CN112764783A - 一种智慧家居设备的升级方法 - Google Patents

Abstract

一种智慧家居设备的升级方法，属于物联网设备升级技术领域，包括以下步骤：步骤S100，建立以与外网连接的网格入口节点MPP为源节点、以智慧家居设备为节点的平衡二元树结构；步骤S200，建立安全信赖连线；步骤S300，新节点的加入；步骤S400，节点的程序版本更新。本方法，消除了多节点同时发送升级请求的碰撞问题，更新链路上的更新程序，适用于该链路上的所有节点，不仅可以最大化提高更新链路作为数据通道的使用率，也可以大大提高固件广播升级的效率。

Description

一种智慧家居设备的升级方法

技术领域

本发明属于物联网设备升级技术领域，具体涉及为一种智慧家居设备的升级方法。

背景技术

随着物联网的兴起与发展，大量如传感器等智能设备连入互联网，它们数量众多，并需要不断地升级固件或应用程序来满足新的用户需求。如今已经实现通过互联网对设备进行远程固件及应用程序升级，但升级大多采用传统的C/S结构，即通过服务器转发升级文件给设备端进行升级。同时随着设备数量不断增加，庞大的设备数量带来的是对升级效率的进一步苛求。在待升级设备数量众多的情况下，升级效率就会明显下降。

发明内容

本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种智慧家居设备的升级方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种智慧家居设备的升级方法，包括以下步骤：

步骤S100，建立以与外网连接的网格入口节点MPP为源节点、以智慧家居设备为节点的平衡二元树结构；平衡二元树是具有以树状图案布置的一系列链接节点的数据结构；每个节点只有1个高一级层级的父节点，最多具有2个低一级层级的子节点；平衡二元树从左到右对称，并且在左侧和右侧具有相同或几乎相同数量的元素；

步骤S200，建立安全信赖连线：父节点和子节点之间完成通讯连接；

步骤S300，新节点的加入：如果当前的平衡二元树为满二元树，则平衡二元树中最低层的最左侧的节点负责连接新节点；如果当前的平衡二元树不是满二元树，则平衡二元树中倒数第二层的最右侧的节点负责连接新节点；

步骤S400，节点的程序版本更新，包括：

步骤S401，判断节点的程序版本更新需求；

步骤S402，源节点响应节点的程序版本更新需求，将更新需求等级高的节点列为此次需要更新的节点；源节点下载对应的最新版本的程序，将更新需求高的节点信息、相关程序作为更新内容集，下发至该节点所在的更新链路上的子节点，子节点再将更新内容集下发至子节点的子节点，直到该更新需求高的节点收到更新内容集；更新链路为需要程序更新的节点到源节点的最短路线所在的节点的集合；

步骤S403，需要更新的节点在收到更新内容集之后，读取本节点的工作状态；当工作状态处于闲暇时，该节点调用更新执行函数，完成程序的更新；当工作状态处于工作时，则表示当前运行的程序不能终止，暂不执行更新，然后定时重复执行本步骤，直到读取本节点的工作状态处于闲暇时工作状态，然后完成程序的更新。

进一步，步骤S100，包括：

步骤S101，确定统计时间点时的每个智慧家居设备的权重参数A=（B+C/D）*（F-E）/F；

其中，A为权重参数；B为预置参数，根据对应的智慧家居设备的重要性在[0,1]内人为选定，不选时采用默认值为0.5；C为截至统计的时间点该节点的在线时长；D为截至统计的时间点的系统运行总时长；E为节点的使用时长；F为节点的使用寿命；

步骤S102，计算综合权重G＝∑(Ai*Li)；选取综合权重G最小的模型建立平衡二元树密钥结构；所有节点ID号保存在源节点的数据栈中；

其中，G为二元树模型的综合权重；Ai为节点设备i的权重；Li为节点i在二元树中的从顶部往下的层级。

进一步，步骤S200中，平衡二元树结构中所有的合法节点中预先存储自身的位置U（Li,j）、私钥（Li,j）、公钥（Li,j）；其中，Li表示节点所在的第i个层级，j表示该结点在Li层中从左到右的顺序编号。

