TWI775124B - 物聯網系統、網路裝置與其通信方法 - Google Patents

Abstract

一種物聯網系統、網路裝置與其通信方法。物聯網系統包括至少一物聯網裝置、第一存取節點，以及第一網路裝置。第一存取節點連結至核心網路，第一網路裝置連結於至少一物聯網裝置與第一存取節點之間。第一網路裝置監測至少一物聯網裝置的通信狀態，以依據至少一物聯網裝置的通信狀態動態調整至少一物聯網裝置的通信參數。至少一物聯網裝置基於通信參數透過第一網路裝置經由核心網路與物聯網服務平台進行通信。

Description

物聯網系統、網路裝置與其通信方法

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、網路裝置與其通信方法。

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500億個物聯網裝置以及約當七兆美金的產值。

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，以及資安問題等等。

具體而言，當物聯網裝置位於基地台之無線訊號的覆蓋範圍外時，物聯網裝置將無法藉由基地台將資料回報給物聯網服務平台。或者，當物聯網裝置位於收訊不良的地方時，物聯網裝置回報的資料可能遺失。然而，隨著物聯網應用服務的擴展與快速發展，有些物聯網裝置有可能需要設置於收訊品質不佳的地方，例如下水道或高壓電塔下。但是，部份物聯網應用對於資料的掌握度要求很高，例如智慧水情監控，其無法容忍資料封包中斷或發生掉封包現象，亦即基地台與物聯網裝置之間的訊號傳輸品質將決定物聯網服務品質。然而，針對基地台的佈建，電信網路營運商較難以因為個別應用而有所對應處置。

此外，物聯網應用服務的傳輸頻寬一般並不如個人行動通信服務（例如4G服務）的傳輸頻寬來的寬裕，因使物聯網應用服務較容易遭遇資料碰撞、資料傳遞無法完成等問題。再者，物聯網裝置長期使用下來有韌體更新的需求，對無法使用空中下載（Over the Air，OTA）技術實現韌體更新的物聯網裝置來說，將面臨了裝置維護上的問題。

另一方面，雖然物聯網裝置可提供即時性的資料，讓更多物聯網應用服務能得以發展，但卻易衍生出諸如個資外洩等資料安全性的問題。未來的日子裡，物聯網應用服務中的資料傳輸不僅涉及資料收集，還會涉及裝置控制層面。因此，若沒有管理好資料安全，影響的層面會變更大。在物聯網架構中，最大的資料安全隱憂是在物聯網裝置上，因為大多數的物聯網裝置都沒有導入加密機制或加密機制不夠嚴謹。

除此之外，隨著通信技術的演進，傳輸速度越來越快且傳輸延遲也越來越少，像是，5G技術的傳輸速度可比4G/4.5G技術的傳輸速度快上10倍到100倍，傳輸的延遲也預計不到1ms。因此，物聯網裝置的電池用壽命更長，這也促使物聯網應用服務將更廣泛普及。換言之，將有越來越多的物聯網裝置被佈建，可預期到連網裝置的數量將有100倍的成長，此將對現行電信網路架構帶來相當大的考驗。

具體而言，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。原因在於，現有的電信網路是採用星型拓譜（Star Topology）架構，其屬於中心型式（Centralized）架構，作為拓譜中心的基地台周遭的所有連網裝置都將連接到基地台，基地台再將資料經由回程線路網路傳送至核心網路（core network）。目前來看，一個坐落在拓樸中心點的基地台大概可支持1000至1500個連網裝置。然而，當基地台周遭的連網裝置的數量成長100倍時，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。

基於前述可知，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，如何提供可靠的網路傳輸環境已成為物聯網服務業者與電信網路營運商必須關心的議題。

有鑑於此，本發明提出一種物聯網系統、網路裝置與其通信方法，其可解決中心式架構無法負荷巨量物聯網裝置的問題，從而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，其包括至少一物聯網裝置、第一存取節點，以及第一網路裝置。第一存取節點連結至核心網路，第一網路裝置連結於至少一物聯網裝置與第一存取節點之間。第一網路裝置監測至少一物聯網裝置的通信狀態，以依據至少一物聯網裝置的通信狀態動態調整至少一物聯網裝置的通信參數。至少一物聯網裝置基於通信參數透過第一網路裝置經由核心網路與物聯網服務平台進行通信。

