CN114020304A

CN114020304A - 一种基于LoRaWan的OTA实现方法、终端设备及计算机存储介质

Info

Publication number: CN114020304A
Application number: CN202210010996.9A
Authority: CN
Inventors: 卢骏超; 王美风; 毛正飞; 杨启彬; 王威; 张宇丹; 毛伟信; 王懿
Original assignee: Hangzhou Byte Iot Security Technology Co ltd; Hangzhou Byte Information Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Byte Iot Security Technology Co ltd; Hangzhou Byte Information Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2022-02-08

Abstract

本发明公开了一种基于LoRaWan的OTA实现方法，涉及无线通信技术领域。包括以下步骤：节点上电启动，并定时上报心跳报文；服务器导入需要升级的固件，确定需要升级的节点列表，并将列表内的节点的状态设置为普通状态；服务器收到心跳报文后，判研是否需要对该节点进行升级；服务器将节点的状态设置为升级状态；向服务器发起固件分包请求；服务器收到固件分包请求后，依据实时扩频因子，确定本次分包数据长度对固件进行分包，并将所述分包数据长度和分包数据发送给节点；节点将分包数据长度累加保存，同时保存分包数据。本发明在固件升级时，不需要进行模式的切换，也可以进行断点重传；同时在升级过程中，也不影响其他节点的正常工作。

Description

一种基于LoRaWan的OTA实现方法、终端设备及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于LoRaWan的OTA实现方法、终端设备及计算机存储介质。

背景技术

LoRaWan节点类型包括class A、class B和class C三类。class A 在上行数据后，开启两个短暂的接收窗口，然后结束本次通讯；class B在class A的基础上，可以定时开启一定时间的接收窗口；class C则可以一直开启接收窗口2。同时，LoRaWan是一种长距离无线通信方式，在最大发射功率限制的情况下，想要提升通信距离，就得牺牲通信速率，这使得在标准协议下，每个报文携带payload数据极其有限，一般在50多字节到200多字节左右。按照最慢发送速率计算，一个报文需要4、5秒的发射时间。基于LoRaWan的这种特性，想要给节点进行无线固件升级，存在较大的困难。一个固件程序，少则几十KB大小，可以拆分出上千个分包，意味着至少需要服务与节点交互上千次，才能将固件传送给某个节点。这其中涉及到成功率的问题，组网容量越大，网关连续的与某一节点进行无线通讯，单次通讯的成功率越低，需要大量的重传机制来保证固件传输。而class A和class B还涉及功耗问题，他们是会进行低功耗睡眠，他们的重传机制需要更加复杂的设计。这往往造成了升级效率极其低下的问题。

目前的LoRaWan的OTA技术，是在需要固件升级时，将class A和class B临时切换到class C，此方法规避了class A和class B模式下的问题。

将class A和class B临时切换到class C，再进行固件传输的方法，固然规避了class A和class B的缺陷，但class C升级模式也存在诸多问题：

1、会额外提升class A 和class B的终端节点功耗；

2、因请求超时、连接断开导致本次升级异常时，从class C模式切回到初始模式时，终端节点重新进入低功耗休眠。下次再启动升级时，需要重新切回class C模式，重头开始传输固件程序，这也大大提升了此类终端节点的功耗；

3、当在进行固件升级时，网关连续和某一节点进行报文通信时，此时间短则几十分钟，长则几小时，会影响其他节点的通信功能，同时其他节点也会影响本节点的通信成功率，造成整个组网的通信效率低下。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种基于LoRaWan的OTA实现方法、终端设备及计算机存储介质，在固件升级时，不需要将class A和class B 切换到class C模式，也可以进行断点重传；同时在升级过程中，也不影响其他节点的正常工作。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于LoRaWan的OTA实现方法，包括以下步骤：

