TWI459850B - 用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法 - Google Patents

Description

用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法

本發明關於一種終端裝置通訊方法，特別是一種用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法。

本案之申請人在先前已提出應用功率的大小決定眾多燈組之群集化的分群，以達到信號聯通的目的，該案為中華民國專利申請案號第101207496號，在該系統中主要包含一主控裝置，該主控裝置包含一伺服裝置及一通訊裝置；該伺服裝置執行主控裝置之控制指令，並藉由通訊裝置發出控制訊號。同時該伺服裝置亦可管理、監控所有連結之主機燈組，及燈組；且包含多個燈組，其中各個燈組包含一通訊單元、一處理器單元、至少一燈具、一開關單元、一電源供應單元。依據距離及電波傳遞能量的不同構成不同的群，各群之間的燈組只與上一群及下一群的燈組進行信號的連繫。

該系統由於各燈組之間的距離相當接近，所以很容易造成彼此之間信號的干擾。如果維持固定的通訊頻道，可以由於背景環境的改變，使得信號品質惡化，可是系統本身卻沒有查覺此一狀況。

本發明者憑藉豐富之無線通訊領域與系統設計之經驗，提出一智慧型自主式連結之無線網路應用於控 制系統以期達成上述目的。

所以本創作的目的係為解決上述習知技術上的問題，本發明中提出一種用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其目的在於將固定頻段內的頻道區分出多個高、低通訊頻道群，並提供給終端裝置通訊使用。使各終端裝置在通訊時，不會因為終端裝置之間相隔距離過短而造成鄰近頻道之間的干擾。運用此高、低頻通訊的方式使得在訊號傳輸上具有良好的通訊品質。另一目的在於可隨時更改通訊頻道，而不像習知技術一般使用固定的通訊頻道，藉此使得通訊品質可以維持良好的狀態。

為達到上述之目的，本創作提出一種用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，該系統中主要包含一主控裝置及多個終端裝置，該主控裝置包含一伺服裝置及一通訊裝置；該伺服裝置執行主控裝置之控制指令，並藉由通訊裝置發出控制訊號；同時該伺服裝置亦可管理、監控所有連結之主機裝置及終端裝置；各個終端裝置包含一通訊單元、一處理器單元及至少一電氣裝置；所有終端裝置依據距離及電波傳遞能量的不同構成不同的群，各群之間的終端裝置只與上一群及下一群的終端裝置進行信號的連繫；該方法包含步驟為：先將所有的通訊頻道分成兩群，分別為高 頻通訊頻道群及低頻通訊頻道群；該終端裝置經由該通訊單元在兩個群的通訊頻道群中選定一通訊頻道予相鄰的一通訊單元連繫；然後接收來自該通訊單元的回覆信號；此時該終端裝置檢驗該回覆信號是否為一可靠的信號，以確定該通訊頻道可作為其與相鄰之通訊單元連繫的頻道；當該終端裝置確定所發射之通訊頻道確實可進行可靠之通訊時，便鎖定該頻道作為與該相鄰通訊單元連繫的第一頻道；當該終端裝置確定所發射之通訊頻道不為可進行可靠之通訊時，則在該所選定的通訊頻道群中選取另一頻道進行同樣的作業直到選出一可進行可靠之通訊的頻道為止；如果在所選定的通訊頻道群中沒有適當的通訊頻道可作為通訊之用，則在另一通訊頻道群重覆上述動作；然後該終端裝置必須再與另一相鄰通訊單元建立第二頻道；首先該終端裝置在另一先前未選定的通訊頻道群中選出一第二頻道，其中該第二頻道與該第一頻道分別落在高、低通訊頻道群；並進行與上述說明同樣的動作，直到找出適當的通訊頻道為止。

本發明之主要目的在於提供一群集式架構的無線控制系統，其使得複數之燈具藉由該裝置可形成一鏈狀連結之網路群組，藉由訊息的傳遞可將控制訊號採用無線訊號無間斷的方式傳達給所有終端裝置。

此創作之另一目的在於提供一群集式架構的無線控制系統，其可監控終端裝置之狀態以便於管理以及 維護範圍廣大之系統；如室外路燈系統或是大範圍室內燈控系統。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

