DE102014019749B3

DE102014019749B3 - Aktualisierungsmanagement

Info

Publication number: DE102014019749B3
Application number: DE102014019749.2A
Authority: DE
Inventors: Mauro Scagnol; Srdjan Miocinovic; Dragan Boscovic; Robin Heydon; Clive Thomson; Hooman Borghei; Nicolas Guy Albert Graube; Hamid Ahmadi; Nick Jones
Original assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: DE102015101620A1; GB2512748A; GB2512542A; GB2512543A; US20150245220A1; GB2513265A; US20150242614A1; US9489506B2; GB2512749A; GB2512781A; GB201415177D0; GB201412716D0; GB2512748B; GB2515923A8; DE102014012379B4; GB2512545B; GB201501075D0; GB2512502A; GB2512746B; DE102014013471A1

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen eines Aktualisierungspaketes für einen Knoten in einem Mesh-Netz, das einen Satz Knoten und einen Gateway-Knoten umfasst, der dafür ausgelegt ist, einen Zugang zu einem Aktualisierungsserver mittels eines zweiten Netzes bereitzustellen, wobei das Verfahren umfasst: dass der Gateway-Knoten Datenpaketinformationen von jedem des Satzes von Knoten, einschließlich eines ersten Knotens, erfasst, wobei jede Datenpaketinformationsinstanz einen jeweiligen Knoten und ihre Datenpaketversion identifiziert; dass der Gateway-Knoten unter Verwendung der Datenpaketinformationen den Aktualisierungsserver mittels des zweiten Netzes abfragt, um den Aktualisierungsserver zu veranlassen, dem Gateway-Knoten mit einem aktualisierten Datenpaket für wenigstens den ersten Knoten zu antworten; dass der Gateway-Knoten das aktualisierte Datenpaket in das Mesh-Netz als eine Sequenz erster Mesh-Nachrichten, die einen Identifikator des ersten Knotens transportieren, rundsendet; und bei Empfang einer ersten Mesh-Nachricht: dass jeder einer ersten Mehrzahl von Knoten des Satzes, einschließlich des ersten Knotens, eine oder mehrere Operationen plant, um die erste Mesh-Nachricht zu anderen Knoten des Satzes weiterzuleiten; und dass der erste Knoten zusätzlich die erste Mesh-Nachricht speichert, um, wenn die Sequenz erster Mesh-Nachrichten empfangen wird, das aktualisierte Datenpaket ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Aktualisieren von Daten in einem Knoten in einem Mesh-Netz.
Drahtlos-Mesh-Netze sind ein Beispiel eines Ad-hoc-Netzes, in dem jede Vorrichtung Daten im Auftrag anderer Vorrichtungen im Netz weitergeben kann. Ein Paar Vorrichtungen in einem Mesh-Netz ist möglicherweise nicht in der Lage, direkt miteinander zu kommunizieren. Stattdessen kann die Kommunikation zwischen dem Paar Vorrichtungen von einer oder mehreren anderen Vorrichtungen im Mesh-Netz unterstützt werden, die die Aufgabe übernehmen, Daten von einer Vorrichtung des Paares an die andere weiterzugeben. In solchen Mesh-Netzen kann eine Verbindung zwischen dem bestimmten Paar Vorrichtungen intermittierend und von kurzer Dauer sein, weil Zwischenvorrichtungen, die die Verbindung unterstützen, sich in die Signalreichweite benachbarter Vorrichtungen hinein und aus ihr herausbewegen, weil Störungen vorliegen, oder weil diese Zwischenvorrichtungen in Niedrigenergiezustände eintreten.
Diese Probleme verschärfen sich, wenn die Vorrichtung, die über das Drahtlos-Mesh-Netz kommunizieren will, selbst Energiebeschränkungen unterliegt. Solche Vorrichtungen, die Ultra-Niedrigenergievorrichtungen umfassen können, die dafür vorgesehen sind, jahrelang mit einer einzigen Batterie auszukommen, verbringen selbst einen erheblichen Teil der Zeit in einem Niedrigenergiezustand, in dem eine Kommunikation nicht möglich ist oder in dem die Vorrichtung dafür ausgelegt ist, nur auf bestimmte Netzpakete zu reagieren (zum Beispiel jene, für die sie den Endpunkt darstellt). Niedrigenergievorrichtungen können nur eine sporadische Konnektivität zu Ressourcen im Netz erreichen, was es diesen Vorrichtungen schwierig machen kann, Funktionen auszuführen, die in der Regel durch Netzkonnektivität ermöglicht werden, wie zum Beispiel das Herunterladen von Software-Updates und das Ausführen von Datensicherungen zu einem räumlich entfernten Standort.
Wenn es Vorrichtungen ermöglicht wird, ihre Software zu aktualisieren, so kann dadurch ermöglicht werden, den Funktionssatz einer Vorrichtung zu ändern, ohne dass es erforderlich ist, die physische Vorrichtung zu ersetzen. Zum Beispiel kann eine Software-Aktualisierung eine Vorrichtung mit neuen Funktionen und Programmierfehlerbehebungen versehen. Dies kann sogar für die meisten Niedrigenergievorrichtungen vorteilhaft sein.
