CN116709284A - 用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法 - Google Patents

用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法，其包括下述步骤：提供该蓝牙Mesh网络中的节点群组，该节点群组的成员节点初始地包括中心节点；该中心节点向蓝牙Mesh网络中的所有节点发送OTA升级广播信息，以通知其能够发送可用的固件升级数据；当该中心节点之外的其他节点中的一个节点接收到该OTA升级广播信息时，确定是否需要接收所述固件升级数据以进行固件升级；该节点群组中的成员节点收到需要接受OTA固件升级的广播信息时，向待升级节点进行OTA固件升级，其中在进行该OTA固件升级过程中，通过不同于蓝牙Mesh协议的其他协议进行固件升级数据的传输。本发明可大幅度提高蓝牙Mesh网络中节点的OTA固件升级速度以及安全性。

Description

用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法
分案申请
本申请是于2019年3月6日向中国国家知识产权局所提交的标题为“用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法”的201910169479.4号发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及蓝牙Mesh网络，更具体地，是一种用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法。
背景技术
在蓝牙Mesh网络机制中具有重发次数(RetransmitCount)和重发时间间隔(RetransmitInterval)的概念。例如“RetransmitCount＝2，RetransmitInterval＝20ms”这一设定表示：每个包会多发两次，也就是每个数据包会发送三次；包和包之间的时间间隔是20ms，如果加上蓝牙协议本身的0至10ms随机延迟，可以认为该时间间隔是30ms。因此该情形下，发完一个数据包需要3*(20ms+10ms)＝90ms。
根据蓝牙Mesh协议v1.0第3.5.2.2节“分段访问消息(Segmented AccessMessage)”，蓝牙Mesh在分包的情况下，一个数据包的有效载荷是12个字节(96比特/8)。按照每90ms发送12字节来算，不考虑丢包后需要重传的情况，吞吐率只有(12字节/90ms＝0.13千字节/秒)。因此，如果一个固件的大小是1兆字节(为了计算方便，1兆字节简化为1,000,000字节)，那么传输一个固件需要约1000千字节/(0.13千字节/秒)＝7,692s＝2.14小时。假设传输过程中不出现丢包，每传输一个1兆字节固件也需要2个小时。如果是1000个节点设备，就需要2000小时，由于耗时严重，在实际使用中用户使用这种方法进行空中(OTA，Over-the-Air)固件升级的体验会非常差。
另一方面，绕过蓝牙Mesh网络安全机制对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级又会给整个蓝牙Mesh网络带来安全风险。
因此，本领域中需要一种方案，其能够对蓝牙Mesh网络中的节点进行快速升级，且还能够通过蓝牙Mesh网络安全机制确保OTA升级过程的安全性。应理解，上述所列举的技术问题仅作为示例而非对本发明的限制，本发明并不限于同时解决上述所有技术问题的技术方案。本发明的技术方案可以实施为解决上述或其他技术问题中的一个或多个。
发明内容
本发明的一个目的在于解决现有的蓝牙Mesh网络中对节点进行固件升级时耗时严重、用户体验差的问题，并可避免绕过蓝牙Mesh网络安全机制对节点进行OTA升级所带来的安全风险。
