TW201946409A - 長距離全雙工無線通訊方法與通訊系統 - Google Patents

長距離全雙工無線通訊方法與通訊系統 Download PDF

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Abstract

一種長距離全雙工無線通訊方法與通訊系統，其中通訊系統主要由控制電路、無線傳輸模組與所連接的一或多個無線閘道模組所組成。無線閘道模組以多通道之一接收一終端節點發出的訊息，經控制電路指示通過無線傳輸模組傳送訊息。其中通訊系統通過無線傳輸模組可處理來自多個無線閘道模組接收的訊息。在其中通訊方法中，為了要達成全雙工通訊的目的，系統取得各終端節點傳輸參數，根據節點的運行環境應用固定時槽對不同頻率的訊號進行傳輸排程，在時槽中分配傳輸順序，並將設定值儲存在各節點中。

Description

長距離全雙工無線通訊方法與通訊系統
說明書公開一種通訊方法與系統，特別是提出一種應用固定時槽對不同頻率的訊號進行傳輸排程的長距離全雙工無線通訊方法與通訊系統。
傳統無線通訊技術通過閘道器(gateway)進行數據收發的工作，特別是運作在兩個網域之間的運行。根據習知技術的無線閘道器的電路設計，是在一個無線閘道器內設有處理自各式終端接收到的封包的閘道電路、處理閘道器運作的控制器與傳送訊息的收發器。而在一個網路系統中，可能設置有多個無線閘道器，用以處理更多終端產生的訊息。
在一特定無線網路系統中，如圖1所示處理終端設備訊息的習知網路系統的架構示意圖，設有多個無線閘道器101,102,103，可以為一種長距離廣域網路通訊集合器(LoRa concentrator)，這類長距離低功耗的通訊技術適用於物聯網傳輸技術(IoT)，具有雙向通訊的功能，連接網路中的終端設備A,B,C,D,E，終端設備A,B,C,D,E可為物聯網中的各式感測器與電子裝置，無線閘道器101,102,103處理每個終端設備A,B,C,D,E上傳的數據，終端設備A,B,C,D,E可以分別連結相同或不同的無線閘道器101,102,103，採用的傳輸協定如無線區域網路(WiFiTM)、藍芽通訊 (BluetoothTM)、Zigbee等，並能傳送數據至每個終端設備。無線閘道器101,102,103也通過網路伺服器110將訊息傳遞到後端應用服務設備111,112,113。
舉例來說，終端設備A,B,C,D,E如設於一個廠房各處的環境感測器，包括煙霧偵測、溫溼度感測、亮度偵測、電力感測、影像監視與各式電子節點，為了要接收廠房各處的終端設備A,B,C,D,E的訊號，應在主要幾個位置設置無線閘道器101,102,103，配置一網路伺服器111，用以收集來自不同閘道器的數據，並提供後端應用，應用服務設備111,112,113提供的應用例如電力監視、廠房溫濕度監控、人員移動監控、設備監控等，形成一個物聯網生態系。
在一習知的解決方案中，上述長距離廣域網路通訊集合器可以配合一種先聽後送(LBT)模組，組成一個通訊單元，多個通訊單元能延伸系統可涵蓋的範圍，提供多樣的應用。使得習知的長距離廣域網路通訊集合器具有先聽後送的功能，也就是讓無線通訊系統在處理訊號傳輸時，可以透過先聽後送功能先執行通道清空評估程序(CCA)，以得出空閒通道用於傳輸之用。
說明書揭露一種長距離全雙工無線通訊方法與通訊系統，其中通訊系統包括一或多個無線閘道模組，各無線閘道模組包括一閘道控制器與一無線閘道收發器，可以多通道技術連線一或多個終端節點，用以接收各終端節點發出的訊息；系統包括至少一無線傳輸模組，設有一無線收發器與一控制器，用以傳送訊息，以及一控制電路，通過連接線路連接所述的無線閘道模組以及無線傳輸模組。