Vorrichtungen in Mesh-Netzen bereiten bei den üblichen Herangehensweisen zur Ausführung von Software-Updates oft Probleme. Zum Beispiel können Knoten in Mesh-Netzen mit dem Problem unzuverlässiger Verbindungen konfrontiert sein und sind durch die geringe Größe von Datenpaketen beschränkt, die in der Regel über das Netz transportiert werden. Diese Schwierigkeiten beinhalten allgemein die Probleme, die oben für Niedrigenergievorrichtungen besprochen wurden, die mit dem Problem einer intermittierenden Konnektivität zu einem Mesh-Netz konfrontiert sind. Software-Updates können ein besonderes Problem sein, wenn das Mesh-Netz ein „Internet of Things” repräsentiert, weil die Vorrichtungen in solchen Mesh-Netzen für einen Nutzer (wie zum Beispiel eine Lampensteuereinheit, die in eine Wand eingebettet ist) unzugänglich sein können und oft keinerlei Schnittstelle bilden, die für den Nutzer zugänglich wäre (wodurch Aktionen wie zum Beispiel eine physische Rücksetzung verhindert werden).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen robusten Aktualisierungsmechanismus für Vorrichtungen bereitzustellen, die in Mesh-Netzen arbeiten, der es Vorrichtungen mit sehr geringem Energieverbrauch mit möglicherweise intermittierendem Zugang zu dem Netz erlaubt, zuverlässig aktualisiert zu werden.
US2012/0198434 A1 beschreibt ein Firmware-Management-System, worin Firmware gebündelt wird, um potentielle Konflikte zwischen verschiedenen Versionen der Firmware zu vermeiden. Die gebündelte Firmware wird an ein virtuelles Firmware-Ziel auf einer Netz-Vorrichtung gesandt. US 2013/0016654 A1 beschreibt ein Netz-Management-System, worin Daten als eine Vielzahl von Fragmenten gesandt werden können. US8495618 B1 beschreibt ein System zum Updaten von Firmware in einem zu hoher Verfügbarkeit ertüchtigten Computersystem. Zwei Knoten, die allgemein immer verfügbar sind, sind in einer aktiv-passiv Relation angeordnet. Einer kann ein Update des anderen bewirken, um die Verfügbarkeit aufrecht zu halten.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Aktualisierungspaketes für einen Knoten in einem Mesh-Netz bereitgestellt, das einen Satz Knoten und einen Gateway-Knoten umfasst, der dafür ausgelegt ist, einen Zugang zu einem Aktualisierungsserver mittels eines zweiten Netzes bereitzustellen, wobei das Verfahren umfasst:
dass der Gateway-Knoten Datenpaketinformationen von jedem des Satzes von Knoten, einschließlich eines ersten Knotens, erfasst, wobei jede Datenpaketinformationsinstanz einen jeweiligen Knoten und ihre Datenpaketversion identifiziert;
dass der Gateway-Knoten unter Verwendung der Datenpaketinformationen den Aktualisierungsserver mittels des zweiten Netzes abfragt, um den Aktualisierungsserver zu veranlassen, dem Gateway-Knoten mit einem aktualisierten Datenpaket für wenigstens den ersten Knoten zu antworten;
dass der Gateway-Knoten das aktualisierte Datenpaket in das Mesh-Netz als eine Sequenz erster Mesh-Nachrichten, die einen Identifikator des ersten Knotens transportieren, rundsendet; und
bei Empfang einer ersten Mesh-Nachricht:
dass jeder einer ersten Mehrzahl von Knoten des Satzes, einschließlich des ersten Knotens, eine oder mehrere Operationen plant, um die erste Mesh-Nachricht zu anderen Knoten des Satzes weiterzuleiten; und
dass der erste Knoten zusätzlich die erste Mesh-Nachricht speichert, um, wenn die Sequenz erster Mesh-Nachrichten empfangen wird, das aktualisierte Datenpaket zusammenzufügen.
Der Gateway-Knoten kann jede der Sequenz erster Mesh-Nachrichten in das Mesh-Netz mehr als einmal rundsenden.
Der Gateway-Knoten kann periodisch jede der Sequenz erster Mesh-Nachrichten in das Mesh-Netz über einen vorgegebenen Zeitraum rundsenden.
Der Gateway-Knoten kann Datenpaketinformationen aus dem ersten Knoten durch Rundsenden einer Informationsanforderung in das Mesh-Netz und, in Reaktion darauf, Empfangen der Datenpaketinformationen aus dem ersten Knoten erfassen.
Der Gateway-Knoten kann Datenpaketinformationen aus dem ersten Knoten durch Empfangen der Datenpaketinformationen als eine unaufgeforderte Rundsendung durch den ersten Knoten in das Mesh-Netz erfassen.
Die Datenpaketinformationen können die Art jedes Knoten im Satz anzeigen, und beim Erfassen der Datenpaketinformationen kann der Gateway-Knoten:
mehrere Knoten des Satzes vom gleichen Typ identifizieren;
einen ersten Gruppenidentifikator für diese mehreren Knoten definieren; und
den ersten Gruppenidentifikator in das Mesh-Netz rundsenden, dergestalt, dass jeder der mehreren Knoten dem ersten Gruppenidentifikator zugeordnet wird.
