无线资料传输装置、方法及系统与流程

1.本发明涉及一种具有无线资料传输技术，尤其涉及一种可以减少碰撞的无线资料传输装置、方法及系统。


背景技术：

2.在具有多个无线资料传输装置的无线资料传输系统中，当多个无线资料装置同时传输资料时，会产生碰撞，并且导致欲传输的资料无法传输到目的装置（例如，服务器或基站）。为了解决上述问题，现有无线资料传输技术其中一种的做法是使用载波侦测多重存取附碰撞避免（carrier sense multiple access with collision avoidance，csma/ca）。
3.csma/ca的碰撞避免机制大致上说明如下。当一个无线资料装置做为发射端要传输资料时，发射端会先去侦测网络频道。假如网络频道中没有其他讯号传递时，发送端会再等待一段随机时间，在这段时间过后，如果还是没有侦测到任何信号在传递，发送端就会将资料（封包）传送出去。假如发射端一开始就侦测到网络频道被占用，发送端会等到频道净空之后，再等待一个随机的倒退延迟（back-off delay）时间，才重新进入频道的竞争模式。
4.csma/ca的碰撞避免机制虽被用于无线乙太网络，但对于电力有限且需要定时传送资料的无线资料传输装置而言并不适用。举例来说，物联网传感器（internet of thing sensor，iot sensor）多数是透过电池作为供应电源来运行，而非使用市电作为供应电源，故频繁地进行频道的竞争，会使得电池电力消耗得很快，造成更换电池频率的增加。再者，csma/ca的碰撞避免机制无法确保物联网传感器可以定时地传送感测到的资料，因此，可能导致物联网系统的服务器无法透过实时的资料监控或控制物联网系统的环境或设备。
5.例如，在智慧温室中，需要定时地侦测环境湿度、空气组成与温度等，以控制灌溉设备、供气设备与空调设备等来使植物有效成长，采用csma/ca的碰撞避免机制时，可能会使得环境湿度、空气组成与温度等资料无法定时地传送到用来控制灌溉设备、供气设备与空调设备的服务器。因此，环境湿度、空气组成与温度无法有效地调整到适合植物有效成长的条件，使得植物的成长产生畸形，或使得植物成长后无法达到观赏或食用的特定需求。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种可以减少碰撞的无线资料传输装置，其解决了csma/ca不适用于使用电池作为供应电源且需定时传输资料的无线资料传输装置的技术问题。再者，本发明实施例的多个无线资料传输装置于频道竞争结束后，各无线资料传输装置可以定时传输资料，以确保对关联于无线资料传输装置的设备、物件或环境的精确监控。除此之外，本发明实施例还提供了用于无线资料传输装置的无线资料传输方法及使用无线资料传输装置的无线资料传输系统。
7.基于前述目的，本发明提供一种用于无线资料传输系统中的无线资料传输装置，所述无线资料传输系统的多个无线资料传输装置的每一者具有特定周期，所述多个特定周期的每一者为所述多个特定周期的最小者的正整数倍，且所述无线资料传输装置包括无线
资料传输单元，以使得所述无线资料传输装至少执行以下动作：若所述无线资料传输装置侦测到所传送的资料无碰撞后，则所述无线资料传输装置以其特定周期定时地传送资料；若所述无线资料传输装置侦测到所传送的资料发生碰撞时，则所述无线资料传输装置决定倒退延迟时间，并于所述倒退延迟时间到达后，传送资料，接着，若所述无线资料传输装置能顺利传送资料，则所述无线资料于所述倒退延迟时间到达的时槽后以其特定周期定时地传送资料，由此，所述无线资料传输系统的所述多个无线资料传输装置于多次尝试传送资料后，便能够错开同时传送资料并依其特定周期定时地传送资料；其中所述倒退延迟时间为所述无线资料传输装置至少传输一个资料封包的单位时槽时间的k倍，其中k为大于等于1的整数，且由几率分布模型随机地决定。
8.可选地，所述几率分布模型为离散的均匀分布模型。
9.可选地，所述无线资料传输装置更包括感测单元，其中所述无线资料传输装置传送的资料为感测单元所感测的资料。
10.可选地，所述无线资料传输装置为物联网传感器。
11.可选地，所述无线资料传输装置使用电池作为供应电源。
12.基于前述目的，本发明提供一种包括多个前述无线资料传输装置及一个无线资料接收装置的无线资料传输系统，以及本发明提供一种执行前述无线资料传输装置之动作的无线资料传输方法。
