TWI615046B - 應用於物聯網之資料匝道診斷系統及其方法 - Google Patents

Description

應用於物聯網之資料匝道診斷系統及其方法

本發明係一種資料匝道診斷系統及其方法，尤指一種應用於物聯網操作環境之資料匝道診斷系統及其方法。

隨著雲端運算以及無線感測器技術的長足進步，使著物聯網技術在近幾年有著爆炸性的成長，而現行物聯網為讓終端的資料感測單元能夠大量的佈署、以及為長期運作而需具備低耗能之特性，使得資料感測單元本身常不具備高效能的計算能力，其功能主要著重於資料蒐集，並透過簡單低耗的通訊協定(例如：ZigBee等協定)，將所蒐集的資料透過鄰近的資料感測單元、以及資料匝道層層傳遞給後層的管理端裝置。

由於經由終端所感測到的資訊需經由層層網路傳送，因此當終端網路感測到異常狀態，或者傳輸路徑發生故障時，位於後層的管理端無法即時的提出因應以及維護，使得物聯網運行可靠度備受質疑。

綜上所述，如何提供一種可解決前述問題之方案乃本領域亟需解決之技術問題。

為解決前揭之問題，本發明之目的係提供一種用於物聯網之資料匝道診斷之技術方案。

為達上述目的，本發明提出一種用於物聯網之資料匝道診斷 系統並配置於物聯網之操作環境。前述系統包含流量觀測模組、骨幹/接取網路查測模組、多時段流量篩選比對模組、以及處理模組。流量觀測模組用於觀測物聯網之感知層內一個或多個感測終端裝置之流量，以提供流量觀測資訊。骨幹/接取網路查測模組連接感測終端裝置上轄之骨幹接取通訊設備，判斷骨幹接取通訊設備之運作狀態，以提供運作狀態資訊。多時段流量篩選比對模組對感測終端裝置傳輸之流量進行歷史比對，以提供比對資訊。處理模組連接流量觀測模組、骨幹/接取網路查測模組、以及多時段流量篩選比對模組，其中處理模組係依據流量觀測資訊、運作狀態資訊、以及比對資訊，以判斷並提供物聯網之運作狀態資訊。

為達上述目的，本發明提出一種用於物聯網之資料匝道診斷方法並配置於物聯網之操作環境。前述方法包含下列步驟：觀測物聯網之感知層內一個或多個感測終端裝置之流量，以提供流量觀測資訊。接著，取得感測終端裝置上轄之骨幹接取通訊設備之運作狀態，以提供運作狀態資訊。再者，對感測終端裝置傳輸之流量進行歷史比對，以提供比對資訊以及依據流量觀測資訊、運作狀態資訊、以及比對資訊，以判斷並提供物聯網之運作狀態資訊。

綜上所述，本案之用於物聯網之資料匝道診斷系統及其方法透過上述之運作，即可讓管理層端即時得知網路運作狀態，而能有效的提高物聯網運行之可靠度。

NE01~NE06‧‧‧電信設備之編號

R01~R08‧‧‧路由之編號

DG01~DG04‧‧‧資料匝道之編號

SG01~SG0104‧‧‧資料感測終端裝置之編號

1‧‧‧資料匝道診斷系統

11‧‧‧流量觀測模組

12‧‧‧骨幹/接取網路查測模組

13‧‧‧多時段流量篩選比對模組

14‧‧‧處理模組

2‧‧‧網管系統

21‧‧‧骨幹/接取網路與設備

3‧‧‧資料匝道流量資料庫

4‧‧‧路由設備資料庫

圖1係為本案第一實施例用於物聯網之資料匝道診斷系統之方塊圖。

圖2係為本案第二實施例用於物聯網之資料匝道診斷方法之流程圖。

圖3係為本案物聯網之網路架構圖。

圖4係為本案資料匝道診斷系統之觀測流程圖。

以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。

請參閱圖1，其為本發明第一實施例用於物聯網之資料匝道診斷系統1之方塊圖。前述系統配置於物聯網之操作環境並包含流量觀測模組11、骨幹/接取網路查測模組12、多時段流量篩選比對模組13、以及處理模組14。流量觀測模組11用於觀測物聯網之感知層內一個或多個感測終端裝置之流量，以提供流量觀測資訊。骨幹/接取網路查測模組12連接感測終端裝置上轄之網管系統2以及骨幹/接取網路與設備21，來判斷骨幹接取通訊設備之運作狀態以及提供運作狀態資訊。多時段流量篩選比對模組13係對感測終端裝置傳輸之流量進行歷史比對及提供比對資訊。處理模組14連接流量觀測模組11、骨幹/接取網路查測模組12、多時段流量篩選比對模組13，其中處理模組14係依據流量觀測資訊、運作狀態資訊、以及比對資訊，以判斷並提供物聯網之運作狀態資訊。