S001，节点上电启动，并定时上报心跳报文；

S002，服务器导入需要升级的固件，确定需要升级的节点列表，并将列表内的节点的状态设置为普通状态；

S003，服务器收到心跳报文后，判研是否需要对该节点进行升级；若不需要升级，重复S003，否则跳转至S004；

S004，服务器将节点的状态设置为升级状态，同时向该节点发送心跳ACK报文；

S005，节点收到心跳ACK报文后，向服务器发起固件分包请求；

S006，服务器收到固件分包请求后，依据实时扩频因子，确定本次分包数据长度对固件进行分包，并将所述分包数据长度和分包数据发送给节点；

S007，重复S005-S006，节点将分包数据长度累加保存，同时保存分包数据。

进一步的，所述S003中，判研方法如下：当该节点是普通状态，并且存在空闲的升级专用频点，则该节点需要升级。

进一步的，所述心跳ACK报文包含固件的长度、固件全数据的校验位、以及分配的升级专用频点；同时，节点依据所述分配到的升级专用频点向服务器发起固件分包请求。

进一步的，所述分配的升级专用频点为空闲的升级专用频点的全部或部分。

进一步的，所述S007中，包括以下几种情形：

若节点顺利接收完所有分包数据，进行固件全数据校验和固件格式检测；

若节点多次请求超时，未收到服务的心跳ACK报文，将节点的本地状态变更为就绪状态；

若节点收到挂起状态或者就绪状态，查询服务器是否有多余的升级专用频点，若有，将节点变更为升级状态并跳转至S005；

若节点收到普通状态，将节点的本地状态变更为普通状态，本次升级结束。

进一步的，所述固件全数据校验和固件格式检测的方法如下：

计算所有分包数据的校验位，与心跳ACK报文中的固件全数据的校验位进行比对；若不一致，则升级失败，若一致，则进行固件格式检测；若固件格式检测不通过，则升级失败，若固件格式检测通过，则进行本机固件更新，更新完成后软件复位，将本地状态置为普通状态，上报升级成功报文，同时上报心跳报文；升级失败时，将升级失败信息及错误码上传至服务器，服务器将节点的状态变更为挂起状态；

服务器收到升级成功报文或者最新的心跳报文，将此节点的状态置为普通状态，同时从需要升级的节点列表中移除此节点，节点正常升级结束。

进一步的，在服务器判断节点请求超时时，将该节点的状态变更为就绪状态，释放其对应的升级专用频点。

进一步的，所述实时扩频因子越大，分包数据长度越短。

进一步的，所述S002中，所述需要升级的节点列表的确定条件为：符合预先设定的固件版本号和/或节点设备类型。

进一步的，在所述S001中，节点在上电启动的同时，上传节点的设备信息和固件版本号。

一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的基于LoRaWan的组网OTA实现方法。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的基于LoRaWan的组网OTA实现方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在固件升级时，可直接使用class A和class B进行固件传输，class C也依旧保持class C模式；无需进行class A、class B、class C模式之间的切换，因此可避免提升class A 和class B模式下的终端功耗，在功耗要求严苛的环境下，具备较大的优势。

2、因为网络波动或者其他主观因素，如请求超时、连接断开或者暂停升级等原因，就判断本次升级失败，会造成升级成功率低下、数据重复传输、网络效率下降、功耗提升等问题。本发明在本次升级过程中因各种外部因素导致升级失败时，可随时进行断点续传，无需从头开始传输固件程序，避免了因重复传输固件程序导致的终端功耗。

3、本升级过程中，升级节点连续与网关进行数据交互，此节点与其他正常工作的节点会产生频点干扰，造成组网通信异常，在紧急事件发生时，严重影响组网系统的响应。本发明使用专有频点进行升级，不会影响其他节点的正常通讯。当某个升级节点因网络波动连接异常时，服务会回收这个频点，用作其他可以正常连接的节点升级。对于整个组网网络来说，升级工作是一直在进行的，并没有降低升级效率。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明的节点状态切换示意图。

图3为本发明的长度请求示意图。

图4为本发明的需要升级的节点列表生成流程图。

具体实施方式

下面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。基于本发明中的实施例，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。

