CN202475489U - 一种更新程序的无线传感器网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种更新程序的无线传感器网络，将更新程序的无线传感器网络设置为簇状拓扑结构，一个簇头节点和多个无线传感器节点构成一个簇，不同簇头节点采用星形或树形结构无线接入到网关节点上，网关节点有线接入服务器。网关节点通过有线连接获取更新的程序，然后将更新的程序通过无线连线传输给各个簇头节点，各个簇头节点采用不同的无线频点在自身簇中将更新的程序发送给自身簇中的无线传感器节点上进行程序的更新。对于没有完成更新的传感器节点，通过手持设备进行补充更新，针对不同范围的更新无线网络可以采用服务器更新模式或手持设备更新模式，所以更新过程简单，速度快。

Description

一种更新程序的无线传感器网络

技术领域

本实用新型涉及无线传感器网络领域，特别涉及一种更新程序的无线传感器网络。 

背景技术

无线传感器网络技术应用于设备状态信息的采集和对设备状态的监控，比如对高速公路上的诸如车辆单位数量信息或车辆速度信息等车辆信息进行采集，以其智能化及网络化的特点渗透到电力和物流等各个行业，是未来网络技术产业创新发展的重要方向。 

随着无线传感器网络应用的扩展，网络受到环境影响，可能会产生一些诸如链路失败或无线传感器节点的振动信号出现错误等异常状态，这些异常状态在开发无线传感器网络时不一定会出现，而是该无线传感器网络在运行过程中出现。这就需要对无线传感器网络进行程序的更新，比如对无线传感器网络中的无线传感器节点所运行的程序进行微调或添加功能补丁或进行系统大的升级。 

目前，对无线传感器网络中的无线传感器节点所运行的程序进行更新主要采用以下几种方式：1)全镜像下载，将程序，包括应用程序及操作系统的镜像下载到无线传感器节点上装载，这会使得无线传感器节点消耗功耗大且更新时控制复杂；2)动态模块加载，将要更新的程序通过下载部分镜像实现更新过程，这使得更新时控制复杂；3)虚拟机技术，通过编写虚拟机支持的指令动态更新无线传感器节点中的程序，使得无线传感器节点消耗功率小、实现灵活，但是更细无线传感器节点中的程序的更新能力比较弱，更新很少部分的程序，否则要编写的指令就会很多。 

现有的对无线传感器节点进行更新方案有以下几个 

方案一 

公开日为2002年9月4日公开的，公开号为CN1367628A，名称为“便携式终端装置的程序更新丰富以及便携式终端装置”的专利，公开了一种实现可靠程序版本更新的便携式终端装置及方法，主要解决在无线电传输受到干扰及电压过低等引起的无线连接中断时，保存未发送完成的数据指针，恢复连接后，确认最终指针并从下一个有效指针开始传输未发送完成的数据。 

该方案一指出了在更新程序过程中，出现链路断开后如何处理的过程。 

方案二 

公开日为2008年2月13日公开的，公开号为CN101656975，名称为“无线传感器网络节点现场程序更新装置及更新方法”的专利申请，该方案包括：通过PC机和带有无线通信模块的数据处理器将需要更新的程序分发。数据处理器自组网加入到无线传感器网络中，通过自带的无线通信模块对无线传感器网络全网或指定无线传感器节点进行程序更新。 

该方案指出了对每一个无线传感器节点都采用这种方式更新，实现比较复杂。 

方案三 

公开日为2008年2月13日公开的，公开号为CN101122864A，名称为“数据处理及程序管理装置、程序更新、管理方法及系统”的专利申请中，数据处理装置对接收数据进行分析，在取得从高层装置发送来的程序更新数据时，将其中的更新用程序数据临时存储在存储装置中，当发生程序更新请求的事件时，用存储装置中所存储的更新用的程序数据执行程序的更新处理，并在完成了程序的更新后通知高层装置完成更新。 

该方案指出了采用缓存的程序更新数据的方案进行程序的更新过程。 

方案四 

公开日为2007年8月8日公开的，公开号为CN101014166A，名称为 

“基于优先权分簇的无线传感器网络的网络再编程方法”的专利中，通过将无线传感器网络分簇，将无线传感器网络的每个簇根据通信要求划分优先级，优先级高的簇拥有先请求新代码的下载和传输的权利，而优先级低的则要在优先权高的簇之后才有机会进行代码下载和传输。 

方案五 

公开日为2011年9月28日公开的专利CN101014166，名称为“无线传感器网络中应用多信道代码分发的重编程方法”，公开了一种网络中各节点通过特定的信道选择机制，为转发代码镜像选择出一个最优信道，实现了网络中相邻节点采用多信道同时转发代码的方法，引入了转发节点休眠策略，提高无线传感器网络重编程效率，降低网络的能量消耗。 