更进一步，步骤S300还包括以下步骤：

步骤S301，创建节点U（L_a,b）的两个子节点，该节点U（L_a,b）负责连接新节点；其中，左侧子节点为U（L_a+1,2b-1），右侧子节点为U（L_a+1,2b）并将右侧节点作为新加入的节点；

步骤S302，左侧子节点U（L_a+1,2b-1）和右侧子节点为U（L_a+1,2b）进行密钥协商，获取它们之间的会话密钥K。

步骤S303，更新节点U（La,b）到源节点的最短路径上所有节点的会议密钥。

步骤S303a，假设有随机数x和双倍虚拟随机数生成器G，G_L(x)及G_R(x)分别为G(x)的左右两半部；选取任意一随机数x，代入到双倍虚拟随机数生成器G(x)，得到G_L(x)及G_R(x)；

步骤S303b，将G_R(x)作为节点U（La,b）的随机数，代入到双倍虚拟随机数生成器G，得到G_L(G_R(x))及G_R(G_R(x))，将G_L(G_R(x))作为节点U（La,b）的会议密钥；并将G_R(G_R(x))作为节点U（La,b）的父节点的随机数；

步骤S303c，重复步骤S303b，直到密钥路径上的所有节点均更新了会议密钥；密钥路径为节点U（La,b）到源节点的最短路径；

步骤S303d，广播密钥路径上的更新后的会议密钥；

步骤S303e，节点U（L_a+1,2b-1）将更新后的二元树结构进行广播。

进一步，步骤S401中，判断节点的程序版本更新需求：每个子节点定时将程序属性信息，传输给其父节点；父节点汇总所有子节点的程序属性信息后，连同该父节点的程序属性信息，一同传送给该父节点的父节点；程序属性信息，包括操作系统类型编码、程序版本号、硬件类型编码的信息；源节点汇总所有节点的程序属性信息，将程序属性信息与源节点中存储有在线更新数据表进行比对，以判断具体节点的程序是否需要更新，并确定具体节点的更新需求等级；

更新需求等级分为：0、1、2、3、4；数字越大，表示节点的更新需求等级越高；当某节点的版本号与在线更新数据表中最新的版本号相同，则该节点的更新需求等级分为0，表示此节点的程序不需要更新；当某节点的版本号无法在线更新数据表中找到可以适用的对应版本号，则该节点的更新需求等级分为4，表示此节点的程序非常迫切需要更新。

本方法，消除了多节点同时发送升级请求的碰撞问题，更新链路上的更新程序，适用于该链路上的所有节点，不仅可以最大化提高更新链路作为数据通道的使用率，也可以大大提高固件广播升级的效率。

附图说明

图1是平衡二元树的节点级别示意图；

图2中的二元树的综合权重G的分布示意图。

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。

一种智慧家居设备的升级方法，包括以下步骤：

步骤S100，建立以与外网连接的网格入口节点MPP为源节点、以智慧家居设备为节点的平衡二元树结构，具体包括如下：

步骤S101，确定统计时间点时的每个智慧家居设备的权重参数A=（B+C/D）*（F-E）/F；

其中，A为权重参数；B为预置参数，根据对应的智慧家居设备的重要性在[0,1]内人为选定，不选时采用默认值为0.5；C为截至统计的时间点该节点的在线时长；D为截至统计的时间点的系统运行总时长；E为节点的使用时长；F为节点的使用寿命；