根據控制電路執行的長距離全雙工無線通訊方法實施例，系統取得各終端節點提供的傳輸參數，再根據節點的運行環境應用 固定時槽對不同頻率的訊號進行傳輸排程，此時，即在一個信標時間內的多個時槽中分配系統中多個無線閘道模組與無線傳輸模組的傳輸順序，並將設定值儲存在各節點中，如此終端節點可以依照這個設定傳輸訊息，實現長距離全雙工無線通訊的目的。
當通訊系統通過無線閘道模組接收各式終端節點的訊息時，訊息的接收是依照以上設定的傳輸排程，經控制電路運作後，以無線傳輸模組負責傳送訊息。無線傳輸模組可以處理多個無線閘道模組的訊息，具有擴充性，實現一對多通道無線通訊技術。
進一步地，在訊息傳輸的過程中，各終端節點可以根據訊號品質計算極限值，並據此判斷傳輸率，可以更有效地以低延遲的條件傳輸訊息。再者，並能通過時槽排程的機制確保訊息傳遞，不漏失封包。
根據通訊系統所執行的通訊方法實施例中，當控制電路自其中之一無線閘道模組接收到訊息，控制電路可以根據訊息封包大小與訊息中的傳輸時間序計算一傳輸時間，並產生一傳輸請求，連同訊息進入一傳輸佇列中。接著，控制電路根據傳輸時間自傳輸佇列中取得傳輸請求與訊息，將相關傳輸請求與訊息傳送至無線傳輸模組，由無線傳輸模組決定一傳輸通道，以送出訊息。
以上所述無線閘道模組可為一長距離廣域網路通訊集合器(LoRa concentrator)，原本為一支援雙向傳輸與接收的集合器，而所述的無線傳輸模組則為支援此長距離廣域網路通訊的一先聽後送模組(LBT module)。在此通訊系統中，長距離廣域網路通訊集合器設定為單向接收的集合器，配合單向傳輸的先聽後送模組，先聽後送模組通過控制電路而處理長距離廣域網路通訊集合器接收的訊息。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然 而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
A,B,C,D,E‧‧‧終端設備
101,102,103‧‧‧無線閘道器
110‧‧‧網路伺服器
111,112,113‧‧‧應用服務設備
201,202‧‧‧無線閘道模組
205‧‧‧無線傳輸模組
251‧‧‧無線收發器
252‧‧‧控制器
20‧‧‧控制電路
301,303‧‧‧無線閘道模組
307,309‧‧‧無線傳輸模組
30‧‧‧處理器
31‧‧‧記憶體
32‧‧‧儲存媒體
401‧‧‧天線單元
402‧‧‧無線閘道收發器
403‧‧‧閘道控制器
404‧‧‧連接單元
501‧‧‧處理器
502‧‧‧無線閘道模組控制介面
503‧‧‧無線傳輸模組控制介面
Tx0,Rx0,Rx1,Rx2,Rx3‧‧‧頻率
70‧‧‧信標時間
701,702‧‧‧信標
711,712,713,714‧‧‧下行封包
721,722,723,724,725,726‧‧‧上行封包
81‧‧‧無線閘道模組
82‧‧‧控制電路
83‧‧‧無線傳輸模組
90‧‧‧信標時間
901,902‧‧‧信標
911,912,913‧‧‧信息封包
921,922,923‧‧‧回應封包
步驟S601~S607‧‧‧設定傳輸排程流程
步驟S801~S823‧‧‧長距離全雙工無線通訊方法流程
步驟S101~S109‧‧‧設定節點傳輸率流程