虽然上述方案都提及了如何对无线传感器节点进行程序的更新，但是却没有一个方案能够在保证可靠性程序更新的基础上使得无线传感器节点功耗低，且更新过程简单。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种更新程序的无线传感器网络，该无线传感器网络能够在保证可靠性程序更新的基础上使得无线传感器节点功耗低、网络更新速度快，且更新过程简单。 

根据上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的： 

一种更新程序的无线传感器网络，该网络包括：簇头节点、无线传感器节点、网关节点及服务器，该网络结构采用簇状拓扑结构，一个簇头节点和多个无线传感器节点构成一个簇，网关节点有线接入服务器，其中， 

服务器，用于将更新的程序通过有线连接发送给网关节点； 

网关节点，用于通过有线连接获取更新的程序，将更新的程序通过无线连线传输给各个簇头节点； 

簇头节点，用于接收网关节点发送的要无线更新的程序，采用不同的无线频点在自身簇中将要无线更新的程序发送给自身簇中的无线传感器节点； 

无线传感器节点，用于在所属的无线频点上接收要更新的程序后，进行本地程序更新。 

所述不同簇头节点采用星形或树形结构无线接入到网关节点上。 

所述不同簇分配不同的无线频点。 

所述更新的程序通过簇头节点和所管辖簇中的无线传感器节点之间的程序更新信道发送。 

还包括手持设备，用于与无线传感器节点建立无线连接，将要更新的程序通过所建立的无线连接发送给该无线传感器节点。 

簇头节点，用于在接收网关节点发送的更新的程序之前，侦听网关节点发送的程序更新控制请求命令，进入程序更新模式； 

无线传感器节点，用于在所属的无线频点上接收更新的程序之前，侦听簇头节点或手持设备发送的唤醒命令，从休眠模式进入工作模式；侦听簇头节点发送的程序更新控制请求命令，进入程序更新模式； 

所述无线传感器节点采用簇地址和簇内地址标识； 

所述手持设备，用于根据无线传感器节点标识确定要加入的簇，加入簇后与无线传感器节点建立无线连接。 

所述手持设备，还用于将更新的程序全部或部分发送给无线传感器节点，发送部分更新的程序时，发送的为簇头节点发送的未被无线传感器节点正确接收的程序部分。 

从上述方案可以看出，本实用新型将更新程序的无线传感器网络设置为簇状拓扑结构，一个簇头节点和多个无线传感器节点构成一个簇，不同簇头节点采用星形或树形结构无线接入到网关节点上，网关节点有线接入服务器。网关节点通过有线连接获取要更新的程序，然后将更新的程序通过无线连线传输给各个簇头节点，各个簇头节点采用不同的无线频点在自身簇中将要更新的程序发送给自身簇中的无线传感器节点上进行程序的更新。进一步地，该网络还包括手持设备，手持设备可以对网络中的无线传感器节点进行手持设备更新模式的程序更新，过程为：与无线传感器节点建立无线连接， 将要更新的程序通过所建立的无线连接发送给该无线传感器节点。这样，由于不同簇的无线传感器节点在更新程序时，采用不同无线频点，不同簇的无线传感器节点可以并行工作，保证了更新速度，不同簇的无线传感器节点采用休眠机制以节省功耗，在休眠期间通过侦听唤醒命令进入工作方式。针对不同范围的无线更新可以采用服务器更新模式或手持设备更新模式，所以更新过程简单。 

附图说明

图1为本实用新型提供的更新程序的无线传感器网络结构示意图； 

图2为本实用新型提供的网关节点到簇头节点的采用服务器更新模式更新程序的方法实施例流程图； 

图3为本实用新型提供的网关节点到簇头节点的采用手持设备更新模式更新程序的方法实施例流程图； 

图4为本实用新型提供的采用手持设备更新模式更新程序的方法实施例流程图； 

图5为本实用新型提供的本地更新程序的方法流程图。 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型作进一步详细说明。 

本实用新型可以应用在对高速公路的车辆信息进行采集，诸如车辆的单位数量信息信息或车辆的速度信息等进行采集，由无线传感器进行采集。 

图1为本实用新型提供的更新程序的无线传感器网络结构示意图，包括：簇头节点101、无线传感器节点102、网关节点103及服务器104，该网络结构采用簇状拓扑结构，一个簇头节点和多个无线传感器节点构成一个簇105，不同簇头节点采用星形或树形结构无线接入到网关节点上(在图1中为采用星形结构，采用虚线表示)，网关节点有线接入服务器(图中采用 有线连接)，其中， 

