TWI763173B - 物聯網系統與其備用通道使用方法 - Google Patents

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Abstract

一種物聯網系統與其備用通道使用方法。第一網路集線裝置連接至至少一第一物聯網裝置，第二網路集線裝置連接至至少一第二物聯網裝置。存取節點連接第一網路集線裝置以及第二網路集線裝置。物聯網服務伺服器經由存取節點連接第一網路集線裝置以及第二網路集線裝置。反應於第一網路集線裝置與存取節點之間的連結發生異常，第一網路集線裝置經由備用頻率通道與第二網路集線裝置建立連結，而第一物聯網裝置經由備用頻率通道回報物聯網資料給物聯網服務伺服器。

Description

物聯網系統與其備用通道使用方法
本發明是有關於物聯網（Internet of Things，IoT）技術，且特別是有關於一種物聯網系統與其備用通道使用方法。
近年來，隨著科技的演進與創新，能夠連結網路的物品不再限制只有電腦裝置或個人行動通信裝置，越來越多的物聯網裝置可透過各類通信技術回報感測資料或與應用服務平台進行互動。舉凡人工智慧、大數據蒐集與分析、區塊鍊或都可在物聯網技術的支持下實現更多的創新與產業應用。像是，從環境監控、智慧工廠、智慧交通、智慧家庭、智慧農業、健康醫療、智慧生活等等，到處都可以看到物聯網應用服務。從另一面來看，隨著雲端運算技術、人工智慧與大數據應用的進步與發展，物聯網的規模與應用範圍正迅速的成長中，預計到2020年可達到500億個物聯網裝置。
隨著物聯網裝置數量的日益巨幅增加，將對現行電信網路架構中的基地台與回程線路網路（backhaul Network）造成龐大的負擔。換言之，當基地台周遭的連網裝置的數量巨幅成長時，受限於回程線路網路的頻寬限制與基地台的處理能力，現有電信網路架構中的基地台與回程線路網路將不堪負荷。
換言之，隨著物聯網裝置數量巨幅增加，必需要有相當可靠且穩定的通信網路架構作為支撐，以使應用物聯網技術的各類應用服務可自物聯網裝置獲取正確無誤的資料。否則，即便是優秀的物聯網應用服務，也無法在缺乏正確資料的情況下實現其強大與便利的應用功能。也就是說，可靠的網路傳輸環境對於物聯網應用服務來說是必要的條件。為了確保物聯網裝置可以正確回報資料，需考量到許多網路問題，像是無線信號的覆蓋範圍、通信頻寬的限制、通訊品質、資料碰撞，以及資安問題等等。
由此可知，隨著物聯網裝置數量日益增加，為物聯網服務提供可靠的網路傳輸環境實際上存在許多考驗。因此，如何為物聯網服務提供可靠的網路傳輸環境已成為一個相當重要且被廣泛討論的議題。
有鑑於此，本發明提出一種物聯網系統與備用通道使用方法，其可使物聯網的資料傳輸更為可靠。
本發明實施例提供一種物聯網系統，其包括第一網路集線裝置、第二網路集線裝置、至少一存取節點，以及物聯網服務伺服器。第一網路集線裝置連接至至少一第一物聯網裝置，第二網路集線裝置連接至至少一第二物聯網裝置。存取節點連接第一網路集線裝置以及第二網路集線裝置。物聯網服務伺服器經由存取節點連接第一網路集線裝置以及第二網路集線裝置。反應於第一網路集線裝置與存取節點之間的連結發生異常，第一網路集線裝置經由備用頻率通道與第二網路集線裝置建立連結，而第一物聯網裝置經由第一網路網路集線裝置與第二網路集線裝置之間的備用頻率通道回報物聯網資料給物聯網服務伺服器。
從另一觀點來看，本發明實施例提供一種備用通道使用方法，適用於物聯網系統。所述方法包括下列步驟。建立至少一第一物聯網裝置與一第一網路集線裝置之間的連結，並建立第一網路集線裝置與至少一存取節點之間的連結。建立至少一第二物聯網裝置與一第二網路集線裝置之間的連結，並建立第二網路集線裝置與至少一存取節點之間的連結。反應於第一網路集線裝置與至少一存取節點之間的連結發生異常，藉由第一網路集線裝置經由一備用頻率通道與第二網路集線裝置建立連結。經由第一網路網路集線裝置與第二網路集線裝置之間的備用頻率通道回報第一物聯網裝置的物聯網資料給物聯網服務伺服器。
基於上述，於本發明的實施例中，藉由將多個網路集線裝置佈建於物聯網裝置與基地台之間，可大幅減輕基地台與回程線路的負荷。當某一網路集線裝置與基地台之間的連結發生異常時，此網路集線裝置可經由備用頻率通道連接至另一網路集線裝置，使得此網路集線裝置所管理的多個物聯網裝置的物聯網資料可經由備用頻率通道與另一網路集線裝置盡快回報至物聯網服務伺服器。基此，可大幅提昇回報物聯網資料的成功率與可靠度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的方法與系統的範例。
圖1是依照本發明一實施例的物聯網系統的示意圖。請參照圖1，物聯網系統10包括多個網路集線裝置131、132、存取節點120，以及物聯網服務伺服器140。
網路集線裝置131、132各自連接至一群物聯網裝置。網路集線裝置131（即第一網路集線裝置）連接至N個物聯網裝置111_1～111_N（即第一物聯網裝置），其中N為大於等於1的整數。網路集線裝置132（即第二網路集線裝置）連接至M個物聯網裝置112_1～112_M（即第二物聯網裝置），其中M為大於等於1的整數。
