CN109347659B

CN109347659B - 基于nb-iot的智能终端设备和模组远程升级方法

Info

Publication number: CN109347659B
Application number: CN201811083696.3A
Authority: CN
Inventors: 管银; 袁潜龙
Original assignee: Lingtek Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Shanghai Telecom Residential Broad Band Network Co ltd
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2038-09-17
Also published as: CN109347659A

Abstract

本发明公开一种基于NB‑IOT的智能终端设备和模组远程升级方法，采用两条通讯通路：通路1由终端设备、NB网络、运营商的物联网平台和应用服务器组成，即CoAP通路，终端设备通过NB网络先到运营商的物联网平台，再到应用服务器进行通讯；通路2由终端设备、NB网络和应用服务器组成，终端设备直接使用UDP协议与应用服务器进行通讯，即UDP通路；当终端设备数据上报、应用服务器命令下发，以及升级无线NB‑IoT模组固件时，只使用通路1，而在升级MCU固件时使用通路1和通路2；本发明对COAP和UDP两套协议方案进行有机的结合，解决了NB‑IOT行业对终端设备进行远程升级的问题，提升了产品使用的可持续性和稳定性，降低了运营成本。

Description

基于NB-IOT的智能终端设备和模组远程升级方法

技术领域

本发明涉及一种对智能化终端设备的互联网配置和控制方法，本发明针对基于低功耗广域网NB-IOT的终端设备和NB-IOT模组，开发设计了一套支持系统软件远程升级方案，包含终端嵌入式系统和无线NB-IOT模组固件升级方案。

背景技术

窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支，自从被纳入3GPP国际标准后，在物联网行业中得到了高速的发展，物联网系统的设计周期很短，但市场的需求是持续创新和优化的，开发者必须能够针对客户的需求及时对系统进行维护和升级，以延长系统的使用周期，改善系统的性能，但目前行业上针对使用NB-IOT模组，都不能同时支持终端固件和无线模组固件的远程升级，仅支持终端近端升级，使用电脑通过调测工具连接终端下载升级软件到终端，有些特殊的应用像地磁的智能停车、三表的应用等一旦项目施工完成，也就只存在理论支持本地升级的可能，项目实际出问题了也基本没有可操作性，只能被动选择接受现有风险。

目前标准的NB应用场景，基本上都要经过运营商的物联网平台，其Coap协议流程：MCU(NB设备)-NB模块(UE)--eNode-核心网-物联网IOT平台-APP SERVER-PC和手机系统，这样的方式，对于终端厂家的应用来说，MCU的固件按照现有流程要实现远程无线升级方案，没有好的解决方案，唯一一种理论上可以实现的方案就是采用命令下放和数据上报的AT发命令的方式，这种方案重稳定性和灵活度也无法在实际行业应用项目上批量使用，如果一个MCU固件bin档40K，在不计包头包尾的情况下单次AT发送最大512个字节，这样单次升级需要80次左右AT交互，中间还不能有丢包，如果丢包还需要考虑完善的重传机制，另外，这种方式如果MCU固件架构上有很大的调整，整套升级方案则必须要推倒重来。

总而言之，目前的远程升级方法只是理论可行，实际上能实施的还只有近端升级方法。

发明内容

为了实现MCU固件和NB-IOT模组固件灵活稳定的远程升级，本发明提供一种基于NB-IOT的智能终端设备和模组远程升级方法，本发明的技术方案为：

采用两条通讯通路：

通路1由终端设备、NB网络、运营商的物联网平台和应用服务器组成，即CoAP通路，终端设备通过NB网络先到运营商的物联网平台，再到应用服务器进行通讯；

通路2由终端设备、NB网络和应用服务器组成，终端设备直接使用UDP协议与应用服务器进行通讯，即UDP通路。

当终端设备在日常业务工作时的数据上报、应用服务器命令下发，以及升级无线NB-IOT模组固件时，只使用通路1。

当终端设备对应用服务器进行数据上报时，其流程为：

1.终端通过相应的传感器或是相应的采集电路模块，采集对应的数据；并将对应的数据按照自定义的规则进行编码；

2.设备通过串口，以AT命令的形式，发送已编码数据到NB-IoT模组；NB-IoT模组接收到AT命令后，将payload后，自动封装为CoAP协议的消息，并发送给事先配置的物联网平台；

3.物联网平台收到数据后，自动解析CoAP协议包，根据设备profile文件，找到匹配的编解码插件，对payload进行解析，解析为与设备profile中描述的service匹配的json数据，并存于物联网平台之上；

4.应用服务器通过北向数据查询接口RESTful获取平台上的数据，同时也可以提前调用订阅接口，对数据变化进行订阅，则之后所有的数据变化，物联网平台都会通过POST消息，发送到指定的服务器。

