TWI795619B

TWI795619B - 內建伺服模組的閘道裝置與通信系統

Info

Publication number: TWI795619B
Application number: TW108147160A
Authority: TW
Inventors: 劉建宏; 郭建廷
Original assignee: 奇邑科技股份有限公司
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2023-03-11
Also published as: JP2021100233A; TW202125291A; JP6975823B2

Abstract

一種內建伺服模組的閘道裝置與通信系統，通信系統運行如一物聯網，其中設有一或多個閘道裝置，閘道裝置對內連線各式終端設備，對外則可直接或間接連接外部系統。其中至少一閘道裝置除提供物聯網的閘道功能外，內建有一伺服模組，將伺服器功能整合於閘道裝置中，包括提供一管理介面讓使用者通過一電腦裝置連線以管理物聯網的運作、提供線上程式編輯的服務、解析物聯網內各應用程序的信息以及處理網路來往信息等。更者，內建伺服模組的閘道裝置還能連線其他物聯網內閘道裝置，能統合運作整個通信系統。

Description

內建伺服模組的閘道裝置與通信系統

本發明涉及一種通信系統的閘道裝置，特別是指一種適用物聯網系統的內建伺服模組的閘道裝置，以及其通信系統。

傳統無線通訊技術通過閘道器（gateway）進行數據收發的工作，特別是運作在兩個網域之間的運行。根據習知技術的無線閘道器的電路設計，是在一個無線閘道器內設有處理自各式終端接收到的封包的閘道電路、處理閘道器運作的控制器與傳送訊息的收發器。而在一個網路系統中，可能設置有多個無線閘道器，用以處理更多終端產生的訊息。

在一特定無線網路系統中，如圖1所示處理終端設備訊息的習知網路系統的架構示意圖，設有多個無線閘道器101, 102, 103，可以為一種長距離網路通訊集合器（LoRa concentrator），這類長距離低功耗的通訊技術適用於物聯網傳輸技術（IoT），具有雙向通訊的功能，連接網路中的終端設備A, B, C, D, E，終端設備A, B, C, D, E可為物聯網中的各式感測器與電子裝置，無線閘道器101, 102, 103處理每個終端設備A, B, C, D, E上傳的數據，終端設備A, B, C, D, E可以分別連結相同或不同的無線閘道器101, 102, 103，採用的傳輸協定如無線區域網路（WiFi™）、藍芽通訊（Bluetooth™）、Zigbee等，並能傳送數據至每個終端設備。無線閘道器101, 102, 103也通過網路伺服器110將訊息傳遞到後端應用服務設備111, 112, 113。

舉例來說，終端設備A, B, C, D, E如設於一個廠房各處的環境感測器，包括煙霧偵測、溫溼度感測、亮度偵測、電力感測、影像監視與各式電子節點，為了要接收廠房各處的終端設備A, B, C, D, E的訊號，應在主要幾個位置設置無線閘道器101, 102, 103，配置一網路伺服器111，用以收集來自不同閘道器的數據，並提供後端應用，應用服務設備111, 112, 113提供的應用例如電力監視、廠房溫濕度監控、人員移動監控、設備監控等，形成一個物聯網生態系。

說明書公開一種內建伺服模組的閘道裝置與通信系統，適用於一物聯網，其技術目的之一為取代原物聯網內伺服主機的服務，將全部或部分服務移植到內建伺服模組的閘道裝置內，以能分擔原本伺服主機的工作，並能通過此方案彈性擴張物聯網的服務範圍。

根據實施例，內建伺服模組的閘道裝置包括執行一般傳統閘道服務的閘道模組，以及內建的伺服模組，閘道模組運行一閘道功能，設有儲存器與通信電路，通過通信電路連接物聯網內一或多個終端設備，所述伺服模組由儲存於儲存器的伺服程式與指令集實現多種軟體服務。