本發明實施例提供一種網路裝置，其包括收發器電路、儲存裝置，以及處理器。處理器耦接收發器電路與儲存裝置，經配置以執行下列步驟。監測至少一物聯網裝置的通信狀態，以依據至少一物聯網裝置的通信狀態動態調整至少一物聯網裝置的通信參數。至少一物聯網裝置基於所述通信參數透過所述網路裝置經由核心網路與物聯網服務平台進行通信。

本發明實施例提供一種通信方法，適用於物聯網系統，所述方法包括下列步驟。建立至少一物聯網裝置與第一網路裝置之間的連結，並建立第一網路裝置與第一存取節點之間的連結。藉由第一網路裝置監測至少一物聯網裝置的通信狀態，以依據至少一物聯網裝置的通信狀態動態調整至少一物聯網裝置的通信參數。藉由至少一物聯網裝置基於通信參數透過第一網路裝置經由核心網路與物聯網服務平台進行通信。

基於上述，於本發明的實施例中，藉由將網路裝置佈建於物聯網裝置與基地台之間，可實現一種分散式通信架構，從而大幅減輕基地台與回程線路的負荷。網路裝置可動態排程各個物聯網裝置的傳輸時機與通信頻率，並彈性選擇適當基地台進行通信。基此，可大幅提昇物聯網裝置之資料回報的成功率，尤其適合應用於包括巨量物聯網裝置的環境中。

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裝置、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N個物聯網裝置110_1～110_N（N為大於等於1的整數）、存取節點120，以及網路裝置130。

物聯網裝置110_1～110_N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110_1～110_N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平台140。在物聯網的各式應用上，物聯網裝置110_1～110_N可以利用一般電子設備來實現，像是物聯網裝置110_1～110_N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110_1～110_N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110_1～110_N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110_1～110_N不限於上述的例子。

存取節點120（即第一存取節點）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110_1～110_N。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。

網路裝置130連接於存取節點120與物聯網裝置110_1～110_N之間。具體而言，物聯網裝置110_1～110_N可透過有線或無線通信標準與網路裝置130建立通信連線。舉例而言，物聯網裝置110_1～110_N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裝置130建立通信連線，本發明對此不限制。此外，網路裝置130可透過有線或無線通信標準連結至存取節點120。舉例而言，網路裝置130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，網路裝置130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110_1～110_N的佈署位置不會受限於存取節點120的地理位置。

需說明的是，於物聯網服務的應用中，物聯網裝置110_1～110_N需要回報資料給物聯網服務平台140，或從物聯網服務平台140接收控制命令。物聯網服務平台140例如可包括物聯網服務伺服器、用戶裝置或其組合。於一實施例中，物聯網裝置110_1～110_N可經由網路裝置130連接至存取節點120，以經由核心網路101回報資料給物聯網服務平台140或從物聯網服務平台140接收控制命令。也就是說，於一實施例中，網路裝置130可視為針對物聯網裝置110_1～110_N而設置的Iot集線中樞（Iot hub）。藉由網路裝置130的橋接，可讓多台物聯網裝置110_1～110_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。

詳細而言，於一實施例中，藉由網路裝置130的佈署，原本將電信網路營運商的基地台（即存取節點120）作為拓樸中心的中心式網路架構可轉換為一種分散式網路架構。物聯網裝置110_1～110_N是連結至網路裝置130，且網路裝置130可管理物聯網裝置110_1～110_N的內部參數設定與物聯網裝置110_1～110_N收發的資料封包。藉由網路裝置130動態排程物聯網裝置110_1～110_N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110_1～110_N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。

