CN110837382A - 一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法及系统，用于窄带天基物联网终端领域。所述基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，包括：采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求；基于所述服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层，得到窄带天基物联网终端软件架构；基于所述实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程。在用户的实际升级需求为更新属性时，所述微服务层执行更新属性升级流程；否则，所述微服务层执行更新服务升级流程。所述窄带天基物联网终端升级系统能够显著减小终端属性设置时的通信流量、能够使得终端的软件易于扩展和升级、还能够使得终端在升级过程中的风险降低。

Description

一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法及系统

技术领域

本发明涉及物联网终端领域，尤其涉及一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法及系统。

背景技术

目前，物联网终端的固件是在出厂时一次性写入在终端的非易失性存储体上，在整个生命周期，一般不需要更改。近些年来，由于应用的需要，人们提出了固件空中下载(Firmware over the air，FOTA)解决方案——能够对存放在物联网终端内部存储器上的固件进行远程升级。利用这种技术，可以采取终端自动探测版本号或者管理员手动推送的方式，升级远距离部署的终端。

FOTA升级过程如图1所示，分为下载，校验，修改引导，重启等几个步骤。传统的FOTA升级方式均是将整个固件全部下发到终端，再替换原有固件的方式。这种方式通讯流量大，即便是细微的参数调整，或者逻辑的细小变更，都会使得原有固件整个作废。同时传统的FOTA升级方式并不适合窄带天基物联网终端的升级，首先，卫星服务网，特别是窄带天基物联网，分配给一个终端的带宽只有几个KB，延迟大、常常出现丢包状况；其次，天基物联网的终端常常部署在比较偏远或者所有者不便于到达的地方；最后，天基物联网的高建设成本和运营成本决定了它的资费比基于蜂窝的物联网流量资费要贵的多，更新固件需要尽可能降低所需要的流量。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明提出一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法及系统，用于解决窄带天基物联网带宽小、延迟大、建设运营成本高，天基物联网终端部署位置偏远以及传统FOTA升级方式不适用于天基物联网终端升级等问题。

为达上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，并采用如下技术方案：

一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，包括：

采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求；基于所述服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层，得到窄带天基物联网终端软件架构；基于所述实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程。

进一步地，所述窄带天基物联网终端软件架构自下而上包括：硬件层、基础固件层、服务架构层以及微服务层；其中，所述硬件层包括但不限于终端的控制芯片、存储体、外围传感器；所述基础固件层基于启动加载程序和操作系统提供便于用户使用的服务语言环境；所述服务架构层包括：封装终端硬件常用功能并对硬件层进行控制的核心服务和集中提供用户业务逻辑代码及属性的用户服务；所述微服务层将服务粒度精细划分为属性和逻辑代码，且每一服务、每一属性采用唯一数字编码进行标识。

进一步地，所述服务语言环境屏蔽内存管理和硬件驱动的复杂性，且提供快速搭建适用各行业业务逻辑程序的标准逻辑组件；所述标准逻辑组件包括但不限于：时钟、调度器及常见数据结构。

进一步地，所述实际升级需求包括更新属性和更新服务；其中，所述更新属性为某一服务的逻辑代码不变，只更改所述服务的配置参数；所述更新服务为更改某一服务的配置参数，且需要修改所述服务的逻辑代码。

进一步地，所述基于用户实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程包括：在用户的实际升级需求为更新属性时，所述微服务层执行更新属性升级流程；在用户的实际升级需求为更新服务时，所述微服务层执行更新服务升级流程。

进一步地，所述更新属性升级流程包括：物联网网关构建设置属性消息；经由卫星通道将所述属性消息下发到终端软件；服务框架层调用配置更改方法对所述属性消息进行校验，并根据服务数字编码设置对应服务的新属性值；在更新属性后，服务框架层向物联网网关传达属性更新成功的消息。

进一步地，所述更新服务升级流程包括：物联网网关将待升级服务打包压缩，得到附上校验码的待升级服务压缩包；经由卫星通道将所述待升级服务压缩包下发到终端软件；服务框架层对待升级服务压缩包进行完整性校验并解压到服务目录；微服务层采用新服务入口代替旧服务入口的方式进行更新；在更新服务后，服务框架层重新启动微服务层的所有服务。

进一步地，更新服务后，在服务框架监控新服务不满足预设条件时，所述微服务层回退到旧服务。

根据本发明的第二个方面，提供一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统，并采用如下技术方案：

一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统，包括：用户需求采集模块：用于采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求；终端软件分层模块：用于根据用户需求采集模块采集的服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层；终端远程升级模块：用于对窄带天基物联网终端的微服务层执行升级流程。

本发明公开的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，首先基于服务框架设计一种硬件层、基础固件层、服务架构层和微服务层自下而上分布的软件架构；其次，在不增大终端软件尺寸的情况下，基于所述软件架构将窄带天基物联网终端软件恰当地分层和分组；最后根据用户实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程，更新属性或更新服务。本发明公开的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统有效解决窄带天基物联网带宽小、延迟大、建设运营成本高，天基物联网终端部署位置偏远以及传统FOTA升级方式不适用于天基物联网终端升级等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明背景技术中所述的固件空中下载(Firmware over the air，FOTA)升级流程图；