Die mehreren Knoten können den ersten Knoten umfassen, und die Sequenz erster Mesh-Nachrichten kann das aktualisierte Datenpaket darstellen und jeweils den ersten Gruppenidentifikator als den Identifikator des ersten Knotens umfassen.
Das Verfahren kann ferner umfassen, dass eine zweite Mehrzahl von Knoten des Satzes Mesh-Nachrichten cachespeichert, und wenn der erste Knoten eine fehlende Nachricht in der Sequenz erster Mesh-Nachrichten, die er empfangen hat, identifiziert, kann der erste Knoten eine Fehlende-Nachricht-Anforderung in das Mesh-Netz rundsenden, um einen der zweiten Mehrzahl von Knoten des Satzes zu veranlassen, mit einer cachegespeicherten Kopie der fehlenden Nachricht zu antworten.
Jede erste Mesh-Nachricht kann einen ersten Parameter umfassen, der einen ersten Zeitraum darstellt, den diese erste Mesh-Nachricht im Mesh-Netz fortbestehen soll, und jeder der zweiten Mehrzahl von Knoten kann eine erste Mesh-Nachricht aus ihrem Cache verwerfen, sobald festgestellt wurde, dass der erste Zeitraum für diese Nachricht abgelaufen ist.
Der erste Parameter kann eines oder mehrere von Folgendem anzeigen: eine Zeit, wenn die jeweilige Nachricht verfällt; einen Zeitraum, der ab einem Zeitstempel der jeweiligen Nachricht gemessen wird; einen Restzeitraum, den die jeweilige Nachricht ab dem Zeitpunkt ihres Empfangs in einem Knoten fortbestehen soll.
Der erste Knoten braucht, bei Empfang einer ersten Mesh-Nachricht, keine Nachricht an den Gateway-Knoten zu senden, die den Empfang der Mesh-Nachricht bestätigt. Der Satz Knoten des Mesh-Netzes kann empfangene Mesh-Nachrichten unter Verwendung eines Sicherheitsschlüssels, der den Knoten des Mesh-Netzes gemein ist, authentifizieren.
Das Verfahren kann ferner, bei Vollendung des Zusammensetzens des aktualisierten Datenpaketes, umfassen, dass der erste Knoten in einen Aktualisierungsmodus eintritt und das aktualisierte Datenpaket anwendet.
Vor dem Eintreten in seinen Aktualisierungsmodus kann der erste Knoten das aktualisierte Datenpaket unter Verwendung einer Prüfsumme, die mit dem aktualisierten Datenpaket empfangen wurde, verifizieren.
Der Gateway-Knoten kann die Sequenz erster Mesh-Nachrichten in das Mesh-Netz mit einer Rate rundsenden, die berechnet wurde in Abhängigkeit von:
einem Betrag an Speicher, der im Mesh-Netz zum Cachespeichern von Mesh-Nachrichten zur Verfügung steht; und
einem ersten Zeitraum, den jede erste Mesh-Nachricht im Netz fortbestehen soll.
Das aktualisierte Datenpaket kann eines oder mehrere von Firmware für den ersten Knoten, Konfigurationsinformationen für den ersten Knoten, Betriebsparameter für den ersten Knoten, einen Datensatz zur Verwendung im ersten Knoten und Code zur Ausführung im ersten Knoten umfassen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Bereitstellen eines Aktualisierungspaketes für einen Knoten in einem Mesh-Netz bereitgestellt, wobei das System umfasst:
einen Satz Knoten des Mesh-Netzes, wobei der Satz einen ersten Knoten und einen Gateway-Knoten umfasst;
wobei der Gateway-Knoten dafür ausgelegt ist, über ein zweites Netz zu kommunizieren und Datenpaketinformationen von jedem des Satzes von Knoten zu erfassen, wobei jede Datenpaketinformationsinstanz einen jeweiligen Knoten und ihre Datenpaketversion identifiziert; und
einen Aktualisierungsserver, der über das zweite Netz zugänglich ist; wobei der Gateway-Knoten dafür ausgelegt ist:
unter Verwendung der Datenpaketinformationen den Aktualisierungsserver mittels des zweiten Netzes abzufragen, um den Aktualisierungsserver zu veranlassen, dem Gateway-Knoten mit einem aktualisierten Datenpaket für wenigstens den ersten Knoten zu antworten; und
das aktualisierte Datenpaket in das Mesh-Netz als eine Sequenz erster Mesh-Nachrichten, die einen Identifikator des ersten Knotens transportieren, rundzusenden;
und bei Empfang einer ersten Mesh-Nachricht:
dass jeder einer ersten Mehrzahl von Knoten des Satzes, einschließlich des ersten Knotens, einen oder mehrere Operationen plant, um die erste Mesh-Nachricht zu anderen Knoten des Satzes weiterzuleiten; und
dass der erste Knoten zusätzlich die erste Mesh-Nachricht speichert, um, wenn die Sequenz erster Mesh-Nachrichten empfangen wird, das aktualisierte Datenpaket zusammenzufügen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist Folgendes zu sehen:
1 ist eine schematische Darstellung, die ein System zum Aktualisieren eines Knotens in einem Drahtlosnetz veranschaulicht.
2 veranschaulicht ein System und einen Nachrichtenfluss zum Verteilen eines Aktualisierungspaketes innerhalb eines beispielhaften Systems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist beispielhaft und soll es dem Fachmann ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und dem Fachmann fallen sofort verschiedene Modifizierungen an den offenbarten Ausführungsformen ein.
