CN106453520A - 一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法，首先进行下载更新程序前的预处理过程，接着为上位机通过无线通信网络（1）向汇聚节点发送更新程序的过程，然后是汇聚节点通过无线通信网络（2）向中继节点发送更新程序的过程，最后是中继节点通过无线通信网络（3）向待更新采集节点发送更新程序的过程。本发明提出了一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法，具有一定的普适性和可移植性，同时能够大大降低采集节点的维护成本。

Description

一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法

技术领域

本发明涉及物联网监测系统无线下载领域，具体是一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法。

背景技术

目前，物联网监测系统广泛地应用在建筑结构健康监测、矿山矿井环境监测、农业物联网监测以及工业环境监测等领域，目标监测区域一般较大且需要部署大量的无线传感器网络节点，无线传感器网络节点难以直接与终端用户进行通信，只能利用中继节点通过多层异构网络与终端用户进行通信。另外，现有的无线传感器网络节点的程序无线下载方法很难适用于多层异构网络的物联网监测系统，且普适性较差，难以适应不同领域的监测系统。通过对相关文献和专利的阅读可知，已有的无线传感器网络无线下载方法用于物联网监测系统节点的程序更新具有一定的局限性，具体如下：

文件1(CN102238603A)所提出的一种无线传感器网络的更新方法，要求互联网通信模块从更新服务器下载更新数据包只能通过FTP方式，而实际物联网监测系统中的通信模块下载更新数据包的方式有多种方式，并不仅局限于FTP方式。

文件2(CN102665196A)所提出的一种无线传感器网络的在线渐进式程序更新方法，根据存储内容不同将无线传感器网络节点的存储空间划分为程序存储空间和数据存储空间，程序存储空间必须按照节点不同的功能分为若干离散的功能模块，并且要求每个功能模块对应程序存储空间的一个映像文件，这样虽然可以按照节点的功能区分程序之间的逻辑关系，但也占用了大量的存储空间，同时现有的物联网监测系统还难以实现节点的程序按照功能进行模块化存储。

文件3(CN102711095B)所提出的一种对无线传感器网络中的节点进行无线升级的方法，其步骤1中要求PC机与协调器节点之间采用的是串口连接，而目前的一些物联网监测系统的监测环境不适合采用串口连接方式，必须采用无线连接方式。并且该方法针对的是含有两个单片机的待升级节点进行程序更新，其中一个单片机已限定为CC2430，而现有的物联网监测系统的待升级节点一般只含有一个单片机，还有CC2530、CC430等型号，因此该方法并不适用于这样的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法，以实现物联网监测系统采集节点在线更新程序的目的，能够适用于不同领域的监测系统，极大地降低采集节点程序更新的维护成本。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法，该物联网监测系统至少包括一个上位机、一个汇聚节点、一个中继节点和多个采集节点，且该物联网监测系统的传输层采用的是三层异构无线网络，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、下载更新程序前的预处理过程：

(1.1)、在上位机与汇聚节点之间建立无线通信网络(1)的连接，在汇聚节点与中继节点之间建立无线通信网络(2)的连接，在中继节点与采集节点之间建立无线通信网络(3)的连接；

(1.2)、上位机通过汇聚节点、中继节点向所有的采集节点发送程序更新命令，采集节点接收到命令后，进入Bootloader；

(1.3)、采集节点进入Bootloader后，先检测自身固定存储区中程序的版本号，如果采集节点中程序的版本号低于更新程序的版本号，则采集节点成为待更新采集节点，向相应的中继节点、汇聚节点、上位机响应，否则采集节点继续执行原程序，不进行程序更新；

(1.4)、当上位机、汇聚节点、中继节点收到待更新采集节点的响应时，记录这些采集节点的ID号；

(1.5)、上位机通过相应的汇聚节点和中继节点向所有待更新采集节点发送更新程序；

(2)、上位机通过所述无线通信网络(1)向汇聚节点发送更新程序的过程：

(2.1)、由于上位机与汇聚节点之间采用的无线通信网络(1)允许传输的最大数据包长度较大，一般大于更新程序的大小，所以上位机可以将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包进行传输；

(2.2)、上位机添加数据包在所述无线通信网络(1)进行通信所需的包头和包尾，通过所述无线通信网络(1)向汇聚节点发送所述数据包，等待汇聚节点响应；

(2.3)、如果汇聚节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则进入下一阶段，否则上位机向汇聚节点重新发送该数据包；

