CN117880789A - 一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，属于物联网技术领域，包括：服务器将升级信息包下发给起始中继；由中继判断升级类型，若升级类型为节点，则向距离最近的节点广播新的升级信息包；节点收到升级信息包后向最近的节点广播升级信息包的内容，并通过跳传方式依次传输给其他节点；中继向服务器请求升级包，并向距离最近的节点广播，该节点收到升级包后进行存储，并通过节点跳传方式继续向其他节点广播升级包。本发明采用蓝牙广播的方式传输新固件，节点之间依次跳传使所有设备都能收到升级包，实现了隧道随车调光系统下大量设备信息的高效远程升级。

Description

一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法。

背景技术

物联网随车调光系统是近几年新兴的一套用于隧道安全、节能的照明系统，现有物联网随车调光系统在隧道内布设设备数量众多，设备使用蓝牙芯片nrf52823作为MCU进行灯光控制和信号传输。由于系统需求可能因地区、业主特别要求有所不同，而需要进行版本升级，针对使用蓝牙芯片nrf52823作为MCU控制的随车调光系统来说，目前采用的升级方法是：采用官方开发的手机app“nrf_connect”以及移植官方的DFU工程代码到自己开发的固件当中，以此完成对每个设备的固件升级（DFU为固件升级所用方法的统称）。其具体升级流程为：维护人员打开手机蓝牙，并打开手机APP “nrf_connect”→搜索想要升级的设备蓝牙名称→连接设备→点击“nrf_connect”APP上的相应按键，使设备进入DFU模式→选择新固件进行传输→传输完成，重启设备，升级成功。

利用上述方法每次只能对一个设备进行固件升级，然而某些隧道内物联网随车调光系统存在上千个设备，对全部设备完成固件升级所花费时间长，投入人力多。并且由于该升级方法是建立在蓝牙连接上的，因此需要较好的蓝牙信号质量才能连接成功，而往往蓝牙信号质量在隧道内大打折扣，若设备安装位置离地面较高，在地面扫描到的信号质量更差，对固件升级效率造成很大影响。并且该升级方法需要人工在隧道在常用蓝牙连接设备后进行升级，对于已经通车的隧道，存在较大的人身安全隐患。

现有技术中，公开号为CN110730104A，公开日为2020年01月24日的中国发明专利公开了一种mesh网络设备的多设备批量固件升级的方法，其技术方案包括：主机生成带标识的固件压缩包，发送至mesh网络的根节点设备；根节点设备解压缩固件压缩包，校验固件正确性，并重新打包和压缩，以组播的方式向目标节点设备推送固件；升级固件在mesh网络的传输过程中，支持断点续传；目标节点设备解压缩出固件，对固件标识进行CRC校验，通过后进行固件升级并重启。目标节点设备重启异常则回退至旧版本启动。目标节点设备启动后向主机上报版本，由主机确认升级成功与否。

上述专利用于从主机向处于同一网络中的多个mesh网络设备同时发起并完成mesh网络设备的固件升级，主要存在以下问题：

首先，mesh网络采用的连接方式需要记录它对应的子设备和父设备的信息来建立一张路由表并存储，才能判断数据应该以什么样的路径发送给目标设备，它解决的是应该以何种路径发送给目标设备的问题；其次，采用mesh网络的组网方式消耗的硬件资源多，成本也高；最后，该专利采用组播方式向目标节点设备推送更新固件，推送的压缩包需要目标节点设备解压缩后再进行校验，且升级结果需要由节点上报版本号由主机判断成功与否，从而延长了升级时间，降低了升级效率。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中针对隧道内物联网随车调光系统的升级方法存在的人力投入大、耗费时间长、升级效率低等问题，提供了一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，该方法可以实现隧道内随车调光系统设备固件的批量远程高效升级，减少人力物力消耗，缩短升级时间，提高升级效率。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，所述随车调光系统包括布设在隧道内间隔布设的若干调光设备，每个调光设备对应一个节点，隧道出入口处分别布设有一个与服务器建立通信的中继；其特征在于，所述远程信息升级方法包括如下步骤：

步骤a、服务器向中继下发有新固件可升级的消息，并将固件升级信息包下发给隧道入口的中继；

步骤b、中继接收固件升级信息包并判断新固件类型，若新固件类型为节点，则中继向距离最近的节点广播新固件升级信息包；若新固件类型是中继，则中继直接向服务器请求新固件升级包存于自身；