Es besteht Bedarf an einem robusten Aktualisierungsmechanismus für Vorrichtungen, die in Mesh-Netzen arbeiten, der es Vorrichtungen mit sehr geringem Energieverbrauch mit möglicherweise intermittierendem Zugang zu dem Netz erlaubt, zuverlässig aktualisiert zu werden.
Es wird ein System zum Aktualisieren von Daten in einem Knoten in einem Mesh-Netz, wie zum Beispiel der Firmware des Knotens, seiner Applicationware oder seiner Konfiguration, bereitgestellt. Das System wird im vorliegenden Text beispielhaft anhand des Bluetooth Smart-Mesh-Netzes beschrieben, in dem Knoten als „Things” bezeichnet werden. Das zweite Netz könnte ein Netz von beliebiger Art sein, einschließlich eines drahtgebundenen oder eines drahtlosen Netzes. In den im vorliegenden Text beschriebenen Beispielen gewährt das zweite Netz Zugang zum Internet. Der Gateway oder „Hub” könnte jede geeignete Vorrichtung sein, die dafür ausgelegt ist, die beiden Netze zu überbrücken, einschließlich eines Personalcomputers, auf dem zweckmäßige Software abläuft, eines Internet-Routers, eines Smartphones oder eines Tablet-Computers, oder jeder Art von netzfähiger Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Fernsehgerät, ein Kühlschrank oder eine Waschmaschine.
1 ist eine schematische Darstellung, die ein System 100 zum Aktualisieren eines Knotens in einem Mesh-Netz veranschaulicht. Das System umfasst ein Drahtlos-Mesh-Netz 101, das einen Satz Knoten 102, 103, 104, 105, 106, 107 und 115 umfasst. Diese Knoten sind dafür ausgelegt, mittels Bluetooth Low Energy miteinander zu kommunizieren. Die Reichweite, über die jeder Knoten kommunizieren kann, ist zum Beispiel durch ihre verfügbare Energie, Störungen, die den oder die verwendeten Kommunikationskanal/Kommunikationskanäle beeinträchtigen, und die physische Umgebung, in der die Knoten arbeiten, begrenzt. Knoten mit begrenzter Energie können den Zeitbetrag reduzieren, den sie auf Mesh-Nachrichten lauschen oder zur Verfügung stehen, um Mesh-Nachrichten zu empfangen. So kann in der Momentaufnahme des Netzes 101, die in 1 gezeigt ist, der Knoten 107 direkt mit den Knoten 102, 105 und 115 kommunizieren, aber er kann nicht direkt mit dem Knoten 106 kommunizieren. Daten, die zwischen den Knoten 106 und 107 über das Mesh-Netz ausgetauscht werden, müssen über wenigstens einen Zwischenknoten, wie zum Beispiel über den Knoten 105, weitergegeben werden. In diesem Beispiel kann der Knoten 106 nur direkt mit dem Knoten 105 kommunizieren, und jede Kommunikation mit dem Knoten 106 über das Mesh muss darum von dem Knoten 105 weitergegeben werden. Die Knoten, die für jeden gegebenen Knoten im Mesh-Netz direkt zugänglich sind, ändern sich vermutlich im Lauf der Zeit, wenn sich benachbarte Knoten in ihre gegenseitige Reichweite hinein und aus ihr heraus bewegen, wenn Knoten in Niedrigenergiezustände eintreten und wenn die physische oder Funkumgebung der Knoten sich ändert. Das Mesh-Netz 101 könnte jede geeignete Topologie haben.
In 1 ist der Knoten 102 eine Gateway-Vorrichtung, und die Knoten 103–107 und 115 sind „Things”, die Verbrauchervorrichtungen in einem Privathaushalt sein könnten. Zum Beispiel könnte Thing 106 eine Glühlampe sein, die mit Bluetooth Low Energy(BLE)-Konnektivität gekoppelt ist, so dass die Glühlampe (zum Beispiel hinsichtlich ihrer Farbe oder Leuchtkraft) über das Mesh-Netz gesteuert werden kann. Things 103–105 könnten Vorrichtungen sein wie zum Beispiel ein Kühlschrank, ein Lichtschalter, eine Mülltonne, ein Türöffner-Zahlenfeld, ein Thermostat usw., die gleichermaßen mit Bluetooth Low Energy-Konnektivität ausgestattet sind. Die Gateway-Vorrichtung 102 ist dafür ausgelegt, sowohl im Mesh-Netz 101 als auch in einem zweiten Netz 108 zu arbeiten, das in diesem Fall das Internet ist. Zum Beispiel könnte die Gateway-Vorrichtung ein Smartphone sein, das mit BLE-Konnektivität ausgestattet ist, und die Konnektivität zum Internet könnte mittels seines integrierten Zellmodems oder einer IEEE 802.11-Funkeinheit hergestellt werden, um es dem Smartphone zu ermöglichen, eine WiFi-Verbindung 109 aufzubauen (zum Beispiel zu dem mit dem Internet verbundenen Router, in 1 nicht gezeigt). In anderen Beispielen könnte die Konnektivität zu dem zweiten Netz gemäß jedem anderen Kommunikationsprotokoll realisiert werden. In einem weiteren Beispiel könnte die Gateway-Vorrichtung ein WiFi-fähiges Haushaltsgerät sein, wie zum Beispiel ein Kühlschrank oder ein Fernsehgerät, das ebenfalls mit BLE-Konnektivität ausgestattet und für eine Verbindung zum Mesh-Netz 101 ausgelegt ist. Das Mesh-Netz kann mehr als eine Gateway-Vorrichtung umfassen.
