CN111432400B - 一种集群式ota升级方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集群式OTA升级方法，应用于OTA网关和N个终端之间，各个终端与OTA网关之间通过无线信道进行通信，将所述无线信道分为升级信道和调度信道；将OTA网关每个工作周期内分为竞争接入期和非竞争接入期；在竞争接入期内，OTA网关工作在调度信道，广播固件信息；在非竞争接入期内，OTA网关工作在升级信道，进行升级包下发流程；各个终端根据OTA网关广播的固件信息接入OTA网关，并请求分配在非竞争接入期内的通信时隙；终端在分配的通信时隙内请求下发升级包并执行升级流程。通过采用该升级方法，提高了升级包下发效率，加快了所有终端的升级包备份速度，弥补了IOT设备通信带宽小、速度慢的缺点，同时降低了批量终端的整体升级时间，提高了升级效率。

Description

一种集群式OTA升级方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种集群式OTA升级方法及系统。

背景技术

IOT(Internet of Things，物联网)是当前行业应用热点，同时也是设备互联互通的技术发展方向。由于电子设备快速更替迭代，市场瞬息万变，所以要求设备的快速开发，快速更新替换新功能。为了解决设备出厂后还能对设备软件的系统更新、功能迭代和漏洞修复，发展出了OTA(Over-the-Air Technology空中下载)相关技术。

OTA全称over the air，也称为在线升级。OTA升级是通过在应用系统中，将设备最新的固件从服务器下载备份到外部Flash，再由Bootloader更新固件，完成固件更新替换，系统升级的过程。随着固件功能越来越多，固件大小也越来越大，通常需要优化OTA升级过程，提高升级速度。当前最主要的实现快速升级的方法是降低传输固件包的大小，通过增量包的升级或者固件压缩的形式，实现快速的OTA升级。增量包升级方式减少了固件实际的传输大小，提高了升级速度，但是于设备而言，也是一对一连接到服务器进行升级，数量越多，其系统传输负担越大，整个系统升级时间越长。

现有技术中，增量或者压缩固件包OTA升级需要设备一对一的连接网关或服务器，请求数据后，进行一对一升级，对于Zigbee、蓝牙等低速通信设备而言，其耗时较长。在大量设备下，各设备实际按照串行方式升级，设备数越多，升级完成所有设备耗时越长，对系统负担越重。特别是需要集中设备管理的场所，所有设备进行一次OTA耗时长，维护成本高。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明提供了一种集群式OTA升级方法，以通过时隙接入、一对多的升级包分发方式和网关加速，提高OTA升级效率。

本发明采用的技术方案如下：一种集群式OTA升级方法，应用于OTA网关和N个终端之间，所述N为大于等于1的自然数,其特征在于，包括：

各个终端与OTA网关之间通过无线信道进行通信，将所述无线信道分为升级信道和调度信道；将OTA网关每个工作周期内分为竞争接入期和非竞争接入期；

在竞争接入期内，OTA网关工作在调度信道，广播固件信息；

在非竞争接入期内，OTA网关工作在升级信道，进行升级包下发流程；

各个终端根据OTA网关广播的固件信息接入OTA网关，并请求分配在非竞争接入期内的通信时隙；终端在分配的通信时隙内请求下发升级包并执行升级流程。

进一步的，所述各个终端根据OTA网关广播的固件信息接入OTA网关，包括：

步骤11、OTA网关在调度信道中广播含有固件信息的无线信标，终端在所述调度信道中搜网，搜索到无线信标时，对无线信标中固件信息的固件型号及固件版本号与该终端的固件型号及固件版本号进行匹配，匹配成功进入则步骤12，匹配失败则进入步骤11；