步骤c、节点收到固件升级信息包后，向距离最近的节点广播固件升级信息包的内容；节点之间依次跳传直至隧道出口最后一个节点接收到固件升级信息包；

步骤d、中继向服务器请求新固件升级包，并向距离最近的节点广播，该节点收到新固件升级包后进行存储，并按照步骤c的跳传方式继续向其他节点广播新固件包，直到隧道出口最后一个节点接收到新固件升级包；

步骤e、判断新固件传输是否有误，若无误则重启调光设备进入boot loader模式，用新固件替换旧固件并运行，完成升级。

进一步的，所述固件升级信息包的内容为新固件大小和新固件CRC校验码信息。

进一步的，节点接收完新固件升级包后，计算新固件的CRC校验码，并与先前接收的固件升级信息包中的CRC校验码进行比对，若相等则接收到的新固件升级包无误；若不相等，则新固件传输过程中出错，节点向服务器反馈失败信息，并重新请求新固件。

进一步的，中继与节点均使用nrf52823蓝牙芯片，并通过如下步骤修改使之能够识别到蓝牙广播方式接收到的新固件：

1)找到boot loader中进行新固件识别部分的代码；

2)计算新固件存储的起始位置，并对其值进行页对齐；

3)从计算的新固件起始位置开始读取新固件，并求出新固件大小；

4)将固件升级相关结构体里的所有校验位重新计算，取代之前的值；

5) 将新固件有效标志位置为有效状态，将以上所有修改后的值存入相应的内存中，覆盖旧值；

6）对boot loader作如上修改后，重启调光设备。

进一步的，调光设备进入boot loader模式后，检测到内存中存在新固件，则再次进行有效性判断，并将新固件复制到程序存储区域，擦除新固件后重启运行新固件，完成升级。

进一步的，所述新固件升级包的文件类型为Bin文件。

进一步的，所述中继与服务器通过以太网通信。

进一步的，进行新固件升级时，调光设备的随车调光功能关闭，保证新固件传输不受其他信号影响以及保证行车安全。

综上所述，本发明具有以下优点：

1）本发明中采用蓝牙广播方式传输新固件，对蓝牙信号质量的要求低，并且无多余的硬件消耗需求，针对隧道这一特殊的使用场景下，更容易进行固件传输，并且本方法通过节点之间的跳传功能，使隧道随车调光系统下的所有调光设备都能收到新固件升级包，实现了隧道随车调光系统下批量设备的远程升级；

2）本发明采用蓝牙跳传方式进行设备升级，缩短了升级时间，提高了升级效率，完成1000个设备的升级大概只需要一个小时，不需要任何人进入隧道操作，减少了人力消耗，也避免了人直接进入隧道而存在安全隐患；

3）本发明通过对nrf52832蓝牙芯片的boot loader进行改进，使其能识别到蓝牙广播方式接收到的新固件；

4）本发明中，中继和节点接收到固件升级信息包后，打开扩展包扫描和广播功能，减少了固件包传输次数和固件升级时间；

5）本发明中，新固件升级包的文件类型为Bin文件，中继和节点接收到新固件升级包后不用解压或者其他操作，可直接由节点自身通过校验位和版本号判定升级结果并存储，减少升级时间，提高升级效率。

附图说明

图1为本发明方法应用的随车调光系统的示意图；

图2为本发明中继新固件升级的流程图；

图3为本发明节点新固件升级的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

目前物联网随车调光系统在隧道内布设设备数量众多，针对调光设备使用某特定型号蓝牙芯片nrf52823进行灯光控制和信号传输的情况，由于它只支持用手机APP “nrf_connect”连接设备进行固件升级，并且每次只能对一个设备进行固件升级，导致完成全部设备的固件升级所费时间长，投入人力多；并且由于蓝牙信号质量在隧道内大打折扣，对固件升级效率造成较大影响。因此，本发明提供了一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，可以对布设在隧道内的物联网随车调光系统中的众多调光设备进行远程批量升级。