图2是本发明实施例所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法的流程图；

图3是本发明实施例所述的窄带天基物联网终端软件的基于服务框架的软件架构图；

图4是本发明实施例所述的更新属性的升级流程图；

图5是本发明实施例所述的更新服务的升级流程图；

图6是本发明实施例所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本中发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2是本发明实施例所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法的流程图。

参见图2所示，一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法包括：

S110：采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求；

S120：基于所述服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层，得到窄带天基物联网终端软件架构；

S130：基于所述实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程。

在步骤S110中，采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求，具体方法如下：

服务架构层包括：封装终端硬件常用功能并对硬件层进行控制的核心服务和集中提供用户业务逻辑代码及属性的用户服务；

实际升级需求包括更新属性和更新服务；其中，所述更新属性为某一服务的逻辑代码不变，只更改所述服务的配置参数；所述更新服务为更改某一服务的配置参数，且需要修改所述服务的逻辑代码。

目前，物联网终端一般直接是在嵌入式操作系统上开发应用程序的逻辑。业界对终端的低功耗、低成本等关注较多。终端的软件只用于采集数据和执行动作，大量的计算是放在云端。因此用户着重于终端的硬件设计和云端的软件设计，而对终端软件的关注较少。基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法重点关注终端软件，弥补了窄带天基物联网终端软件设计的空缺。

本实施例可以采取邮箱、电话、网站以及面谈等多种方式采集用户的物联网终端的服务架构和实际升级需求。服务架构信息包括终端硬件常用功能、用户业务逻辑代码及属性对于窄带天基物联网终端软件架构的设计至关重要，使得终端的软件易于扩展和升级；清晰的实际升级需求能够显著减小终端属性设置时的通信流量。

在步骤S120中，基于所述服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层，得到窄带天基物联网终端软件架构，具体实施方案为：

图3是本发明实施例所述的窄带天基物联网终端软件的基于服务框架的软件架构图。

如图3所示，窄带天基物联网终端软件架构自下而上包括终端硬件层、基础固件层、服务语言架构层和微服务层，更具体地，

终端硬件层包括终端的控制芯片、存储体、外围传感器等；

基础固件层在BootLoader和操作系统基础(内核、驱动和文件系统)上，还需提供便于用户使用的服务语言环境(服务语言的编译器或者解释器、服务语言的扩展)。常用的服务语言有MicroPython(Python之嵌入版本)、Lua(一种轻便的脚本语言)、Low.js(Node.js之嵌入版本)等，这些语言屏蔽了内存管理，硬件驱动等的复杂性，同时能够提供时钟、调度器、常见数据结构等标准逻辑组件，便于用户聚焦于自己的业务逻辑，快速搭建适用于本行业应用的业务逻辑程序；

微服务层分为核心服务和用户服务：核心服务暴露终端硬件常用的功能，用户可以通过简单更新它的属性对底层硬件进行控制——如电源模块的节电策略；联网模块的网络协议地址等；用户服务提供了专注于用户业务逻辑的脚本代码及其属性；

这些服务和属性都有一个唯一的数字编码。在查询或者更新属性时，仅仅需要提供服务编号和属性编号，就能定位到指定的属性。

本实施例通过上述技术方案，提供一种窄带天基物联网终端软件的具体实施方案，将终端软件分为受服务框架管理下的若干微服务。服务的启动和停止、服务之间的通信、与地面网关之间交换消息均通过服务框架这个容器进行。基于所述软件架构将窄带天基物联网终端软件能够显著减小终端属性设置时的通信流量，同时能够使得终端的软件易于扩展和升级。

在步骤S130中，基于用户实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程，具体方法如下：

为了减小FOTA升级过程中的复杂度和通讯流量，按照客观情况，将用户实际升级需求分为两种情况：一是逻辑不变，仅需更改服务的配置参数，简称更新属性；二是需要替换某一个微服务，简称更新服务。

针对这两种升级需求设计两种升级流程：对于更新属性，升级过程只需要传输待更新属性的新值；对于更新服务，升级过程传输新服务的压缩包，该压缩包含有其新的逻辑代码和属性定义等。

图4是本发明实施例所述的更新属性的升级流程图。

如图4所示，在更新属性时，物联网网关构建设置属性消息，指定服务编号，多组属性编号及其新的属性值。经卫星通道下发到终端，终端的服务框架在收到设置属性消息后，根据服务编号设置对应服务的新属性值，并且调用服务的OnConfigChange方法，通知属性已经更新。