当应用服务器对终端设备进行命令下发时，其流程为：

1.应用服务器创建信令，发送到物联网平台；

2.如果物联网平台判断设备在线，则立即下发信令；如果物联网平台判断设备离线，则信令将缓存于物联网平台的数据库中；

3.终端在某时刻上报数据，物联网平台收到数据后，将检索对应设备在数据库中是否存在有效未下发的信令，如有，则下发该信令；

4.信令通过编解码插件进行编码将json格式转换成16进制码流，并被发送到设备端；

5.设备收到信令，执行完毕，返回信令执行结果；

6.物联网平台收到上述执行结果，通过编解码插件的解析，获取信令执行的结果，修改对应的信令状态。

当应用服务器对NB-IOT模组进行固件升级时，其流程为：将新版本软件上传到物联网平台，然后在应用服务器上相应的配置界面里设置好需要升级的设备及升级时间，然后应用服务器下发升级命令给物联网平台和对应的终端，终端从物联网平台上下载新固件并执行升级，升级完成后通知应用服务器此次升级结果。

而在升级MCU固件时使用通路1和通路2，其流程为：

1.终端MCU软件将存储区域分成BOOTLOADER区，SYSTEM区和OTA区三个部分，BOOTLOADER区负责判断OTA区中是否存有新版本待升级的固件，如果有，就将固件升级到SYSTEM区，并擦除OTA区，如果没有，则直接执行SYSTEM区代码，SYSTEM区就是终端软件的主体程序，包含终端基本功能的代码实现和所下载的新版本固件的功能实现；

2.软件管理发布团队将新版本的终端固件升级包上传到应用服务器，并配置哪些终端需要进行新版本的固件升级，应用服务器通过通路1下发固件升级命令给相应的终端设备，终端设备接收到升级命令后通过通路2直接从应用服务器下载固件，并保存到OTA区域，下载完成并通过校验后，终端复位；

3.由BOOTLOADER进行本地升级，升级结果后，通过通路1通知平台升级结果。

本发明采用以上技术方案的有益效果是：

本发明对COAP和UDP两套协议方案进行有机的结合，开发出一套同时兼容MCU固件和无线NB-IOT模组固件远程升级的系统方法，非常灵活便利和稳定地解决NB-IOT行业应用中对终端设备进行远程升级的问题，极大地提升了产品使用的可持续性和稳定性，并且大大地降低了运营成本，适用物联网NB-IOT的所有行业应用。

附图说明

图1为通路1和通路2的示意图；

图2为智能路灯终端控制器对应用服务器进行数据上报时的流程图；

图3为应用服务器对智能路灯终端控制器进行命令下发时的流程图；

图4为升级MCU固件时使用通路1和通路2的流程图。

具体实施方式

本发明以智能路灯控制器中嵌入式系统和无线NB-IOT模组的远程升级为例具体阐述其实施方式。

在智能路灯管理系统中，主要包含智能路灯终端控制器和智能路灯应用服务器两部分，智能路灯终端控制器中有硬件控制系统和NB-IOT模组，嵌入式软件运行在硬件控制系统上。

如图1所示，本发明采用两条通讯通路：

通路1由智能路灯终端控制器、NB网络(即核心网)、运营商的物联网平台和应用服务器组成，即CoAP通路，终端设备通过NB网络先到运营商的物联网平台，再到应用服务器进行通讯；

通路2由智能路灯终端控制器、NB网络和应用服务器组成，终端设备直接使用UDP协议与应用服务器进行通讯，即UDP通路。

如图2所示，当智能路灯终端控制器对应用服务器进行数据上报时，其流程为：

1.智能路灯终端控制器通过相应的传感器或是相应的采集电路模块，采集对应的数据；并将对应的数据按照自定义的规则进行编码；

如图3所示，当应用服务器对智能路灯终端控制器进行命令下发时，其流程为：

1.应用服务器创建信令，发送到物联网平台；

3.智能路灯终端控制器在某时刻上报数据，物联网平台收到数据后，将检索对应智能路灯终端控制器在数据库中是否存在有效未下发的信令，如有，则下发该信令；

4.信令通过编解码插件进行编码将json格式转换成16进制码流，并被发送到智能路灯终端控制器；

5.智能路灯终端控制器收到信令，执行完毕，返回信令执行结果；

当应用服务器对NB-IOT模组进行固件升级时，其流程为：当智能路灯控制器中的嵌入式软件有新版本发布时，将新版本固件上传到物联网平台，然后在智能路灯应用服务器上相应的配置界面里设置好需要升级的设备及升级时间，然后智能路灯应用服务器下发升级命令给物联网平台和对应的终端控制系统，终端控制系统从物联网平台上下载新固件并执行升级，升级完成后通知智能路灯应用服务器此次升级结果。

如图4所示，而在升级MCU固件时使用通路1和通路2，其流程为：

1.智能路灯终端控制器软件将存储区域分成BOOTLOADER区，SYSTEM区和OTA区三个部分，BOOTLOADER区负责判断OTA区中是否存有新版本待升级的固件，如果有，就将固件升级到SYSTEM区，并擦除OTA区，如果没有，则直接执行SYSTEM区代码，SYSTEM区就是智能路灯终端控制器软件的主体程序，包含智能路灯终端控制器基本功能的代码实现和所下载的新版本固件的功能实现；