步骤12、将该终端与OTA网关进行时间同步，并在每个工作周期内的向OTA网关报告终端固件版本号；

步骤13、OTA网关将接收到的报告中终端固件版本号与无线信标中的固件版本号进行对比，若不一致，下发升级握手信号；

步骤14、终端收到握手信号后，向OTA网关请求通信时隙，OTA网关进行时隙分配。

进一步的，各个终端请求下发升级包并执行升级，包括：

步骤21、保持接收机接收状态，若接收到升级包则进入步骤24；若未接收到升级包则进入步骤22；

步骤22、判断是否已分配时隙，若未分配，则检测是否有终端是否升级完毕，若有则在下一竞争接入期内请求时隙，并进入步骤21；若已分配则等待通信时隙到来；

步骤23、通信时隙到，计算当前工作周期所需请求升级包包号，并请求该升级包；

步骤24、接收到升级包，判断该升级包是否保存，若已备份保存则进入步骤21；若未备份保存则将该升级包备份保存，并更新升级包状态；

步骤25、判断是否将所有所需升级包备份保存完成，若未备份完成则进入步骤21；若备份完成，则向网关上报备份完成通知，同时升级系统。

进一步的，终端在每个工作周期内仅主动请求一次升级包，在通信时隙内，终端根据升级包包号从小到大依次检测所需请求的升级包，检测到第一个未备份保存的升级包包号时，将该包号作为该当前工作周期主动请求的升级包包号。

进一步的，网关在每个所述非竞争接入期的工作过程分为三个阶段，分别为时隙升级期、空闲待接入期、硬件加速期；

在时隙升级期内，OTA网关处理所有终端发起请求，处理完毕后进入空闲待接入期；

所述空闲待接入期为固定的空闲时间，在空闲待接入期内，若有新的终端设备请求通信，则OTA网关处理完通信请求后，重新等待固定的空闲时间，若空闲待接入期内，无新终端进行交互，等待期超时后，进入硬件加速期；

在硬件加速期内，网关连续广播下发升级包至所有终端，直到进入下一竞争接入期结束升级包的下发。

进一步的，所述时隙升级期具体下发过程为：OTA网关接收到升级包下发请求后，采用广播方式下发所请求的升级包至所有终端。

进一步的，所述硬件加速期具体下发过程为：网关计算最佳的下发升级包起始包号，从起始包依次连续广播下发升级包至所有终端。

进一步的，所述最佳下发升级包起始号的计算方法为：在初次进入硬件加速期时，当前升级包起始包号预设为0，当加速下发完所有升级包后，升级包起始包号重置为0；否则，将上一轮硬件加速期结束时的升级包号，设为当前升级包起始包号。检测时隙升级期中，所有终端中请求的最大升级包号；若当前升级包起始包号小于最大升级包号，则将最大升级包号作为升级包起始包号；若当前升级包起始包号大于最大升级包号，则将当前升级包号作为起始包号。在本轮硬件加速期结束时，将下一轮硬件加速期的升级包起始包号设置为本轮下发的最后一包升级包包号。

进一步的，若终端未请求到时隙，则保持接收状态，接收网关广播的升级包，同时检测是否有其他终端升级完毕，若有其他终端升级完毕则再次向网关请求通信时隙，若请求成功，则根据通信时隙向网关发送升级包下发请求。

本发明还提供了一种集群式OTA升级系统，包括：OTA网关、N个终端以及设置在OTA网关内的控制单元，其中，N为大于等于1的自然数；所述N个终端分别通过无线信道连接至OTA网关；所述控制单元用于执行上述的OTA升级方法。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：一个网关可以支持多个终端设备接入，网关通过划分时隙和变信道的通信方式，避免其他设备对OTA升级信道的无线干扰，同时采用广播发送升级包及网关硬件加速下发升级包的方法，加快了所有终端的升级包备份速度，弥补了IOT物联网设备通信带宽小、速度慢的缺点，同时采用1对多的并行升级方式，降低了批量终端的整体升级时间，提高了升级效率。