步骤S102，计算综合权重G＝∑(Ai*Li)；选取综合权重G最小的模型建立平衡二元树密钥结构；所有节点ID号保存在源节点的数据栈中；

其中，G为二元树模型的综合权重；Ai为节点设备i的权重；Li为节点i在二元树中的从顶部往下的层级。

当全新的节点组成二元树时，（F-E）/F趋近于1，C趋近于零，其权重参数A主要依赖于人为选定的预置参数B。

当二元树工作一段时间之后，权重参数A的调整主要依赖于C/D，当某一设备一半时间在线，权重参数A调整的幅度就会高于预置参数B的默认值。从而有利于根据实际情况，调整该设备在二元树的层级。在线时间长的设备有层级往顶部调的趋势，在线时间短的设备有层级往底部调整的趋势，从而保证整个系统的通信稳定性。层级在顶部的设备，承担了更多连接功能，因此，需要保证该设备的稳定性，尽量避免其掉线或者撤换。

随着时间的增长，（F-E）/F变小，节点的可用寿命减小，表示该节点即将被替换，因此，需要将该设备往二元树的底部调整。

例如，图2中的二元树的综合权重G的计算方式如下：

G=1*1+0.9*2+0.8*2+0.7*3+0.6*3+0.5*3；

可见当权重分别为1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5的6个节点，采用图2中的模型，其综合权重G最小。因此，依据图2的模型建立节点组的平衡二元树。

平衡二元树是具有以树状图案布置的一系列链接节点的数据结构；父节点连接子节点，且父节点位于子节点的上一层级；每个节点的子节点数目不超过2个；平衡二元树从左到右对称，并且在左侧和右侧具有相同或几乎相同数量的元素。

源节点为MPP，即Mesh Portal point，其是与外网连接的网格入口节点，具有支持网关功能，可配置为具有最高的级别，其他节点的级别根据节点所连接的上一跳节点的级别确定。级别的高低可以以数值来表示，例如，数值越小，级别越高，或者反之，数值越大，级别越低。在本实施例中，以数值越小级别越高来区分各个节点的级别。例如，图1中，MPP具有最高的级别，故而其级别值为0。

步骤S200，建立安全信赖连线：父节点和子节点之间完成通讯连接；平衡二元树结构中所有的合法节点中预先存储自身的位置U（Li,j）、私钥（Li,j）、公钥（Li,j）；其中，Li表示节点所在的第i个层级，j表示该结点在Li层中从左到右的顺序编号。

步骤S300，新节点的加入：

如果当前的平衡二元树为满二元树，则平衡二元树中最低层的最左侧的节点负责连接新节点；如果当前的平衡二元树不是满二元树，则平衡二元树中倒数第二层的最右侧的节点负责连接新节点；

步骤S301，创建节点U（L_a,b）的两个子节点，该节点U（L_a,b）负责连接新节点；其中，左侧子节点为U（L_a+1,2b-1），右侧子节点为U（L_a+1,2b）并将右侧节点作为新加入的节点；

步骤S302，左侧子节点U（L_a+1,2b-1）和右侧子节点为U（L_a+1,2b）进行密钥协商，获取它们之间的会话密钥K。

相邻普通节点间的密钥协商的方法，可以采用通用方法，例如申请号为202010998521.6，名称为《一种无线网络节点群中基于混合密钥的节点群密钥预分配方法》的中国专利中相邻普通节点间对偶密钥的建立所进行的密钥协商。

步骤S303，更新节点U（La,b）到源节点的最短路径上所有节点的会议密钥。

步骤S303a，假设有随机数x和双倍虚拟随机数生成器G，G_L(x)及G_R(x)分别为G(x)的左右两半部；选取任意一随机数x，代入到双倍虚拟随机数生成器G(x)，得到G_L(x)及G_R(x)；

步骤S303b，将G_R(x)作为节点U（La,b）的随机数，代入到双倍虚拟随机数生成器G，得到G_L(G_R(x))及G_R(G_R(x))，将G_L(G_R(x))作为节点U（La,b）的会议密钥；并将G_R(G_R(x))作为节点U（La,b）的父节点的随机数；

