TWI520525B - Automatic configuration and wireless expansion of the host system - Google Patents

Description

自動組態與無線擴充之主機系統

本發明是關於一種自動組態與無線擴充之主機系統，特別為一種利用訊息導向架構，透過一具訊息交換及無線連網功能之主機，來構成一種低成本且更具彈性、自動組態與可同時控制多種不同頻率無線技術終端裝置之主機系統。

隨著資通訊科技之進步，現代家庭中許多電器裝置或設備，均已逐漸利用無線方式來控制或接收。

一般習知的無線裝置控制，基本上可以手持遙控設備來達成操控目的，傳統的遙控器以紅外線控制最為普遍，它的缺點在於紅外線有指向性，所以操控時遙控器常需指向待測設備之紅外線接收器，方可達到遙控的目的；此外，不同的家電設備常需要不同的遙控器，所以常讓使用者因找不到遙控器而無法享受其便利。隨著科技技術之進步，透過射頻無線技術控制的家電也越來越多，如圖1所示之中華民國發明專利第I234961號所揭露之內容，該發明為一種應用於無線網路之家電控制裝置，其包括一第一家電控制裝置，以及至少一具有一第二家電控制裝置之家電產品；其中，一使用者可操作該第一家電控制裝置並產生至少一控制訊號，並且 依據該控制訊號產生一符合一無線網路標準通訊協定之資料封包，並傳輸至該第二家電控制裝置。第二家電控制裝置可接收該資料封包，使得該第一家電控制裝置得以控制該至少一家電產品之操作。該專利提出以無線網路來取代傳統的紅外線遙控，藉以改善其指向性的缺點，並透過單一之無線技術來遙控同操作頻率的各式家電；其缺點在對於不同無線技術與不同操作頻率之無線家電，就無法勝任其統合操控之需求。此外，根據中華民國公告第M433685號「IPv6型無線多模服務主機」專利案，該專利則利用一具網通功能之硬體基板，其上可掛載兩片不同無線技術與操作頻率之無線模組，藉以同時控制及接收該兩種不同頻率之無線模組所管控之複數個無線終端裝置，以達到多模控制服務之目的。其缺點在於，面對越來越多元技術之無線設備，要完全透過硬體界面之擴充，予以同時管控家中眾多不同無線頻率裝置，來達到其多模控制服務之目的，將有其侷限性，且系統軟體要納管不同頻率之無線模組，需要繁雜的設定流程且難以一通用設定流程進行處理，且通信連線方式之複雜更是不在話下。再者，習知技術必須透過使用者主動查詢或系統軟體以輪詢方式，才可即時得知受控之無線終端裝置最新狀態。

由此可見，上述習用方式仍有諸多缺失，實非一良善之設計，而亟待加以改良。本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件自動組態與無線擴充之主機系統。

本發明之主要目的，在於透過本自動組態與無線擴充之主機系統，使用者可透過系統自動組態以無線方式擴充不同頻率之無線終端裝置，並可利用一個以上無線連網裝置，達成操控各種不同頻率之無線終端裝置目的。

本發明之次要目的，在於當系統具有一個以上的無線連網裝置時，當受控之任意頻率無線終端裝置，因手動或外力觸發導致狀態改變時，所有的無線連網裝置皆可同步被即時通知，無需經由查詢動作才能得知。

達成上述發明目的之自動組態與無線擴充之主機系統，係藉由一訊息交換裝置，利用802.11無線訊號來彈性的擴充耦接複數個異頻無線轉換器與至少一無線連網裝置。複數個異頻無線轉換器中之任一無線轉換器之連接器，均採標準通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)介面定義，以介接各種不同無線頻率之無線通訊模組，來達到彈性動態增加構成複數個異頻無線轉換器之目的，進而控制對應頻率之複數個無線終端裝置，以整合各類型設備。該訊息交換裝置採訊息導向之系統架構(Message-oriented Middleware，MOM)軟體，其MOM軟體係為消息隊列遙測傳輸(Message Queue Telemetry Transport，MQTT)，實作發佈與訂閱(Publish-subscribe)之訊息傳遞模式；使用者可透過無線連網裝置來取得其訂閱之無線終端裝置之狀態訊息，亦或透過相關控制命令之發佈來改變無線終端裝置之狀態。達成任一無線連網裝置，均可完成各種無線頻率技術裝置之操控與訊息接收目的。

