TWI784524B - 智慧型集線器 - Google Patents

Abstract

一種智慧型集線器，其包含控制電路、以及陣列天線(功能包括掃描信號的發射與接收以及無線功率傳輸信號的發送)。陣列天線與控制電路連接，並發射掃描訊號在有效搜尋範圍進行掃描，當陣列天線接收掃描訊號之反射訊號時，控制電路控制陣列天線鎖定向所接收到反射訊號來源方向在預設時間內持續發射無線功率傳輸信號，並同時在此預設時間內透過陣列天線接收可能存在之感測器以後向散射方式回傳的裝置資訊。

Description

智慧型集線器

本發明係有關於一種集線器，特別是一種智慧型集線器。

物聯網(IoT)技術是運用感測器和應用程式介面(API)將實體物件串連起的網路，並透過網際網路連結以交換資料。現今，許多物聯網技術陸續被開發出來，以符合各種不同應用的需求。

然而，物聯網系統通常需要許多物聯網感測器收集資訊，這些物聯網感測器具有較低的能耗，但仍需要電池驅動才可以正常運作。一旦這些物聯網感測器上的電池之電力耗盡，該些物聯網感測器便無法執行其原有的功能，如此則會影響物聯網系統的運作。

此外，一旦這些物聯網感測器的電力耗盡後，這些物聯網感測器需要進行充電或更換這些物聯網感測器的電池，其需要耗費大量的人力，故將會大幅的增加成本，且更換過程十分缺乏效率，更換掉的舊電池則將衍伸出另一個環保問題。

根據本發明之一實施例，本發明提出一種智慧型集線器，其包含控制電路以及陣列天線(功能包括掃描信號的發射與接收以及無線功率傳輸信號的發送)。陣列天線發射掃描訊號在待掃範圍內進行掃描以搜尋感測器，感測器可為開機、關機、休眠或完全失電的狀態，當陣列天線接收掃描訊號之反射訊號時，控制電路控制陣列天線鎖定向其所接收到的反射訊號方向在預設時間內持續發射無線功率傳輸信號，並在預設時間內透過陣列天線接收感測器以後向散射方式回傳之裝置資訊，當控制電路確認裝置資訊為有效後，控制電路控制陣列天線鎖定向其所接收到的反射訊號方向持續發射無線功率傳輸信號，以對感測器進行充電使感測器能啟動。

承上所述，依本發明之智慧型集線器，其可具有一或多個下述優點：

(1)本發明之一實施例中，智慧型集線器能透過陣列天線掃描周圍的物聯網系統的感測器，並透過同一陣列天線進行無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器進行充電，使感測器快速獲得足夠能量並在短時間啟動，故能有效地減少人力的需求，使成本大幅的降低。

(2)本發明之一實施例中，智慧型集線器能透過特殊的類無線射頻辨識通訊模式識別所屬物聯網系統的感測器，故即使感測器尚未完全啟動，智慧型集線器仍能正確地識別感測器，並持續透過陣列天線提供無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器進行充電，故物聯網系統能一直保持正常運作。

(3)本發明之一實施例中，智慧型集線器包含智慧陣列天線，其具有多種不同的掃描模式，使智慧陣列天線能由近至遠進行掃描或同時對不同方向進行掃描，使智慧型集線器能更有效率地搜尋物聯網系統內的感測器。

(4)本發明之一實施例中，智慧型集線器之陣列天線元件為圓極化，或其掃描訊號具有數位識別碼及/或集線器辨識碼，故能有效地避免來自背景環境或其他訊號源的干擾，以提升判別的準確度與掃描效率。