於一實施例中，當物聯網裝置110_1～110_N有軟體/韌體更新或其他參數更新的需求時，物聯網服務平台140可發出一參數更新訊息。網路裝置130經由存取節點120獲取參數更新訊息，並將參數更新訊息指派給物聯網裝置110_1～110_N，驅動物聯網裝置110_1～110_N依據參數更新訊息進行設定更新操作。也就是說，物聯網服務平台140無須發出N個參數更新訊息來逐一驅動物聯網裝置110_1～110_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裝置130來驅動所有物聯網裝置110_1～110_N進行設定更新操作。亦即，物聯網裝置110_1～110_N的韌體/軟體更新係由網路裝置130集中管理，藉此可大幅節省存取節點120與回程線路（Backhaul network）的負擔。

圖2是依照本發明一實施例的物聯網系統的應用示意圖。圖2繪示出存取裝置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。請參照圖2，物聯網裝置110_1(1)～110_N(1)可連接至網路裝置130(1)，而網路裝置130(1)可連接至無線電基地台120(1)。具體而言，網路裝置130(1)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110_1(1)～110_N(1)可經由網路裝置130(1)、無線電基地台120(1)、回程線路150與核心網路101而與物聯網服務平台140進行通信。此外，需說明的是，為了方便清楚說明，圖2僅以一台網路裝置130(1)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)可連接至多台網路裝置，且這些網路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110_1(2)～110_N(2)可連接至網路裝置130(2)，而網路裝置130(2)可連接至數據機120(2)。具體而言，網路裝置130(2)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110_1(2)～110_N(2)可經由網路裝置130(2)、數據機120(2)與核心網路101而與物聯網服務平台140進行通信。此外，需說明的是，為了方便清楚說明，圖2僅以一台網路裝置130(2)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)可連接至多台網路裝置，且這些網路裝置各自連接對應的一群物聯網裝置。

圖3是依照本發明一實施例的網路裝置的方塊示意圖。請參照圖3，網路裝置130包括通信電路131、儲存裝置132，以及處理器133。

基於網路裝置130可支援一或多個有線/無線通信標準，通信電路131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131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131可包括無線收發器、天線或有線訊號傳輸埠等等。通信電路131可依據一或多個有線/無線通信標準而與物聯網裝置110_1～110_N與存取節點120建立通信連結。

儲存裝置132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133耦接通信電路131與儲存裝置132，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133可執行儲存於儲存裝置132中的程式碼與存取儲存裝置132所記錄的資料，以實現本揭露中網路裝置130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110_1為例，物聯網裝置110_1可經由網路裝置130的橋接將資料封包d1回報給物聯網服務平台140，資料封包d1可包括感測資料、測量資料或其他資料等等。舉例而言，資料封包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，網路裝置130可動態排程配置給物聯網裝置110_1～110_N的通信資源，且物聯網裝置110_1～110_N可依據網路裝置130決定的通信政策規則回報資料封包，以避免網路壅塞與資料碰撞的現象。詳細而言，於一實施例中，網路裝置130可發送參數配置指令d2至物聯網裝置110_1，來動態調整物聯網裝置110_1的通信參數，使物聯網裝置110_1依據網路裝置130決定的通信政策規則回報資料封包d1。上述通信參數可包括服務品質（Quality of Service，QoS）參數、通信頻率、通信時間或其組合。此外，上述網路裝置130可配置的通信參數還可包括連網時間、緊急連網通道、備用通信頻率、群組參數、或加密組態參數等等。

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110_1～110_N與網路裝置130之間的連結，並建立網路裝置130與存取節點120之間的連結。關於物聯網裝置110_1～110_N、網路裝置130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，由網路裝置130監測物聯網裝置110_1～110_N的通信狀態，以依據物聯網裝置110_1～110_N的通信狀態動態調整物聯網裝置110_1～110_N的通信參數。詳細而言，於本實施例中，網路裝置130可監測物聯網裝置110_1～110_N回報資料封包的通信狀態，以動態配置通信資源給物聯網裝置110_1～110_N。如同前述，網路裝置130可動態調整各物聯網裝置110_1～110_N的QoS參數、通信頻率、通信時間、連網時間或其他參數。於一實施例中，QoS參數包括表示物聯網裝置110_1～110_N的傳輸優先順序，即網路裝置130可動態調整各物聯網裝置110_1～110_N的傳輸優先順序。或者，於一實施例中，網路裝置130可控制物聯網裝置110_1～110_N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。