本發明所提供之自動組態與無線擴充之主機系統，與其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：

1.本發明可彈性擴充不同頻率無線技術之無線終端裝置之控制，不受限於硬體連接器介接無線控制模組數目之限制。

2.本發明在擴充不同頻率無線技術之無線終端裝置控制時，可透過訊息導向之架構，利用單一通用之設定流程達到自動組態效果，不需因不同頻率無線技術進行額外繁雜的軟體參數設定工作，即可任意擴充不同頻率無線技術之無線終端裝置控制。

3.當受控的無線終端裝置因手動或外力觸發導致狀態改變時，所有的無線連網裝置將第一時間被通知，無需經由查詢動作才能得知。

4.本發明可透過單一無線連網裝置，做為不同頻率無線技術之無線終端裝置，其控制與狀態訊息接收。

1‧‧‧訊息交換裝置

11‧‧‧中央處理模組

12‧‧‧WiFi無線模組

13‧‧‧有線網路模組

14‧‧‧記憶體模組

2‧‧‧無線連網裝置

21‧‧‧資料處理運算單元

22‧‧‧WiFi無線模組

23‧‧‧輸出入模組

3‧‧‧無線轉換器

31‧‧‧中央處理單元

32‧‧‧WiFi無線模組

33‧‧‧無線通信模組

34‧‧‧記憶體單元

35‧‧‧連接器

3a‧‧‧無線1轉換器

3b‧‧‧無線2轉換器

3c‧‧‧無線3轉換器

4‧‧‧複數無線1終端裝置

5‧‧‧複數無線2終端裝置

6‧‧‧複數無線3終端裝置

7‧‧‧複數個異頻無線轉換器

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖1為利用習知技術經由單一家電控制裝置，無線遙控複數個家電裝置之組成示意圖；圖2為本發明自動組態及無線擴充之主機系統之硬體架構圖；圖3為本發明自動組態及無線擴充之主機系統之運作架構圖；圖4為本發明自動組態及無線擴充之主機系統之運作流程示意圖。

“802.11”標準定義有兩種網路模式：(1)基礎架構(Infrastucture)模式一無線裝置間互相溝通要先透過一個基地台，它是和有線網路間的介接，也可以獨立運作。(2)對等(Ad-Hoc)傳輸模式(也被稱為點對點或電腦對電腦)，無線裝置間可直接傳輸，而不需經過基地台。從發明專利第I234961號中可以了解，透過單一無線控制模組，可以向對應頻率之至少一無線終端裝置進行操控，而不同頻率之無線技術控制，分屬各無線頻段所定義，亦屬習知技術。

然而，面對越來越多元的無線技術發展，以及各種不同無線頻率之終端裝置，若欲利用單一的無線技術，來控制所有不同頻段的無線終端裝置，已變成不再可行。相對的，為了要達到透過單一連網裝置，控制眾多的異頻無線終端裝置之目的時，彈性、擴充容易、自動安裝組態等特性更顯重要。

圖2所示為自動組態與無線擴充之主機系統基本構件圖其包含有訊息交換裝置1，藉由802.11無線訊號來彈性擴充、耦接無線轉換器3與無線連網裝置2。該無線連網裝置2包含有一資料處理運算單元21，介接一輸出入模組23及一WiFi無線模組22。該資料處理運算單元21主要執行MOM Client透過TCP/IP連線方式，連結訊息交換裝置1的MOM Server，來做為各種無線終端裝置狀態顯示與控制命令輸出之裝置，實務上可為具802.11無線通信介面之手機或平板電腦等裝置。