(5)本發明之一實施例中，智慧型集線器能與物聯網系統其它的智慧型集線器組成集線器群組進行掃描，也能與該些智慧型集線器分享資料，故能進行高度的協同作業。

(6)本發明之一實施例中，智慧型集線器能在不大幅增加成本的前提下達到所欲達到的功效，極具商業價值。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之智慧型集線器之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖及第2A圖~第2D圖，其係為本發明之一實施例之智慧型集線器之方塊圖、第一示意圖、第二示意圖、第三示意圖及第四示意圖。如第1圖及第2A圖所示，智慧型集線器1包含控制電路11、陣列天線12、第一通訊天線13、第二通訊天線14及通訊電路15。多個智慧型集線器1及感測器R可設置於一空間內以構成一個物聯網系統。感測器R可為標的物識別裝置、門窗感測器、溫度感測器、濕度感測器、照度感測器、各種氣體感測器、懸浮物感測器及其它具有不同功能的物聯網裝置或感測器。

陣列天線12與控制電路11連接，其包含複數個天線單元T1~Tn。該些天線單元T1~Tn包含複數個掃描天線單元Ta。在一實施例中，控制電路11可包含微控制器(MCU)、 中央處理器(CPU)或其它類似的元件。

該些天線單元T1~Tn還包含複數個無線功率傳輸天線單元Tb。在本實施例中，掃描天線及無線功率傳輸天線可各自為陣列天線12之一部分或全部，其可切換以依序執行掃描偵測及無線功率傳輸的功能－針對只有一個感測器的情況，或同時執行掃描偵測及無線功率傳輸的功能－針對有兩個以上感測器的情況。

第一通訊天線13與通訊電路15連接，使通訊電路15可以與該些感測器R進行通訊。在本實施例中，第一通訊天線13可採用藍牙(Bluetooth)通訊協定；在另一實施例中，第一通訊天線13也可採用紫蜂(ZigBee)通訊協定或其它低功耗的通訊協定；在又一實施例中，第一通訊天線13也可採用WiFi通訊協定或其它各種現有的通訊協定。

第二通訊天線14與通訊電路15連接，使通訊電路15可以與其它智慧型集線器1進行通訊。在本實施例中，第二通訊天線14可採用WiFi通訊協定；在另一實施例中，第二通訊天線14也可採用其它通訊協定。

另外，智慧型集線器1還可包含網路介面16，其與通訊電路15，使通訊電路15能透過網路介面16及網路線連接至網路。其中，網路介面16可為廣域網路(WAN)埠、區域網路(LAN)埠等。

如第2B圖所示，陣列天線12(此時其一部分形成複數個掃描天線單元Ta)發射掃描訊號Cs在一預設範圍進行掃描，並可同時或經由切換方式接收掃描訊號Cs之反射訊號Cs’，並傳送至控制電路11，以搜尋此物聯網系統的感測器R；感測器R可為開機、關機、休眠或完全失電的狀態。其中，感測器R包含一組方向回溯搜尋天線，用於將接收到的掃描訊號Cs直接再輻射出形成往來源方向的反射訊號Cs’；由於方向回溯天線應為本領域中具有通常知識者所熟知，故不在此多加贅述。

然後，如第2C圖所示，若感測器R電力已耗盡，控制電路11控制陣列天線12(此時其一部分形成複數個無線功率傳輸天線單元Tb)鎖定向接收到反射訊號Cs’的方向在一預設時間內持續發射供無線功率傳輸信號Ps，以對感測器R充電。 另外，控制電路11也可控制陣列天線12的全部單元形成無線功率傳輸天線單元以更集中波束對前述感測器R充電，以增大供電效益。在一實施例中，智慧型集線器1可同時針對陣列天線、第一通訊天線13及第二訊天線14及其他相近頻段之天線進行共存設計，此設計可同時供四種以上之RF頻段(Channel)應用及/或切換。陣列天線12同時執行掃描偵測及無線功率傳輸功能時可為共頻系統或分頻系統；分頻系統可在執行多點搜尋與通訊時減少干擾，以提供較穩定之通訊品質。

