海上网路系统、其天线组合结构及其通讯方法

专利名称：海上网路系统、其天线组合结构及其通讯方法
技术领域：
本发明是有关于一种海上网路系统、其天线组合结 构及其通讯方法，特别是有关于在多个海上载具上设置 无线网路基地台来建立一海上网路的技术领域。
背景技术：
目前网路已经普遍应用日常生活当中，使用者可
操作一上网装置与网际网路(Internet)或企业网路 (Intranet)连线，来上传/下载资料、浏览网页或进行 商业行为。然而，在海上载具上的电子装置或使用者 上网的便利性是远远不如在陆地上的电子装置或使用 者。传统上，船只要进行网路连线，必须透过卫星来 传送无线讯号，其成本过高且使用便利性不佳。或是， 船只透过无线电与陆地上的基地台联系，但是船只若 离陆地过远，无线电的功效亦大打折扣。此外，目前 船只和船只之间是以红外线通讯的方式或无线电方式 来联系或传送资料，但是此方法无法让多艘船只彼此 间方便地互传资料，亦无法与网际网路或企业网路连 线，其可应用的范围有限。
有鉴于习知技艺的各项问题，为了能够兼顾解决之，本发明人基于多年研究开发与诸多实务经验，提 出一种海上网路系统、其天线组合结构及其通讯方法，以 作为改善上述缺点的实现方式与依据。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种海上网路 系统、其天线组合结构及其通讯方法，以提高于海上载具 上使用网路的便利性。
根据本发明的目的，提出一种海上网路系统，其包 含一第一无线网路基地台，是设置于一第一海上载具上， 此第 一无线网路基地台是根据一无线通讯协定与 一设置于
陆地上的第三无线网路基地台进行无线讯号传送； 一第二 无线网路基地台，是设置于一第二海上载具上，此第二无 线网路基地台是根据该无线通讯协定与第 一无线网路基地 台进行无线讯号传送，并透过该第一无线网路基地台将一 资料传送到第三无线网路基地台。
此外，本发明更提出一种海上网路通讯方法，其包 含下列步骤设置一第一无线网路基地台于第一海上载具 上，此第一无线网路基地台是根据一无线通讯协定与一设 置于陆地上的第三无线网路基地台进行无线讯号传送；设 置一第二无线网路基地台于一第二海上载具上，此第二无 线网路基地台是根据该无线通讯协定与第 一无线网路基地 台进行无线讯号传送，并透过该第一无线网路基地台将一 资料传送到该第三无线网路基地台。其中，上述海上载具为一船只、 一海上平台或一浮动
海上结构物。而无线通讯协定较佳的是一 WiFi通讯协定、 一WiMAX通讯协定、一 VHF通讯协定或一 UHF通讯协定， 但不以此为限。
此外，本发明更提出一种天线组合结构，适用于 一设置于一海上载具的无线网路基地台，以收发一无 线讯号，此天线组合结构包含复数个指向性天线，每 一指向性天线配置指向不同的方向，致使此些指向性 天线的侦测区域可涵盖该无线网路基地台周围近似 36 0度的范围。此外，此天线组合结构视需要更可包 含至少 一 全向性天线，以弥补指向性天线于近距离无 线电波尚未完全发散时，无法涵盖的通讯死角。
再者，本发明更提出一种天线组合结构，适用于 一设置于一陆上的第一无线网路基地台，此天线组合 结构包含至少一全向性天线及复数个指向性天线，而 指向性天线的侦测距离是大于全向性天线的侦测距 离，且此指向性天线的指向方向是对应一设置于一海 上载具的第二无线网路基地台，以接收来自第二无线 网路基地台的无线讯号。此全向性天线可用以弥补指 向性天线于近距离无线电波尚未完全发散时，无法涵 盖的通讯死角。


图l为本发明的海上网路系统的方块图；图2为本发明的海上网路系统的实施例的示意图； 图3为本发明的海上网路系统应用于海上资讯系统的 示意图4为本发明的电子海图资料的示意图5为本发明的海上网路通讯方法的示意图6为本发明的海上网路通讯方法的实施例的示意图7A为本发明的适用于一设置于海上载具的无线网
路基地台的天线组合结构的示意图7B为本发明的适用于一设置于海上载具的无线网
路基地台的天线组合结构的讯号范围示意图8为本发明的适用于一设置于陆上的无线网路基
地台的天线组合结构的示意图；以及
图9为本发明的适用于一设置于陆上的无线网路基
地台的天线组合结构的实施例的方块图。
图号i兌明:
111:第一无线网路基地台; 地台；
113:第三无线网路基地台； 122:第二海上载具； 14:陆地； 台.