網路集線裝置131、132連接於存取節點120與物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M之間。具體而言，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M可透過有線或無線通信標準與網路集線裝置131、132建立通信連線。舉例而言，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M可經由WiFi標準、藍芽（Bluetooth）標準、ZigBee無線通信標準、長距離低功耗無線通信（Long Range，LoRa）標準、乙太網路標準、RS485標準或其他通信標準與網路集線裝置131、132建立通信連線，本發明對此不限制。
物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M具有連網功能，其可透過有線或無線的通信技術而與其他電子裝置進行通信。於一實施例中，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M可將感測資料、測量資料或其他類型資料回報給物聯網服務伺服器140。在物聯網的各式應用上，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M可以利用一般電子設備來實現，像是物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M可以為家電設備、空調設備或照明設備等等。或者，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M也可以是具有溫度、濕度、氣壓、氣體、紫外線等一或多種感測器的環境監控設備。又或者，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M也可以是各種測量儀器，像是水錶、煤氣錶，電錶等等。然而，本實施例中的物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M不限於上述的例子。
存取節點120連結至核心網路101，並用以提供無線或有線通信服務給物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M。在本揭露中，術語「存取節點」可表示各種實施例。舉例而言，存取節點120可以為電信網路營運商所佈署的基地台，像是WiMAX基站、GSM無線基地收發站（BTS）、通用行動電信系統（UMTS）基地台（Node B）、LTE演進型基地台（eNB）、5G基地台（gNB）或支援其他無線通信標準的基地台。從另一面向來看，存取節點120可以為巨型（Macro cell）基地台、微型（Micro cell）基地台、微微型（Pico cell）基地台、或毫微微型（femto cell）基地台，本發明對此不限制。此外，存取節點120也可以是網際網路供應商所佈署的DSL數據機（Digital Subscriber Line modem，DSL modem）、纜線數據機（cable modem）或閘道器等等，本發明對此不限制。
此外，網路集線裝置131、132可透過有線或無線通信標準連結至存取節點120。舉例而言，網路集線裝置131、132可經由WiFi標準、長距離低功耗無線通信（Long Range，LoRa）標準、乙太網路標準、窄頻物聯網（Narrow Band Internet of Thing，NB-IoT）標準、LTE標準、5G標準或其他通信標準連接至存取節點120，本發明對此不限制。於一實施例中，網路集線裝置131、132更可作為有線連結或無線連結的訊號中繼站，以擴展通信服務範圍，使物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M的佈署位置不會受限於存取節點120的地理位置。此外，圖1是以網路集線裝置131、132可連接至相同的存取節點120為範例進行說明，但本發明不限制於此。於其他實施例中，網路集線裝置131、132可連接至不同的存取節點。
需說明的是，於物聯網服務的應用中，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M需要回報物聯網資料給物聯網服務伺服器140，或從物聯網服務伺服器140接收控制命令。於一實施例中，物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M可分別經由網路集線裝置131、132連接至存取節點120，以經由核心網路101回報物聯網資料給物聯網服務伺服器140或從物聯網服務伺服器140接收控制命令。也就是說，於一實施例中，網路集線裝置131、132可視為針對物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M而設置的Iot集線中樞（Iot hub）。藉由網路集線裝置131的橋接，可讓多台物聯網裝置111_1～111_N同時享有電信網路營運商或網際網路供應商所提供的通信服務。
於一實施例中，網路集線裝置131、132可用於管理物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M。換言之，網路集線裝置131、132可分別為物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M安排不同的頻率通道及/或不同的資料回報時段，藉以避免讓物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M在進行回報時發生碰撞的情形，從而降低資料丟失的機率。藉由網路集線裝置131、132排程物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M的通信資源，可有效降低存取節點120與回程線路（Backhaul network）的負擔，並減緩大量物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M的連網所造成的壅塞現象以及降低資料碰撞的機率，從而為物聯網系統10建構出可靠的網路環境。