接下來，如第2D圖所示，感測器R還包含開關，其連接該些方向回溯天線。當感測器R的電量達到一初始門檻值時，感測器R則可啟動類無線射頻辨識(RFID-like)的散射通訊(Backscatter communication)機制(即後向散射方式)，當開關處於導通狀態時，控制模組11能接收到來自方向回溯天線的反射訊號Cs’；而當開關處於切斷狀態時，控制模組11無法接收到反射訊號Cs’。因此，透過上述特殊的類無線射頻辨識通訊模式的散射通訊機制，感測器R可以透過控制切換單元S的方式產生數位訊號(開關處於導通狀態表示1；而開關處於切斷狀態表示0)，且此一數位訊號則可藉由前述的散射通訊機制被控制模組11所接收。因此，感測器R可使用微小電量以控制開關在導通狀態及切斷狀態間連續切換，在前述預設時間內以後向散射(backscatterd)方式產生裝置資訊Ds以完成敲門應答。如此一來，控制電路11能在此預設時間內透過陣列天線12接收感測器R以後向散射方式產生之裝置資訊Ds。其中，裝置資訊Ds可包含識別碼及儲電狀態，使控制電路11能判斷該感測器R為所屬物聯網系統的一部份，並取得該感測器R的目前電量。此外，裝置資訊Ds還可包含安全碼及感測器輸入/輸出狀態中之一或以上。

當控制電路11在某一方向接收到反射訊號Cs’且判斷該方向可能存在感測器R時，控制電路11將控制陣列天線12鎖定向該方向持續發射無線功率傳輸信號Ps，以對感測器R進行充電。當感測器R的電量達到一預設門檻值1時，即可進行前述的裝置資訊Ds之識別；當感測器R的電量達到一預設目標值2時，感測器R則可啟動更多通訊功能；此時，控制電路11則可透過第一通訊天線13與感測器R透過藍牙通訊協定進行通訊，使感測器R可將感測資料傳送至控制電路11。控制電路11可根據裝置資訊Ds判斷感測器R之儲電狀態，並根據儲電狀態及反射訊號Cs’的強度估算感測器R所需的充電時間及啟動時間。

當控制電路11在某一方向接收到反射訊號Cs’且判斷該方向可能存在感測器R時，控制電路11將控制陣列天線12鎖定向該方向持續發射無線功率傳輸信號Ps，以對可能存在的感測器R進行充電。然而，當控制電路11在一預設時間內未能透過陣列天線12接收到感測器R所啟動的類無線射頻辨識(RFID-like)之散射通訊信號(裝置資訊Ds)，控制電路11將改發射掃描訊號Cs在不同方向繼續進行掃描，以搜尋其它的感測器R。

而在實際應用環境下，前述之反射訊號Cs’不一定是由感測器R反射，有可能是由其它物體反射。因此，當智慧型集線器1在前述之預設時間內沒有收到前述的散射通訊信號(裝置資訊Ds)，則判斷反射訊號Cs’的來源並不是此物聯網系統的感測器R(即智慧型集線器1與此物體不匹配)，此時智慧型集線器1可繼續搜尋其它感測器R。一般而言，智慧型集線器1可在短時間內即讓感測器R的電量達到初始門檻值1及目標值2。

由上述可知，智慧型集線器1能透過陣列天線12掃描周圍的物聯網系統的感測器R，並透過陣列天線12進行無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器R進行充電，使感測器快速獲得足夠能量並能在短時間啟動，故能有效地減少人力的需求，使成本大幅的降低。另外，智慧型集線器1能透過特殊的類無線射頻辨識(RFID-like)的散射通訊(Backscatter communication)機制取得物聯網系統的感測器R的識別碼以判斷感測器R是否為所屬物聯網系統的一部份，故即使感測器R尚未完全啟動，智慧型集線器1仍能正確地識別感測器R，並透過陣列天線12進行無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器R進行充電，故物聯網系統能一直保持正常運作。透過上述的機制，感測器R在生命週期(Product Life Cycle)內不需要更換電池，以達節能環保的目的。