212:第二无线网路基地台
112:第二无线网路基
121:第一海上载具； 131:无线通讯协定； 211:第一无线网路基地
213:第三无线网路基地台；
221:第一船只；222:第二船只；
231:WiFi通讯协定；2 4:陆地；
251:第一天线群；252:第二天线群；
261:第一 AP群；262:第二 AP群；
271:资料连接层交换器；27 2:资料连接层交换
器；
281:全向性天线；282:指向性天线；
29:可携式电子装置；291:网际网路；
292:企业网i^各；311:第一无线网路基地台.
312:第二无线网路基地台；313:第三无线网路基
地台；
319:资讯伺服器；321:第一海上载具；
322:第二海上载具；331: WiFi通讯协定；
34 :陆地；361:第一识别系统；
362:第二识别系统；371:第一定位系统；
372:第二定位系统；51—53:步骤流程；
61—66:步-骤流程；7:天线组合结构；
71厂'714:指向性天线；72:讯号范围；
73:讯号范围；8:天线组合结构；
81:全向性天线；811:讯号侦测范围；
82:第一指向性天线；821:讯号侦测范围；
83:海上载具；84:第二无线网路基地9:天线组合结构； 91:全向性天线；
92:第一指向性天线；93:第二指向性天线； 94:调整才几构。
具体实施例方式
以下将参照相关图示，说明依本发明较佳实施例 的海上网路系统、其天线组合结构及其通讯方法。
请参阅图1,其为本发明的海上网路系统的示意 图。图中，海上网路系统包含第一无线网路基地台111 及一第二无线网路基地台112。第一无线网路基地台 111是设置于一第一海上载具121上，此第一无线网路 基地台111是根据一无线通讯协定131,例如一 WiFi 通讯协定、一WiMAX通讯协定、一 VHF通讯协定或一 UHF通 讯协定，与一设置于陆地14上的第三无线网路基地台 113进行无线讯号传送。第二无线网路基地台112是设 置于一第二海上载具122上，此第二无线网路基地台 112是根据此无线通讯协定131与第一无线网路基地 台111进行无线讯号传送，并透过第一无线网路基地 台111将一资料传送到第三无线网路基地台113。
第一海上载具121及第二海上载具122可分别为 一船只、 一海上平台或一浮动海上结构物。上述无线通讯 协定131的实施例仅为举例，但并不以此为限，凡是 市场上通用的无线通讯技术所规范的协定，皆在本发明的保护范围内。上述的无线网路基地台是包含复数个天线、复数个收送讯电路;f莫组及一交换器。其中，此些天线适用 的频宽范围可包含5175 MHz —58 75MHz，例如用于WiFi 通i礼的天线，但j又为举例不以此为限。而收送讯电路 才莫组可为 一无线^妄入点(Access Point, AP),而交换器 为一资料连接层(Data Link layer)交换器，亦称为第 二层交换器。其中，设置于海上栽具的复数个天线较 佳的是由指向性天线所组成，其视需要可再包含一全 向性天线。而设置于陆上无线网路基地台的复数个天 线较佳的是由 一 全向性天线及至少 一 指向性天线所组 成。上述全向性天线的目的是用于弥补指向性天线于 近距离无线电波尚未完全发散时，无法涵盖的通讯死 角。请参阅图2,其为本发明的海上网路系统的实施例 的示意图。藉由此海上网路系统，海上船只之间可互 传资料，并亦可透过陆上无线网路基地台与网际网路 (Internet)或内部网路(Intranet)连线。在图2中， 海上网路系统包含一设置于一第一船只221的第一无 线网路基地台211及一设置于一第二船只222的第二 无线网路基地台212。第一无线网路基地台211包含四 个指向型天线的第一天线群251、具有四个AP的第一 AP群261及一第一资料连接层交换器271，而第二无 线网路基地台212是包含一具有四个指向型天线的第二天线群252、具有四个AP的第二 AP群262及一第二 资料连接层交换器272 。第二无线网路基地台212是根 据一 WiFi通讯协定2 31与第一无线网路基地台212进 行无线讯号传送，且此些指向型天线适用的频宽范围 是包含5175 MHz —5 87 5MHz,此频宽范围亦是WiFi通 讯协定231所使用的频宽范围。
