技术领域
[0001]
说明书公开一种无线通信系统的技术，特别是指一种具有多个具有多种
角色的通信
节点形成的链状无线通信系统，以及其中
信号处理方法。
背景技术
[0002] 根据蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy，BLE)的技术规格，安装蓝牙低功耗芯片的终端设备虽仅能担负低传输量的数据传输，但具有省电、长时间待机的特点，蓝牙低功耗芯片运行时，大多保持在待机状态，但具有快速连结的特性，使得蓝牙低功耗芯片可以在数个毫秒(ms)内完成数据收送并回到待机状态。
[0003] 根据蓝牙低功耗的协议，与传统蓝牙通信协议(Bluetooth Classic)共享底层架构，架构了以属性(attribute)为
基础的通信架构(Attribute Protocol，ATT)，在此ATT之上的是GATT(Generic Attribute Profile)，定义了基于ATT进行通信的设备之间的主从关系，分为四种角色：中心(Central)、外围(Peripheral)、广播者(Broadcaster)以及观测者(Observer)。
[0004] 支持蓝牙低功耗的设备在特定应用(如IoT)下主要可分为中心设备(Central)和
外围设备(Peripheral)两种，并可用以建立一个中心设备对多个外围设备的
辐射状网络，公知技术可参考图1显示的架构。
[0005] 图中显示有一网关装置10，网关装置10用以提供内部网络界接外部网络的功能，在此支持蓝牙低功耗的网络架构中，网关装置10可以扮演中心设备的角色，连接内部网络中的各外围设备101、102、103。
[0006] 若以此蓝牙低功耗系统执行
定位任务，各外围设备101、102、103实现每个定位节点，可以通过接收移动物12所产生的广播封包，将信息直接传送到网关装置10，由网关装置10或是传送到某外部主机，使得可以根据这些定位信息判断移动物12的
位置。
发明内容
[0007] 说明书公开一种链状无线通信系统与信号处理方法，链状无线通信系统的特征在于包括有一主节点，用以连接一外部网络，以及多个通信节点，其中主节点与多个通信节点链结形成一链状网络。
[0008] 在一
实施例中，各通信节点可以扮演多种角色，其中主要
电路包括一控制单元，以及电性连接控制单元的主连接单元、从连接单元与信号扫描单元，以及记载各通信节点的识别信息的一记忆单元。运行时，通信节点的信号扫描单元用以扫描附近一或多个终端装置，例如各终端装置产生的广播封包，以其中从连接单元传送扫描信息封包至一相邻的通信节点，由相邻的通信节点的主连接单元接收此扫描信息封包，通过链状网络传送到主节点，由主节点根据所接收的扫描信息封包中记载的一或多条信息与对应的通信节点的识别信息，与终端装置的识别信息，用以判断终端装置要传递的信息。
[0009] 举例来说，在通信节点之间传送的信息如接收信号强度，可以因此判断终端装置所在位置。若通信节点作为
传感器节点，则通信节点之间传递的信息为感测信号。若通信节点为数据收集的接收器，通信节点之间传递的信息为数据。
[0010] 进一步地，主节点包括处理单元、主连接单元与主节点网络单元，以主节点网络单元连接外部网络，以主连接单元接收通过链状网络传递的扫描信息封包。经处理单元处理后，可根据扫描信息封包得出终端装置要传递的信息。例如，可得出终端装置被一或多个通信节点所接收的信号强度判断终端装置的所在位置，亦可根据连续信息得出终端装置的移动轨迹。
[0011] 当终端装置为一可以产生紧急信号的
电子装置时，经触发后产生紧急信号，紧急信号可通过广播封包发出，经链状网络传送到主节点，再传送至设于外部网络的一主机，因此可以根据定位信息执行后续措施。
[0012] 当终端装置为一传感器节点，可产生感测信号，感测信号通过广播封包发出，经链状网络传送到主节点。
[0013] 在一较佳实施例中，所述链状无线通信系统实现一蓝牙低功耗系统，其中各通信节点为运行于蓝牙低功耗系统中的扮演多角色的一中心电路、一外围电路及一扫描电路。
[0014] 在应用于所述链状无线通信系统的信号处理方法实施例中，链状无线通信系统中多个通信节点的其中的一个或多个通信节点可以接收终端装置产生的广播封包。之后，再由各通信节点中的从连接单元传送扫描信息封包至相邻的通信节点的主连接单元，由相邻的通信节点接收此扫描信息封包后，再以从连接单元传送扫描信息封包至下一相邻的通信节点的主连接单元，依序通过链状网络传送到主节点。主节点根据扫描信息封包以及产生扫描信息封包的通信节点的识别信息，判断终端装置传递的信息。
附图说明
[0015] 图1显示利用蓝牙低功耗技术执行定位的基本技术示意图；
[0016] 图2显示链状无线通信系统的系统架构实施例图；