此外，控制模組11可透過第二通訊天線14與所屬物聯網系統的其它智慧型集線器1進行通訊，並組成一集線器群組以進行協同掃描。當集線器群組的多個智慧型集線器1接收到同一個感測器R的裝置資訊Ds後，各個智慧型集線器1可根據其收到的反射訊號Cs’的強度並結合開關切換方式判斷其與感測器R的距離，最後以最接近感測器R的智慧型集線器1做為感測器R的主控裝置鎖定向所接收到反射訊號Cs’的方向持續發射無線功率傳輸信號Ps，以對感測器R進行充電以進行敲門應答，並啟動感測器R及與此感測器R進行通訊。若感測器R因移動而遠離做為主控裝置的智慧型集線器1，且往集線器群組中的其他智慧型集線器1接近時，原做為主控裝置的智慧型集線器1將主控裝置的角色換手(hand over)給此時最接近感測器R的另一個智慧型集線器1(此智慧型集線器1最接近感測器R或其接收到的反射訊號Cs’強度較高)。前述的換手機制不會因為感測器R的通訊模組啟動與否而受影響，且會隨著感測器R的移動持續進行直到感測器R離開集線器群組的偵測範圍。另外，控制模組11將收集到的資料傳送至集線器群組中的其它智慧型集線器1，使集線器群組的該些智慧型集線器1能彼此分享資料，以進行高度的協同作業。

若陣列天線12掃描到感測器R，而控制電路11接收到掃描訊號Cs之反射訊號Cs’且感測器R的電量並未耗盡但處於關機狀態(感測器R在有電狀態但不使用時，可被設定為關機狀態或休眠狀態以節省電能)，控制電路11控制陣列天線12鎖定向所接收到反射訊號C _S’的方向發射無線功率傳輸信號Ps。在此情況下，感測器R可在極短時間內以類無線射頻辨識的散射通訊機制產生裝置資訊Ds以做為敲門應答，而控制電路11則可以類無線射頻辨識方式喚醒感測器R 。此時，控制電路11可根據裝置資訊Ds判斷感測器R之儲電狀態，並根據感測器R之儲電狀態決定是否對感測器R進行充電或直接與感測器R進行通訊。

若陣列天線12掃描到感測器R，而控制電路11接收到掃描訊號Cs之反射訊號Cs’且感測器R的電量並未耗盡且處於開機狀態，感測器R可立即以類無線射頻辨識的散射通訊機制產生裝置資訊Ds以做為敲門應答。此時，控制電路11可根據裝置資訊Ds判斷感測器R之儲電狀態，並根據感測器R之儲電狀態決定是否對感測器R進行充電或直接與感測器R進行通訊。

在實際應用環境下，前述之反射訊號Cs’不一定是由物聯網感測器R反射，有可能是由其它物體反射。因此，當智慧型集線器1在前述之預設時間內沒有收到前述的散射通訊信號(裝置資訊Ds)，無法完成確認動作，智慧型集線器1判斷該反射訊號Cs’的來源並不是此物聯網系統的感測器(即智慧型集線器1與此物體不匹配)，此時智慧型集線器1可改掃描其他方向以繼續搜尋其它物聯網感測器R。一般而言，智慧型集線器1可在短時間內即可使儲能單元C之電量達到門檻值1。

如前述，而在實際應用環境下，前述之反射訊號Cs’不一定是由感測器R反射，有可能是由其它物體(如鐵櫃、鐵架等金屬製的物品)反射。因此，陣列天線12的天線單元可設計為圓極化，而感測器R的方向回溯天線也可設計為對應地圓極化(右圓或左圓)。由於陣列天線12的極性對應於感測器R的方向回溯天線的極性，故感測器R的方向回溯天線產生的反射訊號Cs’能有效地被陣列天線12接收，但其它物體並沒有與陣列天線12的極性對應的天線，故其它物體產生的反射訊號無法被陣列天線12接收，如此即可避免來自環境中的其它物體的干擾。

