節點；從該複數個網狀節點中搜尋以及選擇複數個動態閘道器節點，並建立該複數個動態閘道器節點以及該服務網路間之複數個連線；以及執行一路由規劃以及一路徑最佳化，以對該全部的複數個網狀節點取得存取該服務網路之一最佳化路徑。
  2. 如請求項1所述之方法，其另包含將該複數個網狀節點分成複數個微網(micro-meshes)。
  3. 如請求項1所述之方法，其另包含執行一自我修復以及一負載平衡。
  4. 如請求項3所述之方法，其中執行該負載平衡包含：對該複數個微網執行一自我分割(self-partitioning)。
  5. 如請求項3所述之方法，其中執行該自我修復包含下列至少一者：根據一重選準則，動態重選該複數個閘道器節點；於該最佳化路徑中之任何鏈結中斷或不穩時，重新選擇至該服務網路之該最佳路徑；以及對該複數個網狀節點執行一節點遷移，以從一第一微網移至一第二微網。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該重選準則包含下列至少一者：一網路壅塞、一節點連線失敗、一效能評估以及一微網同化(micro-mesh osmosis)。
  7. 如請求項1所述之方法，其另包含監控與該服務網路連線之一狀態以及於該服務網路發生故障時透過一網狀節點故障轉移(mesh fail-over)執行一閘道器後援(gateway backup)。
  8. 如請求項1所述之方法，其另包含連接該複數個網狀節點以及複數個電子裝置。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該複數個網狀節點組態設定為一機器型態(Machine-to-Machine，M2M)通訊。
  10. 如請求項1所述之方法，其另包含交換該複數個網狀節點間之加密金鑰(cryptographic key)，以執行一點對點(end-to-end)安全性。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該服務網路為一蜂巢式網路、一衛星網路或一有線/光纖網路。
  12. 如請求項1所述之方法，其中從該複數個網狀節點中搜尋以及選擇該複數個動態閘道器節點之步驟包含在一第一微網中搜尋以及選擇至少一動態閘道器節點。
  13. 如請求項12所述之方法，其中在該第一微網中搜尋以及選擇該至少一動態閘道器節點之步驟包含：根據一細胞射頻訊號準則對該第一微網中之複數個閘道器候選者排名，並產生一排名結果，其中該複數個閘道器候選者為在該第一微網中符合該細胞射頻準則之網狀節點；根據該排名結果選擇前N個閘道器候選者，其中N為在該第一微網中之一動態閘道器節點最大數量；根據一微網路由規劃準則，以該N個閘道器候選者為起點執行一路由規劃；以及判斷在該第一微網中的該所有複數個網狀節點皆在一涵蓋範圍內；以及回報該N個閘道器候選者為該第一微網之動態閘道器節點。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該細胞射頻信號準則包含下列至少一者： 一接收訊號強度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)、一參考訊號接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、一參考訊號接收品質(Reference Signal Received Quality，RSRQ)、一通道品質指示(Channel Quality Indicator，CQI)、一資料產能(Data Throughput)、一調變編碼機制(Modulation and Coding Scheme，MCS)。
  15. 如請求項13所述之方法，其另包含：根據該排名結果，以其他閘道器候選者取代該選擇的閘道器候選者，以涵蓋該第一微網的該所有複數個網狀節點。
  16. 如請求項13所述之方法，其中該微網路由規劃準則包含下列至少一者：從一終端網狀節點至該服務網路包含最少網狀節點之一微網路由；具有一最佳微網射頻訊號之一微網路由；以及具有一最佳資料率之一微網路由。