步骤S303c，重复步骤S303b，直到密钥路径上的所有节点均更新了会议密钥；密钥路径为节点U（La,b）到源节点的最短路径；

步骤S303d，广播密钥路径上的更新后的会议密钥；

步骤S303e，节点U（L_a+1,2b-1）将更新后的二元树结构进行广播。

步骤S400，节点的程序版本更新；

步骤S401，判断节点的程序版本更新需求：每个子节点定时将程序属性信息，传输给其父节点；父节点汇总所有子节点的程序属性信息后，连同该父节点的程序属性信息，一同传送给该父节点的父节点；程序属性信息，包括操作系统类型编码、程序版本号、硬件类型编码的信息；源节点汇总所有节点的程序属性信息，将程序属性信息与源节点中存储有在线更新数据表进行比对，以判断具体节点的程序是否需要更新，并确定具体节点的更新需求等级。

更新需求等级分为：0、1、2、3、4；数字越大，表示节点的更新需求等级越高。当某节点的版本号与在线更新数据表中最新的版本号相同，则该节点的更新需求等级分为0，表示此节点的程序不需要更新。当某节点的版本号无法在线更新数据表中找到可以适用的对应版本号，则该节点的更新需求等级分为4，表示此节点的程序非常迫切需要更新。

步骤S402，源节点响应节点的程序版本更新需求，将更新需求等级高的节点列为此次需要更新的节点，例如，将更新需求等级≥3的节点为更新需求等级高的节点；源节点下载对应的最新版本的程序，将更新需求高的节点信息、相关程序作为更新内容集，下发至该节点所在的更新链路上的子节点，子节点再将更新内容集下发至子节点的子节点，直到该更新需求高的节点收到更新内容集。

更新链路为需要程序更新的节点到源节点的最短路线所在的节点的集合。

步骤S403，需要更新的节点在收到更新内容集之后，读取本节点的工作状态；当工作状态处于闲暇时，该节点调用更新执行函数，完成程序的更新；当工作状态处于工作时，则表示当前运行的程序不能终止，暂不执行更新，然后定时重复执行本步骤，直到读取本节点的工作状态处于闲暇时工作状态，然后完成程序的更新。

本方法，消除了多节点同时发送升级请求的碰撞问题，更新链路上的更新程序，适用于该链路上的所有节点，不仅可以最大化提高更新链路作为数据通道的使用率，也可以大大提高固件广播升级的效率。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种智慧家居设备的升级方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100，建立以与外网连接的网格入口节点MPP为源节点、以智慧家居设备为节点的平衡二元树结构；平衡二元树是具有以树状图案布置的一系列链接节点的数据结构；每个节点只有1个高一级层级的父节点，最多具有2个低一级层级的子节点；平衡二元树从左到右对称，并且在左侧和右侧具有相同或几乎相同数量的元素；

步骤S200，建立安全信赖连线：父节点和子节点之间完成通讯连接；

步骤S300，新节点的加入：如果当前的平衡二元树为满二元树，则平衡二元树中最低层的最左侧的节点负责连接新节点；如果当前的平衡二元树不是满二元树，则平衡二元树中倒数第二层的最右侧的节点负责连接新节点；

步骤S400，节点的程序版本更新，包括：

步骤S401，判断节点的程序版本更新需求；

步骤S402，源节点响应节点的程序版本更新需求，将更新需求等级高的节点列为此次需要更新的节点；源节点下载对应的最新版本的程序，将更新需求高的节点信息、相关程序作为更新内容集，下发至该节点所在的更新链路上的子节点，子节点再将更新内容集下发至子节点的子节点，直到该更新需求高的节点收到更新内容集；更新链路为需要程序更新的节点到源节点的最短路线所在的节点的集合；

步骤S403，需要更新的节点在收到更新内容集之后，读取本节点的工作状态；当工作状态处于闲暇时，该节点调用更新执行函数，完成程序的更新；当工作状态处于工作时，则表示当前运行的程序不能终止，暂不执行更新，然后定时重复执行本步骤，直到读取本节点的工作状态处于闲暇时工作状态，然后完成程序的更新。