另外，各個智慧型集線器1的陣列天線12的掃描訊號Cs還可具有自己的集線器辨識碼，其可為數位訊號。若智慧型集線器1的陣列天線12發出掃描訊號Cs且接收的反射訊號Cs’也具有此集線器辨識碼，智慧型集線器1則可判斷此反射訊號Cs’是經由反射其發射的掃描訊號Cs產生。因此，當有二個以上相鄰的智慧型集線器1同時接收到同一個感測器R反射的反射訊號Cs’時，各智慧型集線器1將可透過反射訊號Cs’內的集線器辨識碼進行區別，判斷此反射訊號Cs’是經由反射其發射的掃描訊號Cs產生，以避免相互干擾。

此外，若智慧型集線器1附近有能主動產生訊號的訊號源，如接取器(AP)等，智慧型集線器1可能會接收到訊號源產生的訊號且將此訊號誤認為其掃描訊號的反射訊號Cs’。 因此，物聯網系統的所有智慧型集線器1的陣列天線12的掃描訊號Cs還可具有數位識別碼，其可為數位訊號。如此，若智慧型集線器1接收到訊號源產生的訊號，則可透過判斷接收到的訊號是否有數位識別碼來判斷此訊號是否為其掃描訊號的反射訊號Cs’ ，以避免來自環境中的訊號源之干擾。

由上述可知，智慧型集線器1之陣列天線12為圓極化，或其掃描訊號Cs具有數位識別碼及/或集線器辨識碼，故能有效地避免來自背景環境或其他訊號源等因素的干擾。因此，智慧型集線器1的判斷準確度與掃描效率可以大幅地提升。

當然，上述僅為舉例，本實施例之智慧型集線器1之各元件之功能及其協同關係均可依實際需求變化，本發明並不以此為限。

值得一提的是，現有的物聯網感測器缺乏有效的充電機制，故一旦這些物聯網感測器的電力耗盡，便無法執行其原有的功能，如此則會影響物聯網系統的運作。相反的，智慧型集線器能透過特殊的類無線射頻辨識通訊模式識別所屬物聯網系統的感測器，故即使感測器尚未完全啟動，智慧型集線器仍能正確地識別感測器，並持續透過陣列天線提供無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器進行充電，故物聯網系統能一直保持正常運作。

此外，現有的物聯網感測器在其電力耗盡後則需要進行人工充電或更換這些物聯網感測器的電池，其需要耗費大量的人力，故將會大幅的增加成本，且十分缺乏效率。相反的，根據本發明之實施例，智慧型集線器能透過陣列天線掃描周圍的物聯網系統之感測器，並透過陣列天線進行無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器進行充電，使感測器快速獲得足夠能量並能在短時間啟動，故能有效地減少人力的需求，使成本能大幅的降低。

另外，根據本發明之實施例，智慧型集線器之陣列天線元件為圓極化，或其掃描訊號具有數位識別碼及/或集線器辨識碼，故能有效地避免來自背景環境或其他訊號源的干擾，以提升判別的準確度與掃描效率。

再者，根據本發明之實施例，智慧型集線器能與物聯網系統其它的智慧型集線器組成集線器群組進行掃描，也能與該些智慧型集線器分享資料，故能進行高度的協同作業。由上述可知，本發明之實施例之智慧型集線器確實可達到高度擴充之功效。

請參閱第3圖，其係為本發明之一實施例之智慧型集線器之智慧陣列天線之第一示意圖。智慧陣列天線12可包含多個天線單元形成一個或多個天線子陣列，本實施例以4x8天線陣列舉例說明。控制電路11可設置複數個扇形區域(其可為但不限於立體角扇形區域)，並控制該些天線子陣列分別對該些扇形區域進行掃描，以同時針對多個扇形區域進行掃描。智慧陣列天線12可包含移相器(Phase Shifter)，可依其需求設定移相器(Phase Shifter)參數來調整欲進行掃描的扇形區域Z的角度(如15°、30°、60°、90°、120°或180°等)。因此，一個智慧型集線器1可同時對多個扇形區域Z進行掃描以同時搜尋多個感測器R。