(3)、汇聚节点通过所述无线通信网络(2)向相应中继节点发送更新程序的过程；

(3.1)、由于汇聚节点与中继节点之间采用的无线通信网络(2)允许传输的最大数据包长度较大，一般大于更新程序的大小，所以汇聚节点可以将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包进行传输；

(3.2)、汇聚节点添加数据包在所述无线通信网络(2)进行通信所需的包头和包尾，通过所述无线通信网络(2)向与待更新采集节点相连的中继节点发送所述数据包，等待中继节点响应；

(3.3)、如果中继节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则进入下一阶段；否则，汇聚节点向中继节点重新发送该数据包；

(4)、中继节点通过所述无线通信网络(3)向待更新采集节点发送更新程序的过程：

(4.1)、由于中继节点与采集节点之间采用的无线通信网络(3)允许传输的最大数据包长度较小，一般远小于更新程序的大小，所以中继节点不能将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包，而是将更新程序拆分成若干程序段；

(4.2)、中继节点将更新程序拆分成N个程序段，其中，L表示的是待更新程序的大小，l表示的是待更新程序拆分成程序段的大小，再将每个程序段加上带有序号的数据包头和带有相应校验码的数据包尾等组合成一个数据包；

(4.3)、中继节点添加数据包在所述无线通信网络(3)进行通信所需的包头和包尾，通过所述无线通信网络(3)向每个待更新采集节点发送所述数据包，中继节点向每个待更新采集节点按数据包序号从小到大的顺序依次进行发送(数据包序号是从1到N的)；

(4.4)、中继节点向相应的待更新采集节点发送当前序号的数据包(初始发送的所述数据包序号为1)，如果待更新采集节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则执行(4.5)，如果待更新采集节点未接收到数据包或通过校验码验证数据是错误的，则所述数据包的序号不变，重新执行(4.4)；

(4.5)、每个待更新采集节点将接收到的数据包进行解析，把数据包中的程序段写入到设定的存储区内，同时每个待更新采集节点检验当前接收到的数据包的序号是否全为N；

(4.6)、如果待更新采集节点当前接收到的数据包的序号不全为N，则接收到数据包序号不为N的待更新采集节点向中继节点请求当前序号加1的数据包，继续执行(4.4)；否则全部的待更新采集节点下载更新程序成功，下载结束。

本发明中，物联网监测系统是一个至少包括一个上位机、一个汇聚节点、一个中继节点、多个采集节点在内的系统。上位机是可以直接发出操控命令的计算机，如：PC机、服务器等；汇聚节点是能够接收所有节点传输包的特殊装置，如协调器、路由器等；中继节点是一个负责信号接收和转发的装置，由微处理器和无线射频模块等组成；采集节点是能够进行数据采集和上传的装置，由微处理器、无线射频模块和传感器等组成。

物联网监测系统的传输层采用的是三层异构无线网络，即上位机与汇聚节点之间、汇聚节点与中继节点之间、中继节点与采集节点之间采用不同的无线通信网络，上位机与汇聚节点之间通常采用的无线通信网络，称之为无线通信网络(1)，可以选用3G、4G以及WiFi等网络；汇聚节点与中继节点之间通常采用的无线通信网络，称之为无线通信网络(2)，可以选用WiFi、蓝牙等网络；中继节点与所述采集节点之间通常采用的无线通信网络，称之为无线通信网络(3)，可以选用ZigBee等网络。由于每层的无线通信网络采用的传输协议不尽相同，每层网络允许传输的最大数据包长度也不同，无线通信网络(1)和无线通信网络(2)允许传输的最大数据包长度较大，而无线通信网络(3)允许传输的最大数据包长度较小。

本发明提出了一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法，工程人员可以通过本发明对物联网监测系统采集节点的程序进行无线下载，该方法适用于不同领域的监测系统，具有一定的普适性和可移植性，同时能够大大降低采集节点的维护成本。

附图说明

图1物联网监测系统的网络拓扑结构图。

图2程序拆分及组包的过程示意图。

图3面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法的流程图。

具体实施方式

下面结合以上本发明的附图，对本发明实施例中技术方案及特点进行清楚详细的描述，显然，此处所描述的实施例只是本发明全部的实施例中的一部分，仅仅是用来解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，在实施例中，物联网监测系统以建筑结构健康监测系统为例，建筑结构健康监测系统是一个包括一个上位机C、一个汇聚节点S、多个中继节点R、多个采集节点N在内的系统。在本实施例中上位机C是服务器，汇聚节点S是3G-WiFi路由器，中继节点R由WiFi模块和CC2430模块组成，采集节点N由CC2430模块和传感器组成。