Es ist nicht wichtig, welcher Art die Gateway-Vorrichtung 102 ist (sie kann die dedizierte Gateway-Vorrichtung für das Mesh-Netz sein und braucht keinerlei weitere Funktionen zu haben). In der Regel unterliegt jedoch die Gateway-Vorrichtung 102 keinen schwerwiegenden Energiebeschränkungen. Zum Beispiel könnte sie über das Stromnetz betrieben werden (wie zum Beispiel ein Internet-Router oder Kühlschrank), oder sie könnte eine tragbare Vorrichtung sein, wie zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet-Computer oder ein Laptop, die häufig durch den Nutzer neu geladen wird. Mindestens einige der Knoten könnten Ultra-Niedrigenergievorrichtungen sein. Zum Beispiel könnte der Knoten 115 ein batteriebetriebener Mülltonnensensor sein, der dafür ausgelegt ist, jahrelang mit derselben Batterie zu arbeiten, und der dafür ausgelegt ist, einen Hinweis an die Stadtverwaltung zu senden, wenn die Tonne voll ist und geleert werden muss. Der Mülltonnensensor würde seinen „Tonne voll”-Hinweis in das Mesh-Netz zur Kommunikation an den Gateway 102 senden, der Zugang zum Internet 108 für das Mesh-Netz gewährt. In diesem Fall liegt der Knoten 107 in der Reichweite der BLE-Übertragungen der Mülltonne und würde zuerst die Mesh-Nachricht empfangen, die den „Tonne voll”-Hinweis transportiert. Der Knoten 107 würde dann diese Nachricht weiter zum Gateway 102 übertragen. Da der „Tonne voll”-Hinweis an einen Stadtverwaltungsserver übertragen werden würde, der über das Internet 108 zugänglich ist, würde die Gateway-Vorrichtung 102 den Hinweis über den Link 109 an das Internet weiterleiten.
Andere ”Things” im Mesh-Netz 101 könnten andere Energiebeschränkungen haben. Zum Beispiel könnten sie solarbetrieben sein, oder nur Energie empfangen, wenn die Vorrichtung benutzt wird (zum Beispiel ein gelegentlich genutztes Küchengerät).
Das System 100 umfasst ferner einen Aktualisierungsserver 110, der dafür ausgelegt ist, Aktualisierungspakete für Knoten des Mesh-Netzes bereitzustellen. Der Aktualisierungsserver könnte einen „Cloud-Dienst” bereitstellen, damit ein Knoten Updates über das Internet 108 empfangen kann. Allgemeiner ausgedrückt, könnte der Aktualisierungsserver über jede Art von Netz zugänglich sein, zu dem die Gateway-Vorrichtung Zugang hat, einschließlich eines Heim- oder Unternehmensnetzes, an das der Aktualisierungsserver 110 angeschlossen ist. Ein Aktualisierungspaket, das auf dem Server 110 für einen Knoten zur Verfügung steht, könnte Firmware für den Knoten sein, wobei die Firmware zum Beispiel möglicherweise eine neue Firmware-Version, eine Austausch-Firmware für eine momentane Version oder eine alte Firmware-Version ist (wenn zum Beispiel ein Rollback von Knoten-Firmware erforderlich ist).
Firmware kann jede Art von Code zur Ausführung im Knoten sein, einschließlich beispielsweise Applicationware (zum Beispiel kundenspezifischer Anwendungscode zur Ausführung im Knoten in einem Ausführungskontext, der durch Firmware einer niedrigeren Ebene bereitgestellt wird) und Firmware einer niedrigeren Ebene (zum Beispiel ein Kernel, der grundlegende Knotenfunktionen bereitstellt, wie zum Beispiel Funkkommunikation, und der eine Software-Umgebung definiert, in der Applicationware ausgeführt werden kann). Ein Aktualisierungspaket könnte alternativ oder zusätzlich Konfigurationsinformationen für den Knoten (zum Beispiel eine gespeicherte Konfiguration für ein Lichtschalter-Thing), Betriebsparameter für den Knoten (zum Beispiel Kalibrierungsparameter für ein Thermostat-Thing), einen Datensatz zur Verwendung im Knoten (zum Beispiel eine verschlüsselte Liste zulässiger Eingabecodes für ein Türöffner-Zahlenfeld) und Code zur Ausführung im Knoten (zum Beispiel eine Anwendung zur Ausführung in einem Kühlschrank zum Anzeigen einer Tagesablaufinformation auf seinem Anzeigeschirm) umfassen.