为达到该目的，本发明提供了一种用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法，其包括下述步骤：(a)提供该蓝牙Mesh网络中的节点群组，该节点群组的成员节点初始地包括中心节点；(b)该中心节点向蓝牙Mesh网络中的所有节点发送OTA升级广播信息，以通知其能够发送可用的固件升级数据；(c)当该中心节点之外的其他节点中的一个节点接收到该OTA升级广播信息时，确定是否需要接收所述固件升级数据以进行固件升级，如果是，则将该节点确定为待升级节点，并由该待升级节点向该群组发送需要接受OTA固件升级的广播信息，如果否，则忽略该OTA升级广播信息；(d)该节点群组中的成员节点收到需要接受OTA固件升级的广播信息时，向待升级节点进行OTA固件升级，其中在进行该OTA固件升级过程中，通过不同于蓝牙Mesh协议的其他协议进行固件升级数据的传输；(e)在该待升级节点完成OTA固件升级后，将其加入所述节点群组中作为新的成员节点；及(f)重复执行步骤(c)至(e)，直到完成所有待升级节点的OTA固件升级。
优选地，该待升级节点向该群组发送需要接受OTA固件升级的广播信息时，将该需要接受OTA固件升级的广播信息的TTL设置为0。
优选地，OTA升级广播信息包括：所述固件升级数据所对应的固件类型和固件版本号中的一个或多个。
优选地，在步骤(c)中，该节点根据下列条件中的一个或多个确定是否需要接收所述固件升级数据以进行固件升级：所述固件升级数据所对应的固件类型是否与该节点的固件类型一致；以及所述固件升级数据所对应的固件版本号是否高于该节点的固件版本号。
优选地，在步骤(b)中，该中心节点向蓝牙Mesh网络中的所有节点发送OTA升级广播信息的发送频率在预定的时间间隔后减小。
优选地，不同于蓝牙Mesh协议的其他协议支持的吞吐率高于蓝牙Mesh协议支持的吞吐率。
优选地，不同于蓝牙Mesh协议的其他协议为Wi-Fi协议。
优选地，所述不同于蓝牙Mesh协议的其他协议为低功耗蓝牙协议。
优选地，在步骤(d)中，向待升级节点进行OTA固件升级包括：成员节点将所述固件升级数据分割成多个数据包并向待升级节点传输所述多个数据包；待升级节点向成员节点发送与所述多个数据包中由待升级节点接收到的一个或多个数据包相对应的一个ACK包；及，所述成员节点根据所述ACK包向待升级节点重新发送所述多个数据包中未由待升级节点接收到的数据包。
优选地，在步骤(d)中,成员节点选择信号强度RSSI最强的一个或多个待升级节点以向其发起OTA固件升级。
优选地，在步骤(d)中，如果多个成员节点向一个待升级节点发起OTA固件升级，则该待升级节点选择所述多个成员节点中信号强度RSSI最强的成员节点作出OTA固件升级响应，以由该成员节点向该待升级节点进行OTA固件升级。
通过本发明，可大幅度提高蓝牙Mesh网络中节点的OTA固件升级速度，并通过蓝牙Mesh安全机制确保节点OTA固件升级的安全性。
附图说明
图1示出本发明的流程示意图；
图2示出应用本发明时，节点对发起的OTA固件升级进行响应的操作流程示意图；
图3示出应用本发明时，发送固件的操作流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体的实施方式，对本发明的方法进行详细说明。应理解，附图所示以及下文所述的实施例仅仅是说明性的，而不作为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法，其包括下述步骤。
在步骤102中，提供该蓝牙Mesh网络中的节点群组，该节点群组的成员节点初始地包括中心节点。即首先在蓝牙Mesh网络中，会有一个节点首先充当中心节点以发起固件升级过程。例如，在智能家居使用场景中，用户可以通过智能手机下载最新固件，该智能手机即为初始的中心节点。应理解，中心节点可以是蓝牙Mesh网络中的任一节点，且可以是具有OTA固件升级能力的任何设备，而不限于手机。
在步骤104中，该中心节点向蓝牙Mesh网络中的所有节点发送OTA升级广播信息，以通知其能够发送可用的固件升级数据。在本发明的一个实施方式中，OTA升级广播信息包括：所述固件升级数据所对应的固件类型和固件版本号中的一个或多个。优选地，在该步骤中，该中心节点向蓝牙Mesh网络中的所有节点发送OTA升级广播信息的发送频率在预定的时间间隔后减小。这是因为，在发送OTA升级广播的初期，为确保整个蓝牙Mesh网络中的所有节点都可以收到该广播信息，可以设定较高的发送频率以及较大的TTL值，而当过去预定的时间间隔后，随着节点群组的扩大，则可逐渐地减小发送频率以减少信号干扰。