13.综上所述，本发明可以减少碰撞的发生，并让无线资料传输装置于无碰撞后，定时地传送资料。
附图说明
14.图1是本发明实施例的无线资料传输系统的系统架构示意图；图2是本发明实施例的无线资料传输装置的功能方块示意图；图3是本发明实施例的无线资料接收装置的功能方块示意图；图4是本发明实施例的无线资料传输装置的资料传输时序示意图；图5是本发明另一实施例的无线资料传输装置的资料传输时序示意图；图6是本发明又一实施例的无线资料传输装置的资料传输时序示意图；图7是本发明实施例的无线资料传输方法的流程示意图；图8是本发明另一实施例的无线资料传输方法的流程示意图；图9是本发明实施例的无线资料传输装置的倒退延迟时间的几率分布模型的示意图；图10是本发明另一实施例的无线资料传输装置的倒退延迟时间的几率分布模型的示意图。
15.其中：1、无线资料传输系统；10、200、无线资料接收装置；121～124、300、na～nd、无线资料传输装置；211、311、记忆单元；212、312、通讯单元；213、313、处理单元；214、314、储存单元；315、感测单元；pa1～pa4、pb1～pb4、pc1～pc4、pd1～pd4-资料；t1～t16、时槽；bt1～bt4、倒退延迟时间；p1～p4、特定周期；
…
, p4}，其中i为无线资料传输装置的索引值且为1至4的整数，min{p1, p2,
ꢀ…
, p4}表示取得特定周期p1～p4中最小者，ki为包括1以上的整数。简单地说，多个特定周期p1～p4的每一者为多个特定周期p1～p4的最小者min{p1, p2,
ꢀ…
, p4}的正整数倍。
23.无线资料传输装置121～124决定倒退延迟时间的几率分布模型是离散均匀分布模型，延迟时间可以是kδ，其中k以1/n的几率为1至n的整数，δ为无线资料传输装置121～124至少传输一个资料封包的单位时槽时间(亦即，传输一个资料封包的单位时间为δmin，而单位时槽时间δ大于等于δmin)。n可以是p1/δ、p2/δ、p3/δ或p4/δ的任一者，较佳地，n为min{p1, p2,
ꢀ…
, p4}/δ，且n的数值不以上述为限制。另外，无线资料传输装置121～124决定倒退延迟时间的几率分布模型，可以彼此相同、不同或部分相同，且本发明不以决定倒退延迟时间的几率分布模型为限制。
24.除了在竞争阶段时，可能仍存在着碰撞，当无线资料传输装置121～124都不再有碰撞的情况发生时，无线资料传输装置121～124以特定周期传送资料时，便能够避免同时传送资料。因此，整体来说，碰撞的次数大幅地减少，故能减少使用电池作为供应电源的无线资料传输装置121～124的电池更换频率，以及达到无线资料传输装置121～124可以定时地传送资料给无线资料接收装置110的目的，从而避免服务器因缺少定时传送过来的资料而无法实时地监控或控制相应的环境或设备。
25.请接着参考图2，图2是本发明实施例的无线资料传输装置的功能方块示意图。上述图1的无线资料接收装置110可以以图2的无线资料接收装置200来实现。无线资料接收装置200包括记忆单元211、通讯单元212、处理单元213与储存单元214，其中处理单元213电性连接记忆单元211、通讯单元212与储存单元214。
26.于图2的实施例中，储存单元214储存有程序码，并且程序码可以被处理单元213读取。记忆单元212可以是一般的存储器，并供处理单元213暂存资料使用。通讯单元211用于进行无线通讯以接收图1的无线资料传输装置121～124所定时传送的资料，且通讯单元211被处理单元213依照执行的程序码所控制，使得通讯单元211能够达到图1的无线资料接收装置110所要实现的功能。
27.在此请注意，图2仅是揭露其中一种无线资料接收装置200的实现方式，在其他实施例中，可以使用纯硬件电路来实现，且本发明不以无线资料接收装置200的实现方式为限制。换言之，无线资料接收装置200包括多个硬件电路，且经组态后形成无线资料接收单元，以实现无线资料接收装置110所要实现的功能，但上述无线资料接收单元不以多个硬件电路的实现方式为限制，亦可以是透过软件模块与搭配至少一个硬件电路来实现。