無線轉換器3包含有一中央處理單元31，分別耦接一WiFi無線模組32、一連接器35及一記憶體單元34；該連接器35可採標準UART介面定義，以介接各種不同無線頻 率之無線通訊模組33，與該中央處理單元31達成電氣連接，當不同無線頻率之無線通訊模組33，分別介接在該連接器35上，則構成不同操控頻率技術之無線轉換器3，以達到彈性擴充、整合及管控各類型頻率無線設備目的。中央處理單元31主要負責執行MOM Client透過TCP/IP連線方式連結訊息交換裝置1的MOM Server，與轉換、運算及接收分別來自WiFi無線模組32及無線通信模組33之資料處理，並記錄於記憶體單元34。該WiFi無線模組32，可以透過802.11之通訊協定，跟訊息交換裝置1之WiFi無線模組12達成連線及通訊目的；透過該無線通信模組33，可直接控制及接收對應頻率之複數個無線終端裝置的連線控制，而其與中央處理單元31之溝通，則經由連接器35之標準UART介面。同前所述，無線轉換器3之無線通信模組33與無線終端裝置之連線協定，屬各無線頻段所定義，亦屬習知技術。

該訊息交換裝置1具有一中央處理模組11耦接一WiFi無線模組12、一有線網路模組13及一記憶體模組14。中央處理模組11主要執行MOM Server提供MOM連結功能，並可以提供DHCP Server分派網址功能，以TCP/IP連線方式進行802.11標準傳輸，透過WiFi無線模組12，以基礎架構模式來無線耦接無線轉換器3與無線連網裝置2，以達到自動組態與無線擴充目的，並透過有線網路模組13使訊息交換裝置1所收容之無線資料可與有線網路介接通信；該記憶體模組14則儲存訊息導向架構軟體程式，及來自中央處理模組11所處理之匯流資料。

圖3所示為自動組態與無線擴充之主機系統運作架構圖，本專利在於藉由訊息交換裝置1的設計與配置，使 得複數個異頻無線轉換器7及至少一無線連網裝置2，無須使用者設定，即可動態加入本系統，達到利用無線連網裝置2控制多種異頻無線終端裝置之功效。

當使用者添置了某無線頻段之無線終端裝置，例如複數無線1終端裝置4包含一426MHz之Tanita體重計等，複數無線2終端裝置5包含一2.4GHz之低速短距離傳輸的無線網路協定(ZigBee)無線控制音響等，複數無線3終端裝置6包含一Bluetooth 4.0血壓計等。可在無線轉換器3之標準定義連接器35上，介接不同主控之無線通信模組33，分別是426MHz、2.4GHz ZigBee、及藍牙4.0之不同無線通信模組33，形成無線1轉換器3a、無線2轉換器3b、無線3轉換器3c等，此些轉換器統稱為複數個異頻無線轉換器7，該複數個異頻無線轉換器7可根據網路配置自動取得任一網路位置(DHCP)；待完成加入網路與取得連線能力後，將經由該WiFi無線模組32以TCP/IP連線方式，連線至訊息交換裝置1所在之固定網路位置，透過其MOM Client連結MOM Server，以及訂閱/發佈其無線通信模組專屬的相關議題，包含輸入指令議題與回報狀態議題。同時訂閱公用訊息議題，並透過公用訊息議題發佈新增其無線通信模組專屬的相關議題給所有無線連網裝置2，通知有新的無線轉換器加入網路可以供使用者選擇使用。

無線連網裝置2可根據網路配置自動取得任一網路位置(DHCP)，待完成加入網路與取得連線能力後，將經由該WiFi無線模組22以TCP/IP連線方式，連線至訊息交換裝置1所在之固定網路位置，透過其MOM Client連結MOM Server並訂閱公用訊息議題。當從公用訊息議題接收到新加 入網路的無線轉換器發佈的相關訊息時，提供給使用者決定是否訂閱新增的無線轉換器3相關議題，當使用者選擇訂閱其新增議題後，即可控管對應的無線終端裝置。當使用者欲控制某一個無線終端裝置時，透過無線連網裝置的MOM Client發佈控制命令至其對應的輸入指令議題，即可達到控制的目的。