更具体地，该服务需要在OnConfigChange方法中验证新的属性值合法和有效，并且重设业务逻辑。

图5是本发明实施例所述的更新服务的升级流程图。

如图5所示，更新服务：物联网网关将待升级服务打包——此包含有服务逻辑代码和初始属性集合，并进行压缩和附上校验码。经卫星通道下发到终端，终端的服务框架在收到升级包标识后，根据所附校验码验证升级包完整性，然后将升级包解压到服务目录。服务框架修改服务列表，将旧服务入口去除，并代之以新服务，然后重新整个服务层。服务更新完，需要重启服务层所有服务，而不是指定的服务，是因为服务之间可能存在依赖关系，因此重新启动所有服务，保证各服务相互引用仍然有效。

更具体地，在更新服务之后，服务框架可以监控新服务，如果不满足预设条件(如陷入死循环、频繁报错等)，就回退到之前的旧服务，以保证终端的可用性。

本实施例通过上述技术方案，即提供两种升级需求对应升级流程的具体实施方案，将终端软件的升级精细地划分到属性和服务(服务包含属性和逻辑代码两个部分)的粒度，不需要每次都更新整个终端代码；唯一数字Number标识的服务和属性在终端软件更新的过程中进一步降低通信流量；更新属性和更新服务产生的通信流量远远小于更新整个固件代码产生的通信流量；两种更新方式都包含属性和代码的校验，以及启动失败时的回退机制均能够使得终端在升级过程中的风险降低。

图6是本发明实施例所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统的结构示意图。

本发明的第二个方面，如图6所示，提供一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统，包括：用户需求采集模块10：用于采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求；终端软件分层模块20：用于根据用户需求采集模块采集的服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层；终端远程升级模块30：用于对窄带天基物联网终端的微服务层执行升级流程。

综上，本发明公开的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法通过引入一个基于服务框架的软件架构，在不增大终端软件尺寸的情况下，基于上述软件结构将终端软件恰当地分层和分组，对窄带天基物联网终端软件中集中逻辑的服务层进行更新属性或者服务的升级流程。本发明公开的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统能够显著减小终端属性设置时的通信流量，能够使得终端的软件易于扩展和升级，能够使得终端在升级过程中的风险降低，达到窄带天基物联网终端升级的目的。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，包括：

采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求；

基于所述服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层，得到窄带天基物联网终端软件架构；

基于所述实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程。

2.根据权利要求1所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，所述窄带天基物联网终端软件架构自下而上包括：硬件层、基础固件层、服务架构层以及微服务层；其中，

所述硬件层包括但不限于终端的控制芯片、存储体、外围传感器；

所述基础固件层基于启动加载程序和操作系统提供便于用户使用的服务语言环境；

所述服务架构层包括：封装终端硬件常用功能并对硬件层进行控制的核心服务和集中提供用户业务逻辑代码及属性的用户服务；

所述微服务层将服务粒度精细划分为属性和逻辑代码，且每一服务、每一属性采用唯一数字编码进行标识。

3.根据权利要求2所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，所述服务语言环境屏蔽内存管理和硬件驱动的复杂性，且提供快速搭建适用各行业业务逻辑程序的标准逻辑组件；

所述标准逻辑组件包括但不限于：时钟、调度器及常见数据结构。

4.根据权利要求1所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，所述实际升级需求包括更新属性和更新服务；其中，

所述更新属性为某一服务的逻辑代码不变，只更改所述服务的配置参数；

所述更新服务为更改某一服务的配置参数，且需要修改所述服务的逻辑代码。

5.根据权利要求1所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，所述基于用户实际升级需求对终端软件的微服务层执行对应的升级流程包括：

在用户的实际升级需求为更新属性时，所述微服务层执行更新属性升级流程；在用户的实际升级需求为更新服务时，所述微服务层执行更新服务升级流程。

6.根据权利要求5所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，所述更新属性升级流程包括：

物联网网关构建设置属性消息；

经由卫星通道将所述属性消息下发到终端软件；

服务框架层调用配置更改方法对所述属性消息进行校验，并根据服务数字编码设置对应服务的新属性值；

在更新属性后，服务框架层向物联网网关传达属性更新成功的消息。

7.根据权利要求5所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，所述更新服务升级流程包括：

物联网网关将待升级服务打包压缩，得到附上校验码的待升级服务压缩包；

经由卫星通道将所述待升级服务压缩包下发到终端软件；

服务框架层对待升级服务压缩包进行完整性校验并解压到服务目录；

微服务层采用新服务入口代替旧服务入口的方式进行更新；

在更新服务后，服务框架层重新启动微服务层的所有服务。

8.根据权利要求7所述的基于服务框架的窄带天基物联网终端升级方法，其特征在于，更新服务后，在服务框架监控新服务不满足预设条件时，所述微服务层回退到旧服务。

9.一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统，其特征在于，包括：

用户需求采集模块：用于采集用户窄带天基物联网终端的服务架构和实际升级需求；

终端软件分层模块：用于根据用户需求采集模块采集的服务框架将窄带天基物联网终端软件进行分层；

终端远程升级模块：用于对窄带天基物联网终端的微服务层执行升级流程。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种基于服务框架的窄带天基物联网终端升级系统执行权利要求1－8任一项所述的方法。

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