如圖所示，智慧陣列天線12以四個天線單元做為一個群組，故總共有八個天線子陣列G _Ta1~G _TA8(天線子陣列G _Ta1~G _TA8的任何一個均做為掃描偵測陣列)，以針對八個扇形區域Z進行掃描。如圖所示，每一個天線子陣列G _Ta1~G _TA8可包含二個發送天線單元TX及二個接收天線單元RX，但不受限於圖示，仍可透過環形器(circulator)結合兩者，形成一個有四個單元的同時收發天線子陣列。如前述，控制電路11可切換智慧陣列天線12，使智慧陣列天線12能分別或同時執行掃描及無線功率傳輸的功能。若一個扇形區域Z內有多個感測器R，對應此扇形區域Z的天線子陣列則可輪流對每個感測器R掃描偵測、無線功率傳輸、接收敲門應答及啟動。此4x8天線陣列最多可設定由16個發送天線單元TX及16個接收天線單元RX形成的16個天線子陣列G _Ta1~G _TA16以進行掃描的掃描模式，每一個天線子陣列G _Ta1~G _TA16可包含一個發送天線單元TX及一個接收天線單元RX，但不受限於圖示，仍可透過環形器結合兩者，形成一個有二個單元的同時收發天線子陣列。

請參閱第4圖，其係為本發明之一實施例之智慧型集線器之智慧陣列天線之第二示意圖。如圖所示，控制電路11可以透過增加各個天線子陣列之該些發送天線單元TX的數量及該些接收天線單元RX的數量以增加各個天線子陣列的掃描距離。智慧陣列天線12以八個天線單元做為一個群組，故總共有四個天線子陣列G _Ta1~G _TA4(天線子陣列G _Ta1~G _TA4的任一個均做為掃描偵測天線)。如圖所示，每一個天線子陣列G _Ta1~G _TA4包含四個發送天線單元TX及四個接收天線單元RX，但不受限於圖示，仍可透過環形器結合兩者，形成一個有8個單元的同時收發天線子陣列 。如此，智慧陣列天線12可針對4個扇形區域Z’進行掃描，以增加掃描距離。在另一實施例中，智慧陣列天線12以十六個天線單元做為一個群組，故總共有二個天線子陣列G _Ta1~G _TA2(天線子陣列G _Ta1~G _TA2的任一個均做為掃描偵測天線)。每一個天線子陣列G _Ta1~G _TA2包含八個發送天線單元TX及八個接收天線單元RX，但不受限於圖示，仍可透過環形器結合兩者，形成一個有十六個單元的同時收發天線子陣列。如此，智慧陣列天線12可以針對二個扇形區域進行掃描，以進一步增加掃描距離。在又一實施例中，智慧陣列天線12以三十二個天線單元做為一個群組，故只有一個天線子陣列G _Ta1(做為掃描偵測天線)。此天線子陣列G _Ta1包含十六個發送天線單元TX及十六個接收天線單元RX，但不受限於圖示，仍可透過環形器結合兩者，形成一個有三十二個單元的同時收發天線子陣列。如此一來，智慧陣列天線12只能針對一個扇形區域進行掃描，但可最大程度的提升掃描距離(在每個天線單元為相同功率的情況下)。透過上述的機制，智慧陣列天線12可由逐步進行由近至遠的掃描。

請參閱第5圖，其係為本發明之一實施例之由多個智慧型集線器組成之集線器群組之第一示意圖。如圖所示，多個智慧型集線器組成一個集線器群組；感測器R1在智慧型集線器1A的掃描範圍內，感測器R3在智慧型集線器1B的掃描範圍內，而感測器R2同時在智慧型集線器1A及智慧型集線器1B的掃描範圍內。當智慧型集線器1A較接近感測器R2，且其接收到的反射訊號Cs’的強度較高，此時智慧型集線器1A及智慧型集線器1B可透過彼此交換資訊而判斷由智慧型集線器1A做為感測器R2的主控裝置。