圖1顯示處理終端設備訊息的習知網路系統的架構示意圖；圖2顯示一長距離全雙工無線通訊系統的架構實施例示意圖；圖3顯示一長距離全雙工無線通訊系統的架構另一實施例示意圖；圖4顯示通訊系統中無線閘道模組的電路方塊實施例圖；圖5顯示通訊系統中控制電路的電路方塊實施例圖；圖6顯示長距離全雙工無線通訊方法的實施例流程圖；圖7顯示長距離全雙工無線通訊方法中設定傳輸排程的實施例流程圖；圖8顯示長距離全雙工無線通訊方法中設定傳輸排程的實施例圖；圖9顯示長距離全雙工無線通訊方法中訊息傳遞的實施例圖；圖10顯示長距離全雙工無線通訊方法中設定節點傳輸率的實施例流程圖。
說明書公開一種長距離全雙工無線通訊方法，以及相關通訊系統，所述通訊系統，在一實施例中，主要包括一或多個無線閘道模組、至少一個無線傳輸模組，以及控制電路，無線閘道模組能以多通道技術連線各種終端節點，終端節點如形成物聯網(IoT)的各種裝置，在此長距離全雙工無線通訊方法中，無線閘道模組即可以設計以預設時槽(time slot)與特定通道接收不同終端節點發出的訊息，接著以無線傳輸模組於下一時槽回應，以及決定一傳輸通道，送出訊息。如此，時槽的應用更有效率。
在此通訊系統的架構下，支援全雙工無線通訊，應用如一長 距離廣域網路(LoRa)通訊協定中，通過預設時槽的概念，因為在下一個預設時槽快速回應，而達到低延遲的目的，並在此條件下快速回應封包，並能因為回應封包而保障訊息傳遞。在另一實施方案中，終端節點可以根據接收的下行封包的訊號品質設定適當的傳輸率(data rate)，實現適應式傳輸率的功能。
說明書揭示一種長距離全雙工無線通訊系統，如圖2所示系統架構實施例圖，主要組成元件包括一或多個無線閘道模組201,202、一個無線傳輸模組205以及控制電路20。此例顯示為兩個無線閘道模組201,202以及一個無線傳輸模組205，實際實施時，由一個無線傳輸模組205處理多個無線閘道模組201,202對終端節點的收發訊息，然而。數量並非限制系統可以實施的範圍，可以在特定需求下可以採用多個無線傳輸模組205。無線閘道模組201,202主要電路為閘道控制器與無線閘道收發器(如圖4所示)，無線閘道模組201,202支援多通道雙向通訊，用以連線各式終端節點，然而在此無線通訊系統中，主要使用其中單向多通道接收訊息的功能，而不受到雙向通訊中接收與傳送時共享同一數據處理電路而需要等待的影響，傳送訊息的工作則通過無線傳輸模組205。
無線閘道模組201,202用以連線各式終端節點，例如感知器、電子裝置、家電設備等，實施例可應用為一種長距離廣域網路通訊集合器(LoRa concentrator)，與終端節點連線的通訊協定並非限定特定技術，例如可採用無線區域網路(WiFiTM)、藍芽(BluetoothTM)，或一種低功率廣域網路(LPWAN)的無線通訊技術。
用以連結一或多個無線閘道模組201,202的無線傳輸模組205，通過內部無線收發器251與控制器252運作執行訊息傳送的目的。控制器252接收自控制電路20的傳輸指令，其中包括傳輸請求與訊息，由控制器252決定一傳輸通道，經無線收發器251 送出訊息。
根據實施例之一，其中無線傳輸模組205可為一種支援長距離廣域網路通訊的先聽後送(Listen Before Talk，LBT)模組，此類先聽後送的無線通訊模組運作時，需要等待系統中控制電路20傳送傳輸指令後，經接收到傳輸指令並解析當中傳輸時間資訊(time stamp)與傳輸通道(channel)等的資訊，可以根據控制電路20所指定的通道傳輸訊息(如回應終端裝置的ACK)。先聽後送的機制藉由一種通道清空評估程序(CCA)以感測通道是否可用，並在一毫秒至十毫秒等明確時間範圍內調整傳輸時間，如此，採用先聽後送機制的無線通訊系統可以透過先聽後送功能預先感測通道並評估其是否為空閒(free/non-free)而可用於傳輸的狀態，以進行觸發傳輸功能。