於一實施例中，物聯網裝置110_1～110_N的通信狀態可包括資料發送頻率或資料傳輸時間。網路裝置130可依據資料發送頻率或資料傳輸時間動態調整物聯網裝置110_1～110_N的通信參數。或者，於一實施例中，網路裝置所監測的通信狀態更可包括網路壅塞狀態或資料封包流量等等。

於一實施例中，當網路裝置130偵測到物聯網裝置110_1的資料發送頻率高於一臨界值時，代表物聯網裝置110_1所發送的資料封包可能一直沒有被物聯網服務平台140確收，致使物聯網裝置110_1一直重複發送資料封包。因此，當網路裝置130偵測到物聯網裝置110_1的資料發送頻率高於一臨界值時，網路裝置130可調整物聯網裝置110_1的QoS參數，以調整物聯網裝置110_1的可用頻寬或傳輸優先順序等等，藉此避免物聯網裝置110_1所發送之資料封包遺失。

於一實施例中，當網路裝置130發現物聯網裝置110_1與物聯網裝置110_2的資料傳輸時間相同時，網路裝置130可動態調整物聯網裝置110_1與物聯網裝置110_2的通信頻率或通信時間，以控制物聯網裝置110_1與物聯網裝置110_2可以依據不同的通信頻率或不同的通信時間回報資料封包給網路裝置130，以減少資料碰撞的現象。舉例而言，當物聯網裝置110_1與物聯網裝置110_2都被預設在早上9:00回報感測資料時，網路裝置130可配置不同的頻率通道給物聯網裝置110_1與物聯網裝置110_2，或延後其中一者的回報時間，像是延後2分鐘。換言之，於一實施中，網路裝置130可安排物聯網裝置110_1～110_N的資料傳輸時序，而物聯網裝置110_1～110_N依據網路裝置130所配置的時序設定來發送資料封包。藉由網路裝置130安排物聯網裝置110_1～110_N的資料傳輸時序，可有效減緩回程線路的負載。

此外，於一實施例中，網路裝置130可接收來自物聯網裝置110_1～110_N的多個資料封包，將這些資料封包緩存至儲存裝置132裡的緩衝佇列，並排程這些資料封包的傳輸順序。接著，網路裝置130可依據這些資料封包的傳輸順序將資料封包傳送至存取節點120。這些資料封包的傳輸順序可依據封包發送者（即物聯網裝置110_1～110_N）的QoS參數來決定。如此一列，藉由網路裝置130緩存物聯網裝置110_1～110_N所發送的資料封包，可改善資料封包遺失的問題。

接著，於步驟S403，物聯網裝置110_1～110_N基於通信參數透過網路裝置130經由核心網路101與物聯網服務平台140進行通信。換言之，物聯網裝置110_1～110_N是依據由網路裝置130配置的通信參數來回報資料封包給物聯網服務平台140。由於網路裝置130可依據實際網路負載狀況來動態調整物聯網裝置110_1～110_N的通信參數設定，因此可減少網路壅塞與資料碰撞的現象。亦即，即便無法得知傳輸內容，但網路裝置130可分析物聯網裝置110_1～110_N的通信狀態，以動態調整物聯網裝置110_1～110_N的通信參數設定。

圖5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5，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S501，建立物聯網裝置110_1～110_N與網路裝置130之間的連結，並建立網路裝置130與存取節點120之間的連結。於步驟S502，網路裝置130監測物聯網裝置110_1～110_N的通信狀態。

於步驟S503，網路裝置130偵測裝置連網環境資訊。裝置連網環境資訊包括天氣資訊、連線距離、訊號干擾狀態狀態或其組合。於步驟S504，網路裝置130依據裝置連網環境資訊與物聯網裝置110_1～110_N的通信狀態動態調整物聯網裝置110_1～110_N的通信參數。