[0017] 图3显示以链状无线通信系统执行定位的实施例图；
[0018] 图4显示链状无线通信系统中通信节点信号处理
频率的实施例示意图；
[0019] 图5A与5B显示在链状无线通信系统中传递的广播信息封包与扫描信息封包示意图；
[0020] 图6显示信号处理方法的实施例
流程图。
具体实施方式
[0021] 说明书公开一种链状无线通信系统与信号处理方法，链状无线通信系统的特征在于包括有一主节点，可以作为链状无线通信系统对外联机的网关装置，用以连接外部网络，主节点并可用于处理链状无线通信系统中其他节点产生的信息；链状无线通信系统更包括有多个通信节点，这些通信节点与主节点链结形成一链状网络。当链状无线通信系统布建于特定场合，形成一区域网络，可以通过设于不同位置的通信节点定位场合内的各种终端装置，各端通信节点为多角色装置，并可作为数据收集的用途，或作为接收环境信息的传感器节点。
[0022] 链状无线通信系统的系统架构实施例可参考图2所示的示意图，其中示意显示主节点20、其中的一通信节点21与终端装置23。
[0023] 主节点20中主要电路包括有处理单元201，可以解析自系统其他节点所传送的信息，并判断终端装置23所要传递的信息。主节点20主要电路还包括电性连接处理单元201的主节点网络单元202、主连接单元203与记忆单元204。
[0024] 其中主节点网络单元202可以作为连接外部网络(未示于此图)的网络电路，可以无线或有线方式连接外部网络的主机。主连接单元203用以连接内部的通信节点21，此例示意表示一个通信节点21，主连接单元203用以接收通过链状网络传递的扫描信息封包，可以先暂存于记忆单元204中。
[0025] 在主节点20中，当通过主连接单元203接收到扫描信息封包，由处理单元201根据扫描信息封包记载的信息得出终端装置23所要传递的信息。
[0026] 举例来说，若从扫描信息封包中得到接收信号强度(RSSI)，处理单元201中运行的
软件程序将可得出与终端装置23联机的通信节点21之间距离，这个距离可以先将接收信号强度分为多个等级，一一比对得到估计的距离，可以粗略定位终端装置23的位置，也就是在某个通信节点21的附近。若终端装置23的广播封包同时被多个通信节点21所接收，主节点20根据终端装置23与多个通信节点21的个别接收信号强度判断距离大小，可以根据这些通信节点21的设置位置较准确地定位终端装置23。
[0027] 此例仅以一个通信节点21为例，但实际实现时，是由多个通信节点21链结形成一个链状网络，通信节点21之间以无线通信技术联机。
[0028] 所述通信节点21的主要电路包括控制单元211，以及电性连接此控制单元211的主连接单元213、从连接单元214、信号扫描单元215与记忆单元212。记忆单元212用于记载识别各通信节点的识别信息。
[0029] 根据链状无线通信系统实施例，链状网络上的各通信节点21可以扮演不同的角色，例如，通过控制单元211的控制，切换以信号扫描单元215扫描附近一或多个终端装置23，由终端装置23产生广播封包，由附近的一或多个通信节点21感测到后，由各通信节点21产生扫描信息封包，在链状网络中传递到主节点20。
[0030] 各通信节点21通过其中控制单元211的控制，切换以从连接单元214传送扫描信息封包至相邻的通信节点，并且可以切换以主连接单元213来接收其它通信节点传送的封包。所述接收扫描信息封包的相邻的通信节点也如此通信节点21，可通过其中的控制单元切换以其主连接单元接收扫描信息封包。
[0031] 也就是，在此链状网络上的每个通信节点都可扮演扫描、传送与接收的角色，由一通信节点的从连接单元传送封包至下一个通信节点的主连接单元，通过链状网络传送扫描信息封包，直到传送到主节点20。最后由主节点20根据所接收的扫描信息封包中记载的对应的通信节点的识别信息，用以判断终端装置要传递的信息。
[0032] 此例显示，终端装置23除了可以是一种被动被侦测的射频标签外，亦可为主动发出信息的电子装置，如此例所示，终端装置23包括有控制其运行的微
控制器231，以及电性连接此
微控制器231的其它电路组件，主要包括储存单元232以及射频单元233。
[0033] 其中储存单元232可用以记载识别此终端装置23的终端标识符(ID)，以及所要传递的信息，如紧急信息、感测数据等。射频单元233用以产生广播封包，广播封包记载储存于储存单元232的终端标识符，以及广播数据，广播数据包含所要传递的信息，如紧急信息、感测数据等，广播封包由所述的通信节点21接收。
[0034] 在一实施例中，终端装置23可以为一个配戴于人的穿戴装置或是随身装置，上方设有可以触发产生信号的