值得一提的是，於一實施例中，反應於網路集線裝置131與存取節點120之間的連結發生異常，第一網路集線裝置131可經由一備用頻率通BF1與網路集線裝置132建立連結。於是，當物聯網裝置111_1～111_N無法透過網路集線裝置131與存取節點120之間的連結回報物聯網資料時，物聯網裝置111_1～111_N可經由網路網路集線裝置131與網路集線裝置132之間的備用頻率通道BF1回報物聯網資料給物聯網服務伺服器140。舉例而言，網路網路集線裝置131與網路集線裝置132之間的備用頻率通道BF1可以是Lora協定中的一個頻率通道。
圖2A與圖2B是依照本發明一實施例的物聯網系統的應用示意圖。請參照圖2A，圖2A繪示出存取節點120包括無線電基地台120(1)與網際網路數據機120(2)的實施態樣。物聯網裝置111_1～111_N可連接至網路集線裝置131，而網路集線裝置131可連接至無線電基地台120(1)。具體而言，網路集線裝置131將位於無線電基地台120(1)的無線訊號覆蓋範圍內，以與無線電基地台120(1)建立無線連接。無線電基地台120(1)經由電信網路營運商的回程線路（Backhaul network）150連接至核心網路101。像是，無線電基地台120(1)可經由回程線路150連結至核心網路101中的服務閘道器（Serving Gateway，SGW）或移動性管理實體（Mobility Management Entity，MME）。基此，物聯網裝置111_1～111_N可經由網路集線裝置131、無線電基地台120(1)、回程線路150與核心網路101而與物聯網服務伺服器140進行通信。此外，需說明的是，為了方便清楚說明，圖2A僅以一台網路集線裝置131連接至無線電基地台120(1)為例進行說明，但本發明並不限制於此。於一實施例中，無線電基地台120(1)可連接至多台網路集線裝置，且這些網路集線裝置各自連接對應的一群物聯網裝置。
另一方面，物聯網裝置112_1～112_M可連接至網路集線裝置132，而網路集線裝置132可連接至數據機120(2)。具體而言，網路集線裝置132可經由傳輸纜線連接至數據機120(2)，以建立有線通信連線。數據機120(2)可連接至作為ISP網路102之接入口的網路設備，像是數位用戶迴路接取多工器（Digital Subscriber Line Access Multiplexer，DSLAM）或光纖線路終端器（Optical Line Terminal，OLT）等等。作為ISP網路102之接入口的網路設備可經由回程線路連接至ISP網路102中的網路路由節點，使數據機120(2)經由ISP網路102連接至核心網路101。基此，物聯網裝置112_1～112_M可經由網路集線裝置132、數據機120(2)與核心網路101而與物聯網服務伺服器140進行通信。此外，需說明的是，為了方便清楚說明，圖2A僅以一台網路集線裝置132連接至數據機120(2)為例進行說明，但本發明並不限制於此。於一實施例中，數據機120(2)可連接至多台網路集線裝置，且這些網路集線裝置各自連接對應的一群物聯網裝置。
請參照圖2B，圖2B繪示出存取節點120包括無線電基地台120(1)與無線電基地台120(3)的實施態樣。相較於圖2A，網路集線裝置132可連接至無線電基地台120(3)。具體而言，網路集線裝置132將位於無線電基地台120(3)的無線訊號覆蓋範圍內，以與無線電基地台120(3)建立無線連接。基此，物聯網裝置112_1～112_M可經由網路集線裝置132、無線電基地台120(3)、回程線路150與核心網路101而與物聯網服務伺服器140進行通信。
需說明的是，網路集線裝置131、132的功能與硬體配置大致相同，故以下以網路集線裝置131為範例進行說明，而本領域具通常知識者應可基於相關教示而推得網路集線裝置132的功能與硬體配置。圖3是依照本發明一實施例的網路集線裝置的方塊示意圖。請參照圖3，網路集線裝置131包括通信電路31、儲存裝置32，以及處理器33。
網路集線裝置131可支援一或多個有線/無線通信標準，通信電路31可包括支援一或多個有線/無線通信標準的元件。舉例而言，通信電路31可為支援RS485標準、長期演進（long term evolution，LTE）標準、5G標準、Wi-Fi標準、Lora標準或藍牙標準的電子元件，本發明對此不限制。亦即，通信電路31可包括無線收發器、天線或有線訊號傳輸埠等等。通信電路31可依據一或多個有線/無線通信標準而與物聯網裝置111_1～111_N與存取節點120建立通信連結。
儲存裝置32用以儲存資料、裝置組態、程式碼、軟體元件等等緩存資料或永久資料，其可以例如是任意型式的固定式或可移動式隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）或其他類似裝置、積體電路及其組合。
處理器33耦接通信電路31與儲存裝置32，其可以是可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）或其他類似元件或上述元件的組合。處理器33可執行儲存於儲存裝置32中的程式碼與存取儲存裝置32所記錄的資料，以實現本揭露中網路集線裝置131可執行的任何功能。