於本實施例中，除了物聯網裝置110_1～110_N的通信狀態，網路裝置130更依據連網環境資訊來動態調整物聯網裝置110_1～110_N的通信參數。舉例而言，對於無線傳輸的網路環境來說，天氣資訊也是影響網路傳輸品質的重要因素之一。當物聯網裝置110_1～110_N與網路裝置130之間的訊號傳輸品質或網路裝置130與存取節點120之間的訊號傳輸品質不穩定時，網路裝置130可動態調整各物聯網裝置110_1～110_N的QoS參數或通信資源，使包括重要資訊的資料封包可優先傳遞。又或者，於一實施例中，網路裝置130可偵測干擾訊號的頻率，並動態調整各物聯網裝置110_1～110_N的通信頻率，從而降低干擾訊號的不良影響。又或者，於一實施例中，網路裝置130可偵測各物聯網裝置110_1～110_N與網路裝置130之間的連線距離，並依據連線距離動態調整各物聯網裝置110_1～110_N的可用頻寬、通信頻率或傳輸優先順序。換言之，網路裝置130可依據不同的佈建場景配置通信資源給物聯網裝置110_1～110_N。

舉例而言，於一應用實施例中，物聯網裝置110_1～110_N可以是佈建於建築內的智慧型照明設備。於此實施例中，物聯網裝置110_1～110_N可透過2.4G無線技術與網路裝置130建立無線連接，而網路裝置130可透過LoRa無線技術與存取節點120建立無線連接。於室內環境中，2.4G頻段的干擾源相當多，網路裝置130可針對智慧型照明設備的佈建場所進行訊號干擾偵測，並依據訊號干擾狀態決定智慧型照明設備所使用的通訊頻率，以確保通訊品質。

舉例而言，於一應用實施例中，物聯網裝置110_1～110_N可以是智慧水錶。智慧水錶往往散落地設置於建築物樓頂、地面、緊貼於建築物旁或其他收訊品質不佳的地方。藉由網路裝置130的設置，網路裝置130可分析這些智慧水錶的通信狀態而動態調整智慧水錶的通信參數。像是，網路裝置130可配置不同的通訊頻率或可用頻寬給這些智慧水表等等。亦即，網路裝置130可因應不同的水錶佈建位置而配置不同的通信資源，以確保每一個智慧水錶的回報資料可正確回報。

於步驟S505，物聯網裝置110_1～110_N基於通信參數透過網路裝置130經由核心網路101與物聯網服務平台140進行通信。基此，物聯網系統10可因應環境變化或物聯網裝置110_1～110_N的地理位置改變來動態配置通信資源給物聯網裝置110_1～110_N，以有效利用通信資源並提昇物聯網系統10的網路可靠度。

然而，本發明的實現方式不限於上述說明，可以對於實際的需求而酌予變更上述實施例的內容。例如，在本發明一實施例中，網路裝置130還可以依據多個存取節點的負載狀況來動態調整資料傳輸路徑。此外，本發明一實施例中，物聯網裝置110_1～110_N可從連結至網路裝置130換手至連結至另一網路裝置。以下則舉一實施例詳細說明。

圖6是依照本發明一實施例的動態調整資料傳輸路徑的示意圖。請參照圖6，物聯網系統60包括物聯網裝置110_1～110_N、網路裝置130、網路裝置160（即第二網路裝置）、存取節點120，以及存取節點170（即第二存取節點）。存取節點170連結至核心網路101與網路裝置130。網路裝置160連接於物聯網裝置110_1～110_N與存取節點120之間。

於一實施例中，存取節點120與存取節點170可實施為無線電基地台。需注意的是，由於網路裝置130無線連結至物聯網裝置110_1～110_N與存取節點120，因此即便物聯網裝置110_1～110_N沒有位於存取節點120的訊號覆蓋範圍內，物聯網裝置110_1～110_N還是具備連網功能。