請參閱第6圖，其係為本發明之一實施例之由多個智慧型集線器組成之集線器群組之第二示意圖。如圖所示，當感測器R2朝向智慧型集線器1B移動而遠離原來做為主控裝置的智慧型集線器1A，且智慧型集線器1B接收到的反射訊號Cs’的強度大於智慧型集線器1A接收到的反射訊號Cs’的強度，此時，智慧型集線器1A可透過彼此交換資訊將主控裝置的角色換手給智慧型集線器1B。

綜上所述，根據本發明之實施例，智慧型集線器能透過陣列天線掃描周圍的物聯網系統之感測器，並透過陣列天線進行無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器進行充電，使感測器快速獲得足夠能量並能在短時間啟動，故能有效地減少人力的需求，使成本能大幅的降低。

根據本發明之實施例，智慧型集線器能透過特殊的類無線射頻辨識通訊模式識別所屬物聯網系統的感測器，故即使感測器尚未完全啟動，智慧型集線器仍能正確地識別感測器，並持續透過陣列天線提供無線功率傳輸以對電力耗盡的感測器進行充電，故物聯網系統能一直保持正常運作。

又，根據本發明之實施例，智慧型集線器包含智慧陣列天線，其具有多種不同的掃描模式，使智慧陣列天線能由近至遠進行掃描或同時對不同方向區域進行掃描，使智慧型集線器能更有效率地搜尋物聯網系統內的感測器。

此外，根據本發明之實施例，智慧型集線器之陣列天線元件為圓極化，或其掃描訊號具有數位識別碼及/或集線器辨識碼，故能有效地避免來自背景環境或其他訊號源的干擾，以提升判別的準確度與掃描效率。

另外，根據本發明之實施例，智慧型集線器能與物聯網系統其它的智慧型集線器組成集線器群組進行掃描，也能與該些智慧型集線器分享資料，故能進行高度的協同作業。

再者，根據本發明之實施例，智慧型集線器能在不大幅增加成本的前提下達到所欲達到的功效，極具商業價值。

可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、新穎性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請  貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

1,1A,1B:智慧型集線器 11:控制電路 12:陣列天線 13:第一通訊天線 14:第二通訊天線 15:通訊電路 16:網路介面 R,R1~R3:感測器 T1~Tn:天線單元 Ta:掃描天線單元 Tb:無線功率傳輸天線單元 TX:發送天線單元 RX:接收天線單元 G _Ta1~G _TA8:天線子陣列 Cs:掃描訊號 Cs’:反射訊號 Ps:無線功率傳輸信號 Ds:裝置資訊 Z,Z’:扇形區域

第1圖 係為本發明之一實施例之智慧型集線器之方塊圖。 第2A圖 係為本發明之一實施例之智慧型集線器之第一示意圖。 第2B圖 係為本發明之一實施例之智慧型集線器之第二示意圖。 第2C圖 係為本發明之一實施例之智慧型集線器之第三示意圖。 第2D圖 係為本發明之一實施例之智慧型集線器之第四示意圖。 第3圖 係為本發明之一實施例之智慧型集線器之智慧陣列天線之第一示意圖。 第4圖 係為本發明之一實施例之智慧型集線器之智慧陣列天線之第二示意圖。 第5圖 係為本發明之一實施例之由多個智慧型集線器組成之集線器群組之第一示意圖。 第6圖 係為本發明之一實施例之由多個智慧型集線器組成之集線器群組之第二示意圖。

1:智慧型集線器

11:控制電路

12:陣列天線

13:第一通訊天線

14:第二通訊天線

15:通訊電路

T1~Tn:天線單元

Claims (17)