附图说明

图1为本发明中提供的所述集群式OTA升级方法的流程图；

图2为本发明中的OTA网关工作周期示意图；

图3为本发明中的竞争接入期工作流程图；

图4为本发明中的非竞争接入期示意图；

图5为本发明中的终端工作流程图；

图6为本发明的请求与下发升级包示意图；

图7为本发明的硬件加速期示意图；

图8为本发明的OTA网关工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

参阅图1，本实施例提供了一种集群式OTA升级方法，应用于OTA网关和N个终端之间，所述N为大于等于1的自然数，步骤如下：

步骤S1:各个终端与OTA网关之间通过无线信道进行通信，将所述无线信道分为升级信道和调度信道；将OTA网关每个工作周期内分为竞争接入期和非竞争接入期；

步骤S2:在竞争接入期内，OTA网关工作在调度信道，广播固件信息；

步骤S3:在非竞争接入期内，OTA网关工作在升级信道，进行升级包下发流程；

步骤S4:各个终端根据OTA网关广播的固件信息接入OTA网关，并请求分配在非竞争接入期内的通信时隙；终端在分配的通信时隙内请求下发升级包并执行升级流程。

如图2所示，每个工作周期包含了竞争接入期和非竞争接入期，在一个时期结束后马上进入另一个时期，当竞争接入期和非竞争接入期都结束后进入下一工作周期。其中，竞争接入期用于网关分配通信时隙给终端；非竞争接入期用于网关与终端通信下发升级包。

无线设备具有多个通信信道，将其工作信道人为的划分为调度信道和升级信道两类；在一个实施例中，所述无线设备为Zigbee通信设备，通信信道为11-26，其中11，17，22划分为调度信道，其余信道划为升级信道；

如图3所示,其为本实施例中各个终端接入OTA网关流程图，所述各个终端根据OTA网关广播的固件信息接入OTA网关的具体工作过程如下：

步骤11、OTA网关在调度信道中广播含有固件信息的无线信标，终端在调度信道中搜网，搜索到无线信标时，对无线信标中广播的固件信息中的固件型号及固件版本号与该终端的固件型号及版本号进行匹配，匹配成功进入则步骤12，匹配失败则进入步骤11；

步骤12、将该终端与OTA网关进行时间同步，并在每个工作周期内的向OTA网关报告终端固件版本号；

步骤13、OTA网关将接收到的报告中终端固件版本号与无线信标中的固件版本号进行对比，若不一致，立即下发升级握手信号；

步骤14、终端收到握手信号后，向OTA网关请求通信时隙，OTA网关进行通信时隙的分配；其中，网关分配的每个通信时隙具有相对应的时隙号，网关将时隙号按照从小到大的顺序进行分配给各个终端，所述时隙号为大于等于1的自然数。

在所述步骤11中，无线信标中包含了升级参数配置，无线信标中包含了升级参数配置，所述升级参数包括了时隙升级期长度、升级信道、竞争期长度、工作周期，所述升级参数均可根据需求调整；其中，时隙参数用于终端计算通信时间，终端与网关同步后，终端按照网关的工作周期--周期性的在竞争期内上报版本号，步调保持和网关一致-提高上报版本的成功率。