本发明在原来的物联网随车调光系统基础上，取消部署的全部网关，把隧道内的所有节点（每台调光设备对应一个节点）看成整体，只在隧道入口和出口处各安装一个中继，中继只负责服务器与节点之间的数据转发，而不负责数据收集和节点控制。

图1展示了本发明方法适用的物联网随车调光系统架构，包括服务器、中继和若干个节点。其中，中继与服务器之间采用以太网通讯，避免没有移动信号造成数据传输链路断开。由于整个隧道只有两个中继，因此只需要占用两个网口和两个IP地址。中继与节点之间采用蓝牙通讯，节点与节点之间也采用蓝牙方式通讯。

因蓝牙通讯距离在理想环境下最大只有300米，而在隧道恶劣环境下，通讯距离更是不足150米，大多隧道都长于150米，所以为了使服务器下发的数据通过中继转发后，能让隧道内任意节点都能接收到，或者隧道内任意节点发出的数据都能达到中继位置处，转发至服务器，制定如下的蓝牙跳传通讯协议及程序流程：

每个节点或中继利用蓝牙的白名单过滤策略，使其只能接收到与其相邻的前四个和后四个设备的蓝牙数据，防止数据过多对控制器扫描和解析数据造成较大负荷，导致有效数据处理不及时。

无论是中继或者节点收到蓝牙数据时，对数据包按照规定的数据协议进行解析，看是否是符合协议的数据，如果不符合则舍弃该数据包；如果符合，则从数据中解析出数据的来源（发出这包数据的设备编号）、数据类型、数据传播方向、数据传播距离、数据传播优先级等属性。

中继或者节点收到数据包后，首先与其自身内部数据缓存区的数据进行比较，判断缓存区是否已经有相同的数据包：

如果缓存区有相同的数据包，则根据数据来源与传播方向确定这包数据是来自传播方向上的前方还是后方：

如果是前方，则不再作处理，因为缓存区已存在此包数据，表明已经处理过这条数据；如果是后方，则将缓存区的相同数据包删除，因为此时能确定这包数据已经传播成功。

如果缓存区没有这包数据，则需要根据数据包的内容进行处理，然后判断是否已经达到传播距离，如果没有达到，则将此包数据按照数据传播优先级将其放入对应缓冲区。

程序初始化时开启25毫秒的定时器，当定时器中断产生时，从缓冲区取出优先级高的数据加入蓝牙广播包中进行广播，到下一次定时器中断产生时，广播同优先级的其他广播数据。缓冲区取数原则，先取优先级高的数据，同一优先级，先取靠前的数据。

当中继收到此广播包数据后，将数据转发至服务器。

基于上述的随车调光系统及蓝牙跳传通讯协议，本发明的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，升级流程如图2所示，具体包括如下步骤：

步骤a、将新固件上传至服务器，服务器通知中继有新固件可升级，并将存储有新固件大小和CRC校验码信息的固件升级信息包下发给在隧道入口的中继；

步骤b、中继收到固件升级信息包后，首先判断新固件类型：

若新固件类型为节点，则中继向距离最近的节点广播新固件升级信息包；

若新固件类型是中继，则中继直接向服务器请求新固件升级包存于自身；

中继向距离最近的节点广播新固件升级信息包中的内容时，同时打开蓝牙扩展广播包，打开后一次最多能广播256字节，可减少固件包传输次数，缩短升级时间；

步骤c、节点收到固件升级信息包后，打开扩展包扫描和广播功能，向距离最近的节点广播固件升级信息包的内容；节点之间依次跳传直至隧道出口的最后一个节点接收到固件升级信息包；

步骤d、中继向服务器请求新固件升级包，然后向距离最近的节点广播新固件，该距离最近的节点收到新固件升级包后，进行存储，并按照步骤c的跳传方式继续向其他节点广播新固件升级包，直到隧道出口最后一个节点接收到新固件升级包；

步骤e、待各个节点接收完新固件升级包后，首先获取新固件的CRC校验码，并与先前接收到的固件升级信息包中的CRC校验码进行比对，若CRC校验码相等则接收到的新固件升级包无误；若不相等，则说明新固件传输过程中出错，节点向服务器反馈失败信息，并重新请求新固件。

步骤f、在本发明的应用实例中，中继与节点均使用nrf52832蓝牙芯片，新固件升级包通过修改nrf52832芯片官方提供的boot loader，可以使之识别到蓝牙广播方式接收到的新固件，修改流程位：