本案主要是以群集的概念建立一終端裝置之網路架構，請參考圖一、圖二及圖三，其中包含下列元件的組成及其架構方式。本案可如圖三所示僅使用短程通訊模組如短程無線連網的通信模組均可以適用於本案的例子，諸如Zigbee的通信協定與通信模組，及ISM Band無線通訊，或頻率更高的無線通訊系統等等。

或如圖四所示，也可在各元件中附加中長程通訊模組，其中顯示為各終端裝置之該通訊單元21中尚包含一中長距離通訊模組212(包含如WIFI通訊模組，2.5G系統GPRS，3G系統CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA/3.5G系統HSDPA/3.75G系統HSUPA，以及4G：WiMax/LTE系統)，..等其餘長距離的通訊模組，以與該主控裝置1進行長距離的通訊。

一主控裝置1，該主控裝置1包含一伺服裝置11及一通訊裝置12。該伺服裝置11執行主控裝置1之控制指令，並藉由通訊裝置12發出控制訊號。同時該伺服裝置11亦可管理、監控所有連結之主機裝置2’，及 終端裝置2。

多個終端裝置2，其中各個終端裝置2包含一通訊單元21、一處理器單元22、至少一電氣裝置23、一開關單元24、一電源供應單元25。

該通訊單元21用以與終端裝置2或主機裝置2’連繫，可接收該主控裝置1之控制訊號。其中該通訊單元21內包含一短程通訊模組211，用以進行各終端裝置2短距離的通訊。該通訊單元21與其他無線燈控裝置之通訊單元21並連結以相互傳送訊號。

該處理器單元22電性連結該通訊單元21並接收處理由通訊單元21接收之控制訊號並產生動作訊號以控制燈具23作動。處理器單元22亦可透過通訊單元21將控制訊號或回傳訊號傳出。

該終端裝置23接收來自該處理器單元22的訊號以進行明亮及開關的切換。

該開關單元24用於切換該燈具23，其中該開關單元24可由該處理器單元22進行切換的動作或由外部手動切換。

該電源供應單元25提供電力予本案的系統中的各元件，其同於一般的電源供應器，且為熟習此一技術者所熟知者，所以在此不贅述其細節。

一般該多個終端裝置2為遍佈在大面積中為數眾多的終端裝置2，且這些終端裝置2往往有集群化的現 象，即並不是呈均勻性的分佈，而是成群落式的分佈。實際上，大部份的情況也都符合以一概念，如路燈的分佈，工廠或醫院中燈群的分佈。

其中各該終端裝置2之間可經由短程通訊模組211互傳信號以達到搜尋及信號傳送的目的。起初，進行搜尋時，能量以漸次放大的方式直到得到另一或多個短程通訊模組211的回應，此時，該發射搜尋信號的原短程通訊模組211認定該另一或多個短程通訊模組211為其下一級的終端裝置2。所有同一級的一或多個短程通訊模組211所搜尋到的下一級的終端裝置2構成一群。此動作可以持續直到沒有得到任何終端裝置2的回應為止。如尚有未含蓋到的終端裝置2，則視為故障，必需予以檢修。所以各終端裝置2之間可以如圖一所示，依據距離及電波傳遞能量的不同構成不同的群，各群之間的終端裝置2只與上一群及下一群的終端裝置2進行信號的連繫。

其中該電氣裝置23為LED燈源、鹵素燈、或各種形式藉由電力發光之燈源，及任何可控制的電器產品。

如圖五所顯示為本發明方法之流程圖，以下說明本發明之各終端裝置2之間以不同的通訊頻道予相鄰的終端裝置2之通訊單元21或主機之通訊裝置12連繫的方法：其方式為先將所有的通訊頻道分成兩群，分別為 高頻通訊頻道群，及低頻通訊頻道群(步驟500)。為避免頻道混淆一終端裝置2與其相鄰的終端裝置2或主機應用不同的通訊頻道通訊。且分別選自該高頻通訊頻道群及該低頻通訊頻道群。

該終端裝置2經由該通訊單元21在該低頻通訊頻道群(或高頻通訊頻道群)中選定一通訊頻道予相鄰的一通訊單元21連繫。然後接收來自該通訊單元21的回覆信號(步驟510)。