在作为非限制性实施例的实际应用中，OTA升级广播信息使用的是蓝牙Mesh的消息格式，目标地址为0xFFFF。0xFFFF是一个群组地址(Group Address)，蓝牙Mesh网络中的所有的节点都可以接收到发往该地址的消息，由于不同的蓝牙Mesh网络使用了不同的网络密钥，所以不在该蓝牙Mesh网络中的节点无法接收该广播信息(即无法解密该广播信息)。在以下步骤106中还会详述，OTA升级广播信息还可以包括固件类型和固件版本号，以使待升级节点确定是否接收并进行升级。
在步骤106中，当该中心节点之外的其他节点中的一个节点接收到该OTA升级广播信息时，确定是否需要接收所述固件升级数据以进行固件升级，如果是，则将该节点确定为待升级节点，并由该待升级节点向该群组发送需要接受OTA固件升级的广播信息，如果否，则忽略该OTA升级广播信息。优选地，在该步骤中，该节点根据下列条件中的一个或多个确定是否需要接收所述固件升级数据以进行固件升级：所述固件升级数据所对应的固件类型是否与该节点的固件类型一致；以及所述固件升级数据所对应的固件版本号是否高于该节点的固件版本号。例如，固件类型(固件ID)可以是具体的产品类型，例如灯、门锁、音箱等，不同的产品可设置不同的固件ID，当固件升级数据对应的固件ID与该节点的固件ID一致时，则节点接收固件升级数据并进行升级，反之则不进行升级。另外容易理解，固件版本号是指当前固件所对应的版本号，节点可以根据固件升级数据对应的固定版本号是否高于节点的固件版本号来决定是否接收固件升级数据并进行升级，当高于时则接收，反之则不接收该固件升级数据。
在步骤108中，该节点群组中的成员节点收到需要接受OTA固件升级的广播信息时，向待升级节点进行OTA固件升级，其中在进行该OTA固件升级过程中，通过不同于蓝牙Mesh协议的其他协议进行固件升级数据的传输。为提高传输速度，该不同于蓝牙Mesh协议的其他协议支持的吞吐率高于蓝牙Mesh协议支持的吞吐率。这样的协议包括Wi-Fi协议、低功耗蓝牙协议以及其他吞吐率显著高于蓝牙Mesh协议的通信协议。
在一个实施例中，设备A和B都支持Wi-Fi协议，则可以通过Wi-Fi传输固件。例如，设备A可以进入AP模式，设备B可以进入STA模式，从而通过Wi-Fi数据包完成固件的传输过程。优选地，可以通过一些参数的设置，使Wi-Fi传输数据的吞吐率达到最大，例如使用不拥挤的信道(Channel)、设置合适的最低数据传输速率等。
在另一实施例中，设备A和B也可以通过建立蓝牙连接来传输固件。例如，设备A可以作为主设备(Master)，设备B可以作为从设备(Slave)以在设备A和B之间建立蓝牙连接。优选地，通过一些连接参数的设置,使蓝牙传输数据的吞吐率达到最大，例如调整连接间隔(Connection Interval)、设置最大数据包长度(Maximum Packet Length)等。
应理解，本发明的实施不限于此，可以通过其他协议建立一对一或一对多的连接来完成固件的传输。
更具体地，在该步骤中，向待升级节点进行OTA固件升级包括：成员节点将所述固件升级数据分割成多个数据包并向待升级节点传输所述多个数据包；待升级节点向成员节点发送与所述多个数据包中由待升级节点接收到的一个或多个数据包相对应的一个ACK包；及，所述成员节点根据所述ACK包向待升级节点重新发送所述多个数据包中未由待升级节点接收到的数据包。
另外，在待升级节点的选择上，成员节点选择信号强度RSSI最强的一个或多个待升级节点以向其发起OTA固件升级。类似地，如果多个成员节点向一个待升级节点发起OTA固件升级，则该待升级节点选择所述多个成员节点中信号强度RSSI最强的成员节点作出OTA固件升级响应，以由该成员节点向该待升级节点进行OTA固件升级。以此方式，在根据本发明的实施例中，能够以简单的方式在成员节点和待升级节点之间进行匹配，提高OTA升级的效率。待升级节点可以在开始OTA固件升级时或OTA固件升级成功后停止发送需要接受OTA固件升级的广播信息。