更進一步地，為了擴充無線通訊系統的涵蓋範圍與應用，例如物聯網(IoT)應用中會有處理大量感測器訊號的需求，需要足夠數量與更大涵蓋範圍的無線閘道模組，此無線通訊系統可以利用擴充無線閘道模組應付需求，或者也要通過增加無線傳輸模組來處理無線閘道模組多訊息多通道傳輸產生的數據。
控制電路20為無線通訊系統的主要控制電路，可以電路模組、積體電路、軟體與硬體整合的方式實現，通過如匯流排，或其他有線或無線形式的連接線路連接一或多個無線閘道模組201,202以及至少一個無線傳輸模組205，控制電路20可自其中之一無線閘道模組201或202接收到訊息後，判斷一傳輸時間，指示無線傳輸模組205送出訊息。
圖3顯示長距離全雙工無線通訊系統的架構另一實施例示意圖，在此架構實施例中，系統可以包括多個無線閘道模組301,303，用以接收各式終端節點產生的訊息，例如感知器產生的感知訊息、電子裝置產生的通訊訊息、家電設備產生的運作訊息等。同樣地，無線閘道模組301,303可應用為長距離廣域網路通訊集 合器，與終端節點連線可採用無線區域網路(WiFiTM)、藍芽(BluetoothTM)，或一種低功率廣域網路(LPWAN)的無線通訊技術。
通訊系統包括無線傳輸模組307,309，每個無線傳輸模組可以處理無線閘道模組301,303接收的訊息，當通訊系統使用其中單向多通道接收訊息的功能，並不受到雙向通訊中接收與傳送的影響，加上模組化的概念，系統可以採用一或多個無線傳輸模組307,309，使得系統具有極大的彈性與可擴充性。
此例中，控制電路可以設有處理器30、記憶體31與儲存媒體32，除了管理各模組運作外，處理器30用以處理接收與傳送的訊號，記憶體31用以暫存來往訊號。而儲存媒體32除了記錄系統運行的必要資訊外，更在揭露書提出的長距離全雙工無線通訊系統中，用以儲存系統針對每個終端節點設定接收與傳送封包的預設時槽與傳輸通道等資訊，讓系統在實際運行時，可以更有效率地應用時槽與傳輸通道，達到全雙工通訊的目的。
通訊系統中各主要元件電路實施例如下圖例描述，圖4所示為通訊系統中無線閘道模組的電路方塊實施例圖。
圖示以無線閘道模組201為例，每個無線閘道模組201設有天線單元401、無線閘道收發器402、閘道控制器403與連接單元404。無線閘道模組201主要運作於多個不同網段之間，以多通道技術連線一或多個終端節點，接收各終端節點發出的訊息，以天線單元401接收終端節點產生的射頻訊號，由無線閘道收發器402整合了原本無線閘道模組201的接收與發送的功能，處理自終端節點傳送射頻訊號，取得當中的訊息與時間資訊(time stamp)等。閘道控制器403控制無線閘道模組201的運作，包括控制天線單元401與無線閘道收發器402接收訊號的的時間，以及將取得的數據經連接單元404與相關連接線路傳送到控制電路20。
圖5顯示通訊系統中控制電路的電路方塊實施例圖，此例顯 示為控制電路20，其中主要元件包括處理器501、無線閘道模組控制介面502與無線傳輸模組控制介面503。
處理器501用以執行無線通訊系統所運行的通訊方法；無線閘道模組控制介面502電性連接處理器501，通過匯流排或其他無線或有線形式的線路連接無線通訊系統中一或多個無線閘道模組，接收其中之一無線閘道模組自一或多個終端節點產生的訊息；無線傳輸模組控制介面503電性連接處理器501，通過匯流排或其他無線或有線形式的線路連接無線通訊系統中的無線傳輸模組，控制電路20通過無線傳輸模組控制介面503傳送經處理器501處理的訊息至無線傳輸模組。