上述WiFi通讯协定的使用和天线及AP的数目仅 为实施例的举例，但不以此为限，凡是市场上通用的 无线通讯技术所规范的协定，以及实际应用上可能使 用的天线及AP数目皆在本发明的保护范围内。
第一船只221离陆地24较近，而第二船只222离 陆地较远。第三无线网路基地台213是架设于陆地24, 其包含一全向性天线281、 一指向性天线2 82 、两个 AP(未显示)及一资料连接层交换器(未显示)。第一船 只221离陆地24较近，因此第一无线网路基地台211 可根据WiFi通讯协定231与第三无线网路基地台213 进行无线讯号传送。而第二船只222离陆地24较远， 致使一全向性天线281及一指向性天线281无法收到 第二天线群252的指向天线所发出的无线讯号。因此， 第二无线网路基地台212先将资料传送到第一无线网 路基地台211，而第一无线网路基地台211再将资料传 送到第三无线网路基地台213，再传送到网际网路 291 (internet)或企业网路292 (intranet)。因此，即 使第二船只222离陆地过远，但是第二船只222上的使用者依然可以使用可携式电子装置29与网际网路或 企业网路连线。此海上网路系统视需要可包含超过2 个无线网路基地台，此些无线网路基地台是分别架设 于海上载具，只要其中有一个海上载具上的无线网路 基地台可与陆地上的基地台连线，而其他无线网路基 地台彼此间的距离小于天线能传送无线讯号的距离， 则所有海上载具上的电子装置皆可透过本发明的海上 网路系统互传资^h并与网际网路或企业网^各连线。
本发明的海上网路系统更可结合 一 定位系统或一 识别系统，来实现海上资讯系统的应用，其所花费的 成本与所达成的功效皆优于传统以卫星来实现的海上 资讯系统。
请参阅图3，其绘示本发明的海上网路系统应用于 海上资讯系统的示意图。图中，海上资讯系统包含一 第一无线网路基地台311、一第二无线网路基地台312、 一第一识别系统361、 一第二识别系统362 、 一第一定 位系统371、一第二定位系统372及一资讯伺服器319。 第一无线网路基地台311、第一识别系统361、第一定 位系统371是设置于一第一海上载具321上，而第二 无线网路基地台、 一第二识别系统362及第二定位系 统是设置于一第二海上载具322上。第一定位系统371 可提供第一海上载具321的位置资讯，而第一识别系 统361是提供第一海上载具321的识别资讯，而第一 无线网路基地台311根据WiFi通讯协定3 31将位置资讯及识别资讯透过第一无线网路基地台311传送到架 设于陆地上的第三无线网路基地台313。
同样地，第二定位系统372可提供第二海上载具 32 2的位置资讯，而第二识别系统362是提供第二海上 载具322的识别资讯，而第二无线网路基地台312根 据WiFi通讯协定331将此些位置资讯及识别资讯透过 第二无线网路基地台312传送到第一无线网路基地台 311,而第一无线网路基地台311再将此些位置资讯及 识别资讯传送到第三无线网路基地台313。资讯伺服器 319是透过第三无线网路基地台313接收第一海上载 具321的位置资讯与识别资讯，以及第二海上载具322 的位置资讯及识别资讯，并产生一电子海图资料，如图 4所示。电子海图资料上是显示船只的位置及识别资料， 以维护船只的航行安全，并进行有效的船只管理。其中， 上述的定位系统可为一全球定位系统(GPS),而上述识 别系统可为一身份识别系统，而识别资料可包含
(i) 静态资料例如船舶识别码、船舶呼号、船名、 船舶全长及宽度等等的。
(ii) 动态资料例如船位精确度资讯(精确度与可 信度)、船舶GPS定位时间、船舶对地航向、船舶对地 速度、船舶航行状态(例如操纵失灵、运转能力受 限制等)。