以下說明將以物聯網裝置110_1為範例，以清楚說明動態調整資料傳輸路徑的操作方式。於一實施例中，依據存取節點120的負載狀態與存取節點170的負載狀態，網路裝置130可挑選存取節點120與存取節點170其中之一者。接著，物聯網裝置110_1可經由存取節點120與存取節點170其中被挑選的一者與物聯網服務平台140進行通信。換言之，網路裝置130可依據上層各個無線基地台的負載狀況選擇其中之一進行通信。

如圖6所示，當存取節點120的傳輸負載量小於存取節點170的傳輸負載量時，網路裝置130可選擇存取節點120而將將物聯網裝置110_1發送的資料封包傳送至存取節點120。基此，物聯網裝置110_1發送的資料封包將沿資料傳輸路徑P1而提供至物聯網服務平台140。相反地，當存取節點120的傳輸負載量大於存取節點170的傳輸負載量時，網路裝置130可選擇存取節點170而將將物聯網裝置110_1發送的資料封包傳送至存取節點170。基此，物聯網裝置110_1發送的資料封包將沿資料傳輸路徑P2而提供至物聯網服務平台140。

此外，於一實施例中，反應於物聯網裝置110_1與網路裝置130之間的連結斷開，物聯網裝置110_1換手連結至網路裝置160，物聯網裝置110_1透過網路裝置160裝置經由核心網路101與物聯網服務平台140進行通信。換言之，當物聯網裝置110_1故障或發生問題時，網路裝置160可提供備援資料傳輸路徑P3，讓物聯網裝置110_1與物聯網服務平台140保持溝通。相似的，網路裝置160也可依據物聯網裝置110_1的通信狀態與連網環境資訊動態調整物聯網裝置110_1的通信參數。藉此，物聯網系統60的網路可靠度可大幅提昇。

圖7是依照本發明一實施例的網路裝置執行加密操作的示意圖。請參照圖7，以下說明將以物聯網裝置110_1為範例，以清楚說明物聯網系統對傳輸資料進行加密的操作方式。物聯網裝置110_1使用第一加密技術產生第一加密資料封包EP1，並將第一加密資料封包EP1發送至網路裝置130。網路裝置130解密第一加密封包EP1後使用第二加密技術產生第二加密資料封包EP2，並將第二加密資料封包EP2傳送至物聯網服務平台140。詳細而言，物聯網裝置110_1使用第一加密技術加密回報資料而產生第一加密資料封包EP1。網路裝置130解密第一加密封包EP1獲取物聯網裝置110_1產生的回報資料，並使用第二加密技術加密回報資料產生第二加密資料封包EP2。於一實施例中，物聯網裝置110_1使用的第一加密技術可以是軟體加密技術，而網路裝置130使用的第二加密技術可以是硬體加密技術。硬體加密技術的安全性高於軟體加密技術，但軟體加密技術的實現成本低於硬體加密技術。藉此，可在沒有影響物聯網裝置110_1的成本、效能與電量壽命的情況下，提昇資料安全性。

圖8是依照本發明一實施例的網路裝置調整通信參數設定的示意圖。請參照圖8，當物聯網裝置110_1預期加入物聯網系統10或60時，物聯網服務平台140可將預設參數配置C1提供給網路裝置130，預設參數配置C1可包括資料更新頻率、供電方式、連接介面、組態設定等。依據預設參數配置C1、連網環境資訊C2，與其他物聯網裝置與網路裝置130之間的通信狀態，網路裝置130可計算出配置給物聯網裝置110_1的通信參數，其可包括通信頻率、通信時間、QoS參數、下次連網時間、備用連網頻率、警急連網通道、群組參數、資料加密組態等等。接著，網路裝置130可依據經配置之通信參數傳送參數配置指令d2至物聯網裝置110_1，以設定物聯網裝置110_1的通信參數。於是，物聯網裝置110_1可依據網路裝置130配置的通信參數與物聯網平台140進行通信。之後，在物聯網裝置110_1加入物聯網系統10或60之後，網路裝置130還是可持續依據預設參數配置C1、連網環境資訊C2與多台物聯網裝置（包括物聯網裝置110_1）與網路裝置130之間的通信狀態動態調整物聯網裝置110_1的通信參數，並藉由傳送參數配置指令d2至物聯網裝置110_1動態設定物聯網裝置110_1的通信參數。