1)找到boot loader中进行新固件识别部分的代码；

2)计算新固件存储的起始位置，并对其值进行页对齐；

3)从计算的新固件起始位置开始读取新固件，并求出新固件大小；

4)将固件升级相关结构体里的所有校验位重新计算，取代之前的值；

5)将新固件有效标志位置为有效状态，将以上所有修改后的值存入相应的内存中，覆盖旧值；

6）对boot loader作如上修改后，重启隧道内的调光设备；

7）进入nrf52832蓝牙芯片的boot loader后，若boot loader检测到内存中存在新固件，则再次对新固件进行有效性判断，然后将新固件复制到程序存储区域，并擦除新固件后重启运行新固件，完成远程批量升级。

优选的，本实施例中新固件升级包的文件类型为Bin文件。中继和节点接收到新固件升级包后不用解压或者其他操作，可直接由节点自身通过校验位和版本号判定升级结果并存储，减少升级时间，提高升级效率。

本发明将新固件传输方式为蓝牙广播方式，对蓝牙信号质量的要求低，并且无多余的硬件消耗需求，针对隧道这一特殊的使用场景下，更容易进行固件传输，并且本方法通过节点之间的跳传功能，使隧道随车调光系统下的所有调光设备都能收到新固件升级包，实现了隧道随车调光系统下批量设备的远程升级。

在进行新固件升级时，需关闭调光设备的随车调光功能，保证新固件传输不受其他信号影响以及保证行车安全。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，所述随车调光系统包括布设在隧道内间隔布设的若干调光设备，每个调光设备对应一个节点，隧道出入口处分别布设有一个与服务器建立通信的中继；其特征在于，所述远程信息升级方法包括如下步骤：

步骤a、服务器向中继下发有新固件可升级的消息，并将固件升级信息包下发给隧道入口的中继；

步骤b、中继接收固件升级信息包并判断新固件类型，若新固件类型为节点，则中继向距离最近的节点广播新固件升级信息包；若新固件类型是中继，则中继直接向服务器请求新固件升级包存于自身；

步骤c、节点收到固件升级信息包后，向距离最近的节点广播固件升级信息包的内容；节点之间依次跳传直至隧道出口最后一个节点接收到固件升级信息包；

步骤d、中继向服务器请求新固件升级包，并向距离最近的节点广播，该节点收到新固件升级包后进行存储，并按照步骤c的跳传方式继续向其他节点广播新固件包，直到隧道出口最后一个节点接收到新固件升级包；

步骤e、判断新固件传输是否有误，若无误则重启调光设备进入boot loader模式，用新固件替换旧固件并运行，完成升级。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，其特征在于，所述固件升级信息包的内容为新固件大小和新固件CRC校验码信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，其特征在于，节点接收完新固件升级包后，计算新固件的CRC校验码，并与先前接收的固件升级信息包中的CRC校验码进行比对，若相等则接收到的新固件升级包无误；若不相等，则新固件传输过程中出错，节点向服务器反馈失败信息，并重新请求新固件。

4.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，其特征在于，中继与节点均使用nrf52823蓝牙芯片，并通过如下步骤修改使之能够识别到蓝牙广播方式接收到的新固件：

1)找到boot loader中进行新固件识别部分的代码；

2)计算新固件存储的起始位置，并对其值进行页对齐；

3)从计算的新固件起始位置开始读取新固件，并求出新固件大小；

4)将固件升级相关结构体里的所有校验位重新计算，取代之前的值；

5) 将新固件有效标志位置为有效状态，将以上所有修改后的值存入相应的内存中，覆盖旧值；

6）对boot loader作如上修改后，重启调光设备。

5.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，其特征在于，调光设备进入boot loader模式后，检测到内存中存在新固件，则再次进行有效性判断，并将新固件复制到程序存储区域，擦除新固件后重启运行新固件，完成升级。

6.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，其特征在于，所述新固件升级包的文件类型为Bin文件。

7.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，其特征在于，所述中继与服务器通过以太网协议进行通信。

8.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙的物联网随车调光系统远程信息升级方法，其特征在于，进行新固件升级时，调光设备的随车调光功能关闭，保证新固件传输不受其他信号影响以及保证行车安全。