(iii) 航程相关资讯例如船舶载货性质(危险货 品型态)、航4亍目的地及预定到达时间或航路计画。(iv)安全相关资讯例如DGPS修正资讯、风、潮 沙、流及其他相关环境资讯传递更新。
藉此，凡是连接于上述海上资讯系统的海上载具 皆可透过无线网路传送本身的识别资料以及接收其他 海上载具的识别资料，进而提高在海上航行的安全性。
请注意，在此实施例中，资讯伺服器319是一架 设于陆地上，且独立于第三无线网路基地台313的有 线网路伺服器，但并不以此限。资讯伺服器319亦可 与第三无线网路基地台313结合，亦或设置于海上资 讯系统所包含的海上载具其中之一。
请参阅图5,其绘示本发明的海上网路通讯方法的 步骤流程图。图中，此方法包含下列步骤
步骤51:分别设置一第一无线网路基地台及一第二无 线网路基地台于第一海上载具及第二海上载具上；
步骤52:根据一无线通讯协定，使第一无线网路基 地台与 一设置于陆地上的第三无线网路基地台进行无线讯 号传送；以及
步骤53:根据该无线通讯协定，使第二无线网路基 地台与第一无线网路基地台进行无线讯号传送，并透过该 第 一 无线网路基地台将 一 资料传送到第三无线网路基地
透过上述步骤流程，可让离陆地较远的第二海上载 具亦可与网际网路或企业网路连线。而此方法亦可延伸至 分别架设超过两个无线网路基地台于超过两个海上载具上，只要其中有一个海上栽具上的无线网路基地台可 与陆地上的无线网路基地台连线，而其他无线网路基 地台彼此间的距离小于天线能传送无线讯号的距离， 则所有海上载具上的电子装置皆可透过此方法互传资 料，并与网际网路或企业网路连线。
请参阅图6，其绘示本发明的海上网路通讯方法的 实施例的步骤流程图。图中，此方法是对应图3的海上网 路系统，其包含下列步骤
步骤61:设置一第一无线网路基地台311、 一第一定 位系统371、 一第一识别系统361于一第一海上载具321， 并设置一第二无线网路基地台312、 一第二定位系统372 、 一第二识别系统362于一第二海上载具322;
步骤62:根据WiFi通讯协定331，分别使第一无 线网路基地台311与第二无线网路基地台312进行无 线资料传送，及第一无线网路基地台311与架设于陆 地上的第三无线网路基地台313进行无线资料传送；
步骤63:分别使用第一定位系统371及第一识别系 统361来产生第一海上载具321的位置讯息及识别资讯， 并透过第一无线网路基地台311传送至第三无线网路 基地台313;
步骤64:分别使用第二定位系统372及第二识别系 统362来产生第二海上载具322的位置讯息及识别资讯， 并透过第二无线网路基地台312传送至第一无线网路 基地台331,再由第一无线网路基地台331将第二海上载具322的位置讯息及识别资讯传送至第三无线网路基 地台333;
步骤65:架设一资讯伺服器319,其与第三无线 网路基地台3 3 3连线，并从第三无线网路基地台333 接收第一海上载具321及第二海上载具322的位置资 讯与识别资讯；以及
步骤66:由资讯伺服器319产生一电子海图资料， 如图4所示，并透过第三无线网路基地台33 3将电子 海图资料传送至第一无线网路基地台331，再透过第一 无线网路基地台331传送电子海图资料至第二无线网 路基地台3 32，藉此，第一海上载具321及第二海上载 具322可利用此电子海图资料来提高航行安全性。
由于海上载具彼此间的距离较远，所以此天线组 合结构必须具有可传送长距离无线讯号的特性，再加 上海上载具不同于陆上基地台，海上载具会随着海流 漂移，欲固定在同一位置十分困难，所以此天线组合 结构又必须兼具较大角度的侦测范围，以确保海上载 具移动后仍可收到其他基地台的无线讯号。