伺服模組中的軟體服務如一管理介面模組，提供使用者介面，由管理者通過此使用者裝置管理物聯網的運作。如一物聯網伺服模組，用以處理長距離廣域網路閘道器（LoRa Gateway）與長距離廣域網路伺服器（LoRa Server）產生的信息，包括執行加解密的程序。

進一步地，所述使用者介面可為一網頁或應用程式啟始之介面，由管理者使用電腦裝置連線內建伺服模組的閘道裝置，設定物聯網的運作參數。

進一步地，伺服主機可設有一應用程式介面（API），通過應用程式介面規範內建伺服模組的閘道裝置與一或多個伺服主機相互傳送信息的方式，提供閘道裝置通過此應用程式介面存取伺服主機的資訊。

進一步地，伺服模組還包括以下軟體模組的其中之一：網頁存取模組、線上程式模組、應用處理模組、資料庫模組以及信息處理模組。

在一實施例中，提出一通信系統，通信系統包括一內建伺服模組的閘道裝置，用以連線物聯網內一或多個終端設備，以轉送一或多個終端設備產生的信息，其中設有閘道模組與內建的伺服模組。

進一步地，內建伺服模組的閘道裝置的通信電路用以連線一或多個伺服主機，或是物聯網內其他閘道裝置，而這裡所說的其他閘道裝置並不同於內建伺服模組的閘道裝置，而是運行傳統的閘道功能，並轉送信息至內建伺服模組的閘道裝置。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

應用在物聯網（Internet of Things，IoT）的無線通信技術常見如長距離低功耗無線網路技術（LoRa）、BLE（Bluetooth Low Energy）、Zigbee等，這類通信技術的通信協定考量了物聯網運作的特性，因此具有低耗能的設計。在常見的物聯網通信系統中，可參考圖1的描述，物聯網中設置有多個終端設備（如圖1的A, B, C, D, E），可為一個通信系統中各種感測裝置與/或電子裝置，例如煙霧偵測、溫溼度感測、亮度偵測、電力感測、影像監視與各式電子節點。為了要接收設於各處的終端設備產生的訊號，常見的方式之一是在主要幾個位置設置無線閘道器（如圖1的101, 102, 103），通信系統也設有一伺服主機（如圖1的111），用以收集來自不同閘道器的數據，並提供後端應用，實現一個完整的通信系統。

說明書公開一種內建伺服模組的閘道裝置，以及包括此閘道裝置的通信系統，閘道裝置的實施例之一可參考圖2所示閘道裝置的基本電路元件實施例圖。

圖中顯示閘道裝置20的主要電路元件，依照功能可分別為運作習知閘道功能的閘道模組與伺服模組，閘道模組如傳統的閘道功能，主要工作是根據封包目的地轉發兩個網段產生的封包信息，閘道模組的主要元件如所示的處理器201、記憶體202、儲存器203與通信電路，如此例（不限於此實施例）所示的LoRa收發器（LoRa transceiver，中文為長距離網路通訊收發器）204以及LoRa集合器（LoRa concentrator，中文為長距離網路通訊集合器）205，而伺服模組可由儲存於儲存器203中的伺服程式與指令集所實現。

以採用長距離網路通訊技術（LoRa）的物聯網閘道裝置為例，其中設有處理來往閘道裝置20的信息的處理器201，以及通過匯流排電性連接處理器201的記憶體202與儲存器203，記憶體202為閘道裝置20運作時需要的記憶體，儲存器203則如以磁性記憶體硬碟或固態硬碟實現的儲存媒體，其中儲存閘道裝置20運作的內嵌式作業系統與指令集。閘道裝置20更設有LoRa收發器204與LoRa集合器205。

根據所揭示實施例，閘道裝置20下行可連線各式終端設備，例如感知器、電子裝置、家電設備等，其中LoRa集合器205與這些終端設備（未示於此圖）連線，連線的通訊協定並不限定特定技術，適用的通信技術如無線區域網路（WiFi™）、藍芽（Bluetooth™），或為適用LoRa的一種低功率廣域網路（LPWAN，Low–Power, Wide-Area Networks）的無線通訊技術。

