CN206962820U - 信号中继装置及应用其的物联网通讯*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种信号中继装置及应用其的物联网通讯***。此信号中继装置适用于一物联网(Internet of Things,IoT)。此信号中继装置包括一第一天线、一第二天线、一第一收发器、一第二收发器以及一控制器。第一收发器耦接第一天线。第二收发器耦接第二天线。控制器依据第二信号控制第一收发器经由第一天线与一物联网装置通信，以及依据第一信号控制第二收发器经由第二天线与一网络闸道器通信。

Description

信号中继装置及应用其的物联网通讯***

技术领域

本实用新型是有关于一种信号中继装置及应用其的通讯***，且特别是有关于一种适用于物联网的信号中继装置及应用其的物联网通讯***。

背景技术

物联网(Internet of Things,IoT)是让生活中的用品都搭载感知技术并配有唯一识别符(unique identifiers,UID)，拥有网络连线的能力，使彼此之间能通过网络互相传输数据。通过随时搜集的数据，主动在适当时机提供使用者必要信息。物联网可实现人与物之间的信息沟通。

近来，物联网的发展已经由概念转变成有实体产品。物联网开始朝向贴近民众的生活发展，像是在电器上加上物联网的相关感测设备，例如为智能冷气、智慧门锁、监控冰箱、智能电表等。这些加上物联网的相关感测设备的装置可称为物联网装置。同时，许多与物联网相关的信号传送与管理技术亦相继被提出，以让物联网装置彼此之间能通过无线网络互相传输数据。

然而，物联网装置的置放或安装多位于易受屏蔽的区域与位置，影响了物联网装置与基地台或网络闸道器之间的信号收发。因此，如何解决物联网装置易受到屏蔽而影响信号收发的问题，是业界目前致力的方向之一。此外，物联网一般都以星状结构网络实现，以符合其轻薄短小又省电的特性。然而星状网络的最大限制就是通信距离，所有装置必须在其通信半径之内。如何延伸星状网络的范围成为本领域中最为重要的课题之一。

实用新型内容

本实用新型是有关于一种信号中继装置及应用其的物联网通讯***。通过本实用新型的信号中继装置的使用，进一步提出二阶星状的网络结构的物联网通讯***，可延伸物联网网络的覆盖范围，亦解决物联网装置受到屏蔽而影响与基地台或网络闸道器之间的信号收发的问题。

根据本实用新型的第一方面，提出一种信号中继装置。此信号中继装置适用于一物联网。信号中继装置包括一第一天线、一第二天线、一第一收发器、一第二收发器以及一控制器。第一收发器耦接第一天线。第二收发器耦接第二天线。控制器依据第二信号控制第一收发器经由第一天线与一物联网装置通信，以及依据第一信号控制第二收发器经由第二天线与一网络闸道器通信。

根据本实用新型的第二方面，提出一种物联网通讯***。此物联网通讯***包括一网络闸道器、一物联网装置以及一信号中继装置。信号中继装置无线连接至网络闸道器及物联网装置。信号中继装置以一长距离低功耗传输协定与物联网装置进行一第一信号的接收及传送，并与网络闸道器进行一第二信号的接收及传送。

为了对本实用新型的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下：

附图说明

图1绘示一物联网网络架构的示意图。

图2绘示依据本实用新型的一实施例的一信号中继装置的方块图。

图3绘示依据本实用新型的一实施例的一物联网通讯***的示意图。

其中，附图标记：

100：信号中继装置

110：第一收发器

112：第一天线

120：第二收发器

122：第二天线

130：控制器

20：物联网通讯***

800：基地台

900：云端服务器

具体实施方式

以下提出各种实施例进行详细说明，然而，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本实用新型欲保护的范围。此外，实施例中的图式省略部份元件，以清楚显示本实用新型的技术特点。在所有图式中相同的标号将用于表示相同或相似的元件。

在物联网(Internet of Things,IoT)通讯***中，物联网装置传输的数据量相较于一般网络设备所传输的数据量而言，物联网装置具有传输数据的数据量特别小的特性。物联网网络的布建大多是利用低功耗长距离的传输协定，以达基地台或网络闸道器(gateway)的数量少，但能管理大范围内的众多物联网装置的网络布建要求。