相关技术术语的名词解释：

LoRa：Long Range，一种低功耗远距离无线标准

LoRaWan：一种基于LoRa的低功耗广域网规范

ACK：Acknowledge character，确认字符，在数据通信中，接收站发给发送站的一种传输类控制字符，表示发来的数据已确认接收

OTA：Over The Air Technology，空中下载技术

SF：Spreading Factor，扩频因子

基于LoRaWan的OTA技术主要在LoRaWan服务(以下简称服务)和LoRaWan节点(以下简称节点)实现，本实施例的LoRaWan网关(以下简称网关)具备以下功能支持：

1. 节点支持设备信息上报功能，在节点启动后，上报一次设备信息至服务，包括节点的设备类型和固件版本号；

2. 节点支持固件报文存储，存储在非易失性存储介质上；

3. 服务支持策略升级，可同时导入多种节点的固件，可按节点设备类型、节点设备固件版本号等条件指定需要升级的节点设备；

4. 划分适当的无线频点或服务可动态回收频点，用作升级使用；

5. 定义普通状态、升级状态、就绪状态和挂起状态。普通状态为节点正常工作状态；升级状态为节点正在进行升级；就绪状态为节点升级等待，有多个节点正在升级中，服务器无法分配更多的资源给其他节点升级，此时，这些节点就处于升级等待状态；挂起状态为升级停止。

节点的本地状态包括：普通状态、升级状态、就绪状态；

节点在服务器端的状态包括：普通状态、升级状态、就绪状态、挂起状态。

如图2所示，本实施例在各状态下切换的内容如下：

普通状态->升级状态：表示升级开始，由服务调度；

就绪状态->升级状态：表示升级继续，由服务调度；

升级状态->就绪状态：表示失去升级资源，如无线频点资源，由服务调度或节点请求超时；

升级状态->挂起状态：表示停止升级，由服务调度或者升级失败；

就绪状态->挂起状态：表示停止升级，由服务调度；

挂起状态->就绪状态：表示恢复升级，由服务调度或人工干预；

挂起状态、升级状态、就绪状态->普通状态：表示升级结束，由服务调度或者人工干预。

6. 因在LoRaWan标准格式下，不同扩频因子系数SF，payload可承载的数据长度不一致。而在连续的传输过程中，可能会使用不同的扩频因子，导致每个报文中可携带的固件数据长度是不定的。所以，节点使用长度请求的方式。如图3所示，请求第一个固件报文的时候，请求长度信息为1，代表从固件的第1个字节开始；如果已经接收了N=5000字节的长度，则请求长度位为5001，代表从固件的第5001字节开始。服务收到请求报文后，依据当前的扩频因子系数SF，得到可传输字节数M；如SF=10，则可传输字节数M=51。从对应固件的5001字节开始，连续读取M个字节（如果固件剩余数据不足M，则按实际字节数读取），将M、M个数据、校验位等数据放入payload中。

实施例一：

请参阅图1，本实施例提供一种基于LoRaWan的OTA实现方法，包括以下步骤：

S001，节点上电启动，并定时上报心跳报文；

S002，服务器导入需要升级的固件，按照条件确定需要升级的节点列表，并将列表内的节点的状态设置为普通状态；

具体的，所述需要升级的节点列表的确定条件为：符合预先设定的固件版本号和/或节点设备类型。

为了实现节点的固件版本号和/或节点设备类型的判断，如图4所示，在节点在上电启动的同时，上传节点的设备信息和固件版本号至服务器；服务器对接收到的设备信息和固件版本号进行保存；然后，依据确定条件确定要升级的节点，导入对应的固件版本；最后将需要升级的节点形成一个节点列表。

S003，服务器收到心跳报文后，判研是否需要对该节点进行升级；若不需要升级，重复S003，否则跳转至S004；具体判研方法如下：当该节点是普通状态，并且存在空闲的升级专用频点，则该节点需要升级。值得一提的是，所述升级专用频点为专用于固件升级的频点资源，与实现其他功能的频点分开，避免不同业务之间的干扰。