28.请接着参考图3，图3是本发明实施例的无线资料接收装置的功能方块示意图。上述图1的无线资料传输装置121～124的每一者可以以图3的无线资料传输装置300来实现。无线资料传输装置300包括记忆单元311、通讯单元312、处理单元313、储存单元314与感测单元315，其中处理单元313电性连接记忆单元311、通讯单元312、储存单元314与感测单元315。
29.于图3的实施例中，储存单元314储存有程序码，并且程序码可以被处理单元313读取。记忆单元312可以是一般的存储器，并供处理单元313暂存资料使用。感测单元315用于感测环境或设备的信息，以获得感测的资料，并传送给通讯单元311。通讯单元311用于进行无线通讯以将感测的资料定时地传送出去，且通讯单元311被处理单元313依照执行的程序
码所控制，使得通讯单元311能够达到图1的无线资料传输装置111～124所要实现的功能。
30.在此请注意，图3仅是揭露其中一种无线资料传输装置300的实现方式，在其他实施例中，可以使用纯硬件电路来实现，且本发明不以无线资料传输装置300的实现方式为限制。换言之，无线资料传输装置300包括多个硬件电路，且经组态后形成无线资料传输单元，以实现无线资料传输装置111～124所要实现的功能，但上述无线资料传输单元不以多个硬件电路的实现方式为限制，亦可以是透过软件模块与搭配至少一个硬件电路来实现。
31.请参照图4，图4是本发明实施例的无线资料传输装置的资料传输时序示意图。于图4的实施例中，无线资料传输装置na～nd在成功地传送出资料后（即没有产生碰撞，并跳离竞争模式时），会分别以特定周期p1～p4来传送其感测单元所感测到的资料。于此实施例中，时槽t1～t16的时间长度为线资料传输装置na～nd至少传输一个资料封包的单位时槽时间δ，特定周期p1～p4皆为4δ，以及在碰撞发生时，无线资料传输装置na～nd每一者延迟δ、2δ、3δ与4δ的几率可以皆为1/4。
32.于时槽t1时，无线资料传输装置na与nb分别传送资料pa1与pb1，故发生碰撞，无线资料传输装置na与nb接着分别决定倒退延迟时间bt1与bt2，并分别于倒退延迟时间bt1与bt2后传送资料pa1与pb1，其中倒退延迟时间bt1与bt2分别被决定为2δ与4δ。于时槽t2，仅有无线资料传输装置nd传送资料pd1，而无碰撞，故无线资料传输装置nd以特定周期p4接着依序传送资料pd2～pd4，即分别于时槽t6、t10与t14传送资料pd2～pd4。换言之，于时槽t2，无线资料传输装置nd无侦测到碰撞，而能够顺利传送资料pd1，因此，无线资料传输装置nd记录时槽t2，并且于时槽t2后，以特定周期p4来依序传送资料pd2～pd4，即在时槽t6、t10与t14（t6=t2 p4、t10=t2 2*p4、t14=t2 3*p4）传送资料pd2～pd4。
33.于时槽t3，无线资料传输装置na与nc分别传送资料pa1与pc1，故发生碰撞，无线资料传输装置na与nc接着分别决定倒退延迟时间bt1与bt2，并分别于倒退延迟时间bt3与bt4后传送资料pa1与pb1，其中倒退延迟时间bt3与bt4分别被决定为4δ与δ。于时槽t4，仅有无线资料传输装置nc传送资料pc1，而无碰撞，故无线资料传输装置nc以特定周期p3接着依序传送资料pc2～pc4，即分别于时槽t8、t12与t16传送资料pc2～pc4。换言之，于时槽t4，无线资料传输装置nc无侦测到碰撞，而能够顺利传送资料pc1，因此，无线资料传输装置nc记录时槽t4，并且于时槽t4后，以特定周期p3来依序传送资料pc2～pc4，即在时槽t8、t12与t16（t8=t4 p3、t12=t4 2*p3、t16=t4 3*p3）传送资料pc2～pc4。
34.于时槽t5，仅有无线资料传输装置nb传送资料pb1，而无碰撞，故无线资料传输装置nb以特定周期p2接着依序传送资料pb2、pb3，即分别于时槽t9与t13传送资料pb2、pb3。换言之，于时槽t5，无线资料传输装置nb无侦测到碰撞，而能够顺利传送资料pb1，因此，无线资料传输装置nb记录时槽t5，并且于时槽t5后，以特定周期p2来依序传送资料pb2、pb3，即在时槽t9与t13（t9=t5 p2、t13=t5 2*p2）传送资料pb2、pb3。