請參照圖3，於一實施例中，以物聯網裝置111_1為例，物聯網裝置111_1可經由網路集線裝置131將物聯網資料d1回報給物聯網服務伺服器140，物聯網資料d1可包括感測資料、測量資料或其他資料等等。舉例而言，物聯網資料d1可包括電錶度數、水錶度數、亮度感測值或水情感測資料等等。值得一提的是，於一實施例中，網路集線裝置131可動態排程配置給物聯網裝置111_1～111_N的通信資源，且物聯網裝置111_1～111_N可依據網路集線裝置131決定的通信政策規則回報物聯網資料d1，以避免網路壅塞與資料碰撞的現象。於一實施例中，網路集線裝置131可發送參數配置指令d2至物聯網裝置111_1，來動態調整物聯網裝置111_1的通信參數，使物聯網裝置111_1依據網路集線裝置131決定的通信政策規則回報物聯網資料d1。上述通信參數可包括服務品質（Quality of Service，QoS）參數、頻率通道、資料回報時段或其組合。網路集線裝置131與其餘物聯網裝置111_2～111_N之間的互動相似於前述說明，於此不再贅述。相似的，網路集線裝置132與物聯網裝置112_2～112_M之間的互動相似於前述說明，於此不再贅述。
圖4是依照本發明一實施例的物聯網系統的通信方法的流程圖。請參照圖4，本實施例的方法適用於上述實施例中的物聯網系統10，以下即搭配物聯網系統10中的各項元件說明本實施例的詳細步驟。
於步驟S401，建立物聯網裝置111_1～111_N與網路集線裝置131之間的連結，並建立網路集線裝置131與存取節點120之間的連結。關於物聯網裝置111_1～111_N、網路集線裝置131與存取節點120之間的連線建立方式已於前述實施例說明，於此不再贅述。
於步驟S402，建立物聯網裝置112_1～112_M與網路集線裝置132之間的連結，並建立網路集線裝置132與存取節點120之間的連結。關於物聯網裝置112_1～112_M、網路集線裝置132與存取節點120之間的連線建立方式已於前述實施例說明，於此不再贅述。
於步驟S403，反應於網路集線裝置131與存取節點120之間的連結發生異常，藉由網路集線裝置131經由一備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結。存取節點120發生故障、網路集線裝置131發生故障、障礙物屏蔽或氣候條件不佳等等的因素都可能導致網路集線裝置131與存取節點120之間的連結中斷或發生異常。網路集線裝置131可自行偵測其與存取節點120之間的連結是否正常。
於一實施例中，網路集線裝置131、132可在多個可用通道中設置一個或多個備用頻率通道。舉例而言，於Lora標準中，一個可用通道的頻寬例如為125kHZ或250kHZ等等。網路集線裝置131、132不會將備用頻率通道配置給物聯網裝置111_1～111_N、112_1～112_M回報物聯網資料。備用頻率通道可用以收發來自其他網路集線裝置的訊號與訊息。當網路集線裝置131與存取節點120之間的連結發生異常時，網路集線裝置131將無法透過存取節點120將物聯網資料回報給物聯網服務伺服器140。因此，當網路集線裝置131偵測到其與存取節點120之間的連結發生異常時，網路集線裝置131可經由備用頻率通道BF1發送連線請求給網路集線裝置132。網路集線裝置132可聽取備用頻率通道BF1是否有來自其他網路集線裝置的連線請求。反應於經由備用頻率通道BF1接收到連線請求，網路集線裝置132可經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置131建立連結。
接著，於步驟S404，物聯網裝置111_1～111_N經由網路集線裝置131與網路集線裝置132之間的備用頻率通道BF1回報物聯網裝置111_1～111_N的物聯網資料給物聯網服務伺服器140。詳細而言，物聯網裝置111_1～111_N可將物聯網資料傳送至給網路集線裝置131，而網路集線裝置131將經由備用頻率通道BF1將物聯網裝置111_1～111_N的物聯網資料轉傳給網路集線裝置132。接著，網路集線裝置132再將物聯網裝置111_1～111_N的物聯網資料經由存取節點120傳送至物聯網服務伺服器140，以使得物聯網服務伺服器140可獲取物聯網裝置111_1～111_N的物聯網資料。藉此，當網路集線裝置131與存取節點120之間的連結中斷或發生異常時，物聯網裝置111_1～111_N的物聯網資料可經由備用頻率通道BF1回報給物聯網服務伺服器140，大幅提昇回報物聯網資料的可靠度與成功率。
需說明的是，當網路集線裝置131與存取節點120之間的連結發生異常時，物聯網服務伺服器140也無法透過網路集線裝置131與存取節點120之間的連結來發送控制訊息給物聯網裝置111_1～111_N。在一實施例中，在網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結之後，物聯網服務伺服器140可經由網路網路集線裝置131與網路集線裝置132之間的備用頻率通道BF1發送控制訊息給物聯網裝置111_1～111_N。換言之，由於網路集線裝置131可透過備用頻率通道BF1連結至網路集線裝置132，因此物聯網服務伺服器140可將控制訊息傳送至網路集線裝置132，再由網路集線裝置132透過備用頻率通道BF1轉傳控制訊息給物聯網裝置111_1～111_N。