如图2所示，在实施例中，建筑结构健康监测系统在传输层采用的是三层异构无线网络，上位机与汇聚节点之间采用的通信网络是3G无线网络，汇聚节点与中继节点之间采用的通信网络是WiFi无线网络，这两种网络数据传输速率较大，而中继节点与采集节点之间采用的通信网络是ZigBee无线网络。

在实施例中，上位机与汇聚节点、汇聚节点与中继节点之间的无线通信网络即3G无线网络和WiFi无线网络允许传输的最大数据包长度为64KB，而中继节点与采集节点之间的无线通信网络即ZigBee无线网络允许传输的最大数据包长度为128B。

如图3所示，本发明提出了一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法，在实施例中，下载过程具体分成以下几个阶段：

第一个阶段，预处理过程。

步骤1.1：在上位机与汇聚节点之间建立3G无线通信网络的连接，在汇聚节点与中继节点之间建立WiFi无线通信网络的连接、在中继节点与采集节点之间建立ZigBee无线通信网络的连接；

步骤1.2：上位机通过汇聚节点、中继节点向所有的采集节点发送程序更新命令，采集节点接收到命令后，进入Bootloader；

步骤1.3：采集节点进入Bootloader后，先检测自身固定存储区中程序的版本号，如果采集节点中程序的版本号低于更新程序的版本号，则采集节点成为待更新采集节点，向相应的中继节点、汇聚节点、上位机响应，否则采集节点继续执行原程序，不进行程序更新；

步骤1.4：当上位机、汇聚节点、中继节点收到待更新采集节点的响应时，记录这些采集节点的ID号；

步骤1.5：上位机通过相应的汇聚节点和中继节点向所有待更新采集节点发送更新程序。

第二个阶段，上位机通过3G无线通信网络向汇聚节点发送待更新程序的过程。

步骤2.1：由于上位机与汇聚节点之间采用的网络是3G无线通信网络，3G无线通信网络允许传输的最大数据包长度为64KB，而更新程序的大小为21.6KB，所以上位机可以将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包进行传输；

步骤2.2：上位机添加数据包在3G无线通信网络进行通信所需的包头和包尾，通过3G无线通信网络向汇聚节点发送所述数据包，等待汇聚节点响应；

步骤2.3：如果汇聚节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则进入下一阶段，否则上位机向汇聚节点重新发送该数据包。

第三个阶段，汇聚节点通过WiFi无线通信网络向相应中继节点发送更新程序的过程。

步骤3.1：由于汇聚节点与中继节点之间采用的网络是WiFi无线通信网络，WiFi无线通信网络允许传输的最大数据包长度为64KB，而更新程序的大小为21.6KB，所以汇聚节点可以将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包进行传输；

步骤3.2：汇聚节点添加数据包在WiFi无线通信网络进行通信所需的包头和包尾，通过WiFi无线通信网络向与待更新采集节点相连的中继节点发送所述数据包，等待中继节点响应；

步骤3.3：如果中继节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则进入下一阶段；否则，汇聚节点向中继节点重新发送该数据包。

第四个阶段，中继节点通过ZigBee无线通信网络向待更新采集节点发送更新程序的过程。

步骤4.1：由于中继节点与采集节点之间采用的网络是ZigBee无线通信网络，ZigBee无线通信网络允许传输的最大数据包长度为128B，而更新程序的大小为21.6KB，所以中继节点不能再将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包，而是将更新程序拆分成若干程序段；

步骤4.2：在实施例中，数据包的大小定为96B，根据公式其中，L表示的是待更新程序的大小，l表示的是待更新程序拆分成程序段的大小，计算得将更新程序拆分成231个程序段，再将每个程序段加上带有序号的数据包头和带有相应校验码的数据包尾等组合成一个数据包；

步骤4.3：中继节点添加数据包在所述ZigBee无线通信网络进行通信所需的包头和包尾，通过所述ZigBee无线通信网络向每个待更新采集节点发送所述数据包，中继节点向每个待更新采集节点按所述数据包序号从小到大的顺序依次进行发送；

步骤4.4：中继节点向相应的待更新采集节点发送当前序号的数据包(初始发送的所述数据包序号为1)，如果待更新采集节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则执行步骤4.5，如果待更新采集节点未接收到数据包或通过校验码验证数据是错误的，则所述数据包的序号不变，重新执行步骤4.4；

步骤4.5：每个待更新采集节点将接收到的数据包进行解析，把数据包中的程序段写入到设定的存储区内，同时每个待更新采集节点检验当前接收到的数据包的序号是否全为231；