在處理器501執行的通訊方法中，經無線閘道模組控制介面502自無線通訊系統中某個無線閘道模組接收到訊息，訊息可為需要傳遞的數據封包，當中包括詢答的訊號(SYN/ACK)，接著可以根據訊息封包大小與訊息中的傳輸時間序，或可加入系統處理封包所需時間，計算一傳輸時間，據此產生一傳輸請求，連同訊息進入傳輸佇列中，等待將訊息傳送出去。
之後，在處理器501運行下，根據傳輸時間自傳輸佇列中取得傳輸請求與訊息，通過無線傳輸模組控制介面503傳送傳輸請求與訊息至無線傳輸模組，由無線傳輸模組決定一傳輸通道，以送出訊息。
如前述實施例，控制電路20連接的無線閘道模組可應用為長距離廣域網路通訊集合器(LoRa concentrator)，無線傳輸模組可為支援長距離廣域網路通訊的先聽後送模組(LBT module)，在一解決方案中，一個無線通訊系統可以連接多個長距離廣域網路通訊集合器與先聽後送模組所組成的通訊模組以延伸系統可涵蓋的範圍，提供多樣的應用，並使得習知的長距離廣域網路通訊集合器具有先聽後送的功能。因此控制電路20處理訊息收發時，需要處理多個長距離廣域網路通訊集合器的運作，包括決定傳輸時間 與通道，傳輸時間也應考量先聽後送機制下所花費的時間，也就是考量運作感測通道並評估通道是否為空閒而可用於傳輸的狀態的處理時間。因此，系統可以順利運作在多個長距離廣域網路通訊集合器的網路環境下，當訊息封包傳輸到先聽後送模組時，能順利透過先聽後送功能預先感測通道並評估其是否為空閒而可用於傳輸的狀態，以進行觸發傳輸功能。
然而，在說明書所揭示的無線通訊系統中，在可應用的領域中，更進一步地，採用的長距離廣域網路通訊集合器原本為一支援雙向傳輸與接收的集合器，且可以一低功率廣域網路無線通訊協定接收終端節點發出的訊息，而在此系統的應用中設定為單向接收的集合器，以配合單向傳輸的先聽後送模組。因此，通過控制電路20連接先聽後送模組以及多組的長距離廣域網路通訊集合器，可使得多組的長距離廣域網路通訊集合器通過系統連接另一個先聽後送模組，除了通過增加連接的長距離廣域網路通訊集合器或先聽後送模組的數量以擴充無線通訊系統的無線訊號涵蓋範圍，在更簡潔的電路設計下，更同樣具有先聽後送的機制。
如此，控制電路20控制長距離廣域網路通訊集合器處理接收訊息的工作，控制先聽後送模組處理傳送訊息的工作，可以解決一個通訊模組內同時處理接收與發送訊息產生的效率問題，並在通訊系統具有先聽後送的機制下，同時參考了因為先聽後送模組運作下需要的時間序，據此計算傳輸時間。
在長距離全雙工無線通訊方法中，根據一實施例，當其中無線閘道模組自一終端節點接收訊息，這個訊息是可以為終端節點在一預設時槽的特定通道中傳送的上行封包，其中預設時槽與通道的相關傳輸設定是依照系統對各終端節點設定的傳輸排程，終端節點傳送上行封包的排程記錄於終端節點的記憶體中，多個不同的終端節點於不同的預設時槽或不同的通道傳送上行封包。也就是說，長距離全雙工無線通訊系統中的終端節點可以選定時槽 與其中的傳輸通道(channel)傳送資料，在一實施例中，各終端節點設定傳輸排程(schedule)，多個終端節點彼此需要排除衝突，如此，不同節點可在相同時槽中的不同通道(頻率)上傳輸資料，更有效地使用時槽。
此排程設定實施例如圖6，在步驟S601中，系統取得各終端節點所提供的傳輸參數，如節點採用的通訊協定、格式、傳輸率(data rate)、使用頻道、功率、編碼等，或包括終端節點的位置影響的訊號品質(如強度、頻寬)，這些參數形成終端節點的運行環境，因此，如步驟S603，系統(由處理器執行)可根據各節點運行環境進行排程。如步驟S605，系統對各終端節點設定傳輸訊息的時槽的相關通訊資訊，並如步驟S607，將這些排程設定儲存於各節點記憶體中。
上述預設時槽是分配給每個終端節點傳送訊息的固定時槽，對系統或是個別終端節點而言，傳輸的時槽是預設時，將可以更有效率地依據時槽的特性進行資料傳輸。