於一實施例中，反應於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結，網路集線裝置132經由存取節點120發出通知訊息給物聯網服務伺服器140，以通知物聯網服務伺服器140調整物聯網裝置111_1～111_N的聯絡方式。於一實施例中，物聯網服務伺服器140可將發送給物聯網裝置111_1～111_N的控制訊息的封包目的地位置自網路集線裝置131的網路位址調整為網路集線裝置132的網路位址，以避免控制訊息無法傳遞至物聯網裝置111_1～111_N。
於一實施例中，物聯網服務伺服器140所發送的控制訊息例如是參數更新訊息。當物聯網裝置111_1～111_N有軟體/韌體更新或其他參數更新的需求時，物聯網服務伺服器140可發出一參數更新訊息至網路集線裝置132。網路集線裝置132可將參數更新訊息透過備用頻率通道BF1轉傳至網路網路集線裝置131，網路網路集線裝置131再將參數更新訊息指派給物聯網裝置111_1～111_N，驅動物聯網裝置111_1～111_N依據參數更新訊息進行設定更新操作。也就是說，物聯網服務伺服器140無須發出N個參數更新訊息來逐一驅動物聯網裝置111_1～111_N進行設定更新操作，而是藉由發出一個參數更新訊息至網路集線裝置132來驅動所有物聯網裝置111_1～111_N進行設定更新操作。藉此，可大幅節省存取節點120與回程線路（Backhaul network）的負擔。
於一實施例中，網路集線裝置132可依據多個鄰近網路集線裝置的位置資訊或負載狀態從這些鄰近網路集線裝置挑選網路集線裝置132。具體而言，除了網路集線裝置131、132，物聯網系統10還可包括其他網路集線裝置。依據網路集線裝置131的無線信號覆蓋範圍，除了網路集線裝置132，網路集線裝置131也有能力與其他網路集線裝置經由備用頻率通道建立連結。然而，考量到連線品質與平衡各個網路集線裝置的負載，網路集線裝置132可依據多個鄰近網路集線裝置的位置資訊或負載狀態從這些鄰近網路集線裝置挑選網路集線裝置132。像是，網路集線裝置132可從這些鄰近網路集線裝置挑選出地理位置最接近的網路集線裝置132來建立備用通道連結。或者，網路集線裝置132可從這些鄰近網路集線裝置挑選出具有最小負載量的網路集線裝置132來建立備用通道連結。上述負載量可包括封包傳輸負載量或是物聯網裝置的連線數量等等。
於一實施例中，反應於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結，網路集線裝置132可調整配置給物聯網裝置111_1～111_N或/與物聯網裝置112_1～112_M的資料回報時段或/與頻率通道。資料回報時段例如是以時隙（time slot）為單位，不同的資料回報時段對應至不同的時隙。藉此，可避免物聯網裝置111_1～111_N的物聯網資料與物聯網裝置112_1～112_M的物聯網資料同時大量傳遞至網路集線裝置132所引發的資料遺失。
舉例而言，圖5A與圖5B是依據本發明一實施例所繪示的調整物聯網裝置的資料回報時段的示意圖。須先說明的是，以下是以物聯網裝置131用以管理並連接至物聯網裝置111_1～111_3且物聯網裝置132用以管理並連接至物聯網裝置112_1～112_3為範例進行說明。
請先參照圖5A，以物聯網裝置111_1與物聯網裝置112_1為例，在網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1連接至網路集線裝置132之後，網路集線裝置132對物聯網裝置111_1指派第一頻率通道F1與第一資料回報時段T1並對物聯網裝置112_1指派第二頻率通道F2與第二資料回報時段T4，以控制物聯網裝置111_1在第一資料回報時段T1使用第一頻率通道F1回報物聯網資料並控制物聯網裝置112_1在第二資料回報時段T4使用第二頻率通道F2回報物聯網資料。於一實施例中，物聯網裝置111_1的第一資料回報時段T1相異於物聯網裝置112_1的所述第二資料回報時段T4。相似的，網路集線裝置132對物聯網裝置111_2～111_3分別指派第一頻率通道F1與第一資料回報時段T2、T3並對物聯網裝置112_2～112_3分別指派第二頻率通道F2與第二資料回報時段T5、T6。物聯網裝置111_1～111_3的第一資料回報時段T1、T2、T3相異於物聯網裝置112_1～112_3的第二資料回報時段T4、T5、T6。如圖5A所示，物聯網裝置111_1～111_3回報物聯網資料的時間與物聯網裝置112_1～112_3回報物聯網資料的時間是錯開的，因此可避免網路壅塞或資料遺失的問題。
於一實施例中，反應於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結，因為物聯網裝置111_1～111_3的物聯網資料需要經由網路集線裝置132發送至存取節點120，因此物聯網裝置111_1～111_3也將納入網路集線裝置132的管轄群組。網路集線裝置132可依據物聯網裝置的資料回報狀態111_1～111_3與物聯網裝置112_1～112_3的資料回報狀態動態調整物聯網裝置111_1～111_3的第一頻率通道與第一資料回報時段以及物聯網裝置112_1～112_3的第二頻率通道與第二資料回報時段。詳細而言，於一實施例中，網路集線裝置132可監測物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3的資料回報狀態，以動態配置通信資源給物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3。