綜上所述，於本發明實施例中，藉由將網路裝置佈署物聯網裝置與存取節點之間，可實現一種分散式網路架構，從而大幅減輕現有現有基地台與回程線路的負擔。此外，網路裝置的佈署可擴大無線通訊服務的服務範圍，使得物聯網裝置的設置位置更不受限。再者，透過網路裝置執行硬體加密，可提昇物聯網系統的資料安全。此外，網路裝置可反應於物聯網裝置的通信狀態與連網環境資訊動態調整物聯網裝置的通訊參數，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、60:物聯網系統 110_1～110_N、110_1(1)～110_N(1)、110_1(2)～110_N(2):物聯網裝置 120、120(1)、120(2):存取節點 130、130(1)、130(2):網路裝置 131:通信電路 132:儲存裝置 133:處理器 140:物聯網服務平台 101:核心網路 102:ISP網路 150:回程線路 160:網路裝置 170:存取節點 d1:資料封包 d2:參數配置指令 P1～P3:資料傳輸路徑 EP1:第一加密資料封包 EP2:第二加密資料封包 C1:預設參數配置 C2:連網環境資訊 S401～S403、S501～S505: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2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5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6是依照本發明一實施例的動態調整資料傳輸路徑的示意圖。 圖7是依照本發明一實施例的網路裝置執行加密操作的示意圖。 圖8是依照本發明一實施例的網路裝置調整通信參數設定的示意圖。

10:物聯網系統

110_1~110_N:物聯網裝置

120:存取節點

130:網路裝置

140:物聯網服務平台

101:核心網路

Claims (16)