  17. 一種用於一網狀節點加入/重新加入一第一微網之方法，該方法包含有：自我評估該網狀節點之一網狀節點能力以及一閘道器能力；搜尋一鄰近動態閘道器節點，以及判斷是否搜尋到該鄰近動態閘道器節點；於搜尋到該鄰近動態閘道器節點時，計算一細胞射頻訊號準則，以及判斷是否符合該細胞射頻訊號準則；以及於不符合該細胞射頻訊號準則時，加入或重新加入該第一微網。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該細胞射頻訊號準則包含有下列至少一者：一接收訊號強度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)、一參考訊號接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、一參考訊號接收品質(Reference Signal Received Quality，RSRQ)、一通道品質指示(Channel Quality Indicator，CQI)、一資料產能(Data Throughput)、一調變編碼機制(Modulation and Coding Scheme，MCS)。
  19. 如請求項17所述之方法，其另包含於符合該細胞射頻訊號準則時，宣告 一閘道器狀態以及準備建立一第二微網。
  20. 如請求項17所述之方法，其另包含：於未搜尋到該鄰近動態閘道器節點時，計算一閘道器選擇準則以及判斷是否符合該細胞射頻訊號準則；以及於符合該細胞射頻訊號準則時，宣告一閘道器狀態以及準備建立一第二微網。
  21. 如請求項20所述之方法，其另包含：於不符合該細胞射頻訊號準則時，宣告一網狀節點狀態。
  22. 如請求項17所述之方法，其中自我評估該網狀節點能力以及該閘道器能力係執行於該網狀節點開機時、或於一計時器計時期滿時、或於一閘道器後援不可利用時，其中該閘道器後援為該第一微網中之另一動態閘道器節點。
  23. 一種智能架構細胞網狀(Smart Architecture Cell Mesh，SACM)網路，包含有：一服務網路，用來提供一無線通訊服務；複數個網狀節點，用來於該複數個網狀節點間建立複數個鏈結，每一鏈結連接該複數個網狀節點之二個網狀節點，每一網狀節點具有一網狀節點能力以和其他網狀節點通訊以及一閘道器能力以存取該服務網路；以及複數個動態閘道器節點，用來動態存取該服務網路，其中該複數個動態閘道器節點選自於該複數個網狀節點。
  24. 如請求項23所述之智能架構細胞網狀網路，其中該複數個網狀節點另用來組成複數個微網(micro-meshes)。
  25. 如請求項23所述之智能架構細胞網狀網路，其中該服務網路為一蜂巢式網路、一衛星網路或一有線/光纖網路。
  26. 如請求項23所述之智能架構細胞網狀網路，其中該複數個網狀節點組態 設定為一機器型態(Machine-to-Machine，M2M)通訊。
  27. 如請求項23所述之智能架構細胞網狀網路，其中該每一網狀節點包含：一鄰近區域網路(Neighborhood Area Network，NAN)通訊模組，用來連接複數個鄰近網狀節點；一大區域網路(Wide Area Network，WAN)通訊模組，用來連接該服務網路；一家用區域網路(Home Area Network，HAN)通訊模組，用來連接複數個電子裝置；一記憶單元，用來儲存複數個加密金鑰以及執行一處理方法所對應之一程式碼；以及一應用處理模組，耦接於該鄰近區域網路通訊模組、該大區域網路通訊模組、該家用區域網路通訊模組以及該記憶單元，用來管理該鄰近區域網路通訊模組、該大區域網路通訊模組以及該家用區域網路通訊模組，以及處理該程式碼以執行該處理方法。
  28. 如請求項23所述之智能架構細胞網狀網路，其中該複數個網狀節點另用來搜尋以及選擇該複數個動態閘道器節點。
  29. 如請求項23所述之智能架構細胞網狀網路，其中該複數個網狀節點、該動態閘道器節點以及該服務網路另用來互相合作以執行一路由規劃以及一路徑最佳化，以對該全部複數個網狀節點取得存取該服務網路之一最佳化路徑。
  30. 如請求項24所述之智能架構細胞網狀網路，其中該複數個網狀節點另用來執行一自我修復以及一負載平衡。
  31. 如請求項30所述之智能架構細胞網狀網路，其中執行該負載平衡包含對該複數個微網執行一自我分割(self-partitioning)。