步骤4.6：如果待更新采集节点当前接收到的数据包的序号不全为231，接收到数据包序号不为231的待更新采集节点向中继节点请求当前序号加1的数据包，继续执行步骤4.4；否则全部的待更新采集节点下载更新程序成功，下载结束。

Claims (1)

1.一种面向物联网监测系统采集节点的程序无线下载方法，该物联网监测系统至少包括一个上位机、一个汇聚节点、一个中继节点和多个采集节点，且该物联网监测系统的传输层采用的是三层异构无线网络，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、下载更新程序前的预处理过程：

(1.1)、在上位机与汇聚节点之间建立无线通信网络(1)的连接，在汇聚节点与中继节点之间建立无线通信网络(2)的连接，在中继节点与采集节点之间建立无线通信网络(3)的连接；

(1.2)、上位机通过汇聚节点、中继节点向所有的采集节点发送程序更新命令，采集节点接收到命令后，进入Bootloader；

(1.3)、采集节点进入Bootloader后，先检测自身固定存储区中程序的版本号，如果采集节点中程序的版本号低于更新程序的版本号，则采集节点成为待更新采集节点，向相应的中继节点、汇聚节点、上位机响应，否则采集节点继续执行原程序，不进行程序更新；

(1.4)、当上位机、汇聚节点、中继节点收到待更新采集节点的响应时，记录这些采集节点的ID号；

(1.5)、上位机通过相应的汇聚节点和中继节点向所有待更新采集节点发送更新程序；

(2)、上位机通过所述无线通信网络(1)向汇聚节点发送更新程序的过程：

(2.1)、由于上位机与汇聚节点之间采用的无线通信网络(1)允许传输的最大数据包长度较大，一般大于更新程序的大小，所以上位机可以将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包进行传输；

(2.2)、上位机添加数据包在所述无线通信网络(1)进行通信所需的包头和包尾，通过所述无线通信网络(1)向汇聚节点发送所述数据包，等待汇聚节点响应；

(2.3)、如果汇聚节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则进入下一阶段，否则上位机向汇聚节点重新发送该数据包；

(3)、汇聚节点通过所述无线通信网络(2)向相应中继节点发送更新程序的过程；

(3.1)、由于汇聚节点与中继节点之间采用的无线通信网络(2)允许传输的最大数据包长度也较大，一般大于更新程序的大小，所以汇聚节点可以将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包进行传输；

(3.2)、汇聚节点添加数据包在所述无线通信网络(2)进行通信所需的包头和包尾，通过所述无线通信网络(2)向与待更新采集节点相连的中继节点发送所述数据包，等待中继节点响应；

(3.3)、如果中继节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则进入下一阶段；否则，汇聚节点向中继节点重新发送该数据包；

(4)、中继节点通过所述无线通信网络(3)向待更新采集节点发送更新程序的过程：

(4.1)、由于中继节点与采集节点之间采用的无线通信网络(3)允许传输的最大数据包长度较小，一般远小于更新程序的大小，所以中继节点不能将更新程序和相应的校验码等作为一个数据包，而是将更新程序拆分成若干程序段；

(4.2)、中继节点将更新程序拆分成N个程序段，其中，L表示的是待更新程序的大小，l表示的是待更新程序拆分成程序段的大小，再将每个程序段加上带有序号的数据包头和带有相应校验码的数据包尾等组合成一个数据包；

(4.3)、中继节点添加数据包在所述无线通信网络(3)进行通信所需的包头和包尾，通过所述无线通信网络(3)向每个待更新采集节点发送所述数据包，中继节点向每个待更新采集节点按数据包序号从小到大的顺序依次进行发送(数据包序号是从1到N的)；

(4.4)、中继节点向相应的待更新采集节点发送当前序号的数据包(初始发送的所述数据包序号为1)，如果待更新采集节点成功接收到该数据包且通过校验码验证数据是正确的，则执行(4.5)，如果待更新采集节点未接收到数据包或通过校验码验证数据是错误的，则所述数据包的序号不变，重新执行(4.4)；

(4.5)、每个待更新采集节点将接收到的数据包进行解析，把数据包中的程序段写入到设定的存储区内，同时每个待更新采集节点检验当前接收到的数据包的序号是否全为N；

(4.6)、如果待更新采集节点当前接收到的数据包的序号不全为N，则接收到数据包序号不为N的待更新采集节点向中继节点请求当前序号加1的数据包，继续执行(4.4)；否则全部的待更新采集节点下载更新程序成功，下载结束。