Ein erstes Beispiel wird nun mit Bezug auf 2 beschrieben, die einen möglichen Fluss von Nachrichten zwischen den Elementen des Systems von 1 zeigt. In diesem Beispiel ist das Mesh-Netz 101 ein Netz von Verbrauchervorrichtungen in einem Privathaushalt, das Thing 106 ist eine Glühlampe, und der Gateway 102 ist ein Laptop mit BLE- und WiFi-Funktionen, der Software ausführen kann, die dafür ausgelegt ist, den Laptop zu veranlassen, als die Gateway-Vorrichtung für das BLE-Mesh-Netz 101 zu arbeiten. Die Software könnte dafür ausgelegt sein, regelmäßig als ein Dienst auf dem Laptop abzulaufen, um den unten beschriebenen Aktualisierungsmechanismus auszuführen. Die WiFi-Funktion des Laptops erlaubt es dem Laptop, über das Internet 108 mittels eines Internet-Routers (in 1 nicht gezeigt) zu kommunizieren.
Die Glühlampe 106 arbeitet gemäß der Firmware, die in dem Thing gespeichert ist und zur Ausführung auf einem Prozessor 210 (in der Regel ein Niedrigenergie-System-on-Chip-Prozessor) ausgelegt ist. Die Firmware definiert verschiedene Funktionen, die dem Betrieb der Glühlampe (zum Beispiel Routinen zum Ein- und Ausschalten der Lampe, zum Steuern ihrer Farbtemperatur usw.) und dem Betrieb des Thing als ein Knoten innerhalb des BLE-Mesh-Netzes 101 (zum Beispiel Routinen, die BLE-Messaging-Protokolle definieren oder Firmware-Updates ausführen) zugeordnet sind. In diesem Beispiel wird die Firmware in zwei Teilen bereitgestellt: Firmware einer niedrigen Ebene 203, die eine Software-Umgebung definiert, und Applicationware einer höheren Ebene (oder „Appware”) 201, die in dieser Software-Umgebung ablaufen soll. Im vorliegenden Beispiel ist es die Appware, die aktualisiert wird, aber allgemeiner ausgedrückt, könnte es jeder Aspekt der Firmware oder Daten, die im Thing 106 gespeichert sind, sein. Die Appware umfasst Routinen zum Steuern des Betriebs der Glühlampe, wie zum Beispiel Routinen zum Ein- und Ausschalten ihrer Lichtquelle gemäß einem definierten Zeitplan, und Routinen zum Steuern der Farbtemperatur der Glühlampe. Das Glühlampen-Thing 106 ist mit einer Bluetooth-Funkeinheit 212 ausgestattet, mittels der das Thing über das Mesh-Netz kommuniziert.
Die Gateway-Vorrichtung 102 ist in diesem Beispiel ein Laptop, der einen Speicher 206 und eine CPU 211 umfasst. Der Laptop 102 unterstützt einen Aktualisierungsagenten 204, der Software-ausgelegt ist, um Aspekte des im vorliegenden Text beschriebenen Aktualisierungsmechanismus auszuführen, um die Appware im Thing 106 zu aktualisieren. Der Laptop 102 umfasst eine Bluetooth-Funkeinheit 213, mittels der er über das BLE-Mesh-Netz 101 kommuniziert, und eine WiFi-Funkeinheit 214, mittels der er über das Internet 108 kommuniziert. Die Funktionalität der Gateway-Vorrichtung, einschließlich des Aktualisierungsagenten 207 und der nötigen Routinen, um den Laptop zu veranlassen, sich als die Gateway-Vorrichtung im Mesh-Netz 101 zu verhalten, kann im Laptop als Software, die auf der CPU 211 läuft, bereitgestellt werden.
Der Aktualisierungsserver 110 ist in diesem Beispiel ein Cloud-Server, der über das Internet 108 zugänglich ist und einen Prozessor 215, einen Speicher 216 und eine Netzschnittstelle 217 umfasst, die dafür ausgelegt ist, den Server mit dem Internet zu koppeln. Der Server 110 enthält einen Aktualisierungsmanager 218 zum Unterstützen einer Kommunikation mit dem Aktualisierungsagenten 207 im Mesh-Netz 101. Der Aktualisierungsmanager wäre in der Regel Software, die im Prozessor 215 abläuft. Zwei Datenlager werden im Server unterstützt oder sind dem Server zugänglich: eine Vorrichtungsregistratur 208 und eine Paketablage 209. In anderen Beispielen könnte der Server ein oder mehrere Datenlager unterstützen, die zusammen Datenpakete und Informationen speichern, die die Vorrichtungen oder Vorrichtungsarten identifizieren, auf die sich jedes Datenpaket bezieht.
Die Vorrichtungsregistratur 208 umfasst Identifikatoren für die Things im Mesh-Netz 101, wobei jeder Identifikator eine einmalige Zeichenkette und/oder ein einmaliger Schlüssel ist, die bzw. der während der Herstellung im Thing eingestellt wird (in der Praxis wäre jeder Identifikator in der Regel ein Identifikator des BLE-Chips, der sich im Thing befindet, um es zu ermöglichen, dass das Thing in einem Mesh-Netz arbeiten kann, und der Identifikator würde während der Herstellung des BLE-Chips eingestellt werden). Der Identifikator könnte eine Bluetooth-UUID und ein öffentlicher Schlüssel sein.