資料回報狀態例如是資料發送頻率等等。如同前述，網路集線裝置132可動態調整各物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3的QoS參數、頻率通道、資料回報時間或其他參數。於一實施例中，QoS參數包括表示物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3的傳輸優先順序，即網路集線裝置132可動態調整各物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3的傳輸優先順序。或者，於一實施例中，網路集線裝置132可控制物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3分別使用不同的頻率通道或於不同的通信時間回報資料封包。
請參照圖5B，在網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1連接至網路集線裝置132之前，網路集線裝置131、132分別管理物聯網裝置111_1～111_3與物聯網裝置112_1～112_3。網路集線裝置131對物聯網裝置111_1～111_3分別指派第四頻率通道F1與第四資料回報時段T1、T2、T3，以控制物聯網裝置111_1～111_3在第四資料回報時段T1、T2、T3使用第四頻率通道F2回報物聯網資料。網路集線裝置132對物聯網裝置112_1～112_3分別指派第三頻率通道F2與第三資料回報時段T1、T2、T3，以控制物聯網裝置112_1～112_3在第三資料回報時段T1、T2、T3使用第三頻率通道F2回報物聯網資料。比較圖5A與圖5B可知，反應於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結，網路集線裝置132調整物聯網裝置112_1～112_3的資料回報時間，即物聯網裝置112_1～112_3的第二資料回報時段T4、T5、T6相異於物聯網裝置112_1～112_3的第三資料回報時段T1、T2、T3。
然而，圖5A與圖5B的範例僅為一示範性說明，於其他實施例中，反應於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結，網路集線裝置132也可調整物聯網裝置111_1～111_N的資料回報時段，以錯開物聯網裝置111_1～111_3回報物聯網資料的時間與物聯網裝置112_1～112_3回報物聯網資料的時間。此外，反應於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結，物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3經配置而使用不同的資料回報時段，因而可將物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3使用相同的頻率通道回報物聯網資料，也不會有訊號干擾的問題。
圖6是依據本發明一實施例所繪示的備用通道使用方法的示意圖。請參照圖6，物聯網系統10可更包括連接存取節點120的網路集線裝置133。網路集線裝置131～133分別連接至物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3、113_1～113_3。於一實施例中，在網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結之後，反應於網路集線裝置132與存取節點120之間的連結發生異常，網路集線裝置132可經由另一備用頻率通道BF2與網路集線裝置133建立連結。網路集線裝置132經由另一備用頻率通道BF2與網路集線裝置133建立連結的實施細節相似於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結的實施細節。於此不再贅述。網路集線裝置132會將來自物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3的物聯網資料都經由備用頻率通道BF2轉傳至網路集線裝置133。如此一來，物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3所回報的物聯網資料都需要經由網路集線裝置133與存取節點120之間的連結而傳送至物聯網服務伺服器140。具體而言，物聯網裝置111_1～111_3經由備用頻率通道BF1與另一備用頻率通道BF2回報物聯網資料給物聯網服務伺服器140，亦即物聯網裝置111_1～111_3的物聯網資料將經由資料傳輸路徑P1而傳遞至物聯網服務伺服器140。
值得一提的是，反應於網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1連接至網路集線裝置132且網路集線裝置132經由備用頻率通道BF2連接至網路集線裝置133，網路集線裝置133可調整配置給物聯網裝置111_1～111_3、物聯網裝置112_1～112_3或/與物聯網裝置113_1～112_3的資料回報時段或/與頻率通道。藉此，可避免太多物聯網資料同時傳送至網路集線裝置133而導致資料遺失。