升级信道用于告知终端处于升级模式时的通信信道，以保持和网关相同。在步骤12中，匹配的判定方法为：固件型号一致，版本号不一致为匹配成功；其余情况为匹配失败。

如图5所示，各个终端请求下发升级包并执行升级的具体工作过程如下：

步骤21、保持接收机接收状态，若接收到升级包进入步骤24；若未接收到升级包则进入步骤22；

步骤22、判断是否已分配时隙，若未分配，则检测是否有终端是否升级完毕，若有则在下一竞争接入期内请求时隙，并进入步骤21；若已分配则等待通信时隙到来；

步骤23、通信时隙到，计算当前周期所需请求升级包包号，并请求该升级包；

步骤24、接收到升级包，判断该包是否备份保存，若已保存则进入步骤21；若未备份保存则将该升级包备份保存，并更新包状态；

步骤25、判断是否将所有所需升级包备份保存完成，若未备份完成则进入步骤21；若备份保存完成，则向网关上报备份保存完成通知，同时更新系统。

在步骤23中，通信时隙是以时隙升级期起点为起点，按照网关分配的时隙号和时隙长度，计算向网关请求升级包的时刻，计算方法为：

通信时隙＝时隙号*时隙长度

其中，时隙长度为根据需求设计的固定长度。在步骤23中，计算当前周期所需请求升级包包号的具体方法为：终端根据包号从小到大依次检测所需请求的升级包，检测到第一个未保存的升级包号时，将该包号作为该当前工作周期主动请求的升级包包号。

各个终端每个周期的各自的通信时隙内请求升级包，网关接收到升级包请求后，广播该升级包至所有终端设备。

终端的请求下发升级包的过程如图6所示，终端按时隙请求升级包，终端1分配的时隙号为1，终端2分配的时隙号为2.在每个工作周期内，时隙号小的终端先请求升级包，网关收到请求后广播下发升级包数据，每个工作周期内，终端仅向网关主动请求一次升级包，每次请求一包升级包。

若终端没有请求到时隙，则保持接收状态，接收网关广播的升级包，同时检测是否有其他终端升级完毕，若有其他终端升级完毕则再次向网关请求通信时隙，请求到后，则按照分配的时隙进行请求升级包。

如图8所示，OTA网关在竞争接入期中广播固件信息和升级配置参数，竞争接入期结束后进入非竞争接入期，OTA网关在非竞争接入期的具体工作过程分为三个阶段分别为时隙升级期、空闲待接入期、硬件加速期，如图4所示；所述时隙升级期用于已分配时隙的终端在其时隙内请求升级包等通信；所述空闲待接入期为固定的空闲时间用于新分配时隙的终端进行升级通信；所述硬件加速期用于网关加速下发升级包。

在时隙升级期内，如图6所示，OTA网关处理所有终端发起的升级包下发请求，处理完毕后进入空闲待接入期；

在空闲待接入期内，若有新的终端设备请求通信，则OTA网关处理完通信请求后，重新等待固定的空闲时间，若空闲待接入期内，无新终端进行交互，等待期超时后，进入硬件加速期；

在硬件加速期内，如图7所示，网关连续广播下发升级包至所有终端，直到进入下一竞争接入期时结束升级包的下发。

其中，时隙升级期的下发过程为：如图6所示，OTA网关接收到升级包下发请求后，采用广播方式下发所请求的升级包至所有终端。

硬件加速期的下发过程为：网关计算最佳的下发升级包起始包号，从起始包依次连续广播下发升级包至所有终端。

每轮加速均需要计算最佳的下发升级包起始包号，为了提高加速效率，尽量加速下发所有终端都还未保存的升级包。其中，最佳的下发升级包起始包号的计算方法为：

在初次进入硬件加速期时，当前升级包起始包号预设为0，当加速下发完所有升级包后，升级包起始包号重置为0；否则，将上一轮硬件加速期结束时的升级包号，设为当前升级包起始包号。

检测已分配时隙升级期中，所有终端中请求的最大升级包号；若当前升级包起始包号小于最大升级包号，则将最大升级包号作为升级包起始包号；若当前升级包起始包号大于最大升级包号，则将当前升级包号作为起始包号；在本轮硬件加速期结束时，将下一轮硬件加速期的升级包起始包号设置本轮硬件加速期下发的最后一包升级包包号。

对于在硬件加速期广播下发的升级包，其起始包号及包号顺序可调整，可从0包依次增大顺序开始，可从最大的终端请求包号依次减小顺序开始，广播下发也不限制于顺序广播包，可跳跃式广播包，例如：2-4-6-9-20…。