前述之流量觀測模組11、骨幹/接取網路查測模組12、多時段流量篩選比對模組13、以及處理模組14可由數位電路、或運作於處理器上的軟體模組實現之。

於另一實施例中，前述之資料匝道診斷系統1係配置於物聯網之資料匝道層。於另一實施例中，前述資料匝道層之供電條件係優於感 知層之供電條件。於另一實施例中，前述處理模組14係判斷流量觀測資訊具有瞬間流量，則配置運作狀態資訊為異常資訊。於另一實施例中，前述處理模組14更依據感測終端裝置之休眠時段以考量流量觀測資訊，並以此配置運作狀態資訊。

請參閱圖2，其為本發明第二實施例一種用於物聯網之資料匝道診斷方法之流程圖。前述方法配置於物聯網之操作環境，包含下列步驟：

S101：觀測物聯網之感知層內一個或多個感測終端裝置之流量，以提供流量觀測資訊。

S102：取得感測終端裝置上轄之骨幹接取通訊設備之運作狀態，以提供運作狀態資訊。

S103：對感測終端裝置傳輸之流量進行歷史比對，以提供比對資訊；以及

S104：依據流量觀測資訊、運作狀態資訊、以及比對資訊，以判斷並提供物聯網之運作狀態資訊。

於另一實施例中，前述方法係配置於物聯網之資料匝道層。於另一實施例中，前述資料匝道層之供電條件係優於感知層之供電條件。於另一實施例中，前述方法係判斷流量觀測資訊具有瞬間流量，則配置運作狀態資訊為異常資訊。於另一實施例中，前述方法更依據感測終端裝置之休眠時段以考量流量觀測資訊，並以此配置運作狀態資訊。

以下本發明茲以第一實施例用於物聯網之資料匝道診斷系統1進行說明，惟第二實施例用於物聯網之資料匝道診斷方法亦可達到相同或相似之技術功效。

請接著參閱圖3，其為物聯網之網路架構圖，根據物聯網三層架構(資料傳輸層、資料匝道層、感知層)，設於最底層(感知層)的感測終端裝置用於收集環境感測資訊，而為達成長期使用、以及低成本需求，現行之感測終端裝置做法多採用低功率無線通訊模組、低運算能力處理器之無線感測器(例如：採用ZigBee協定之無線感測器)，亦因如此使得感測終端裝置無法長途、大量的傳輸資料，而需要藉由配置於資料匝道層的資料匝道診斷系統1代為收集、傳送資料給物聯網的資料傳輸層，提供管理端裝置進行運算以及配置。

於本案之資料匝道診斷系統1具備固定的電源供應，支援較耗能但長途的通訊能力，可以接收感測終端裝置蒐集傳來的資料，上傳給資料中心或雲端運算中心。於實務配置上，本案之資料匝道診斷系統1配合公共建設與環境，建於如路燈、紅綠燈、電信箱、家用冰箱、飲料販賣機…設備內等。

習知的資訊匝道設備常因不具備運算功能、無法遠端查測而造成管理盲點。為解決習知技術問題，本案資料匝道診斷系統1透過觀測感測終端裝置之流量，並在某一資料匝道許久沒有上傳資料，或是跟歷史流量差距甚多時，則判斷此資料匝道可能出現障礙，若進一步判定資料匝道上游所連接的傳輸網路，各階層設備與資料傳遞路徑都屬正常，則可以明確判定此資料匝道發生故障，而毋需實際派工到現場查測，得以省下大量查測人力。

另外，本案技術應用於自然環境/災害觀測時，當資料匝道診斷系統1查覺到瞬間大量的資料傳輸，則可能是發生重大自然變異(例如火 災、山崩)，此時可發送警告報資訊，並可作為災害應變的前期告警。

本案之資料匝道診斷系統1可連線至外部的資料匝道流量資料庫3以及路由設備資料庫4(圖1)取得必要資訊做為後續判讀之用。前述之資料匝道流量資料庫3儲存流量歷史資料，並當流量觀測模組11偵測到流量異常時，即會啟動多時段流量篩選比對模組13，並根據資料匝道流量資料庫3所提供之資料，判斷是否真的流量異常，以啟動後續骨幹/接取網路查測模組12進行故障判斷。