在步骤110中，在该待升级节点完成OTA固件升级后，将其加入所述节点群组中作为新的成员节点。
在步骤112中，重复执行步骤106至110，直到完成所有待升级节点的OTA固件升级。
在本发明的一个实施方式中，该待升级节点向该群组发送需要接受OTA固件升级的广播信息时，将该需要接受OTA固件升级的广播信息的TTL设置为0。这是因为，由于选用其他传输协议，固件升级数据的传输过程中只在一跳范围内进行，不能通过蓝牙Mesh网络中的其他节点来中继，所以固件更新过程中的发送端设备和接收端设备必须在选用的传输协议所确定的通信范围内。另外，通过将该需要接受OTA固件升级的广播信息的TTL设置为0，待升级节点能够以简单的方式快速过滤出该群组中处于自己一跳范围内的群组成员，从而该需要接受OTA固件升级的广播信息仅由蓝牙Mesh网络中可对自己进行OTA固件升级的节点接收，避免将该需要接受OTA固件升级的广播信息发送到大量不相关的节点，减少了不必要的网络流量。
如图2所示，是根据本发明的方法，节点对发起的OTA固件升级进行响应的具体操作流程示意图。步骤202开始后，中心节点之外的其他节点中的一个节点收到“有新的固件可以升级”的OTA固件升级广播信息，然后在步骤206、208中判断固件ID、固件版本号是否符合条件，如果均是，则在步骤210的进一步确认是否更新到该版本的固件后，在步骤212中发送“需要接收固件更新”的广播信息，并在步骤214中接收该交互流程并进入接下来的流程；如果在步骤206、208或210的判断步骤中为否，则结束流程。
接下来，如图3所示，是跟据本发明方法，当图2中流程完成后，发送升级固件的具体操作流程示意图。在实际操作的步骤304中，可将升级固件分割成不同的数据包，在步骤306中，给待升级节点(设备B)发送其还未接收到的数据包，在步骤308中，根据对方的最新应答ACK来更新设备B的ACK列表，在步骤310中，通过ACK列表来判断其是否已经收到全部的数据包，如果是，则在步骤312结束流程，如果否，则进入步骤306以继续数据包传输过程。在该流程中，数据传输可利用蓝牙协议或Wi-Fi协议完成。
利用本发明公开的方案可以大幅提高蓝牙Mesh网络中节点的OTA固件升级速度。经过测试，50个设备同时使用Wi-Fi进行固件(大小为1兆字节)升级,全部升级完成只需要125s左右，平均一个设备升级只需要2.5s，这远优于现有的整个过程仅使用蓝牙Mesh协议进行传输的OTA升级速度。相比之下，按照例如本文背景技术中描述的现有技术方案，仅使用蓝牙Mesh来进行OTA升级，则完成一个设备的固件传输就需2小时左右，从而顺序地完成对50个设备的OTA固件升级需要100个小时左右。
综上，本发明通过将固件升级的广播信息交互和固件升级数据传输分为两个过程进行，并在两个过程中使用不同的协议进行数据通信，可大幅度提高蓝牙Mesh网络中节点的OTA固件升级速度，并提升用户的使用体验，并通过蓝牙Mesh网络安全机制确保OTA固件升级的安全性。作为非限制性示例，第一个过程可以是OTA前的信息交互及认证过程，该过程例如可以交互固件的应用信息、固件版本号信息、节点是否需要固件更新、OTA过程的应用密钥(Application Key)等信息。第二个过程可以是固件文件的传输过程。应理解，第一个过程可以通过蓝牙Mesh协议在蓝牙Mesh网络中进行，而第二个过程可以通过不同于蓝牙Mesh协议的其他协议在节点之间进行。
虽然出于本公开的目的已经描述了本发明各方面的各种实施例，但是不应理解为将本公开的教导限制于这些实施例。在一个具体实施例中公开的特征并不限于该实施例，而是可以和不同实施例中公开的特征进行组合。例如，在一个实施例中描述的根据本发明的方法的一个或多个特征和/或操作，亦可单独地、组合地或整体地应用于另一实施例中。此外，应理解，上文所述方法步骤可以顺序执行、并行执行、合并为更少步骤、拆分为更多步骤，以不同于所述方式组合和/或省略。本领域技术人员应理解，还存在可能的更多可选实施方式和变型，可以对上述方法步骤进行各种改变和修改，而不脱离由本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种用于对蓝牙Mesh网络中的节点进行OTA固件升级的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(a)提供该蓝牙Mesh网络中的节点群组，该节点群组的成员节点初始地包括中心节点；