此時該終端裝置2檢驗該回覆信號是否為一可靠的信號，以確定該通訊頻道可作為其與相鄰之通訊單元21連繫的頻道(步驟520)，例如可辨識雜訊位準是否適當，足以影響到信號的辨識，或者確定可為一接收到相鄰通訊單元21的訊號，而非有其他的非目的通訊元件使用同一頻道。

當該終端裝置2確定所發射之通訊頻道確實可進行可靠之通訊時，便鎖定該頻道作為與該相鄰通訊單元21連繫的第一頻道(步驟530)。當該終端裝置2確定所發射之通訊頻道不為可進行可靠之通訊時，則在該通訊頻道群中選取另一頻道進行同樣的作業直到選出一可進行可靠之通訊的頻道為止。如果在所設的通訊頻道群中沒有適當的通訊頻道可作為通訊之用，則在另一通訊頻道群重覆上述動作。

然後該終端裝置2必須再與另一相鄰通訊單元21 建立第二頻道。首先該終端裝置2在另一通訊頻道群(在本例中現在為高頻通訊頻道群)中選取一第二頻道，其中該第二頻道與該第一頻道各為相對之高、低通訊頻道。並進行與上述說明同樣的動作，直到找出適當的通訊頻道為止(步驟540)。

如在第一頻道已選取低頻道作為通訊頻道

所以應用本發明的方法，可以使得該終端裝置2在對於兩個相鄰的通訊頻道進行通訊時，兩頻道分別來自高頻通訊頻道群及低頻通訊頻道群，而此兩頻道由於兩者的頻率相差頗大，所以不會造成信號的干擾。

同樣的對於其他的終端裝置2也進行上述的操作，唯若該一終端裝置2已經與某一通訊單元21建立通訊頻道時。則此終端裝置2不必進行與此一通訊單元21進行建立通訊頻道的動作，只需要進行與另一通訊單元21建立通訊頻道的動作，但是必須在不同的通訊頻道群中選擇進行通訊的通訊頻道。

另外在該終端裝置2的信號傳遞上採取分時多工的方式進行通訊，如圖六所示，係將時間軸依照預定的時段作分割，該時段分別分配給該兩個與相鄰之通訊單元21的通訊頻道。而且不同的通訊頻道所分配的時槽(Time Slot)呈交錯的狀態。

上述與相鄰之通訊單元21進行通訊連結的動作， 可以在預設的時段進行，隨時根據當時的狀況更改通訊頻道，使得所選出的通訊頻道本身的雜訊最低，而且臨近的通訊頻道之間也不會有信號干擾的情況。因此可以保持整體通訊的暢通與不受干擾。所以系統不容易有通訊中斷的情況。

本發明之目的在於將固定頻段內的頻道區分出多個高、低頻道，並提供給終端裝置2通訊使用。使各終端裝置2在通訊時，不會因為終端裝置2與其他終端裝置2之相隔距離過短而造成頻道之間的干擾。運用此高、低頻段的方式使得在通訊上具有良好的信號品質。另一目的在於可隨時更改通訊頻道，而不像習知技術一般使用固定的通訊頻道，藉此使得通訊品質可以維持良好的狀態。

綜上所陳，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧主控裝置

11‧‧‧伺服裝置

12‧‧‧通訊裝置

2‧‧‧終端裝置

2’‧‧‧主機裝置

21‧‧‧通訊單元

211‧‧‧短程通訊模組

212‧‧‧中長程通訊模組

22‧‧‧處理器單元

23‧‧‧電氣裝置

24‧‧‧開關單元

25‧‧‧電源供應單元

100‧‧‧短程通訊模組

101‧‧‧中長程距離通訊模組

圖一顯示本案系統架構圖。

圖二顯示本案中主控裝置內部元件及與各終端裝置連結情況。

圖三顯示本案中各終端裝置元件的細部構造及與 連接燈組之連接情況。

圖四顯示本案中的終端裝置的另一通訊單元內元件。

圖五顯示本發明方法之流程圖。

圖六顯示本案中該終端裝置的信號傳遞上採取分時多工的通訊示意圖。

Claims (10)