S004，服务器将节点的状态设置为升级状态，同时向该节点发送心跳ACK报文。所述心跳ACK报文包含固件的长度L、固件全数据的校验位CRC1、升级状态以及分配的升级专用频点；具体的，所述分配的升级专用频点为空闲的升级专用频点的全部或部分。

S005，节点收到所述心跳ACK报文后，保存固件的长度L、固件全数据的校验位CRC1、升级状态，并依据所述分配到的升级专用频点使用长度请求的方式向服务器发起固件分包请求。

S006，服务器收到固件分包请求后，检查此节点是否在升级状态中。若在升级状态中，依据实时扩频因子SF，确定本次分包数据长度M对固件进行分包。所述实时扩频因子越大，分包数据长度越短；具体的，SF=7，8时，M=222；SF=9时，M=115；SF=10，11，12时，M=51。同时，服务器以ACK报文将所述分包数据长度M和分包数据发送给节点；

S007，重复S005-S006，节点收到ACK报文后，将分包数据长度累加保存，同时保存分包数据。

在步骤S007中，包括以下几种情形：

1）若节点顺利接收完所有分包数据，进行固件全数据校验和固件格式检测。具体校验和检测方法如下：

计算所有分包数据的校验位CRC2，与心跳ACK报文中的固件全数据的校验位CRC1进行比对；若不一致，则认为升级失败，若一致，则进行固件格式检测；若固件格式检测不通过，则认为升级失败，若固件格式检测通过，则进行本机固件更新，更新完成后软件复位，将本地状态置为普通状态，上报升级成功报文，同时上报心跳报文。在升级失败时，将升级失败信息及错误码上传至服务器，服务器将节点的状态变更为挂起状态。

2）若节点多次请求超时，未收到服务的心跳ACK报文，将节点的本地状态变更为就绪状态。结束本次请求，进入正常工作模式。服务器在判断本节点超时时，将本节点的状态变更为就绪状态，释放出频点资源给其他需要升级的节点使用。

3）若节点收到挂起状态或者就绪状态，节点发送定时心跳报文，服务器收到心跳报文后，检查是否有多余的升级专用频点。如果有，将此节点变更为升级状态，将升级状态和升级专用频点通过ACK报文下发给节点，并跳转到步骤S005；否则，服务器将就绪状态或者挂起状态通过ACK报文下发给节点，节点收到后正常工作，重复执行本步骤。

4）若节点收到普通状态，将节点的本地状态变更为普通状态，清除固件报文数据，本次升级结束。

实施例二：

本实施例提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例一所述的基于LoRaWan的组网OTA实现方法。

实施例三：

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的基于LoRaWan的组网OTA实现方法。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims

1.一种基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S001，节点上电启动，并定时上报心跳报文；

S005，节点收到心跳ACK报文后，向服务器发起固件分包请求；

2.根据权利要求1所述的基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，所述S003中，判研方法如下：当该节点是普通状态，并且存在空闲的升级专用频点，则该节点需要升级。

3.根据权利要求2所述的基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，所述心跳ACK报文包含固件的长度、固件全数据的校验位、以及分配的升级专用频点；同时，节点依据所述分配到的升级专用频点向服务器发起固件分包请求。

4.根据权利要求3所述的基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，所述分配的升级专用频点为空闲的升级专用频点的全部或部分。

5.根据权利要求2所述的基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，所述S007中，包括以下几种情形：

6.根据权利要求5所述的基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，所述固件全数据校验和固件格式检测的方法如下：

7.根据权利要求5所述的基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，在服务器判断节点请求超时时，将该节点的状态变更为就绪状态，释放其对应的升级专用频点。

8.根据权利要求1所述的基于LoRaWan的OTA实现方法，其特征在于，所述S002中，所述需要升级的节点列表的确定条件为：符合预先设定的固件版本号和/或节点设备类型。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任意一项所述的基于LoRaWan的组网OTA实现方法。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任意一项所述的基于LoRaWan的组网OTA实现方法。