Die Paketablage 209 umfasst Firmware-Pakete für ein oder mehrere Things im Mesh-Netz, zusammen mit Daten, die die Ziel-Hardware für jedes Firmware-Paket anzeigen (zum Beispiel einen Identifikator des Chip-Typs, auf den sich die Firmware bezieht). Die Paketablage könnte durch die Hersteller der Things auf dem neuesten Stand gehalten werden, dergestalt, dass neue Firmware in der Ablage zur Verfügung gestellt werden kann, wenn sie durch den Hersteller herausgebracht wird. Die Vorrichtungsregistratur würde in der Regel durch die Entität geführt werden, die die eindeutigen Identifikatoren für die Things generiert. Zum Beispiel könnte der Hersteller des BLE-Chips neue Identifikatoren und/oder Schlüssel in die Registratur einbinden, wenn neue Chips hergestellt werden und ihnen Identifikatoren zugewiesen werden.
Es versteht sich, dass die Darstellungen des Things, der Gateway-Vorrichtung und des Servers in 2 lediglich schematisch sind. Zum Beispiel könnte der Server 110 praktisch einen oder mehrere Server darstellen, die zusammenarbeiten (zum Beispiel eine Serverföderation), und die Vorrichtungsregistratur und die Paketablage könnten als eine einzelne Entität ausgebildet sein.
Es ist unwahrscheinlich, dass der Laptop 102 die ganze Zeit im Privathaushalt eingeschaltet ist und läuft, in dem sich das Mesh-Netz 101 befindet. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Software im Laptop 102 zum Bereitstellen der Gateway-Funktionen nicht immer läuft, wenn der Laptop eingeschaltet ist. Zum Beispiel kann es sein, dass die Software nur periodisch als ein Dienst arbeitet, oder nur dann läuft, wenn der Nutzer entscheidet, die Software zu laden und auf das Mesh-Netz zuzugreifen (zum Beispiel einen Zeitplan zu konfigurieren, um eine Lichtquelle in der Glühlampe 106 an- und auszuschalten). Dies kann bedeuten, dass das Mesh-Netz nur sporadischen Zugang zum Internet mittels der Gateway-Vorrichtung bereitstellt. Es könnten auch mehrere Gateways im lokalen Netz arbeiten (zum Beispiel mehrere Laptops 102 und ein Smartphone, auf dem geeignete Software läuft).
Mindestens einige der Knoten im Mesh-Netz sind in der Lage (auch wenn sie nicht immer dafür ausgelegt sind), Nachrichten weiterzuleiten, die mittels der Zeitplanung von Mesh-Nachrichten-Rundsendungen an einen oder mehrere andere Knoten im Mesh gerichtet sind. Solche Weiterleitungsoperationen könnten periodisch (zum Beispiel könnte der Knoten veranlasst werden, eine Mesh-Nachricht periodisch erneut rundzusenden) oder zu bestimmten Zeiten geplant werden, wenn man weiß, dass andere Knoten lauschen. Die Zeitplanung einer Mesh-Nachricht-Weiterleitungsoperation braucht sich nicht auf eine bestimmte Zeit in der Zukunft zu beziehen; sie könnte stattdessen in Reaktion auf die Erfüllung einer Bedingung im Mesh-Netz erfolgen, zum Beispiel, dass ein Knoten im Netz verfügbar wird (ein Knoten könnte seine Verfügbarkeit durch Rundsenden einer geeigneten Mesh-Nachricht anzeigen), oder in Reaktion auf den Empfang einer Nachricht von einem anderen Knoten. Dies ermöglicht es, dass Nachrichten Knoten erreichen, die, als diese Nachrichten versendet wurden, in dem Moment nicht über das Mesh-Netz zugänglich waren. Oder anders ausgedrückt: Nachrichten können das Mesh-Netz sogar dann durchqueren, wenn in jenem Moment kein vollständiger Datenweg von der Nachrichtenquelle zum Endpunkt zur Verfügung steht, wobei die Nachrichten zwischen den Knoten passieren, wenn und sobald eine Kommunikation zwischen diesen Knoten möglich wird. Rundsendenachrichten können Verfallsinformationen transportieren, dergestalt, dass diese Nachrichten über einen festgelegten Zeitraum im Mesh-Netz hin und her wandern, aber nach diesem Zeitraum verworfen werden. Auf diese Weise können Nachrichten ausreichend lange im Mesh fortbestehen, damit der vorgesehene Endpunkt einer Nachricht diese empfangen kann. Sicherheit kann innerhalb des Mesh durch die Verwendung eines gemeinsamen Sicherheitsschlüssels durchgesetzt werden. Um in das Mesh-Netz zu gelangen, kann jeder Knoten mit dem Sicherheitsschlüssel ausgestattet werden. Der Schlüssel könnte dafür verwendet werden, Mesh-Nachrichten zu verschlüsseln und zu entschlüsseln.