服务器，用于将要更新的程序通过有线连接发送给网关节点； 

网关节点，用于通过有线连接获取更新的程序，将要更新的程序通过无线连线传输给各个簇头节点； 

簇头节点，用于接收网关节点发送的要更新的程序，采用不同的无线频点在自身簇中将要更新的程序发送给自身簇中的无线传感器节点； 

无线传感器节点，用于在所属的无线频点上接收更新的程序后，进行本地程序更新。 

在该结构中，服务器用于完成整个网络的数据存储、处理和控制，其中包括网关节点的程序更新及无线传感器节点的程序更新。网关节点负责各个簇到服务器的协议转换，与服务器采用有线连接收集各个簇数据并根据服务器的控制命令管理整个网络。簇头节点负责管理一个簇，簇中具有多个无线传感器节点。 

在该结构中，还可以包括手持设备106，用于与无线传感器节点建立无线连接，将要更新的程序通过所建立的无线连接发送给该无线传感器节点。 

具体地，手持设备由处理器、传感器网络通信模块、电池、存储器和显示屏等构成，设置有操作系统软件和程序更新管理软件，对要无线更新的程序进行管理。 

在该结构中，不同簇分配了不同的无线频点，不同簇并行工作，以降低不同簇中的无线传感器节点之间的干扰，同时便于扩大该网络的容量。 

在该结构中，簇头节点和所管辖簇中的无线传感器节点之间具有两个无线信道，一个为工作信道，另一个为程序更新信道，所述更新的程序是通过程序更新信道发送的。 

在该结构中，为了降低功耗，簇头节点和无线传感器节点都采用休眠机制，在收发更新的程序后，就进入休眠模式并周期性侦听唤醒帧，当侦听到唤醒帧，且该唤醒帧携带的地址为自身地址后，就进入工作模式，进行更新的程序的收发。 

在该结构中，无线传感器节点采用簇地址和簇内地址进行标识，对于任何一个无线传感器节点，通过其标识就可以确定其所在簇。 

在该结构中，手持设备可以与任意簇中的无线传感器进行无线连接，更新设备根据无线传感器节点的标识确定无线传感器节点所在簇，加入到该簇中，判断无线传感器节点所使用的无线频点，采用该无线频点与无线传感器节点建立连接，传输要更新的程序。在这里，无线频点是根据对应的簇地址设置的或由网关节点进行分配。 

采用该结构进行程序的更新时，无线传感器节点的正常工作状态被打断，进入到程序更新状态，程序更新完成后，再重新进入正常工作状态。对于全网的程序更新经过会产生大量的无线传感器节点已经更新成功，但是个别的无线传感器节点还长时间处于更新程序没有完成状态，由此引起簇头节点不能正常进入正常工作状态，簇中的其他无线传感器节点也无法接入正常的工作状态，为了解决这个问题，可以对更新程序未完成的无线传感器节点采用手持设备更新模式的程序更新，降低网络功耗和更新时间。 

采用服务器更新模式更新程序是针对网络中所有实体的程序升级，本实用新型根据簇状拓扑结构的网络特征，采用层级分发机制，将整个网络分为两层，一层为网关节点到簇头节点层，另一个为簇头节点到无线传感器层节点。 

其中，网关节点到簇头节点的采用服务器更新模式更新程序的方法实施例流程图为图2所示，具体步骤为： 

步骤201、网关节点从服务器获取要更新的程序后，向簇头节点发送程序更新控制请求命令； 

步骤202、簇头节点接收到该更新控制请求命令后，向网关节点发送确认消息，切换到与网关节点建立的程序更新专用的无线信道； 

步骤203、网关节点接收到确认消息后，发送要更新的程序，包括程序的更新参数，具体为：版本号、目标无线传感器信息节点和程序影像长度等信息，将要更新的程序进行分页，并对每一个分页进行编号，逐页发送给簇 头节点； 

在该步骤中，如果网关节点没有接收到确认消息，则返回步骤201继续执行； 

步骤204、簇头节点对应程序的更新参数，将所接收的更新的程序分页依次存储，并判断所接收的程序是否完整；如果完整，则结束，如果不完整，则执行步骤205； 

步骤205、簇头节点向网关节点发送未成功接收的程序分页编号，网关节点进行重传； 

步骤206、簇头节点在设定时间内未接收到该未成功接收的程序分页，则进入侦听模式，等待采用手持设备更新模式对未接收到的程序分页进行传输。 

由于无线传感器网络的传输不可靠性，程序更新过程中经过多次重传仍然会存在簇头节点无法接收到部分程序分页情况，如果持续采用图2所述的过程进行，则会使得网络能耗消耗过多且影响全网进入正常工作模式，这时，就可以采用手持设备更新模式进行部分未更新成功的节点的程序分页的传输。 