35.于时槽t7，仅有无线资料传输装置na传送资料pa1，而无碰撞，故无线资料传输装置na以特定周期p1接着依序传送资料pa2、pa3，即分别于时槽t11与t15传送资料pa2、pa3。换言之，于时槽t7，无线资料传输装置na无侦测到碰撞，而能够顺利传送资料pa1，因此，无线资料传输装置na记录时槽t7，并且于时槽t7后，以特定周期p1来依序传送资料pa2、pa3，即在时槽t11与t15（t11=t7 p1、t15=t7 2*p1）传送资料pa2、pa3。于无线资料传输装置na～nd都顺利传送资料后，无线资料传输装置na～nd会定时地传送资料，且错开了同时传送资
料的可能性，以避免碰撞的发生。
36.简单地说，针对无线资料传输装置来说，若无碰撞，则以现在传送资料的时槽往后以其特定周期来定时地传送资料；若发生碰撞，则在倒退延迟时间到达后，传送资料，接着，若无线资料传输装置能顺利传送资料，则无线资料于所述倒退延迟时间到达后的时槽之后以其特定周期定时地传送资料，所述无线资料传输系统的所述多个无线资料传输装置于多次尝试传送资料后，便能够错开同时传送资料并依其特定周期定时地传送资料。
37.图4的实施例中，特定周期p1～p4皆为4δ，但如前面所述，本发明不此为限制。请参照图5，图5是本发明另一实施例的无线资料传输装置的资料传输时序示意图，且于图5的实施例中，特定周期p1、p4为8δ，而特定周期p2、p3为4δ。由图5可知，于无线资料传输装置na～nd都顺利传送资料后，无线资料传输装置na～nd会定时地传送资料，且错开了同时传送资料的可能性，以避免碰撞的发生。
38.于图5的实施例中，无线资料传输装置na～nd每一者延迟δ、2δ、3δ与4δ的几率可以皆为1/4，即无线资料传输装置na～nd每一者决定倒退延迟时间的几率分布模型皆为{δ, 2δ, 3δ, 4δ}的离散均匀分布模型。然而，如前面所述，决定倒退延迟时间的几率分布模型不以此实施例为限制。在其他做法中，无线资料传输装置na与nd每一者决定倒退延迟时间的几率分布模型为{δ, 2δ, 3δ, 4δ, 5δ, 6δ, 7δ, 8δ}的离散均匀分布模型，而无线资料传输装置nb与nc每一者决定倒退延迟时间的几率分布模型为{δ, 2δ, 3δ, 4δ}的离散均匀分布模型。
39.再者，考量到竞争阶段能减少碰撞，并且能够让每个无线资料传输装置na～nd都能够顺利地定时传送资料的情况，无线资料传输装置na～nd决定倒退延迟时间的几率分布模型可以是变动的几率分布模型，例如，采用指数倒退方式的几率分布模型。无线资料传输装置na～nd每一者在第一次碰撞时，以1/2的几率决定δ或2δ的倒退延迟时间，在第二次碰撞时，以1/4的几率决定δ、2δ、3δ或4δ的倒退延迟时间，以及在第三次以后的碰撞时，以1/8的几率决定δ～8δ的倒退延迟时间。由于，无线资料传输装置na～nd中最大特定周期为8δ，故可以仅以大特定周期（8δ）为最大的可能倒退延迟时间，以达到较佳的效果。当然，上述倒退延迟时间的几率分布模型的方式皆非用以限制本发明。
40.图4与图5的实施例中，无线资料传输装置na～nd发生碰撞时，会延迟决定的倒退延迟时间后，再次重传未顺利传送出的资料，但由于物联网系统有时需要的是实时的资料，而不在乎之前未顺利传送出的资料，因此上述实施例可以修改如下。当无线资料传输装置na～nd发生碰撞时，会延迟决定的倒退延迟时间后，并传送现在感测到的资料。
41.请参照图6，图6是本发明又一实施例的无线资料传输装置的资料传输时序示意图。图6的实施例大致上与图4的实施例相同，但无线资料传输装置na～nd会在延迟决定的倒退延迟时间后，传送现在感测到的资料。假设无线资料传输装置na～nd于每4δ后，会重新感测一次资料，且无线资料传输装置na～nd于时槽t1的开始第一次感测资料，因此，于时槽t7、t11与t15，无线资料传输装置na分别传送资料pa2～pa4，于时槽t5、t9与t13，无线资料传输装置nb传送资料pb2～pb4。
42.请接着参照图7，图7是本发明实施例的无线资料传输方法的流程示意图。首先，在步骤s71中，无线资料传输装置传送资料。然后，在步骤s72中，无线资料传输装置进行侦测，判断资料是否顺利送出，或遇到碰撞发生。若有碰撞发生，则在步骤s73中，无线资料传输装
置决定倒退延迟时间，并延迟一段倒退延迟时间后，再尝试传送资料（即，回到步骤s71），其中倒退延迟时间是随机的，也就是根据几率分布模型随机决定。若没有碰撞发生，则在步骤s74，无线资料传输装置定时地传送资料。于此实施例中，无线资料传输装置在第一次无碰撞发生时，就会定时地传送资料。即使，在定时地传送资料过程中遇到碰撞，也不再决定倒退延迟时间，而是对应此碰撞的另外一个或多个无线资料传输装置决定倒退延迟时间，并于倒退延迟时间后，再传送资料。