可參考圖7，每個終端節點輪流使用通道的時槽(time slot)的相關通訊資訊將記載於各節點記憶體中，通訊資訊如每次輪到的時間為一個時框(time frame)，為圖7顯示以信標(beacon)定義的信標時間70，信標701與702之間定義一信標時間70，其中依照需求分為多個時槽，信標701與702作為定時間、同步封包與校時的功能。
在此圖表中，縱軸顯示以頻率Tx0,Rx0,Rx1,Rx2,Rx3等定義的通道，可以用於傳輸與接收訊息，橫軸為時槽，圖示顯示在兩個信標701與702之間的信標時間70切分為多個時槽，各終端節點的預設時槽即分配自信標時間70內多個時槽的其中之一。通訊系統中的無線閘道模組用於接收終端節點產生的上行封包(uplink packet)721,722,723,724,725,726，圖示顯示多個終端節點通過無線閘道模組在不同的頻率Rx0,Rx1,Rx2,Rx3形成的 通道上傳送上行封包，而無線閘道模組在不同的時槽接收這些封包，能有效地應用時槽的機制接收訊息。
通訊系統中的無線傳輸模組則通過頻率Tx0形成的通道接收來自各無線閘道模組傳送上行封包，除了個別在下一個預設時槽產生回應封包(ACK)外，並分別轉換形成下行封包(downlink packet)711,712,713,714，之後由無線傳輸模組決定一傳輸通道，送出下行封包711,712,713,714。
在上述實施例中，無線閘道模組可為單向接收的長距離廣域網路通訊集合器，無線傳輸模組為支援長距離廣域網路通訊的先聽後送模組。當長距離廣域網路通訊集合器接收來自各終端節點產生的訊息，單向傳輸的先聽後送模組通過控制電路而處理這些訊息後傳送出去。
由於無線傳輸模組可以在無線閘道模組於預設時槽傳送上行封包後，在下一時槽產生回應封包，並形成下行封包，其中有低延遲(low latency)的特性，並在快速回覆的機制下保障訊息傳遞。
圖8接著顯示長距離全雙工無線通訊方法流程實施例圖，在此例中，無線通訊系統設有無線閘道模組81、控制電路82與無線傳輸模組83。
一開始，如步驟S801，由無線閘道模組81接收終端節點以一傳輸率傳送的訊息，此訊息為終端節點在一預設時槽的一通道中傳送的上行封包(uplink packet)，可包括數據封包與詢答訊號。接著如步驟S803，無線閘道模組81的閘道控制器對控制電路82發出傳輸請求，控制電路82自無線閘道模組81接收到訊息，再如步驟S805，控制電路82根據訊息中的時間資訊，如一種時間戳記(timestamp)，判斷訊息中是否有傳輸時間序？訊息如一種啟始傳輸回應訊息的程序(ACK)，訊息封包內有時間序的相關資訊。
在取得訊息中的傳輸時間序前，更包括一判斷訊息中是否有傳輸時間序的步驟，若訊息中具有傳輸時間序，即接著執行步驟 S807，根據回應訊息封包大小計算傳輸時間，包括考量了系統處理所需的時間，如步驟S809。在此計算傳輸時間的實施例中，控制電路82中的處理器可以根據訊息封包檢視此傳輸需求預計的傳輸時間為何時，此傳輸時間會由控制電路82根據收到的封包時間加上預先定義的時間間隔得到預計的傳輸時間，比如考量了無線傳輸模組83運作的時間得到的傳輸時間。
接著控制電路82產生傳輸請求，連同訊息進入傳輸佇列中，傳輸請求是向無線傳輸模組83發送的訊息。反之，若訊息中沒有傳輸時間序，則是跳過步驟S807，直接產生傳輸請求，並直接將訊息傳送到傳輸佇列，等待傳送指令。