(b)该中心节点基于蓝牙Mesh协议向蓝牙Mesh网络中的所有节点发送OTA升级广播信息，以通知其能够发送可用的固件升级数据；其中所述OTA升级广播信息为蓝牙Mesh的消息格式；
(c)当该中心节点之外的其他节点中的一个节点基于蓝牙Mesh协议接收到该OTA升级广播信息时，确定是否需要接收所述固件升级数据以进行固件升级，如果是，则将该节点确定为待升级节点，并由该待升级节点基于蓝牙Mesh协议向该群组发送需要接受OTA固件升级的广播信息，如果否，则忽略该OTA升级广播信息；
(d)该节点群组中的成员节点基于蓝牙Mesh协议收到需要接受OTA固件升级的广播信息时，向待升级节点进行OTA固件升级，其中在进行该OTA固件升级过程中，通过不同于蓝牙Mesh协议的其他协议进行固件升级数据的传输；其中，所述不同于蓝牙Mesh协议的其他协议支持的吞吐率高于蓝牙Mesh协议支持的吞吐率；
(e)在该待升级节点完成OTA固件升级后，基于蓝牙Mesh协议将其加入所述节点群组中作为新的成员节点；及
(f)重复执行步骤(c)至(e)，直到完成所有待升级节点的OTA固件升级。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该待升级节点向该群组发送需要接受OTA固件升级的广播信息时，将该需要接受OTA固件升级的广播信息的TTL设置为0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OTA升级广播信息包括：所述固件升级数据所对应的固件类型和固件版本号中的一个或多个。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，该节点根据下列条件中的一个或多个确定是否需要接收所述固件升级数据以进行固件升级：
所述固件升级数据所对应的固件类型是否与该节点的固件类型一致；和
所述固件升级数据所对应的固件版本号是否高于该节点的固件版本号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，该中心节点向蓝牙Mesh网络中的所有节点发送OTA升级广播信息的发送频率在预定的时间间隔后减小。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述不同于蓝牙Mesh协议的其他协议为Wi-Fi协议。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述不同于蓝牙Mesh协议的其他协议为低功耗蓝牙协议。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，向待升级节点进行OTA固件升级包括：
成员节点将所述固件升级数据分割成多个数据包并向待升级节点传输所述多个数据包；
待升级节点向成员节点发送与所述多个数据包中由待升级节点接收到的一个或多个数据包相对应的一个ACK包；及
所述成员节点根据所述ACK包向待升级节点重新发送所述多个数据包中未由待升级节点接收到的数据包。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，成员节点选择信号强度RSSI最强的一个或多个待升级节点以向其发起OTA固件升级。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，如果多个成员节点向一个待升级节点发起OTA固件升级，则该待升级节点选择所述多个成员节点中信号强度RSSI最强的成员节点作出OTA固件升级响应，以由该成员节点向该待升级节点进行OTA固件升级。
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