接口，与内部电路形成触发单元234，触发单元234电性连接微控制器231，触发单元234经触发后产生一个紧急信号，紧急信号可通过广播封包发出，可经链状网络传送到主节点20，再传送至设于外部网络的一主机。举例来说，终端装置23可为配戴于被照护者的身上，当被照护者遇到紧急事件时，可以自动产生，或是经由手动触发而产生紧急信号，经由链状无线通信系统传递到外部网络的照护系统，可以快速定位被照护者的位置，并执行对应措施。
[0035] 另有一实施例由终端装置23实现一个传感器节点，设有一个感测单元235，用以感测环境事件，或是生理事件等特定用途，可以产生一感测信号，感测信号同样通过广播封包发出，经链状网络传送到主节点20，再传送至设于外部网络的主机。
[0036] 值得一提的是，说明书所公开的链状无线通信系统可实现一个以蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy，BLE)协议为基础的区域网络，并以蓝牙低功耗系统执行特定任务，如定位、环境感测与数据收集等。根据上述实施例，链状无线通信系统中的通信节点作为蓝牙低功耗装置运行，通信节点中的主连接单元作为蓝牙低功耗系统中的中心(Central)电路运行，用以接收信号；其中从连接单元作为蓝牙低功耗系统中的外围(Peripheral)电路运行，用以传送信号，通信节点中的信号扫描单元运行如蓝牙低功耗系统中的扫描电路。
[0037] 根据说明书提出的链状无线通信系统，其中的通信节点即整合了蓝牙低功耗系统中中心电路、外围电路与扫描电路，提出一种多角色的节点装置，各通信节点可为运行于蓝牙低功耗系统的定位节点、数据收集节点或传感器节点。
[0038] 其中的一个实施例可参考图3所示以链状无线通信系统实现蓝牙低功耗系统并执行定位的示意图。
[0039] 图中显示为，由主节点30与多个如上述实施例所述的通信节点实现的所述定位节点31、32、33、34组成的通信系统，其中主节点30担负此链状无线通信系统对外联机的网关功能，提供内部网络界接外部网络的功能。在此支持蓝牙低功耗协议的网络架构中，主节点30扮演蓝牙低功耗系统中的中心设备(Central)的角色，连接内部网络中的各外围设备(Peripheral)，即定位节点31、32、33、34。在此实施例中，定位节点31、32、33、34即担负定位附近终端装置35的功能，感测终端装置35所产生的广播封包，取得接收信号强度(RSSI)，产生扫描信息封包，并通过此链状网络传送到主节点30；主节点30解析扫描信息封包中的信息，并据此定位终端装置35，在特定需求下可传送到外部网络的主机。
[0040] 根据图中显示的各定位节点电路，如定位节点31，中主要设有中心电路311、外围电路312与扫描电路313，定位节点31、32、33、34形成链状网络，节点之间根据蓝牙低功耗通信协议进行通信，可以在低功耗而长时间待机的机制下运行，各定位节点(31、32、33、34)中的扫描电路(313、323、333、343)持续扫描附近是否有终端装置35，在接收到终端装置35的广播封包后，外围电路(312、322、332、342)会将扫描信息封包传送给邻近定位节点的中心电路(311、321、331、341)，并依序传送回主节点。终端装置35数量并不限定。
[0041] 如图所示范例，终端装置35位于定位节点33附近，与定位节点33的距离最近，而与邻近的定位节点32,34的距离较远，定位节点32、33、34可能都会侦测或感应到终端装置35，而其中的距离信息可以通过终端装置35与附近定位节点32、33、34之间个别的接收信号强度反映出来。
[0042] 此例中，定位节点32、33、34都会因为扫描到终端装置35而产生扫描信息封包，定位节点31、32、33、34彼此通过蓝牙低功耗通信协议传递扫描信息封包，例如定位节点33的扫描电路接收到终端装置的广播封包后，由外围电路332将记载有终端装置35的终端识别信息与接收信号强度等信息的扫描信息封包通过链状网络传送到定位节点32，由定位节点32的中心电路321接收后，通过控制电路切换功能，由外围电路322传送扫描信息封包到链状网络中下一个定位节点31，由定位节点31的中心电路311接收，并切换功能，经由外围电路312传送至主节点30。在此同时，定位节点32的扫描电路也可能接收到终端装置的广播封包，在接收到广播封包后，定位节点32的外围电路332将记载有终端装置35的终端识别信息与接收信号强度等信息的扫描信息封包通过链状网络传送到定位节点31，由定位节点31的中心电路321接收后，通过控制电路切换功能，由外围电路322传送至主节点30。同样的，定位节点34的扫描电路也可能接收到终端装置的广播封包，并透过链状网络将扫描信息封包传回主节点30。