當使用者欲移除該複數個異頻無線轉換器7中之某無線轉換器3a時，可直接將其斷電就能移除至網路之外。訊息交換裝置1藉由網路連線中斷得知該無線轉換器3a已被移除，利用公用訊息議題發佈無線轉換器3a離線通知訊息給無線連網裝置2，當無線連網裝置2收到無線轉換器3a離線通知訊息時，即可移除無線轉換器3a相關訊息與控制功能。此移除行為由訊息交換裝置1進行離線通知訊息發佈，不影響其他網路成員運作。

上述之全部行為，皆可在系統執行時期動態運作，無須暫停任何服務功能，也無須使用者自行設定，因此提供一種非常彈性化的系統建置方式，從而達到依據使用者需求動態調整系統組成，以降低成本，並增加商業效益之功效。

圖4為本發明自動組態及無線擴充之主機系統運作流程示意圖，說明上述實施方式中單一無線連網裝置2與無線1轉換器之系統運作相關細部流程。除此之外，上述實施方式亦可套用於複數個無線連網裝置2與複數個異頻無線轉換器7之運作。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，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施或變更，均應包含於 本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

1‧‧‧訊息交換裝置

11‧‧‧中央處理模組

12‧‧‧WiFi無線模組

13‧‧‧有線網路模組

14‧‧‧記憶體模組

2‧‧‧無線連網裝置

21‧‧‧資料處理運算單元

22‧‧‧WiFi無線模組

23‧‧‧輸出入模組

3‧‧‧無線轉換器

31‧‧‧中央處理單元

32‧‧‧WiFi無線模組

33‧‧‧無線通信模組

34‧‧‧記憶體單元

35‧‧‧連接器

Claims (10)

1. 一種自動組態與無線擴充之主機系統，其中係包括：一訊息交換裝置，係具有一中央處理模組，耦接一WiFi無線模組、一有線網路模組及一記憶體模組，該中央處理模組主要執行訊息導向之系統架構MOM軟體，實作發佈與訂閱之訊息傳遞模式以及DHCP Server自動網路位址分派，該WiFi無線模組係送收802.11通訊協定訊息，該有線網路模組係對外連接有線網路，該記憶體模組係存載軟體程式及記錄由該中央處理模組所傳來之匯流資料；複數個異頻無線轉換器，其係具有一中央處理單元，耦接一WiFi無線模組及一記憶體單元及一連接器，該連接器係插拔替換連接一無線通信模組，該中央處理單元藉由該無線通信模組來管控對應頻率之無線終端裝置，並具備MOM Client、DHCP Client，由該WiFi無線模組透過802.11通訊協定與該訊息交換裝置連線溝通，相關運作資料將儲存於該記憶體單元；以及至少一無線連網裝置，其係具有一資料處理運算單元，耦接一輸出入模組、及一WiFi無線模組，該輸出入模組係顯示狀態資料及輸入控制命令，經由該資料處理運算單元執行MOM Client，命令該WiFi無線模組產生符合802.11通訊協定之無線控制信號，與該訊息交換裝置連線，並控管該複數個異頻無線轉換器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該無線連網裝置亦為手機或平板電腦。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機 系統，其中該訊息交換裝置係為運作基礎架構傳輸模式。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該無線連網裝置之輸出入模組係為觸控顯示螢幕。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該複數個異頻無線轉換器之連接器，係為UART界面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該複數個異頻無線轉換器中之無線通信模組，係為433MHz。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該複數個異頻無線轉換器中之無線通信模組，係為2.4Ghz ZigBee。
8. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該複數個異頻無線轉換器中之無線通信模組，係為藍芽4.0或更高階之版本。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該訊息交換裝置之MOM軟體，其通信協定係為消息隊列遙測傳輸(Message Queue Telemetry Transport，MQTT)。
10. 如申請專利範圍第1項所述之自動組態與無線擴充之主機系統，其中該無線連網裝置與該複數個異頻無線轉換器之MOM Client，係亦為MQTT Client。