图3为本实用新型提供的网关节点到簇头节点的采用手持设备更新模式更新程序的方法实施例流程图，其具体步骤为： 

步骤301、手持设备切换到与簇头节点使用的程序更新专用的无线信道，发送程序更新控制请求命令给簇头节点； 

步骤302、簇头节点接收到该程序更新控制请求命令后，发送确认消息，向手持设备发送未成功接收的程序分页编号； 

步骤303、手持设备将未成功接收的程序分页发送给簇头节点。 

簇头节点在接收完程序后，根据更新的程序的更新参数确定是本地更新还是对簇内无线传感器节点进行程序更新，如果是本地更新，则直接根据接收的更新的程序进行本地程序的更新，更新完成后进入到工作信道进行工作；如果是对簇内无线传感器节点进行程序更新，则按照图2所述的方式进 行簇内更新，这时发起更新方就为簇头节点，更新接收方就为簇内的无线传感器节点，整个过程与图2类似，这里不再赘述。 

图4为实用新型提供的采用手持设备更新模式更新程序的方法实施例流程图，其具体步骤为： 

步骤401、手持设备指定需要更新的无线传感器节点标识和要更新的程序，根据无线传感器节点标识确定要加入的簇，并加入到簇中； 

如果要更新程序的是簇头节点，则手持设备加入到管辖该簇头节点的网关节点上； 

步骤402、手持设备获取簇中的无线传感器节点所在无线频点，通过该无线频点发送唤醒命令，该唤醒命令包括了无线传感器节点的标识； 

步骤403、无线传感器节点接收到该唤醒命令后，从休眠状态进入到工作状态，向手持设备发送确认消息； 

步骤404、手持设备与无线传感器节点建立无线连接，将要更新的程序分页发送给无线传感器节点； 

步骤405、无线传感器节点确认是否接收到所有的程序分页，如果没有，则向手持设备送未成功接收的程序分页编号，手持设备进行重传，直到接收到所有的程序分页为止，无线传感器节点此时进行程序的本地更新。 

对簇头节点采用手持设备更新模式进行程序的更新过程与图4的过程相似，只不过手持设备是与簇头节点进行交互完成。 

图5为本实用新型提供的本地更新程序的方法流程图，进行本地程序更新的实体可以为簇头节点或无线传感器节点，其具体步骤为： 

步骤501、判断所接收的更新的程序的版本号是否高于已有的程序，如果是，执行步骤503；如果否，执行步骤502； 

步骤502、不进行程序更新； 

步骤503、运行更新的程序，也就是通过引导加载程序(bootloader)程序从本地存储器中读取要更新的程序，写到节点的程序存储空间中。 

在本实用新型中，可以将更新的程序的版本号设置为强制更新的版本 号，比如设置为0。 

以上举较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种更新程序的无线传感器网络，其特征在于，该网络包括：簇头节点、无线传感器节点、网关节点及服务器，该网络结构采用簇状拓扑结构，一个簇头节点和多个无线传感器节点构成一个簇，网关节点有线接入服务器，其中，

服务器，用于将更新的程序通过有线连接发送给网关节点；

网关节点，用于通过有线连接获取更新的程序，将更新的程序通过无线连线传输给各个簇头节点；

簇头节点，用于接收网关节点发送的要无线更新的程序，采用不同的无线频点在自身簇中将要无线更新的程序发送给自身簇中的无线传感器节点；

无线传感器节点，用于在所属的无线频点上接收要更新的程序后，进行本地程序更新。

2.如权利要求1所述的无线传感器网络，其特征在于，所述不同簇头节点采用星形或树形结构无线接入到网关节点上。

3.如权利要求1所述的无线传感器网络，其特征在于，所述不同簇分配不同的无线频点。

4.如权利要求1所述的无线传感器网络，其特征在于，所述更新的程序通过簇头节点和所管辖簇中的无线传感器节点之间的程序更新信道发送。

5.如权利要求1所述的无线传感器网络，其特征在于，还包括手持设备，用于与无线传感器节点建立无线连接，将要更新的程序通过所建立的无线连接发送给该无线传感器节点。

6.如权利要求5所述的无线传感器网络，其特征在于，簇头节点，用于在接收网关节点发送的更新的程序之前，侦听网关节点发送的程序更新控制请求命令，进入程序更新模式；

无线传感器节点，用于在所属的无线频点上接收更新的程序之前，侦听簇头节点或手持设备发送的唤醒命令，从休眠模式进入工作模式；侦听簇头 节点发送的程序更新控制请求命令，进入程序更新模式；

7.如权利要求5或6所述的无线传感器网络，其特征在于，所述无线传感器节点采用簇地址和簇内地址标识；

所述手持设备，用于根据无线传感器节点标识确定要加入的簇，加入簇后与无线传感器节点建立无线连接。

8.如权利要求7所述的无线传感器网络，其特折在于，所述手持设备，还用于将更新的程序全部或部分发送给无线传感器节点，发送部分更新的程序时，发送的为簇头节点发送的未被无线传感器节点正确接收的程序部分。 

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