1. 一種智慧型集線器，係包含： 一控制電路；以及 一陣列天線，係與該控制電路連接以控制其功能； 其中，該陣列天線發射一掃描訊號在一待掃範圍內進行掃描以搜尋一感測器，該感測器為開機、關機、休眠或完全失電的狀態，當該陣列天線接收該掃描訊號之一反射訊號時，該控制電路控制該陣列天線鎖定向其所接收到的該反射訊號方向在一預設時間內持續發射一無線功率傳輸信號，並在該預設時間內透過該陣列天線接收該感測器以一後向散射方式回傳之一裝置資訊，當該控制電路確認該裝置資訊為有效後，該控制電路控制該陣列天線鎖定向其所接收到的該反射訊號方向持續發射該無線功率傳輸信號，以對該感測器進行充電使該感測器能啟動。
2. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中該感測器具有最少一組方向回朔天線，以增強其在原入射掃描訊號方向的反射訊號強度，該陣列天線可藉此提升該感測器所在方位的偵測敏感度，並提升以方向回朔後向散射的類無線射頻辨識方式進行裝置資訊等回傳與識別之距離。
3. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中該陣列天線包含單個或複數個天線子陣列，該控制電路透過增加各個該天線子陣列的天線單元數量以增加該子陣列天線的掃描距離或強度。
4. 如請求項3所述之智慧陣列天線，其中該智慧陣列天線之搜尋模式採由近而遠的方式逐步搜尋，隨著搜尋距離的增加，其對應的該子陣列天線內的天線單元數目亦隨之增加。
5. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中該陣列天線包含複數個天線子陣列，該控制電路設置複數個扇形區域，並控制該些天線子陣列同時對該些扇形區域進行掃描。
6. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中當該智慧陣列天線接收到該裝置資訊後，該控制電路彈性控制該智慧陣列天線的全部天線單元形成無線功率傳輸天線單元，以更集中波束向接收到該反射訊號的方向持續發射該無線功率傳輸信號，以對該感測器進行充電使該感測器能啟動。
7. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中該陣列天線同時執行掃描偵測及無線功率傳輸功能時可為一共頻系統或一分頻系統。
8. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中當該控制電路接收到該裝置資訊時，該控制電路根據該裝置資訊判斷該感測器之儲電狀態，並結合該儲電狀態及該反射訊號的強度，用以判斷該感測器所需的充電時間及啟動時間。
9. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中該感測器有電狀態但不使用時，該感測器被設定為關機狀態以節省電能；當該感測器需被啟動時，該智慧型集線器可經由類無線射頻辨識方式，下達指令以啟動該感測器進行一般通訊功能。
10. 如請求項1所述之智慧型集線器，更包含一第二通訊天線及一通訊電路，該控制電路透過該通訊電路以及該第二通訊天線與其它該智慧型集線器進行通訊，並組成一集線器群組，以進行一協同掃描，執行更精準的掃描搜尋與定位。
11. 如請求項10所述之智慧型集線器，可由兩個該智慧型集線器同時對該感測器進行掃描，以使該些智慧型集線器能更精確的計算出該感測器的座標位置與移動軌跡。
12. 如請求項10所述之智慧型集線器，當該集線器群組接收到該裝置資訊後，由最接近該感測器的該智慧型集線器向接收到該反射訊號的方向持續發射該無線功率傳輸信號，以提升入射功率密度，對該感測器進行充電並啟動該感測器。
13. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中該智慧陣列天線為圓極化，藉此以避免來自背景環境中其他反射物的干擾，進而提升判別的準確度與掃描效率。
14. 如請求項1所述之智慧型集線器，其中該裝置資訊包含識別碼、儲電狀態、安全碼及感測器輸入/輸出狀態中之一或以上。
15. 如請求項14所述之智慧型集線器，其中該掃描訊號具有一數位識別碼，以避免來自背景環境中其他主動無線訊號源發出的電磁波之干擾，進而提升判別的準確度與掃描效率。
16. 如請求項14所述之智慧型集線器，其中該掃描訊號具有一集線器辨識碼，以避免兩個以上之鄰近集線器針對同一個感測器標籤反射訊號之誤判，進而提升判別的準確度與掃描效率。
17. 如請求項1所述之智慧型集線器，更包含一網路介面，該控制模組透過該網路介面連接至網路。

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