  32. 如請求項30所述之智能架構細胞網狀網路，其中執行該自我修復包含下列至少一者： 根據一重選準則，動態重選該複數個動態閘道器節點；於該最佳化路徑中之任何鏈結中斷或不穩時，重新選擇至該服務網路之該最佳路徑；以及對該複數個網狀節點執行一節點遷移，以從一第一微網移至一第二微網。
  33. 如請求項32所述之智能架構細胞網狀網路，其中該重選準則包含下列至少一者：一網路壅塞、一節點連線失敗、一效能評估以及一微網同化(micro-mesh osmosis)。
  34. 如請求項27所述之智能架構細胞網狀網路，其中該處理方法另包含監控與該服務網路連線之一狀態以及於該服務網路發生故障時透過一網狀節點故障轉移(mesh fail-over)執行一閘道器後援。
  35. 如請求項27所述之智能架構細胞網狀網路，其中該處理方法另包含交換該複數個網狀節點間之加密金鑰(cryptographic key)，以執行一點對點(end-to-end)安全性。
  36. 如請求項28所述之智能架構細胞網狀網路，其中從該複數個網狀節點中搜尋以及選擇該複數個動態閘道器節點包含：在一第一微網中搜尋以及選擇至少一動態閘道器節點。
  37. 如請求項36所述之智能架構細胞網狀網路，其中在該第一微網中搜尋以及選擇該至少一動態閘道器節點包含：根據一細胞射頻訊號準則對該第一微網中之複數個閘道器候選者排名，並產生一排名結果，其中該複數個閘道器候選者為在該第一微網中符合該細胞射頻準則之網狀節點；根據該排名結果選擇前N個閘道器候選者，其中N為在該第一微網中之一動態閘道器節點最大數量；根據一微網路由規劃準則，以該N個閘道器候選者為起點執行一路由規劃；以及判斷在該第一微網中的該所有複數個網狀節點皆在一涵蓋範圍內；以及 回報該N個閘道器候選者為該第一微網之動態閘道器節點。
  38. 如請求項37所述之智能架構細胞網狀網路，其中該細胞射頻信號準則包含下列至少一者：一接收訊號強度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)、一參考訊號接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、一參考訊號接收品質(Reference Signal Received Quality，RSRQ)、一通道品質指示(Channel Quality Indicator，CQI)、一資料產能(Data Throughput)、一調變編碼機制(Modulation and Coding Scheme，MCS)。
  39. 如請求項36所述之智能架構細胞網狀網路，其另包含根據該排名結果，以其他閘道器候選者取代該選擇的閘道器候選者，以涵蓋該第一微網之該所有複數個網狀節點。
  40. 如請求項37所述之智能架構細胞網狀網路，其中該微網路由規劃準則包含下列至少一者：從一終端網狀節點至該服務網路包含最少網狀節點之一微網路由；具有一最佳微網射頻訊號之一微網路由；以及具有一最佳資料率之一微網路由。
  41. 如請求項37所述之智能架構細胞網狀網路，其中該每一網狀節點另用來：自我評估該網狀節點之一網狀節點能力以及一閘道器能力；搜尋一鄰近動態閘道器節點，以及判斷是否搜尋到該鄰近動態閘道器節點；於搜尋到該鄰近閘道器節點時，計算一細胞射頻訊號準則，以及判斷是否符合該細胞射頻訊號準則；以及於不符合該細胞射頻訊號準則時，加入或重新加入該第一微網。
  42. 如請求項41所述之智能架構細胞網狀網路，其另包含於符合該細胞射頻訊號準則時，宣告一閘道器狀態以及準備建立一第二微網。
  43. 如請求項41所述之智能架構細胞網狀網路，其另包含： 於未搜尋到該鄰近動態閘道器節點時，計算一閘道器選擇準則以及判斷是否符合該細胞射頻訊號準則；以及於符合該細胞射頻訊號準則時，宣告一閘道器狀態以及準備建立一第二微網。
  44. 如請求項43所述之智能架構細胞網狀網路，其另包含：於不符合該細胞射頻訊號準則時，宣告一網狀節點狀態。
  45. 如請求項41所述之智能架構細胞網狀網路，其中自我評估該網狀節點能力以及該閘道器能力係執行於該網狀節點開機時、或於一計時器計時期滿時、或於一閘道器後援不可利用時，其中該閘道器後援為該第一微網中之另一動態閘道器節點。
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