请参阅图7A及图7B,其绘示本发明的适用于一设 置于海上载具的无线网路基地台的天线组合结构的示 意图及讯号涵盖范围的示意图。本发明所揭露的天线 组合结构包含复数个指向性天线，图中，天线组合结 构7是包含复数个指向性天线711、 712、 713及714 及至少 一 个全向性天线来实施。每 一 指向性天线配置指向不同方向，致使此些指向性天线的侦测区域可涵盖该无线网路基地台周围近似360度的范围。在一实 施例中，以 一 垂直方向及水平方向的半功率波束宽度 (HPBW)为9度，而增益23dB以上的增益强度的指向 性天线为例，其可以传送讯号的距离为40公里，讯号 范围72角度较小但距离较远。而9度之外的区域的增 益则降低许多，因此讯号范围73角度较大但是距离较 短。而指向性天线711 、 712、 71 3及714分别间隔一 预设角度排列，例如90度，因此，天线组合结构7的 讯号涵盖范围接近36 0度，如图7B所示。即使海上载具因为海流而移动，天线组合结构7 具有接近36 0度讯号涵盖范围，且在多个方向都可进 行长距离的讯号传送，所以多个海上载具彼此间仍然 可进行无线讯号通讯。其中，海上载具为一船只、一 海上平台或一浮动海上结构物。请参阅图8，其绘示本发明的适用于一设置于陆上 的无线网路基地台的天线組合结构的示意图。图中， 天线组合结构8包含一全向性天线81及一第一指向性 天线82,第一指向性天线82的侦测距离是大于全向性 天线81的侦测距离，且第一指向性天线82的指向方 向是对应一设置于一海上载具83的第二无线网路基地 台84，以接收来自第二无线网路基地台84的无线讯 号。全向性天线81的半功率波束宽度为360度，因此 讯号侦测范围811是涵盖陆上的无线网路基地台的周围，可接收邻近的无线讯号。而第一指向性天线82的 讯号侦测范围821较远，可涵盖到距离较远的海上载 具83。
此外，天线组合结构8可根据欲传送讯号收的海 上载具的距离，视需要增加至少一第二指向性天线， 该第二指向性天线的侦测距离是大于该第 一 指向性天 线的侦测距离，例如半功率波束宽度更小而增益强度 更大的指向型天线，且第二指向性天线的指向方向是 对应该第二无线网路基地台，以接收来自第二无线网 路基地台的无线讯号。
举例而言，若应用于WiFi通讯，全向性天线适用 的频宽范围视需要可包含5175 MHz —58 75MHz,第 一指 向性天线适用的频宽范围视需要可包含5175 MHz —5875MHz。
此外，若陆上的无线网路基地台负责的海面较广， 天线组合结构8更可包含一调整机构，用以转动指向 性天线，以改变指向性天线的侦测方向，以接收海面 上所有海上载具传送的讯号。
请参阅图9，其绘示本发明的适用于一设置于陆上 的无线网路基地台的天线组合结构的实施例的方块 图。图中，天线组合结构9包含一全向性天线91、 一 第一指向性天线92、 一第二指向性天线93及一调整机 构94。第一指向性天线92的侦测距离是大于全向性天 线91的侦测距离，而第二指向性天线93的侦测距离是大于第一指向性天线92的侦测距离。且第一指向性 天线92及第二指向性天线93的指向方向是对应一设 置于一海上载具的第二无线网路基地台，以接收来自 第二无线网路基地台的无线讯号。调整机构94用以调 整第一指向性天线92及一第二指向性天线93的指向 方向，尽可能地接收海面上所有海上载具传送的讯号。 以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱 离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变 更，均应包含于本发明的权利要求范围中。
权利要求
1、一种海上网路系统，其特征在于，其包含一第一无线网路基地台，是设置于一第一海上载具上，该第一无线网路基地台是根据一无线通讯协定与一设置于陆地上的第二无线网路基地台进行无线讯号传送；以及一第三无线网路基地台，是设置于一第二海上载具上，该第三无线网路基地台是根据该无线通讯协定与该第一无线网路基地台进行无线讯号传送，并透过该第一无线网路基地台将一资料传送到该第二无线网路基地台。
2、 如权利要求1所述的海上网路系统，其特征在于， 该第二海上载具是设置一定位系统，该定位系统是提供该 第二海上载具的一位置资讯，而该第二海上载具是透过该 第 一 无线网路基地台将该位置资讯传送到该第二无线网 路基地台。