在物联网网络架构中，在一个网络闸道器的信号涵盖范围中，网络闸道器无线连接并控制管理数千个，甚至是数万个物联网装置。举例来说，在一个约30平方公里的城市中，理论上仅需设置例如7个网络闸道器，每个网络闸道器无线连接并控制管理可多达65,000个的物联网装置。通过低功耗长距离传输协定让设置的7个网络闸道器的信号范围覆盖整个城市，连接整个城市中的物联网装置，并进而管理控制这些物联网装置。如图1绘示的一物联网网络架构的示意图，多个物联网装置300集中连接于网络闸道器200。

然而，物联网装置的置放或安装多位于易受屏蔽的区域与位置，例如安装于大楼里，因此，物联网装置的与基地台或网络闸道器之间的信号收发会因为屏蔽而受到影响。对此，解决物联网装置的信号收发受到屏蔽影响的方法，举例来说，例如为提高物联网装置的信号发射功率或增加网络闸道器数量。若欲增加物联网装置的发射功率，则与初始设计物联网装置为低功耗的目的相违背，增加了物联网装置的功耗，亦降低了电池使用寿命。若欲增加基地台的数量，则会有基地台设置不易，且费用过高的问题。对此，本实用新型进一步提出一种适用于物联网的信号中继装置及应用其的二阶星状的网络结构的物联网通讯***。该通讯***一方面可维持原物联网的星状网络，另一方面可使原有的星状网络延伸出另一个网络，使通信距离变长，通信覆盖面积变大，可容纳装置数变多，是一种高效益的通讯设计。

请参照图2及图3。图2绘示依据本实用新型的一实施例的一信号中继装置100的方块图。图3绘示依据本实用新型的一实施例的一物联网通讯***20的示意图。信号中继装置100适用于一物联网，举例来说，可适用于如图3所绘示的二阶星状的网络结构的物联网通讯***20。

信号中继装置100可以例如是一中继器(repeater)。信号中继装置100包括一第一收发器110、一第一天线112、一第二收发器120、一第二天线122、以及一控制器130。第一收发器110耦接第一天线112，并通过第一天线112接收及传送一第一信号。第二收发器120耦接第二天线122，并通过第二天线122接收及传送一第二信号。

控制器130耦接第一收发器110及第二收发器120。控制器130依据第二信号控制第一收发器110经由第一天线112与至少一物联网装置300通信，以及依据第一信号控制第二收发器120经由第二天线122与一网络闸道器200通信。物联网装置300通过第一信号传送数据至信号中继装置100，信号中继装置100通过第二信号将此数据传送至网络闸道器200，第一信号以及第二信号所承载的数据为相同。相似地，网络闸道器200可通过第二信号将数据传送至信号中继装置100，信号中继装置100通过第一信号传送此数据至物联网装置300，第一信号以及第二信号所承载的数据为相同。简言之，物联网装置300及网络闸道器200之间通过信号中继装置100的通信及传送数据为双向的。第一收发器110、第二收发器120及控制器130可以例如是藉由使用一晶片、晶片内的一电路区块、一固件电路、含有数个电子元件及导线的电路板或储存多组程序码的一储存媒体来实现，也可藉由电脑***、服务器等电子装置执行对应软件或程序来实现。

在本实用新型一实施例中，由于第一收发器110及第二收发器120皆设置于信号中继装置100内，为避免第一收发器110与第二收发器120之间的信号干扰，举例来说，信号中继装置100与至少一物联网装置300之间通信的第一信号的极化方向，与信号中继装置100与网络闸道器200之间通信的第二信号的极化方向可以为不同，以减少信号干扰。举例来说，第一信号的极化方向可以为垂直极化方向，以及第二信号的极化方向可以为水平极化方向，如此，便可减少信号中继装置100内第一收发器110及第二收发器120之间的信号干扰。在本实用新型另一实施例中，可以不指定第一信号的极化方向以及第二信号的极化方向。

此外，在本实用新型的一实施例中，信号中继装置100与至少一物联网装置300之间通信的第一信号的传输频段例如可以为sub-1GHz频段，即1GHz以下的频段。举例而言，第一信号的传输频段例如可以大于100MHz且小于或等于1GHz的频段。信号中继装置100与网络闸道器200之间通信的第二信号的传输频段例如可以为sub-1GHz频段，即1GHz以下的频段。举例而言，第二信号的传输频段例如可以大于100mHz且小于或等于1GHz的频段。在本实用新型的另一实施例中，第一信号的传输频段例如可以在2.4GHz频段，第二信号的传输频段例如可以在2.4GHz频段。应当理解，第一信号及第二信号的传输频段并不以上述频段为限，第一信号及第二信号的传输频段以各国对物联网网络的信号传输频道的法令为依据。