2.如权利要求1所述的一种智慧家居设备的升级方法，其特征在于，步骤S100，包括：

步骤S101，确定统计时间点时的每个智慧家居设备的权重参数A=（B+C/D）*（F-E）/F；

其中，A为权重参数；B为预置参数，根据对应的智慧家居设备的重要性在[0,1]内人为选定，不选时采用默认值为0.5；C为截至统计的时间点该节点的在线时长；D为截至统计的时间点的系统运行总时长；E为节点的使用时长；F为节点的使用寿命；

步骤S102，计算综合权重G＝∑(Ai*Li)；选取综合权重G最小的模型建立平衡二元树密钥结构；所有节点ID号保存在源节点的数据栈中；

其中，G为二元树模型的综合权重；Ai为节点设备i的权重；Li为节点i在二元树中的从顶部往下的层级。

3.如权利要求1所述的一种智慧家居设备的升级方法，其特征在于，步骤S200中，平衡二元树结构中所有的合法节点中预先存储自身的位置U（Li,j）、私钥（Li,j）、公钥（Li,j）；其中，Li表示节点所在的第i个层级，j表示该结点在Li层中从左到右的顺序编号。

4.如权利要求3所述的一种智慧家居设备的升级方法，其特征在于，步骤S300还包括以下步骤：

步骤S301，创建节点U（L_a,b）的两个子节点，该节点U（L_a,b）负责连接新节点；其中，左侧子节点为U（L_a+1,2b-1），右侧子节点为U（L_a+1,2b）并将右侧节点作为新加入的节点；

步骤S302，左侧子节点U（L_a+1,2b-1）和右侧子节点为U（L_a+1,2b）进行密钥协商，获取它们之间的会话密钥K；

步骤S303，更新节点U（La,b）到源节点的最短路径上所有节点的会议密钥；

步骤S303a，假设有随机数x和双倍虚拟随机数生成器G，G_L(x)及G_R(x)分别为G(x)的左右两半部；选取任意一随机数x，代入到双倍虚拟随机数生成器G(x)，得到G_L(x)及G_R(x)；

步骤S303b，将G_R(x)作为节点U（La,b）的随机数，代入到双倍虚拟随机数生成器G，得到G_L(G_R(x))及G_R(G_R(x))，将G_L(G_R(x))作为节点U（La,b）的会议密钥；并将G_R(G_R(x))作为节点U（La,b）的父节点的随机数；

步骤S303c，重复步骤S303b，直到密钥路径上的所有节点均更新了会议密钥；密钥路径为节点U（La,b）到源节点的最短路径；

步骤S303d，广播密钥路径上的更新后的会议密钥；

步骤S303e，节点U（L_a+1,2b-1）将更新后的二元树结构进行广播。

5.如权利要求1或4所述的一种智慧家居设备的升级方法，其特征在于，

步骤S401中，判断节点的程序版本更新需求：每个子节点定时将程序属性信息，传输给其父节点；父节点汇总所有子节点的程序属性信息后，连同该父节点的程序属性信息，一同传送给该父节点的父节点；程序属性信息，包括操作系统类型编码、程序版本号、硬件类型编码的信息；源节点汇总所有节点的程序属性信息，将程序属性信息与源节点中存储有在线更新数据表进行比对，以判断具体节点的程序是否需要更新，并确定具体节点的更新需求等级；

更新需求等级分为：0、1、2、3、4；数字越大，表示节点的更新需求等级越高；当某节点的版本号与在线更新数据表中最新的版本号相同，则该节点的更新需求等级分为0，表示此节点的程序不需要更新；当某节点的版本号无法在线更新数据表中找到可以适用的对应版本号，则该节点的更新需求等级分为4，表示此节点的程序非常迫切需要更新。

Images