進入傳輸佇列的訊息為等待傳送的訊息，控制電路82若已得出傳輸時間，可以根據狀況自傳輸佇列中取出訊息。如在步驟S811，控制電路82根據傳輸時間自傳輸佇列中取得傳輸請求與訊息，接著如步驟S813，傳送傳輸指令，包括傳輸請求與訊息至無線傳輸模組83，無線傳輸模組83於下一預設時槽內產生回應封包，訊息則經轉換後形成下行封包，如步驟S815，決定一傳輸通道，通道為電路設定傳輸數據的某個頻段。
於決定某一傳輸通道作為傳送訊息的通道時，更包括一判斷傳輸通道是否為可用(空閒)的步驟，如步驟S817，當傳輸通道為不可用(否)，無線傳輸模組83中的控制器進行計時以及繼續判斷傳輸通道是否為可用的步驟，此時，如步驟S819，無線傳輸模組83中的控制器持續計時並比對時間門檻，判斷是否逾時(time out)？
在尚未逾時的情況下，無線傳輸模組83繼續判斷通道是否閒置，如步驟S817，直到逾時即終止傳輸，如步驟S821；在尚未逾時的情況下，若判斷傳輸通道為可用，即以預設時槽與傳輸通道送出訊息，如步驟S823。
在一實施例中，以上步驟S817至S823實現先聽後送的機制， 當無線通訊系統通過無線閘道模組81接收終端節點產生啟始傳輸的同步碼SYN，經控制電路82執行通道清空評估程序(CCA)，指示無線傳輸模組83感測某傳輸通道是否可用，使得採用先聽後送機制的無線通訊系統可以透過先聽後送功能預先感測通道並評估其是否為空閒(free/non-free)而可用於傳輸的狀態，以進行觸發傳輸功能。經判斷通道為空閒時，即回應終端節點確認碼ACK。
圖9接著顯示長距離全雙工無線通訊方法中訊息傳遞的實施例圖，圖中顯示在信標901與902之間的信標時間90切割多個時槽，終端節點可於頻率Rx0在不同時槽順序送出信息封包911,912,913至無線閘道模組，經無線傳輸模組接收後，分別在下一時槽(如圖中箭頭所示)產生對應的回應封包921,922,923。如此可保障訊息傳遞完成。
通訊系統提供各終端節點可動態設定傳輸率，終端節點可以根據來自閘道器下行的資料訊號品質調整其傳輸率，其中重要的特徵是計算訊號品質的極限(margin)，能夠根據訊號品質極限判斷出上行傳輸率。實施例如圖10所示設定節點傳輸率的流程圖。
在步驟S101，終端節點自無線閘道模組接收下行封包，能取得其中訊號品質，並如步驟S103，記錄訊號品質。訊號品質如較低的誤碼率(bit error rate)、較少的雜訊(訊噪比，SNR)、較高的訊號強度(RSSI)等。
接著，如步驟S105，終端節點中以軟體程序計算訊號品質極限值(signal quality margin)。所述訊號品質極限與訊號頻寬相關，用以評估訊號品質是否超越預設可接受的品質，當接收器判斷出訊號品質極限，與傳輸端通訊後，可以調整其傳輸參數，改變兩者之間的傳輸率(data rate)。
此例中，如步驟S107，根據訊號品質極限值判斷上行傳輸率，如步驟S109，以此設定終端節點的傳輸率。
是以，根據揭露書所記載長距離全雙工無線通訊方法與系 統，通訊系統主要設有一或多個無線閘道模組，用以接收訊息，設有至少一無線傳輸模組，可以決定在特定傳輸時間傳送訊息，並設有一控制電路，執行通訊方法時，為了要達成全雙工通訊的自的，能根據各終端節點的運行環境，應用固定時槽對不同頻率的訊號進行傳輸排程，在不同時槽與不同頻率間分配傳輸順序，將設定值儲存在各節點中，當節點產生訊息時，可以根據排程傳送，達到低延遲與全雙工的目的。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，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。

Claims (10)