圖7是依據本發明一實施例所繪示的備用通道使用方法的示意圖。請參照圖7，物聯網系統10可更包括連接存取節點120的網路集線裝置133。網路集線裝置131～133分別連接至物聯網裝置111_1～111_3、112_1～112_3、113_1～113_3。於一實施例中，在網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結之後，反應於網路集線裝置132的負載量高於臨界值，網路集線裝置131自連結至網路集線裝置132切換為經由備用頻率通道BF1連結至網路集線裝置133。網路集線裝置132的負載量可包括連接至網路集線裝置132的物聯網裝置112_1～112_3的連線數量、網路集線裝置132於單位時間內的封包傳輸量或網路集線裝置132裡的緩衝佇列的封包數量等等。
於一實施例中，於第一時段內，網路集線裝置132的負載量小於網路集線裝置133的負載量，因此網路集線裝置131經由備用頻率通道BF1與網路集線裝置132建立連結。之後，在第一時段之後的第二時段內，網路集線裝置132的負載量改變為大於網路集線裝置133的負載量，因此網路集線裝置131可自連結至網路集線裝置132切換為經由備用頻率通道BF1連結至網路集線裝置133。如圖7所示，在路集線裝置131自連結至網路集線裝置132切換為經由備用頻率通道BF1連結至網路集線裝置133之後，物聯網裝置111_1回報物聯網資料的資料傳輸路徑P2改變為資料傳輸路徑P3。
綜上所述，於本發明實施例中，藉由將網路集線裝置佈署物聯網裝置與存取節點之間，可大幅減輕現有現有基地台與回程線路的負擔。當某一網路集線裝置與存取節點之間的連結發生異常時，此網路集線裝置可經由備用頻率通道連接至另一網路集線裝置，使得由此網路集線裝置管理的物聯網裝置可透過備用頻率通道正確回報物聯網資料。此外，當兩網路集線裝置經由備用林率通道相連接時，與存取節點正常連接的網路集線裝置可動態調整物聯網裝置所使用的頻率通道與資料回報時間，藉此可減緩大量物聯網裝置的連網所造成的壅塞現象以及降低資料碰撞的機率，從而為物聯網系統建構出可靠的網路環境。基此，本發明實施例的網路集線裝置可套用至不同的物聯網服務與應用場景，以利物聯網服務可以更穩定、更彈性且更長久的發展下去。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:物聯網系統 111_1～111_N、112_1～112_M、113_1～113_3:物聯網裝置 120、120(1)、120(2)、120(3):存取節點 131、132、133:網路集線裝置 31:通信電路 32:儲存裝置 33:處理器 140:物聯網服務伺服器 101:核心網路 102:ISP網路 150:回程線路 d1:物聯網資料 d2:參數配置指令 BF1、BF2:備用頻率通道 P1～P3:資料傳輸路徑 S401～S404:步驟
圖1是依照本發明一實施例的物聯網系統的示意圖。 圖2A與圖2B是依照本發明一實施例的物聯網系統的應用示意圖。 圖3是依照本發明一實施例的網路集線裝置的方塊示意圖。 圖4是依照本發明一實施例的物聯網系統的通信方法的流程圖。 圖5A與圖5B是依據本發明一實施例所繪示的調整物聯網裝置的資料回報時段的示意圖。 圖6是依據本發明一實施例所繪示的備用通道使用方法的示意圖。 圖7是依據本發明一實施例所繪示的備用通道使用方法的示意圖。
S401~S404:步驟

Claims (20)

  1. 一種物聯網系統，包括：一第一網路集線裝置，連接至至少一第一物聯網裝置；一第二網路集線裝置，連接至至少一第二物聯網裝置；至少一存取節點，連接所述第一網路集線裝置以及所述第二網路集線裝置；一物聯網服務伺服器，經由所述至少一存取節點連接所述第一網路集線裝置以及所述第二網路集線裝置，反應於所述第一網路集線裝置與所述至少一存取節點之間的連結發生異常，所述第一網路集線裝置依據多個鄰近網路集線裝置的負載狀態從所述鄰近網路集線裝置挑選所述第二網路集線裝置，所述第一網路集線裝置經由一備用頻率通道與所述第二網路集線裝置建立連結，而所述第一物聯網裝置經由所述第一網路網路集線裝置與所述第二網路集線裝置之間的所述備用頻率通道回報物聯網資料給所述物聯網服務伺服器。
  2. 如請求項1所述的物聯網系統，其中在所述第一網路集線裝置經由所述備用頻率通道與所述第二網路集線裝置建立連結之後，所述物聯網服務伺服器經由所述第一網路網路集線裝置與所述第二網路集線裝置之間的所述備用頻率通道發送控制訊息給所述第一物聯網裝置。
  3. 如請求項1所述的物聯網系統，其中所述第一網路集線裝置依據所述多個鄰近網路集線裝置的位置資訊從所述鄰近網路集線裝置挑選所述第二網路集線裝置。
  4. 如請求項1所述的物聯網系統，其中在所述第一網路集線裝置經由所述備用頻率通道連接至所述第二網路集線裝置之後，所述第二網路集線裝置對所述第一物聯網裝置指派第一頻率通道與第一資料回報時段並對所述第二物聯網裝置指派第二頻率通道與第二資料回報時段，以控制所述第一物聯網裝置在所述第一資料回報時段使用所述第一頻率通道回報物聯網資料並控制所述第二物聯網裝置在所述第二資料回報時段使用所述第二頻率通道回報物聯網資料。
  5. 如請求項4所述的物聯網系統，其中所述第一物聯網裝置的所述第一資料回報時段相異於所述第二物聯網裝置的所述第二資料回報時段。
  6. 如請求項4所述的物聯網系統，其中在所述第一網路集線裝置經由所述備用頻率通道連接至所述第二網路集線裝置之前，所述第二網路集線裝置對所述第二物聯網裝置指派第三頻率通道與第三資料回報時段，以控制所述第二物聯網裝置在所述第三資料回報時段使用所述第三頻率通道回報物聯網資料。
  7. 如請求項6所述的物聯網系統，其中所述第二物聯網裝置的所述第二資料回報時段相異於所述第二物聯網裝置的所述第三資料回報時段。