43.当然上述实施例并非用于限制本发明，另一种做法是只要有再次碰撞，便让无线资料传输装置决定倒退延迟时间，并于无线资料传输装置于倒退延迟时间后，再次传送资料。请接着参照图8，图8是本发明另一实施例的无线资料传输方法的流程示意图。步骤s81～s83相同于图7的步骤s71～s73，故不赘述。步骤s84并非是无线资料传输装置定时地传送资料，而是延迟特定周期后，再传送资料（即，回到步骤s81）。图8实施例，一样可以让无线资料传输装置在没有碰撞后，定时地传送资料，但若有再发生碰撞，则对应此碰撞的全部的无线资料传输装置决定倒退延迟时间，并于倒退延迟时间后，再传送资料。
44.接着，请参照图9与图10，图9是本发明实施例的无线资料传输装置的倒退延迟时间的几率分布模型的示意图，以及图10是本发明另一实施例的无线资料传输装置的倒退延迟时间的几率分布模型的示意图。图9表示无线资料传输装置的倒退延迟时间的几率分布模型可以是一个离散的均匀分布模型，以及图10表示无线资料传输装置的倒退延迟时间的几率分布模型可以是一个离散的高斯分布模型。总而言之，本发明不以无线资料传输装置的倒退延迟时间的几率分布模型为限制。
45.接着，根据上述发明概念与精神，在此说明一个实际上的应用状况如下。假设有100个无线资料传输装置共享一个无线资料接收装置，且每一个无线资料传输装置被要求传送资料的周期皆相同，例如为p，则可以在一段时间为p的区间内将p切分为100个以上的时槽(注：但时槽的区间长度须不小于能够传送所要求之定期传送之资料的区间长度，即切分的时槽数量不能多到，使得时槽之区间长度太小，而无法顺利地传送一笔被要求定期传送的资料)，例如500个，时槽t1～t500。一开始每一个无线资料传输装置传送资料的时间点为随机的，因此，有可能部分无线资料传输装置传送资料时会发生碰撞，而无法顺利地传送出资料给无线资料接收装置。发生碰撞的无线资料传输装置会随机地决定倒退延迟时间，例如在{δ, 2δ,
ꢀ…
, 100δ}内决定一个倒退延迟时间，其中δ=p/500，且δ≧δmin。最后，当每一个无线资料传输装置都可以顺利地传送资料时，此无线资料传输装置记录当下传送资料之时槽的时间，例如ti，接着，在ti p、ti 2p
…
、ti mp的时槽定期地传送资料，其中m为正整数，其中i为1至500的整数。
46.由于本发明的无线资料传输系统中多个无线资料传输装置于多次尝试传送资料后，便能够错开同时传送资料并依其特定周期定时地传送资料，故非常适用于需要定时获得资料来进行监控的物联网应用情境。举例来说，在智慧温室中，需要定时地侦测环境湿度、空气组成与温度等，以控制灌溉设备、供气设备与空调设备等来使植物有效成长，采用csma/ca的碰撞避免机制时，可能会使得环境湿度、空气组成与温度等资料无法定时地传送到用来控制灌溉设备、供气设备与空调设备的服务器，然而使用本发明的无线资料传输系统，在多个无线资料传输装置于多次尝试传送资料后，能够错开同时传送资料并依其特定周期定时地传送资料，故环境湿度、空气组成与温度都可以有效地调整到适合植物有效成
长的条件，使得植物的成长产生不畸形并使得植物成长后可达到观赏或食用的特定需求。再者上述的应用情境并非用于限制本发明，其他例如智慧工厂、智慧环境空调、智慧渔牧养殖、智慧看护的应用情境等皆可以使用本发明的无线资料传输系统。
47.综合以上所述，相较于先前技术，本发明可以减少碰撞的发生，增加传输效率，并减少无线资料传输装置的电源浪费。再者，本发明可使让无线资料传输装置在无发生碰撞后，便能定时地传送资料，达到即使监控获控制环境或对应设备的目的。另外，本发明作法所衍生的软硬件复杂度不高，易于实现，并加上上述优点与可应用于多种情境中，将使得本发明在物联网或其他市场上具有很高的经济价值，亦即，本发明具有产业利用性与庞大的市场与经济效益。
48.本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，上述实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与前述实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。