1. 一種物聯網系統，包括：至少一物聯網裝置；一第一存取節點，連結至核心網路；以及一第一網路裝置，連結於所述至少一物聯網裝置與所述第一存取節點之間，其中，所述第一網路裝置監測所述至少一物聯網裝置的通信狀態，以依據所述至少一物聯網裝置的所述通信狀態動態調整所述至少一物聯網裝置的通信參數，而所述至少一物聯網裝置基於所述通信參數透過所述第一網路裝置經由所述核心網路與物聯網服務平台進行通信，其中所述通信狀態包括資料發送頻率或資料傳輸時間，所述第一網路裝置依據所述資料發送頻率或所述資料傳輸時間動態調整所述至少一物聯網裝置的所述通信參數。
2. 如請求項1所述的物聯網系統，其中所述第一網路裝置偵測裝置連網環境資訊，並依據所述裝置連網環境資訊動態調整所述至少一物聯網裝置的所述通信參數，所述裝置連網環境資訊包括天氣資訊、連線距離、訊號干擾狀態狀態或其組合。
3. 如請求項1所述的物聯網系統，其中所述至少一物聯網裝置的所述通信參數包括服務品質(Quality of Service，QoS)參數、通信頻率、通信時間或其組合。
4. 如請求項1所述的物聯網系統，其中所述第一網路裝置接收來自所述至少一物聯網裝置的多個資料封包，將所述多個資料封包緩存至緩衝佇列，並排程所述多個資料封包的傳輸順序。
5. 如請求項1所述的物聯網系統，更包括：一第二存取節點，連結至所述核心網路與所述第一網路裝置，其中，依據所述第一存取節點的負載狀態與所述第二存取節點的負載狀態，所述第一網路裝置挑選所述第一存取節點與所述第二存取節點其中之一者，所述至少一物聯網裝置經由所述第一存取節點與所述第二存取節點其中之所述一者與所述物聯網服務平台進行通信。
6. 如請求項1所述的物聯網系統，更包括：一第二網路裝置，連接於所述至少一物聯網裝置與所述第一存取節點之間，其中，反應於所述至少一物聯網裝置與所述第一網路裝置之間的連結斷開，所述至少一物聯網裝置換手連結至所述第二網路裝置，所述至少一物聯網裝置透過所述第二網路裝置經由所述核心網路與所述物聯網服務平台進行通信。
7. 如請求項1所述的物聯網系統，其中所述物聯網服務平台發出一參數更新訊息，所述第一網路裝置經由所述第一存取節點獲取所述參數更新訊息，並將所述參數更新訊息指派給所述至少一物聯網裝置，驅動所述至少一物聯網裝置依據所述參數更新訊息進行設定更新操作。
8. 如請求項1所述的物聯網系統，其中所述至少一物聯網裝置使用第一加密技術產生一第一加密資料封包，並將所述第一加密資料封包發送至所述第一網路裝置，所述第一網路裝置解密所述第一加密封包後使用第二加密技術產生一第二加密資料封包，並將所述第二加密資料封包傳送至所述物聯網服務平台。
9. 一種網路裝置，連結於至少一物聯網裝置與第一存取節點之間，包括：通信電路；儲存裝置：以及處理器，耦接所述通信電路與所述儲存裝置，經配置以：監測所述至少一物聯網裝置的通信狀態，以依據所述至少一物聯網裝置的所述通信狀態動態調整所述至少一物聯網裝置的通信參數，其中所述至少一物聯網裝置基於所述通信參數透過所述網路裝置經由核心網路與物聯網服務平台進行通信，其中所述通信狀態包括資料發送頻率或資料傳輸時間，所述處理器經配置以：依據所述資料發送頻率或所述資料傳輸時間動態調整所述至少一物聯網裝置的所述通信參數。
10. 如請求項9所述的網路裝置，其中所述處理器經配置以：偵測裝置連網環境資訊，並依據所述裝置連網環境資訊動態調整所述至少一物聯網裝置的所述通信參數，所述裝置連網環境資訊包括天氣資訊、連線距離、訊號干擾狀態狀態或其組合。
11. 如請求項9所述的網路裝置，其中所述至少一物聯網裝置的所述通信參數包括服務品質(Quality of Service，QoS)參數、通信頻率、通信時間或其組合。
12. 如請求項9所述的網路裝置，其中所述處理器經配置以：將來自所述至少一物聯網裝置的多個資料封包緩存至緩衝佇列，並排程所述多個資料封包的傳輸順序。
13. 如請求項9所述的網路裝置，其中所述網路裝置更連結至一第二存取節點，所述處理器經配置以：依據所述第一存取節點的負載狀態與所述第二存取節點的負載狀態，挑選所述第一存取節點與所述第二存取節點其中之一者，致使所述至少一物聯網裝置經由所述第一存取節點與所述第二存取節點其中之所述一者與所述物聯網服務平台進行通信。
14. 如請求項9所述的網路裝置，其中所述物聯網服務平台發出一參數更新訊息，所述處理器經配置以：經由所述第一存取節點獲取所述參數更新訊息，並將所述參數更新訊息指派給所述至少一物聯網裝置，驅動所述至少一物聯網裝置依據所述參數更新訊息進行設定更新操作。
15. 如請求項9所述的網路裝置，其中所述處理器經配置以：解密來自所述至少一物聯網裝置的第一加密封包後，使用第二加密技術產生一第二加密資料封包，並將所述第二加密資料封 包傳送至所述物聯網服務平台。
16. 一種通信方法，適用於物聯網系統，所述方法包括：建立至少一物聯網裝置與一第一網路裝置之間的連結，並建立所述第一網路裝置與所述第一存取節點之間的連結；藉由所述第一網路裝置監測所述至少一物聯網裝置的通信狀態，以依據所述至少一物聯網裝置的所述通信狀態動態調整所述至少一物聯網裝置的通信參數；以及藉由所述至少一物聯網裝置基於所述通信參數透過所述第一網路裝置經由所述核心網路與物聯網服務平台進行通信，其中所述通信狀態包括資料發送頻率或資料傳輸時間，所述第一網路裝置依據所述資料發送頻率或所述資料傳輸時間動態調整所述至少一物聯網裝置的所述通信參數。

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