3、 如权利要求2所述的海上网路系统，其特征在于， 更包含一资讯伺服器，该资讯伺服器是透过该第二无线网 路基地台接收该第二海上载具的位置资讯，以产生一电子 海图资料。
4、 如权利要求3所述的海上网路系统，其特征在于， 该第二海上载具更包含一 身份识别系统，该身份识别系统 是产生 一 识别资讯，该第二海上载具是透过该第三无线网路基地台、该第一无线网-各基地台及该第二无线网路基地台 将该识别资讯传送至该资讯伺服器，该识别资料是包含 静态资料、动态资料、航程相关资讯或安全相关资讯。
5、 一种海上网路通讯方法，其特征在于，包含 分别设置一第 一无线网路基地台及一第二无线网路基地台于一第一海上载具及一第二海上载具上；根据一无线通讯协定，使该第一无线网路基地台与一 设置于陆地上的第三无线网路基地台进行无线讯号传送； 以及根据该无线通讯协定，使该第二无线网路基地台与该 第一无线网路基地台进行无线讯号传送，并透过该第一无 线网路基地台将一 资料传送到该第三无线网路基地台。
6、 如权利要求5所述的海上网路通讯方法，其特征在 于，更包含于该第二海上载具上设置一定位系统，该定位 系统是提供该第二海上载具的一位置资讯，而该第二海上 载具是透过该第一无线网路基地台将该位置资讯传送到 该第二无线网路基地台。
7、 如权利要求6所述的海上网路通讯方法，其特征在 于，更包含一资讯伺服器，该资讯伺服器是透过该第二无 线网路基地台接收该第二海上载具的位置资讯，以产生一电子海图资料。
8、 如权利要求7所述的海上网路通讯方法，其特征在 于，该第二海上载具更包含一身份识别系统，该身份识别系 统是产生一识别资讯，该第二海上载具是透过该第三无线网路基地台、该第一无线网路基地台及该第二无线网路基地 台将该识别资讯传送至该资讯伺服器，该识别资料是包 含静态资料、动态资料、航程相关资讯或安全相关资 讯。
9、 一种天线组合结构，适用于一设置于一海上载具的无 线网路基地台，以收发一无线讯号，其特征在于，该天线 组合结构包含复数个指向性天线，每一该些指向性天线配置指向不同方 向，致使该些指向性天线的侦测区域可涵盖该无线网路基地台 周围近似360度的范围。
10、 一种天线组合结构，适用于一设置于一陆上的第一无 线网路基地台，其特征在于，包含一全向性天线；以及一第 一指向性天线，该第一指向性天线的侦测距离是大 于该全向性天线的侦测距离，且该第 一指向性天线的指向方向 是对应一设置于一海上载具的第二无线网路基地台，以接 收来自该第二无线网路基地台的无线讯号。
11、 如权利要求10所述的天线组合结构，其特征在于， 更包含一调整机构，其转动该第一指向性天线，以改变该第一 指向性天线的侦测方向。
12、 如权利要求IO所述的天线组合结构，其特征在于， 更包含一第二指向性天线，该第二指向性天线的侦测距离是大 于该第一指向性天线的侦测距离，且该第二指向性天线的指向 方向是对应该第二无线网路基地台，以^接收来自该第二无线网路基地台的无线讯号。
13、如权利要求IO所述的天线组合结构，其特征在于， 更包含一调整机构，其转动该第 一指向性天线及第二指向性天 线，以改变该第 一指向性天线及该第二指向性天线的侦测方向。
全文摘要
本发明是揭露一种海上网路系统、其天线组合结构及其通讯方法。此海上网路系统包含一第一无线网路基地台及一第二无线网路基地台。第一无线网路基地台是设置于一第一海上载具上，其根据一无线通讯协定与一设置于陆地上的第三无线网路基地台进行无线讯号传送，而第二无线网路基地台是设置于一第二海上载具上，其根据该无线通讯协定与第一无线网路基地台进行无线讯号传送，并透过第一无线网路基地台将一资料传送到第三无线网路基地台。上述海上载具可为一船只、一海上平台或一浮动海上结构物。
文档编号H01Q21/00GK101409658SQ20071016350
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月12日 优先权日2007年10月12日
发明者苏信吉 申请人:苏信吉