图3绘示依据本实用新型的一实施例的物联网通讯***20，其为一二阶星状的网络结构。物联网通讯***20包括多个信号中继装置100、至少一网络闸道器200以及多个物联网装置300。网络闸道器200可以有线连接或者无线连接的方式连接至一基地台800。网络闸道器200可以无线连接的方式连接至一云端服务器900。

在本实施例中，物联网通讯***20例如可以包括4个信号中继装置100，分别为信号中继装置100(1)、100(2)、100(3)及100(4)。在本实施例中，信号中继装置100(1)无线连接8个物联网装置300，信号中继装置100(2)无线连接7个物联网装置300，信号中继装置100(3)无线连接7个物联网装置300，以及信号中继装置100(4)无线连接6个物联网装置300。信号中继装置100以一长距离低功耗传输协定与各物联网装置300进行一第一信号的接收及传送。应当理解的是，与信号中继装置100无线连接的物联网装置300的个数并不以上述为限，与信号中继装置100无线连接的物联网装置300的个数可以是任意的正整数N，N≥1。

在本实施例中，信号中继装置100(1)、100(2)、100(3)及100(4)分别无线连接至网络闸道器200。信号中继装置100亦以长距离低功耗传输协定与网络闸道器200进行一第二信号的接收及传送。应当理解，物联网通讯***20中的信号中继装置100、网络闸道器200以及物联网装置300的个数并不以图3所示为限，信号中继装置100、网络闸道器200以及物联网装置300的个数可以是任意的正整数N，N≥1。

在物联网通讯***20中，物联网装置300及网络闸道器200之间通过信号中继装置100的通信为双向的。在本实用新型的一实施例中，信号中继装置100与物联网装置300之间通信的第一信号的极化方向，与信号中继装置100与网络闸道器200之间通信的第二信号的极化方向可以为不同，以减少信号中继装置100内第一收发器110及第二收发器120之间的信号干扰。举例来说，第一信号的极化方向可以为垂直极化方向，以及第二信号的极化方向可以为水平极化方向。在本实用新型另一实施例中，可以不指定第一信号的极化方向以及第二信号的极化方向。

上述的低功耗长距离传输协定，举例来说，可以为LoRa协定(Long RangeProtocol)、窄频物联网协定(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)及SigFox协定(SigFox Protocol)中三者之一。

在本实用新型的一实施例中，信号中继装置100以及物联网装置300可分别设置于一路灯上。设置于路灯上的物联网装置300可依据路灯所在环境的状况，调整路灯的状态，调整路灯的照明装置的亮度。举例来说，物联网装置300通过网络闸道器200及信号中继装置100接受到天气状况为豪大雨时，物联网装置300可调亮路灯的照明装置。

在本实用新型的一实施例中，物联网装置300可设置于一路灯上，控制路灯的电源模块的输出功率及电压，开启或关闭路灯的电源的供给，进而启动或关闭路灯的照明装置。举例来说，在白天日出的情况下，物联网装置300关闭路灯的电源模块，切断路灯的电源供给，以关闭路灯的照明装置。

在本实用新型的一实施例中，物联网装置300可设置于一路灯上，用以将路灯的一影像监测单元的一影像画面传送至信号中继装置100。举例来说，路灯具有一影像监测单元，影像监测单元可撷取路灯下方的影像画面。物联网装置300将影像监测单元撷取到的影像画面传送至信号中继装置100，再通过网络闸道器200将影像画面传送至一远端服务器(例如为云端服务器900)，使服务器端得以及时观看影像画面以了解当下的情形。影像监测单元可以例如为一相机或一摄影机。

在本实用新型的一实施例中，物联网装置300可设置于一路灯上，用以将路灯的一温度感测单元的一检测温度值传送至信号中继装置100。举例来说，路灯具有一温度感测单元，可用以检测路灯所在环境的温度值。物联网装置300将温度感测单元检测到的检测温度值传送至信号中继装置100。再通过网络闸道器200将检测温度值传送至一远端服务器(例如为云端服务器900)。

在本实用新型的一实施例中，物联网装置300可设置于一路灯上，用以将路灯的一噪音感测单元的一噪音分贝值传送至信号中继装置100。举例来说，路灯具有一噪音感测单元，可用以测量路灯所在环境音量，获得所载环境的的一噪音分贝值。物联网装置300将噪音感测单元测量到的噪音分贝值传送至信号中继装置100。再通过网络闸道器200将噪音分贝值传送至一远端服务器(例如为云端服务器900)。