閘道裝置20上行則連線其他閘道裝置或是伺服主機，利用其中的LoRa收發器204，搭配處理器201的運作，用於與其他閘道裝置或伺服主機連線與傳輸信息。閘道裝置20通過處理器201決定傳輸通道，通過LoRa收發器204收發外部裝置產生的訊息，或傳輸信息。這些其他閘道裝置20連線內建伺服模組的閘道裝置20，並運行傳統的閘道功能，並轉送信息至內建伺服模組的閘道裝置20。

更者，閘道裝置通過LoRa收發器204支援上行與下行的頻道，並具備對應的通信電路，如對外連線網際網路的通信電路，對內則可以LoRa通信協定連線各終端設備，而通信技術可以不限於LoRa通信協定，而可適用其他各種無線通信技術。為了擴充通信系統的涵蓋範圍與應用，例如物聯網（IoT）應用中會有處理大量感測器訊號的需求，需要足夠數量與更大涵蓋範圍的閘道裝置20，特別是支援無線連線的閘道裝置20，而根據揭露書所提出的通信系統，軟體部分，利用內建伺服模組的閘道裝置20的方式來應付需求，可以將部分處理內容在閘道裝置20內處理完成，或是將處理完成的內容再傳送到伺服主機，以此方案取代或分擔原本伺服主機的工作，並能彈性擴張物聯網的服務範圍。

閘道裝置20通過儲存器203安裝有關內建伺服模組的伺服程式集，舉例來說，可以支援的軟體服務如使用者電報傳輸協定（User Datagram Protocol，UDP）封包轉送（UDP packet forwarder）、訊息佇列遙測傳輸（Message Queueing Telemetry Transport，MQTT）與處理架構在超文本傳輸協定（HyperText Transfer Protocol，HTTP）下的表述性狀態轉移（Representational State Transfer，REST）的信息等，能提供外部伺服器、電腦設備或特定應用存取資料。其中MQTT為一種信息傳輸的協定，適合用於使用有限能力的處理器、省電需求的設計以及有限網路頻寬的物聯網裝置上。

進一步地，可參照圖3所示具有內建伺服模組的閘道裝置的通信系統實施例圖。

圖中顯示在一通信系統中，網路30一端設有伺服主機33（可以為一或多個伺服主機），伺服主機33中提供多種軟體服務，其原本目的是服務通過網路30連線的另一端的各式終端設備311, 312, 313，終端設備311, 312, 313可以為物聯網中的各種感測器與電子裝置等的節點，伺服主機33的工作之一是能處理終端設備311, 312, 313產生的信息。網路30的另一端連線閘道裝置31，當伺服主機33要將全部或部分軟體服務交給此內建伺服模組的閘道裝置31執行，伺服主機33可設有應用程式介面（Application Programming Interface，API），應用程式介面規範出伺服主機33與內建伺服模組的閘道裝置31相互傳送信息的方式，伺服主機33也提供此閘道裝置31通過此應用程式介面存取一或多個伺服主機33的資訊，也是服務相互銜接的軟體介面。

所述內建伺服模組的閘道裝置31主要可以區分兩個功能模組，其一為閘道模組，運行傳統閘道功能，包括的電路元件如處理器301、通信電路、記憶單元304（可包括圖2描述的記憶體202與儲存器203），以及處理傳統閘道功能的封包處理模組305。