[0043] 因此，当主节点30接收到经过链状网络上多个定位节点31、32、33、34传递的扫描信息封包，可以解析得出其中信息，此例至少包括定位节点32、33、34与终端装置35之间的接收信号强度，可以根据定位节点32、33、34的设置位置以及由接收信号强度判断的距离等信息判断得到终端装置35的位置。
[0044] 在一实施例中，也如以上描述，终端装置35可以实现为配戴于被照护者的身上的电子装置，可以上外部系统(如照护系统)随时定位被照护者，更者，终端装置35上可设有紧急用按钮，或是安装生理传感器，当被照护者遇到紧急事件时，可以手动触发而产生紧急信号，或是自动感应产生紧急信号，经由链状无线通信系统传递到外部网络的照护系统，执行定位并提供适时的协助。
[0045] 在另一实施例中，链状无线通信系统用于数据传输的应用上，例如，通过链状网络定位终端装置35，并收集到终端装置35产生的数据，例如用于感测环境信息时，可收集到感测的数据；若结合上述实施例，可以持续取得被照护者的生理信息。
[0046] 当链状无线通信系统作为蓝牙低功耗系统运行时，其中各通信节点通过其中电路可担负中心、扫描与外围等角色，并可通过其中控制电路切换角色，运行时，可以如图4所示链状无线通信系统中通信节点信号处理频率的示意图。其中显示各通信节点的工作频率，此例显示(但并非用于限定本发明)在工作周期40中，持续以接收频率401、扫描频率402与传送频率403等顺序运行，根据应用在链状无线通信系统的实施例，在工作周期40内循序以主连接单元接收信号(接收频率401)、以信号扫描单元扫描信号(扫描频率402)，以及以从连接单元传送信号(传送频率403)。
[0047] 链状无线通信系统需要依赖各通信节点之间传递的扫描信息封包得到终端装置要传递的信息，其中信息可参考图5A与5B显示在链状无线通信系统中传递的扫描信息封包示意图。
[0048] 图5A显示终端装置所产生的广播封包的内容，其中记载了识别此终端装置的终端标识符(device ID)501、广播数据(advertisement data)502与其他，终端装置以广播的方式传送广播封包，由一定范围内的通信节点接收到广播封包。接着，如图5B所示，通信节点经扫描而感应到终端装置，产生扫描信息封包的内容如图中显示包括了通信节点的节点标识符503，以及扫描到的终端装置的终端标识符504，以及两者之间的接收信号强度505，以及终端装置所产生的广播数据506等信息。链状无线通信系统的主节点将可应用这些信息。
[0049] 在链状无线通信系统中运行的信号处理方法可参考图6显示的实施例流程图。
[0050] 在步骤S601中，有一或多个通信节点接收终端装置的信息，在步骤S603中，多个通信节点其中的一个或多个通信节点产生对应此终端装置的扫描信息封包，各扫描信息封包记载各通信节点的识别信息(对应上例节点标识符503)，并也包括终端装置的识别信息(对应终端标识符504)。
[0051] 之后，如步骤S605，在接收到终端装置信息的通信节点中，由控制单元切换为从连接单元，以传送扫描信息封包至相邻的通信节点，再如步骤S607，相邻的通信节点接收到相关传送
请求后，由其中控制单元切换主连接单元，以接收扫描信息封包，如此，在链状网络上的通信节点都以此程序完成传送扫描信息封包的工作，如步骤S609，通过链状网络传送扫描信息封包，直到传送到主节点。于是，主节点根据扫描信息封包以及产生扫描信息封包的通信节点的识别信息，用以判断终端装置传递的信息，如步骤S611。
[0052] 在主节点中，根据一实施例，参考图2所示实施例，其中主连接单元用以接收通过链状网络传递的扫描信息封包，以处理单元根据扫描信息封包记载的信息得出对应扫描信息封包的终端装置与所联机的一或多个通信节点的个别接收信号强度，判断要传递的信息，例如对应终端装置的定位信息、数据或感测信息等。
[0053] 可选的，若主节点连续接收到记载有终端装置信息的扫描信息封包时，可根据对应终端装置连续产生的扫描信息封包立即寻址终端装置，以得出终端装置的移动轨迹。
[0054] 综上所述，在所公开的链状无线通信系统中，设有两两链结形成链状网络的多个通信节点，各通信节点可以扮演多种角色，其中通过控制单元的控制，可以通过切换电路组件实现多种角色，包括切换信号扫描单元扫描附近一或多个终端装置，切换从连接单元传送信息，由相邻的通信节点的主连接单元接收此扫描信息封包，通过链状网络传送到主节点，由主节点根据所接收的扫描信息封包中记载的一或多笔信息与对应的通信节点的识别信息，达到定位终端装置、处理紧急信号或是接收感测数据等的目的。
[0055] 以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，凡依本发明
申请专利范围所做的等效变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