前述之資料匝道流量資料庫3內建完整的匝道流量資料，至少需要建立以下的資料與關聯：

(1)記錄此資料匝道下轄感測終端裝置數量，以查出當下的資料匝道下轄感測終端裝置的數量與種類。

(2)記錄不同時間點，資料匝道與資料感測終端裝置的關聯，可以為特定日期，當日匝道下轄的感測終端裝置數量、種類。

(3)記錄資料匝道下轄感測終端裝置編號、感測終端裝置資料地理位置或有變動，此記錄可以輔助障礙偵錯。

(4)記錄不同時間點單一種類感測終端裝置的流量，例如：特定日期時間，溫度感測終端裝置的流量。

前述之路由設備資料庫4內建完整的路由與設備資料，可選擇的建立以下的資料與關聯：

(1)詳細路由與路由所經設備資料

(2)設備總類、型號，用以發送不同查測指令。

流量觀測模組11可針對某單一終端設備觀測其流量，並可連 接資料匝道流量資料庫3，記錄該設備流量。若有瞬間大量流量出現或是流量停止時，則啟動相關模組並發出必要告警訊息。

骨幹/接取網路查測模組12在某終端設備流量停止時，可以測試該終端設備上轄的骨幹/接取網路，用以釐清障礙點所在。骨幹/接取網路查測模組12可選擇的具備以下功能：

(1)接取並判讀路由設備資料庫4的能力，並可以執行關聯式查詢。

(2)測試骨幹/接取網路設備的能力。

(3)測試某段路由傳輸資料能力。

多時段流量篩選比對模組13可利用歷史流量資料，根據不同設備、種類、時段，作流量的比對，並可選擇的具備以下功能：

(1)接取並判讀資料匝道流量資料庫3的能力，並可執行關聯式查詢。

(2)查詢某一終端設備/特定時間流量。

(3)針對某一終端設備，作不同時段的流量比對。

(4)篩選某特定種類感測終端裝置的訊息，並作歷史資料比對。

請接著參閱圖4，其為資料匝道診斷系統1之觀測流程圖，當流量觀測模組11發現異常流量S201時(瞬間大量或是甚少流量)，則進行第一階段判定，若為瞬間巨量而且為單一種類訊息(例如：溫度上升)，則很可能發生天然災害(例如：森林大火)，則可顯示與通報S205。

當流量觀測模組11觀測到某感測終端裝置流量甚少或是沒有流量，則啟動多時段流量篩選比對功能S203，並查詢資料匝道流量資料庫3)，來調閱該終端設備過去歷史資料，若相同時段內，該感測終端裝置都有正常流量，唯獨此次沒有或是甚少流量，則可能感測終端裝置或是上轄 網路出現障礙，此時啟動骨幹接取網路通訊與設備測試功能S204，並可針對該感測終端裝置本身與上轄設備/網路作通訊與運作測試，若感測終端裝置與上轄設備/網路作測試都屬正常運作，則可判定問題出現在連接感測終端裝置的資料匝道上，據以明確指出問題所在，最終將結果顯示、產生告警，並加以通報。

而當流量觀測模組11觀測到路由(R06)沒有傳輸資料，判斷可能資料匝道(DG02)發生故障或是資料匝道上游設備/網路發生問題；另判斷可能為該時段本來就不會有資料傳遞，或是整群的資料感測終端裝置(SG02)近日執行地理位置調整，資料透過ZigBee找到另一個傳遞路徑(z03)，上傳到另一個資料匝道(DG03)。

為釐清問題所在，資料匝道診斷系統1啟動多時段流量篩選比對模組13來讀取資料匝道流量資料庫3之資料進行判斷。該資料匝道流量資料庫3記錄資料匝道下轄感測終端裝置編號，若有資料感測終端裝置執行地理位置調整，詳細變動與對應關係會紀錄在資料庫中。多時段流量篩選比對模組13根據資料匝道流量資料庫3，透過關連查詢得知資料匝道(DG02)下轄的資料感測終端裝置，並沒有進行位置調整，不會造成沒有傳輸資料的現象，因此排除地理位置調整的可能性。

另外，為了降低資料感測終端裝置的耗能，延長使用時限，可能將某群資料感測終端裝置，在某個時段，設定為集體休眠狀態。此次沒有傳輸資料的時間點/時段，是否本來就不會有資料傳輸？本案多時段流量篩選比對模組13讀取資料匝道流量資料庫3，找出過去在同一時間的資料流量，進行時間/流量對應比對，得知過去同時段，該路由(R06)都有收到一 定的資料傳輸，因此可以排除特定時段，不會有資料傳輸量的可能性。