1. 一種用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，該系統中主要包含一主控裝置及多個終端裝置，該主控裝置包含一伺服裝置及一通訊裝置；該伺服裝置執行主控裝置之控制指令，並藉由通訊裝置發出控制訊號；同時該伺服裝置亦可管理、監控所有連結之主機裝置及終端裝置；各個終端裝置包含一通訊單元、一處理器單元及至少一電氣裝置；所有終端裝置依據距離及電波傳遞能量的不同構成不同的群，各群之間的終端裝置只與上一群及下一群的終端裝置進行信號的連繫；該方法包含步驟為：先將所有的通訊頻道分成兩群，分別為高頻通訊頻道群及低頻通訊頻道群；該終端裝置經由該通訊單元在兩個群的通訊頻道群中選定一通訊頻道予相鄰的一通訊單元連繫；然後接收來自該通訊單元的回覆信號；此時該終端裝置檢驗該回覆信號是否為一可靠的信號，以確定該通訊頻道可作為其與相鄰之通訊單元連繫的頻道；當該終端裝置確定所發射之通訊頻道確實可進行可靠之通訊時，便鎖定該頻道作為與該相鄰通訊單元連繫的第一頻道； 當該終端裝置確定所發射之通訊頻道不為可進行可靠之通訊時，則在該所選定的通訊頻道群中選取另一頻道進行同樣的作業直到選出一可進行可靠之通訊的頻道為止；如果在所選定的通訊頻道群中沒有適當的通訊頻道可作為通訊之用，則在另一通訊頻道群重覆上述動作；然後該終端裝置必須再與另一相鄰通訊單元建立第二頻道；首先該終端裝置在另一先前未選定的通訊頻道群中選出一第二頻道，其中該第二頻道與該第一頻道分別落在高、低通訊頻道群；並進行與上述說明同樣的動作，直到找出適當的通訊頻道為止。
2. 如申請專利範圍第1項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中辨識該回覆信號中雜訊位準是否適當，是否足以影響到信號的辨識，或者確定可為一接收到相鄰通訊單元的訊號，而非有其他的非目的通訊元件使用同一頻道。
3. 如申請專利範圍第1項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中該終端裝置的信號傳遞上採取分時多工的方式進行通訊，該終端裝置之時段分別分配給該兩個相鄰之通訊單元的通訊頻道；而且不同的通訊頻道所分配的時槽(Time Slot)呈交錯 的狀態。
4. 如申請專利範圍第1項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中該終端裝置與相鄰之通訊單元進行通訊連結的動作，可以在預設的時段進行，隨時根據當時的狀況更改通訊頻道，使得所選出的通訊頻道本身的雜訊最低，而且臨近的通訊頻道之間也不會有信號干擾的情況。
5. 如申請專利範圍第1項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中該通訊單元用以與終端裝置或主機連繫，可接收該主控裝置之控制訊號；以及該處理器單元電性連結該通訊單元並接收處理由通訊單元接收之控制訊號並產生動作訊號以控制電氣裝置作動。
6. 如申請專利範圍第1項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中該通訊單元內包含一短程通訊模組，用以進行各終端裝置短距離的通訊；該通訊單元與其他無線控制裝置之通訊單元並連結以相互傳送訊號。
7. 如申請專利範圍第6項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中該短程通訊模組選自Zigbee的通信協定與通信模組，及ISM Band無線通訊，或頻率更高的無線通訊系統之一種。
8. 如申請專利範圍第7項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中該通訊單元尚包含一中長距離通訊模組，該中長距離通訊模組為WIFI通訊模組、2.5G系統GPRS、3G系統CDMA2000、WCDMA,TD-SCDMA/3.5G系統HSDPA/3.75G系統HSUPA、以及4G：WiMax/LTE系統之一種，用以與該主控裝置進行長距離的通訊。
9. 如申請專利範圍第1項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中該終端裝置接收來自該處理器單元的訊號以進行明亮及開關的切換。
10. 如申請專利範圍第9項之用於群集式架構的無線控制系統的頻率選擇方法，其中尚包含：一開關單元，用於切換該電氣裝置，其中該開關單元可由該處理器單元進行切換的動作或由外部手動切換；以及一電源供應單元，用以提供電氣裝置之電力。