如图7所示，在硬件加速期内，网关广播发送升级包，所有终端均可接到升级包，若终端未备份保存该升级包，则终端将该升级包备份保存至固件备份区内。这样在每轮OTA时隙通信期内，所有终端除了主动时隙请求时，可接收到所请求的升级包，在硬件加速期内，也可接收到升级包，这样网关下发升级包的效率大大提高，同时终端备份升级包的速度也大大提高，充分利用了空闲硬件加速期，进行OTA升级加速。从而提高了OTA升级速度。

所述硬件加速期的长短根据时隙升级期的长度动态调整，分配时隙的终端数目越少，时隙升级期越短，硬件加速期的长度越长，其中，

硬件加速期长度＝非竞争接入期长度-时隙升级期长度-空闲待接入期长度

当时隙升级期占满整个非竞争接入期长度后，就没有硬件加速期。因此，

最大可分配时隙数＝非竞争接入期长度/时隙长度

当接入网关的终端数目超过网关最大可分配的时隙数时，网关不分配时隙给新请求时隙的终端；终端请求不到时隙号，则保持接收状态，通过仅接收模式接收网关广播的升级包进行升级，此时由于终端不发射无线信号，不会对升级信道进行干扰。

已分配时隙的终端升级完毕后，不再周期性的请求升级包，网关检测到多个工作周期内该终端都无请求通信，则网关主动将该时隙号置为可用，可供其他终端请求时隙时分配；此处检测指，某个时隙是否空闲的检测，存在多种情况，若终端掉电-死机-离开OTA信号覆盖区域等，网关均有可能收不到终端请求包(即无请求通信)，从而使网关判断该时隙空闲，以便分配给其他的终端用。

终端接收完毕所有所需的升级包后，上报给网关备份完成通知信号，同时启动Bootloader更新系统，完成系统升级。

在本发明中，每个工作分为竞争期和非竞争时隙接入期，其先后关系可根据需要调整，每个时期的长度及时隙长度也可以调整。

网关非竞争接入期中空闲等待时期长度可根据时隙长度调整，可长可短。

该方法适用于通信协议为Zigbee、蓝牙、Lora、WIFI等等的通信设备。

一种集群式OTA升级系统，包括OTA网关、N个终端以及设置在OTA网关内的控制单元，其中，N为大于等于1的自然数；所述N个终端分别通过无线信道连接至OTA网关；所述控制单元用于上述OTA升级方法。

通过采用本发明的OTA升级系统，一个网关可以支持多个终端设备接入，网关通过划分时隙和变信道的通信方式，避免其他设备对OTA升级信道的无线干扰；

同时采用广播发送升级包及网关硬件加速下发升级包的方法，加快了所有终端的升级包备份速度，弥补了IOT物联网设备通信带宽小、速度慢的缺点，同时采用1对多的并行升级方式，降低了批量终端的整体升级时间，提高了升级效率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (9)

1.一种集群式OTA升级方法，应用于OTA网关和N个终端之间，所述N为大于等于1的自然数,其特征在于，包括：

各个终端与OTA网关之间通过无线信道进行通信，将所述无线信道分为升级信道和调度信道；将OTA网关每个工作周期内分为竞争接入期和非竞争接入期；

在竞争接入期内，OTA网关工作在调度信道，广播固件信息；

在非竞争接入期内，OTA网关工作在升级信道，进行升级包下发流程；

各个终端根据OTA网关广播的固件信息接入OTA网关，并请求分配在非竞争接入期内的通信时隙；终端在分配的通信时隙内请求下发升级包并执行升级流程；

所述各个终端根据OTA网关广播的固件信息接入OTA网关，包括：

步骤11、OTA网关在调度信道中广播含有固件信息的无线信标，终端在所述调度信道中搜网，搜索到所述无线信标时，对所述固件信息的固件型号及固件版本号与该终端的固件型号及固件版本号进行匹配，匹配成功进入则步骤12，匹配失败则进入步骤11；