閘道裝置31中的處理器301用以執行加解密程序，以及處理各電路元件產生的訊號與數據。通信電路此例顯示包括有第一通信電路302與第二通信電路303，第一通信電路302連線物聯網內部的一或多個終端設備311, 312, 313，第二通信電路303則是用來連線伺服主機33（可通過網路30，且數量不限），或是同一物聯網內的其他閘道裝置。第一通信電路302，包括對應的天線，可為採用LoRa（Long Range）通信協定的長距離網路通訊集合器，另也可採用WiFi™、Bluetooth™等通信協定；第二通信電路303，包括對應的天線，可以為長距離網路通訊收發器。封包處理模組305用以處理來往閘道裝置31的網路封包，包括閘道裝置31本身轉送封包與解譯封包的功能，如常見應用在物聯網的封包。

所述記憶單元304為閘道裝置31的儲存器，其中儲存閘道裝置31運作的內嵌系統與指令集，閘道裝置31中的伺服模組300亦由儲存於此儲存器的伺服程式與指令集實現多種軟體服務。

進一步地，當閘道裝置31通過伺服模組可以取代或分擔原伺服主機33的幾個軟體服務，也提出一個網路服務，提出讓使用者通過電腦裝置35連線而存取其中資訊的使用者介面，使用者介面如網頁或應用程式啟始之介面，由管理者通過電腦裝置35連線內建伺服模組的閘道裝置31，以設定物聯網的運作參數。

伺服模組300的幾個主要軟體服務可參考圖4所示內建於閘道裝置內伺服模組的軟體功能實施例圖。

圖中伺服模組300中設有多個以軟體程式搭配硬體實現，由儲存於儲存器的伺服程式與指令集實現多種軟體服務，其中之一如管理介面模組407（management console），這是提供管理者可以通過使用者介面（如網頁、應用程式）管理此閘道裝置31，包括設定其中參數，也通過此設定管理物聯網的運作。舉例來說，若通過閘道裝置31連線的終端設備為一個溫濕度感測器，使用者登入閘道裝置31後，可通過此管理介面模組407設定溫濕度警報的門檻值，當溫濕度值超過這些門檻，即通過通信系統發出警報。

物聯網伺服模組404，實施例如用以處理一長距離廣域網路閘道器（LoRaWAN Gateway）與一長距離廣域網路伺服器（LoRaWAN server）產生的信息，包括執行加解密的程序。

另外可包括一線上程式模組401（Online Script Program），閘道裝置31通過此線上程式模組401實現一個線上程式開發環境（Online Script Program Development Environment），可藉此提供使用者進行線上程式編輯的服務。

應用處理模組402（Application Handler），讓閘道裝置31可用於解析各種原本由伺服主機所處理與提供的應用程序，包括來往傳遞的信息、網頁服務產生的信息等

網頁存取模組403用以處理如架構在超文本傳輸協定（HTTP）下的表述性狀態轉移（REST）的信息，根據REST的規範可以經過一通用接口對特定資源進行存取與操作，如網路中終端、電腦裝置與伺服主機之間的一種呼叫服務形式，透過設定好的規範，取得、建立、修改或刪除資源，藉此可以擴展原本伺服模組300的服務範圍。

資料庫模組405（Database）用以提供服務一或多個伺服主機的資料庫。

信息處理模組406（Message Broker），處理來往通過閘道裝置300的信息，特別是處理來往包括內建伺服模組300的閘道裝置的通信系統的信息。

圖5接著顯示多閘道的通信系統的其中之一實施例示意圖，此例圖中顯示通信系統提供的幾個伺服主機，如伺服器一56、伺服器二57以及伺服器三58，通過網路50，藉由一或多個閘道裝置，以直接或間接的連線連接到物聯網內的各終端設備501, 502, 503, 504, 505。

在此實施例中，網路中設有多個閘道裝置，分別為第一閘道裝置51、第二閘道裝置52與第三閘道裝置53，可使得通信系統擴張其涵蓋範圍，其中第一閘道裝置51可以設為一個主要的閘道裝置，較佳如上述實施例所揭示的內建伺服模組的閘道裝置，第二閘道裝置52與第三閘道裝置53則可為一般執行閘道任務的裝置，而並未內建伺服模組。實際實施時，第一閘道裝置51可以為具有較好處理能力的處理器，內建伺服模組，能處理如伺服主機產生的信息與執行其中應用程序，因此可以擴張物聯網涵蓋範圍。