在本实用新型的一实施例中，物联网装置300可设置于一路灯上，用以将路灯的一定位单元的一经纬度信息传送至信号中继装置100。举例来说，路灯具有一定位单元，可用以定位出路灯所在地的经纬度。物联网装置300将定位单元定为出的经纬度信息传送至信号中继装置100。再通过网络闸道器200将经纬度信息传送至一远端服务器(例如为云端服务器900)。

因此，可藉由设置于路灯上的物联网装置300控制路灯的状态以及控制路灯的输出功率及电压。亦可以藉由设置于路灯上的物联网装置300将路灯的影像监测单元撷取的影像画面、路灯的温度感测单元检测的检测温度值、路灯的噪音感测单元测量的噪音分贝值及路灯的定位单元定位出的经纬度信息传送至信号中继装置100，再通过网络闸道器200将上述信息传送至远端服务器。

上述的温度感测单元、噪音感测单元及定位单元可以例如是藉由使用一晶片、晶片内的一电路区块、一固件电路、含有数个电子元件及导线的电路板或储存多组程序码的一储存媒体来实现，也可藉由电脑***、服务器等电子装置执行对应软件或程序来实现。

依据本实用新型的实施例所提出的信号中继装置及应用其的物联网通讯***，信号中继装置可加入一阶星状物联网通讯***中。物联网通讯***由一阶星状的网络结构改变成二阶星状的网络结构。通过信号中继装置的使用，可以延伸使用一个网络闸道器的物联网网络的覆盖范围。

再者，依据本实用新型所提出的物联网装置可设置于路灯的技术特征，物联网装置可控制路灯的状态、输出功率及电压，更可将路灯所具有的影像监测单元、温度感测单元、噪音感测单元及定位单元所撷取或感测的信息传送至信号中继装置，再传至远端服务器。

而且，本实用新型所提出的物联网装置可设置于路灯的技术特征，更适合物联网在城市中的发展。当城市中的人口增加，道路将随着人口增多而建设，路灯亦随之道路的延伸建设而设置。路灯分布与人口分布为高度密合。路灯属于政府产权，将物联网装置设置于路灯上可随着人口的增多而延伸物联网的覆盖范围，施作容易且功效易见。同时，设置于路灯的物联网装置可使用路灯所有的电力，更可解决前述物联网装置的信号遭到屏蔽，以及加强物联网装置的信号发射功率造成的高功耗问题。

综上所述，虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种信号中继装置，其特征在于，适用于一物联网，该信号中继装置包括：

一第一天线，用以接收及传送一第一信号；

一第二天线，用以接收及传送一第二信号；

一第一收发器，耦接该第一天线；

一第二收发器，耦接该第二天线；以及

一控制器，依据该第二信号控制该第一收发器经由该第一天线与一物联网装置通信，以及依据该第一信号控制该第二收发器经由该第二天线与一网络闸道器通信。

2.如权利要求1所述的信号中继装置，其特征在于，该第一信号的极化方向与该第二信号的极化方向不同。

3.如权利要求2所述的信号中继装置，其特征在于，该第一信号的极化方向为垂直极化方向，以及该第二信号的极化方向为水平极化方向。

4.如权利要求1所述的信号中继装置，其特征在于，该第一信号的频段以及该第二信号的频段大于100MHz且小于等于1GHz。

5.如权利要求1所述的信号中继装置，其特征在于，该信号中继装置设置于一路灯上。

6.一种物联网通讯***，其特征在于，包括：

一网络闸道器；

一物联网装置；以及

一信号中继装置，无线连接至该网络闸道器及该物联网装置，以一长距离低功耗传输协定与该物联网装置进行一第一信号的接收及传送，并与该网络闸道器进行一第二信号的接收及传送。

7.如权利要求6所述的物联网通讯***，其特征在于，该信号中继装置包括：

一第一天线，用以接收及传送该第一信号；

一第二天线，用以接收及传送该第二信号；

一第一收发器，耦接该第一天线；

一第二收发器，耦接该第二天线；以及

一控制器，依据该第二信号控制该第一收发器经由该第一天线与该物联网装置通信，以及依据该第一信号控制该第二收发器经由该第二天线与该网络闸道器通信。

8.如权利要求7所述的物联网通讯***，其特征在于，该第一信号的极化方向与该第二信号的极化方向不同。

9.如权利要求8所述的物联网通讯***，其特征在于，该第一信号的频段以及该第二信号的频段大于100MHz且小于等于1GHz。

10.如权利要求6所述的物联网通讯***，其特征在于，该长距离低功耗传输协定为LoRa协定、窄频物联网协定及SigFox协定中三者之一。