  1. 一種長距離全雙工無線通訊方法，應用於一通訊系統，該通訊系統包括一或多個無線閘道模組，以多通道技術連線一或多個終端節點，接收各終端節點發出的訊息，包括一無線傳輸模組，用以傳送訊息，包括一控制電路，該控制電路通過一連接線路連接該一或多個無線閘道模組以及該無線傳輸模組，該長距離全雙工無線通訊方法包括：其中之一無線閘道模組自一終端節點接收一訊息，其中該訊息為該終端節點在一預設時槽的一通道中傳送的一上行封包；該無線傳輸模組接收該訊息，於下一預設時槽內產生一回應封包，該訊息經轉換後形成一下行封包；以及由該無線傳輸模組決定一傳輸通道，送出該下行封包。
  2. 如請求項1所述的長距離全雙工無線通訊方法，其中，自該無線閘道模組接收該訊息時，該控制電路根據該訊息封包大小與該訊息中的一傳輸時間序計算一傳輸時間，並產生一傳輸請求，連同訊息進入一傳輸佇列中。
  3. 如請求項2所述的長距離全雙工無線通訊方法，其中該控制電路根據計算的該傳輸時間自該傳輸佇列中取得該傳輸請求與訊息，傳送該傳輸請求與訊息至該無線傳輸模組，由該無線傳輸模組經轉換後送出該下行封包。
  4. 如請求項3所述的長距離全雙工無線通訊方法，其中，於決定該傳輸通道後，更包括一判斷該傳輸通道是否為可用的步驟，當該傳輸通道為不可用，則進行計時以及繼續判斷該傳輸通道是否為可用的步驟，直到逾時即終止傳輸；若該傳輸通道為可用，即送出該下行封包。
  5. 如請求項1所述的長距離全雙工無線通訊方法，其中各終端節點設定一傳輸率，該傳輸率的設定方法包括： 該終端節點自其中之一無線閘道模組接收一封包，並取得一訊號品質；根據該訊號品質計算一訊號品質極限值；根據該訊號品質極限值判斷一傳輸率；以及設定為該終端節點的傳輸率。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的長距離全雙工無線通訊方法，其中該終端節點傳送該上行封包的該預設時槽與該通道記錄於該終端節點的一記憶體中，多個不同的終端節點於不同的預設時槽或不同的通道傳送上行封包。
  7. 如請求項6所述的長距離全雙工無線通訊方法，其中該多個終端節點傳送各自訊息的該預設時槽與該通道形成一排程，該排程形成的方法包括：取得各終端節點的傳輸參數；根據各終端節點的運行環境設定各終端節點的該預設時槽以及該通道；以及各終端節點儲存設定的該預設時槽與該通道，以形成該排程。
  8. 如請求項7所述的長距離全雙工無線通訊方法，其中各終端節點的該預設時槽為分配自一信標時間內多個時槽的其中之一。
  9. 一種通訊系統，包括：一或多個無線閘道模組，包括一閘道控制器與一無線閘道收發器，以多通道技術連線一或多個終端節點，接收各終端節點發出的訊息；一無線傳輸模組，設有一無線收發器與一控制器，用以傳送訊息；以及一控制電路，通過一連接線路連接並控制該一或多個無線閘道模組以及該無線傳輸模組；其中，當其中之一無線閘道模組自一終端節點接收一訊息，其中該訊息為該終端節點在一預設時槽的一通道中傳送 的一上行封包；該無線傳輸模組接收該訊息，於下一預設時槽內產生一回應封包，該訊息經轉換後形成一下行封包；以及由該無線傳輸模組決定一傳輸通道，送出該下行封包。
  10. 如請求項9所述的通訊系統，其中該無線閘道模組為一長距離廣域網路通訊集合器，以及該無線傳輸模組為支援長距離廣域網路通訊的一先聽後送模組，於該無線通訊系統中，該先聽後送模組通過該控制電路而處理該一或多個長距離廣域網路通訊集合器接收的訊息；設於該無線通訊系統的該長距離廣域網路通訊集合器設定為單向接收的集合器，並結合單向傳輸的該先聽後送模組。
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