步骤12、将该终端与OTA网关进行时间同步，并在每个工作周期内向OTA网关报告终端固件版本号；

步骤13、OTA网关将接收到的报告中终端固件版本号与无线信标中的固件版本号进行对比，若不一致，下发升级握手信号；

步骤14、终端收到握手信号后，向OTA网关请求通信时隙，OTA网关进行时隙分配。

2.根据权利要求1所述的OTA升级方法，其特征在于，各个终端请求下发升级包并执行升级，包括：

步骤21、保持接收机接收状态，若接收到升级包则进入步骤24；若未接收到升级包则进入步骤22；

步骤22、判断是否已分配时隙，若未分配，则检测是否有终端是否升级完毕，若有则在下一竞争接入期内请求时隙，并进入步骤21；若已分配则等待通信时隙到来；

步骤23、通信时隙到，计算当前工作周期所需请求升级包包号，并请求该升级包；

步骤24、接收到升级包，判断该升级包是否保存，若已备份保存则进入步骤21；若未备份保存则将该升级包备份保存，并更新升级包状态；

步骤25、判断是否将所有所需升级包备份保存完成，若未备份完成则进入步骤21；若备份完成，则向网关上报备份完成通知，同时升级系统。

3.根据权利要求2所述的OTA升级方法，其特征在于，终端在每个工作周期内仅主动请求一次升级包，在通信时隙内，终端根据升级包包号从小到大依次检测所需请求的升级包，检测到第一个未备份保存的升级包包号时，将该包号作为该当前工作周期主动请求的升级包包号。

4.根据权利要求3所述的OTA升级方法，其特征在于，网关在每个所述非竞争接入期的工作过程分为三个阶段，分别为时隙升级期、空闲待接入期、硬件加速期；

在时隙升级期内，OTA网关处理所有终端发起请求，处理完毕后进入空闲待接入期；

所述空闲待接入期为固定的空闲时间，在空闲待接入期内，若有新的终端设备请求通信，则OTA网关处理完通信请求后，重新等待固定的空闲时间，若空闲待接入期内，无新终端进行交互，等待期超时后，进入硬件加速期；

在硬件加速期内，网关连续广播下发升级包至所有终端，直到进入下一竞争接入期结束升级包的下发。

5.根据权利要求4所述的OTA升级方法，其特征在于，所述时隙升级期具体下发过程为：OTA网关接收到升级包下发请求后，采用广播方式下发所请求的升级包至所有终端。

6.根据权利要求4或5所述的OTA升级方法，其特征在于，所述硬件加速期具体下发过程为：网关计算最佳的下发升级包起始包号，从起始包号开始依次连续广播下发升级包至所有终端。

7.根据权利要求6所述的OTA升级方法，其特征在于，所述最佳下发升级包起始号的计算方法为：在初次进入硬件加速期时，当前升级包起始包号预设为0，当加速下发完所有升级包后，升级包起始包号重置为0；否则，将上一轮硬件加速期结束时的升级包号，设为当前升级包起始包号；检测时隙升级期中，所有终端中请求的最大升级包号；若当前升级包起始包号小于最大升级包号，则将最大升级包号作为升级包起始包号；若当前升级包起始包号大于最大升级包号，则将当前升级包号作为起始包号；在本轮硬件加速期结束时，将下一轮硬件加速期的升级包起始包号设置为本轮下发的最后一包升级包包号。

8.根据权利要求2所述的OTA升级方法，其特征在于，若终端未请求到时隙，则保持接收状态，接收网关广播的升级包，同时检测是否有其他终端升级完毕，若有其他终端升级完毕则再次向网关请求通信时隙，若请求成功，则根据通信时隙向网关发送升级包下发请求。

9.一种集群式OTA升级系统，其特征在于，包括：OTA网关、N个终端以及设置在OTA网关内的控制单元，其中，N为大于等于1的自然数；所述N个终端分别通过无线信道连接至OTA网关；所述控制单元用于执行权利要求1-8中任一一项所述的OTA升级方法。

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