  8. 如請求項4所述的物聯網系統，其中所述第二網路集線裝置依據所述第一物聯網裝置的資料回報狀態與所述第二物聯網裝置的資料回報狀態動態調整所述第一物聯網裝置的所述第一頻率通道與所述第一資料回報時段以及所述第二物聯網裝置的所述第二頻率通道與所述第二資料回報時段。
  9. 如請求項1所述的物聯網系統，其中更包括連接所述至少一存取節點的一第三網路集線裝置，反應於所述第二網路集線裝置與所述至少一存取節點之間的連結發生異常，所述第二網路集線裝置經由另一備用頻率通道與所述第三網路集線裝置建立連結，而所述第一物聯網裝置經由所述備用頻率通道與所述另一備用頻率通道回報物聯網資料給所述物聯網服務伺服器。
  10. 如請求項1所述的物聯網系統，其中更包括連接所述至少一存取節點的一第三網路集線裝置，反應於所述第二網路集線裝置的負載量高於臨界值，所述第一網路集線裝置自連結至所述第二網路集線裝置切換為經由所述備用頻率通道連結至所述第三網路集線裝置。
  11. 一種備用通道使用方法，適用於物聯網系統，所述方法包括：建立至少一第一物聯網裝置與一第一網路集線裝置之間的連結，並建立所述第一網路集線裝置與至少一存取節點之間的連結；建立至少一第二物聯網裝置與一第二網路集線裝置之間的連結，並建立所述第二網路集線裝置與所述至少一存取節點之間的 連結；反應於所述第一網路集線裝置與所述至少一存取節點之間的連結發生異常，藉由所述第一網路集線裝置依據多個鄰近網路集線裝置的負載狀態從所述鄰近網路集線裝置挑選所述第二網路集線裝置，藉由所述第一網路集線裝置經由一備用頻率通道與所述第二網路集線裝置建立連結；以及經由所述第一網路網路集線裝置與所述第二網路集線裝置之間的所述備用頻率通道回報所述第一物聯網裝置的物聯網資料給所述物聯網服務伺服器。
  12. 如請求項11所述的備用通道使用方法，更包括：在所述第一網路集線裝置經由所述備用頻率通道與所述第二網路集線裝置建立連結之後，藉由所述物聯網服務伺服器經由所述第一網路網路集線裝置與所述第二網路集線裝置之間的所述備用頻率通道發送控制訊息給所述第一物聯網裝置。
  13. 如請求項11所述的備用通道使用方法，其中在反應於所述第一網路集線裝置與所述至少一存取節點之間的連結發生異常，藉由所述第一網路集線裝置經由所述備用頻率通道與所述第二網路集線裝置建立連結的步驟之前，更包括：藉由所述第一網路集線裝置依據所述多個鄰近網路集線裝置的位置資訊從所述鄰近網路集線裝置挑選所述第二網路集線裝置。
  14. 如請求項11所述的備用通道使用方法，其中經由所述第一網路網路集線裝置與所述第二網路集線裝置之間的所述備用頻率通道回報所述第一物聯網裝置的物聯網資料給所述物聯網服務伺服器的步驟包括：在所述第一網路集線裝置經由所述備用頻率通道連接至所述第二網路集線裝置之後，藉由所述第二網路集線裝置對所述第一物聯網裝置指派第一頻率通道與第一資料回報時段並對所述第二物聯網裝置指派第二頻率通道與第二資料回報時段，以控制所述第一物聯網裝置在所述第一資料回報時段使用所述第一頻率通道回報物聯網資料並控制所述第二物聯網裝置在所述第二資料回報時段使用所述第二頻率通道回報物聯網資料。
  15. 如請求項14所述的備用通道使用方法，其中所述第一物聯網裝置的所述第一資料回報時段相異於所述第二物聯網裝置的所述第二資料回報時段。
  16. 如請求項14所述的備用通道使用方法，所述方法更包括：在所述第一網路集線裝置經由所述備用頻率通道連接至所述第二網路集線裝置之前，藉由所述第二網路集線裝置對所述第二物聯網裝置指派第三頻率通道與第三資料回報時段，以控制所述第二物聯網裝置在所述第三資料回報時段使用所述第三頻率通道回報物聯網資料。
  17. 如請求項16所述的備用通道使用方法，其中所述第二物聯網裝置的所述第二資料回報時段相異於所述第二物聯網裝置的所述第三資料回報時段。
  18. 如請求項14所述的備用通道使用方法，所述方法更包括：藉由所述第二網路集線裝置依據所述第一物聯網裝置的資料回報狀態與所述第二物聯網裝置的資料回報狀態動態調整所述第一物聯網裝置的所述第一頻率通道與所述第一資料回報時段以及所述第二物聯網裝置的所述第二頻率通道與所述第二資料回報時段。
  19. 如請求項11所述的備用通道使用方法，其中在經由所述第一網路網路集線裝置與所述第二網路集線裝置之間的所述備用頻率通道回報所述第一物聯網裝置的物聯網資料給所述物聯網服務伺服器的步驟之後，所述方法更包括：反應於所述第二網路集線裝置與所述至少一存取節點之間的連結發生異常，藉由所述第二網路集線裝置經由另一備用頻率通道與第三網路集線裝置建立連結，其中所述第三網路集線裝置經由所述至少一存取節點連接至所述物聯網服務伺服器；以及在所述第二網路集線裝置經由所述另一備用頻率通道與所述第三網路集線裝置建立連結之後，經由所述備用頻率通道與所述另一備用頻率通道回報所述第一物聯網裝置的物聯網資料給所述物聯網服務伺服器。
  20. 如請求項11所述的備用通道使用方法，其中在經由所述第一網路網路集線裝置與所述第二網路集線裝置之間的所述備用頻率通道回報所述第一物聯網裝置的物聯網資料給所述物聯網服務伺服器的步驟之後，所述方法更包括：反應於所述第二網路集線裝置的負載量高於臨界值，藉由所述第一網路集線裝置自連結至所述第二網路集線裝置切換為經由所述備用頻率通道連結至第三網路集線裝置，其中所述第三網路集線裝置經由所述至少一存取節點連接至所述物聯網服務伺服器。
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