2.软件管理发布团队将新版本的智能路灯终端控制器固件升级包上传到应用服务器，并配置哪些智能路灯终端控制器需要进行新版本的固件升级，应用服务器通过通路1下发固件升级命令给相应的智能路灯终端控制器，智能路灯终端控制器接收到升级命令后通过通路2直接从应用服务器下载固件，并保存到OTA区域，下载完成并通过校验后，终端复位；

日常业务使用通路1，不需要搭建定制的物联网平台基础设施，使用成熟的运营商物联网平台，对于初创企业来说，避免了花费大量的时间、人力和财力搭建平台，从而减少成本，产品的质量、信息安全和稳定性也能得到更好的保证；由于智能路灯终端控制器软件难免会出现BUG需要对智能路灯终端控制器固件进行修复或功能升级，但是由于物联网平台的功能限制，导致采用通路1时智能路灯终端控制器无法快速、稳定、有效地通过物联网平台升级固件，所以智能路灯终端控制器升级采用另一条通路2的UDP直连方式，绕开运营商物联网应用服务器，直接从应用服务器下载固件升级；予以解决采用通路1不稳定性问题，同时无需资源消耗较大的TCP协议支持，甚至连TCP/IP协议栈都不用，从而减少codesize，RAM等资源占用，更重要的是CoAP对网络带宽、网络稳定性的要求都很低。

上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利公开的技术方案所做出的技术内容实质相同或等同的任何的变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims

1.一种基于NB-IOT的智能终端设备和模组远程升级方法，其特征在于，采用两条通讯通路：

通路2由终端设备、NB网络和应用服务器组成，终端设备直接使用UDP协议与应用服务器进行通讯，即UDP通路；

当终端设备数据上报、应用服务器命令下发，以及升级无线NB-IoT模组固件时，只使用通路1，而在升级MCU固件时使用通路1和通路2；

当终端设备对应用服务器进行数据上报时，其流程为：

1)终端通过相应的传感器或是相应的采集电路模块，采集对应的数据，并将对应的数据按照自定义的规则进行编码；

2)设备通过串口，以AT命令的形式，发送已编码数据到NB-IoT模组；NB-IoT模组接收到AT命令后，将payload后，自动封装为CoAP协议的消息，并发送给事先配置的物联网平台；

3)物联网平台收到数据后，自动解析CoAP协议包，根据设备profile文件，找到匹配的编解码插件，对payload进行解析，解析为与设备profile中描述的service匹配的json数据，并存于物联网平台之上；

4)应用服务器通过北向数据查询接口RESTful获取平台上的数据，同时也可以提前调用订阅接口，对数据变化进行订阅，则之后所有的数据变化，物联网平台都会通过POST消息，发送到指定的服务器；

当应用服务器对终端设备进行命令下发时，其流程为：

1))应用服务器创建信令，发送到物联网平台；

2))如果物联网平台判断设备在线，则立即下发信令；如果物联网平台判断设备离线，则信令将缓存于物联网平台的数据库中；

3))终端在某时刻上报数据，物联网平台收到数据后，将检索对应设备在数据库中是否存在有效未下发的信令，如有，则下发该信令；

4))信令通过编解码插件进行编码将json格式转换成16进制码流，并被发送到设备端；

5))设备收到信令，执行完毕，返回信令执行结果；

6))物联网平台收到上述执行结果，通过编解码插件的解析，获取信令执行的结果，修改对应的信令状态；

当应用服务器对NB-IOT模组进行固件升级时，其流程为：将新版本软件上传到物联网平台，然后在应用服务器上相应的配置界面里设置好需要升级的设备及升级时间，然后应用服务器下发升级命令给物联网平台和对应的终端，终端从物联网平台上下载新固件并执行升级，升级完成后通知应用服务器此次升级结果；

在升级MCU固件时，其流程为：

1)))终端MCU软件将存储区域分成BOOTLOADER区，SYSTEM区和OTA区三个部分，BOOTLOADER区负责判断OTA区中是否存有新版本待升级的固件，如果有，就将固件升级到SYSTEM区，并擦除OTA区，如果没有，则直接执行SYSTEM区代码，SYSTEM区就是终端软件的主体程序，包含终端基本功能的代码实现和所下载的新版本固件的功能实现；

2)))软件管理发布团队将新版本的终端固件升级包上传到应用服务器，并

配置哪些终端需要进行新版本的固件升级，应用服务器通过通路1下发固件升级命令给相应的终端设备，终端设备接收到升级命令后通过通路2直接从应用服务器下载固件，并保存到OTA区域，下载完成并通过校验后，终端复位；

3)))由BOOTLOADER进行本地升级，升级结果后，通过通路1通知平台升级结果。