根據實施例，第二閘道裝置52與第三閘道裝置53除了服務所示終端設備501～505，還可以有線或無線通信手段連線第一閘道裝置51，這時，當第二閘道裝置52與第三閘道裝置53接收到所連線的終端裝置501～505產生的信息，如感測訊號、量測的數值等，僅將相關的信息封包轉送到第一閘道裝置51，在第一閘道裝置51中，若其中伺服模組具有對應的模組，則可以在第一閘道裝置51處理完成，或可在有需要時，通過網路50將信息傳送到伺服器一56、伺服器二57或伺服器三58。如上實施例所描述，伺服器一56、伺服器二57以及伺服器三58設有對應的應用程式介面，可以與第一閘道裝置51通信，並接收到符合規範的信息。

第一閘道裝置51提供網頁存取服務，可讓管理者使用電腦裝置55連線到第一閘道裝置51，通過網頁或應用程式啟始的介面設定與管理物聯網，例如，可以從第一閘道裝置51所接收到的數據中進行分析，產生報表，由電腦裝置55取得相關數據與報表。

綜上所述，說明書公開一種內建伺服模組而能分擔或取代原本網路中伺服器的工作的閘道裝置，並包括以此閘道裝置建立的通信系統，其中內建伺服模組的閘道裝置除了傳統的閘道功能外，更通過內建伺服模組的方式實現伺服器的工作，使得通信系統可以藉此機制（如可採用多個內建伺服模組的閘道裝置）擴張涵蓋範圍，而不受限於原本配置的伺服主機與其處理能力。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

A,B,C,D,E:終端設備 101,102,103:無線閘道器 110:網路伺服器 111,112,113:應用服務設備 20:閘道裝置 201:處理器 202:記憶體 203:儲存器 204:LoRa收發器 205:LoRa集合器 30:網路 33:伺服主機 31:閘道裝置 300:伺服模組 301:處理器 302:第一通信電路 303:第二通信電路 304:記憶單元 305:封包處理模組 311,312,313:終端設備 35:電腦裝置 401:線上程式模組 402:應用處理模組 403:網頁存取模組 404:物聯網伺服模組 405:資料庫模組 406:信息處理模組 407:管理介面模組 50:網路 56:伺服器一 57:伺服器二 58:伺服器三 51:第一閘道裝置 52:第二閘道裝置 53:第三閘道裝置 501,502,503,504,505:終端設備 55:電腦裝置