排除位置調整、時段變異的可能性後，路由(R06)沒有傳輸資料，問題可能發生在上游網路/設備或是資料匝道上，為進一步釐清問題，本案啟動骨幹/接取網路查測模組12讀取路由設備資料庫4，查出路由從下到上，經過的路徑與所經過設備，以圖3路由R06為例，所經過的設備有NE04、NE01，所經過的上層路由有R02。骨幹/接取網路查測模組12取得詳細路由/設備資料後，連接網管系統2，針對這些設備/路由，逐一發送查測指令，判斷是否為網路/設備發生問題，導致路由(R06)沒有傳輸資料。若路由(R06)所轄網路/設備沒有發生故障，查測正常，透過以上重重判定，則可以知道資料匝道(DG02)發生故障，需要派修。

而在瞬間偵測到重覆大量且同質性的訊息狀況下，如當流量觀測模組11觀測到路由(R06)瞬間傳送大量同質性資料，例如整群資料感測終端裝置(SG04)，同時重複傳送溫度上升訊息，此時啟動多時段流量篩選比對模組13讀取資料匝道流量資料庫3，透過時間比對發現過往沒有相同數據存在，則可以判定整群資料感測終端裝置(SG04)，處於大規模變異情況中，以此例而言，可能是發生森林大火，因此立即發出告警，通報相關系統。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，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。

1‧‧‧資料匝道診斷系統

11‧‧‧流量觀測模組

12‧‧‧骨幹/接取網路查測模組

13‧‧‧多時段流量篩選比對模組

14‧‧‧處理模組

2‧‧‧網管系統

21‧‧‧骨幹/接取網路與設備

3‧‧‧資料匝道流量資料庫

4‧‧‧路由設備資料庫

Claims (10)

1. 一種用於物聯網之資料匝道診斷系統，配置於物聯網之操作環境，包含：流量觀測模組，用於觀測該物聯網之感知層內一個或多個感測終端裝置之流量，以提供流量觀測資訊；骨幹/接取網路查測模組，連接該感測終端裝置上轄之骨幹接取通訊設備，判斷該骨幹接取通訊設備之運作狀態，以提供運作狀態資訊；多時段流量篩選比對模組，對該感測終端裝置傳輸之流量進行歷史比對，以提供比對資訊；以及處理模組，連接該流量觀測模組、骨幹/接取網路查測模組、多時段流量篩選比對模組，其中該處理模組係依據該流量觀測資訊、該運作狀態資訊、以及該比對資訊，以判斷並提供該物聯網之運作狀態資訊。
2. 如請求項1所述之資料匝道診斷系統，係配置於該物聯網之資料匝道層。
3. 如請求項2所述之資料匝道診斷系統，其中該資料匝道層之供電條件係優於該感知層之供電條件。
4. 如請求項1所述之資料匝道診斷系統，其中該處理模組係判斷該流量觀測資訊具有瞬間流量，則配置該運作狀態資訊為異常資訊。
5. 如請求項1所述之資料匝道診斷系統，其中該處理模組更依據該感測終端裝置之休眠時段以考量該流量觀測資訊，並以此配置該運作狀態資訊。
6. 一種用於物聯網之資料匝道診斷方法，配置於物聯網之操作環境，包含：觀測該物聯網之感知層內一個或多個感測終端裝置之流量，以提供流量觀測資訊； 取得該感測終端裝置上轄之骨幹接取通訊設備之運作狀態，以提供運作狀態資訊；對該感測終端裝置傳輸之流量進行歷史比對，以提供比對資訊；以及依據該流量觀測資訊、該運作狀態資訊、以及該比對資訊，以判斷並提供該物聯網之運作狀態資訊。
7. 如請求項6所述之資料匝道診斷方法，係配置於該物聯網之資料匝道層。
8. 如請求項7所述之資料匝道診斷方法，其中該資料匝道層之供電條件係優於該感知層之供電條件。
9. 如請求項6所述之資料匝道診斷方法，係判斷該流量觀測資訊具有瞬間流量，則配置該運作狀態資訊為異常資訊。
10. 如請求項6所述之資料匝道診斷方法，更依據該感測終端裝置之休眠時段以考量該流量觀測資訊，並以此配置該運作狀態資訊。