圖1顯示習知網路系統的架構圖；

圖2顯示閘道裝置的基本電路元件實施例圖；

圖3顯示具有內建伺服模組的閘道裝置的通信系統實施例圖；

圖4顯示內建於閘道裝置內伺服模組的軟體功能實施例圖；以及

圖5顯示多閘道的通信系統的實施例示意圖。

30:網路

33:伺服主機

31:閘道裝置

300:伺服模組

301:處理器

302:第一通信電路

303:第二通信電路

304:記憶單元

305:封包處理模組

311,312,313:終端設備

35:電腦裝置

Claims

一種內建伺服模組的閘道裝置，包括：一閘道模組，運行一閘道功能，設有一儲存器與一通信電路，其中該通信電路包括一第一通信電路與一第二通信電路，該第一通信電路用於連接一物聯網內的一或多個終端設備，以及該第二通信電路連線一或多個伺服主機，或是該物聯網內其他閘道裝置；一伺服模組，由儲存於該儲存器的伺服程式與指令集實現多種軟體服務，其中至少包括：一管理介面模組，提供一使用者介面，由一管理者通過該使用者裝置管理該物聯網的運作；以及一物聯網伺服模組，用以處理一長距離廣域網路閘道器與一長距離廣域網路伺服器產生的信息，包括執行加解密的程序；其中，該管理介面模組提供該管理者通過該使用者介面管理該閘道裝置，包括設定其中參數，而且通過設定參數，管理該物聯網的運作，當通過該閘道模組的該通信電路連接該終端設備時，該管理者登入該閘道裝置後，通過該管理介面模組設定該終端設備；其中，該使用者介面為一網頁或一應用程式啟始之介面，由該管理者通過一電腦裝置連線該內建伺服模組的閘道裝置，設定該物聯網的運作參數；其中，該閘道裝置所連線的各伺服主機設有一應用程式介面，通過該應用程式介面規範內建該伺服模組的該閘道裝置與該一或多個伺服主機相互傳送信息的方式，並提供該閘道裝置通過該應用程式介面存取該一或多個伺服主機的資訊。
如請求項1所述的內建伺服模組的閘道裝置，其中該伺服模組還包括以下軟體模組的其中之一：一網頁存取模組，用以處理架構在一超文本傳輸協定下的一表述性狀態轉移的信息，以提供一通用接口對特定資源進行存取與操作；一線上程式模組，提供線上程式編輯的服務；一應用處理模組，用於解析一或多種原本由該一或多個伺服主機提供的應用程序；一資料庫模組，提供服務該一或多個伺服主機的資料庫；以及一信息處理模組，處理來往包括該內建伺服模組的閘道裝置的一通信系統的信息。
一種通信系統，包括：一內建伺服模組的閘道裝置，用以連線一物聯網內的一或多個終端設備，以轉送該一或多個終端設備產生的信息，該內建伺服模組的閘道裝置包括：一閘道模組，運行一閘道功能，設有一儲存器與一通信電路，其中該通信電路包括一第一通信電路與一第二通信電路，該第一通信電路用於連接該一或多個終端設備，以及該第二通信電路連線一或多個伺服主機，或是該物聯網內其他閘道裝置；一伺服模組，由儲存於該儲存器的伺服程式與指令集實現多種軟體服務，其中至少包括：一管理介面模組，提供一使用者介面，由一管理者通過該使用者裝置管理該物聯網的運作；以及一物聯網伺服模組，用以處理一長距離廣域網路閘道器與一長距離廣域網路伺服器產生的信息，包括執行加解密的程序；其中，該管理介面模組提供該管理者通過該使用者介面管理該閘道裝置，包括設定其中參數，而且通過設定參數，管理該物聯網的運作，當通過該閘道模組的該通信電路連接該終端設備時，該管理者登入該閘道裝置後，通過該管理介面模組設定該終端設備；其中，該使用者介面為一網頁或一應用程式啟始之介面，由該管理者通過一電腦裝置連線該內建伺服模組的閘道裝置，設定該物聯網的運作參數；其中，該閘道裝置所連線的各伺服主機設有一應用程式介面，通過該應用程式介面規範內建該伺服模組的該閘道裝置與該一或多個伺服主機相互傳送信息的方式，並提供該閘道裝置通過該應用程式介面存取該一或多個伺服主機的資訊。
如請求項3所述的通信系統，其中該其他閘道裝置連線該內建伺服模組的閘道裝置，並運行傳統的閘道功能，並轉送信息至該內建伺服模組的閘道裝置。
如請求項4所述的通信系統，其中該伺服模組還包括以下軟體模組的其中之一：一網頁存取模組，用以處理架構在一超文本傳輸協定下的一表述性狀態轉移的信息，以提供一通用接口對特定資源進行存取與操作；一線上程式模組，提供線上程式編輯的服務；一應用處理模組，用於解析一或多種原本由該一或多個伺服主機提供的應用程序；一資料庫模組，提供服務該一或多個伺服主機的資料庫；以及一信息處理模組，處理來往包括該內建伺服模組的閘道裝置的一通信系統的信息。