Dies wird nun beispielhaft mit Bezug auf 1 veranschaulicht. Nehmen wir an, dass die Glühlampe 106 eine Mesh-Nachricht an den Gateway 102 senden will. Die Glühlampe rundsendet diese Mesh-Nachricht in das Mesh, wobei die Mesh-Nachricht einen Identifikator des Gateways transportiert, damit Knoten, die die Nachricht empfangen, bestimmen können, ob die Nachricht für sie oder einen anderen Knoten gedacht ist. In diesem Fall soll Knoten 105 die Mesh-Nachricht als erster empfangen. Da die Nachricht nicht für den Knoten 105 gedacht ist, plant der Knoten einen Vorgang, um sie neu in das Mesh-Netz rundzusenden, in diesem Fall zu den Knoten 107 und 106, die nicht sofort zur Verfügung stehen können. Der Knoten 105 könnte dafür ausgelegt sein, seine cachegespeicherten Kopien von Mesh-Nachrichten zu den Knoten 106 und 107 zu senden, wenn sie das nächste Mal im Mesh zur Verfügung stehen. Der Knoten 107 wiederum plant einen Vorgang, die Nachricht zum Knoten 115 und zum Gateway 102 neu rundzusenden. Diese Planung von erneuten Rundsendungen einer empfangenen Nachricht kann als „Weiterleiten” oder „Cachespeichern und Weiterleiten” bezeichnet werden, da allgemein eine gewisse Cachespeicherung der empfangenen Nachricht stattfindet. Der Knoten 115 ist eine Ultra-Niedrigenergievorrichtung, die dafür ausgelegt ist, Nachrichten nicht cachezuspeichern und weiterzuleiten. Da die Mesh-Nachricht nicht an den Knoten 115 gerichtet ist, verwirft er darum die Nachricht. Der Gateway 102 erkennt jedoch, dass die Mesh-Nachricht für ihn vorgesehen ist, und nimmt die Nachricht ohne Cachespeicherung und Weiterleiten entgegen (sofern die Nachricht nicht auch für andere Knoten vorgesehen ist, zum Beispiel eine Gruppe von Knoten, zu der der Gateway gehört). Der Gateway 102 kann auch eine Kopie der Nachricht über die Knoten 104 und 103 empfangen. Die später empfangene Kopie kann vom Gateway verworfen werden. Der Gateway könnte eine Bestätigung in das Mesh rundsenden, die anzeigt, dass er die Nachricht empfangen hat. Diese Bestätigung durchquert das Mesh in einer ähnlichen Weise und kann zwei Zwecken dienen: Erstens kann es der Glühlampe anzeigen, dass die Nachricht empfangen wurde; und zweitens kann es den anderen Knoten im Mesh anzeigen, dass die cachegespeicherte Kopie der Originalnachricht von der Glühlampe 106 verworfen werden kann.
Es versteht sich, dass infolge von Änderungen bei der Konnektivität innerhalb des Mesh-Netzes die Glühlampe 106 nur noch in der Lage sein kann, sporadisch auf die Gateway-Vorrichtung und damit das Internet 108 zuzugreifen. Solche Zugriffe können von kurzer Dauer sein und müssen um möglicherweise schwerwiegende Energiebeschränkungen in der Glühlampe zu bewältigen, mit sehr geringer Energie ausgeführt werden. Es ist jedoch wünschenswert, dass selbst Niedrigenergie-Things im Mesh-Netz in der Lage sind, automatisch Firmware-Updates zu empfangen. Dies ermöglicht es, diese Things mit neuen oder aktualisierten Funktionen bereitzustellen und Programmierfehler zu beheben, ohne dass die Hardware selbst ersetzt werden muss. Es wird ein opportunistischer Niedrigenergiemechanismus benötigt, mit dessen Hilfe Things, wie zum Beispiel die Glühlampe 106, ihre Firmware oder andere Daten aktualisieren können.
2 zeigt einen Mechanismus, mit dessen Hilfe die Glühlampe 106 ihre Firmware mittels des Mesh-Netzes 101 aktualisieren kann. Der Gateway 102 ist dafür ausgelegt, eine Paketversionsanforderung 250 in das Mesh 101 rundzusenden, um die Knoten im Mesh zu veranlassen, mit Informationen zu antworten, die ihre Identität und Datenpaketversion definieren. Wie besprochen, könnten Datenpaketversionsinformationen eine Firmware-Version, eine Applicationware- oder „Appware”-Version, Informationen über die momentane Konfigurationsversion usw. sein. Im vorliegenden Beispiel rundsendet die Glühlampe 106 ihre Antwort 251 in das Mesh, die den Identifikator der Glühlampe (zum Beispiel ihren Hersteller und ihre Modellnummer, oder ihre eindeutige Bluetooth-ID) und die momentane Version ihrer Appware transportiert. Der Gateway könnte jede Art von Identifikator für das Thing empfangen, anhand dessen er ein entsprechendes Aktualisierungspaket für das Thing im Server 110 identifizieren kann. Zum Beispiel könnte der Identifikator ein Identifikator des Typs der Vorrichtung und seiner momentanen Firmware sein, aber nicht unbedingt speziell für diese eine Vorrichtung. Ein Knoten könnte dafür ausgelegt sein, auf eine Paketversionsanforderung nur zu antworten, wenn er in einer Position ist, seine Firmware zu aktualisieren, zum Beispiel, falls seine Batterieladung ein vorgegebenes Niveau übersteigt.
In alternativen Beispielen ist die Glühlampe 106 dafür ausgelegt, von Zeit zu Zeit eine Mesh-Nachricht rundzusenden, die ihre Identität und Appware-Version in das Mesh-Netz transportiert, ohne von dem Gateway 102 dazu aufgefordert zu werden.
Als eine Gateway-Vorrichtung erfasst der Knoten 102 die Antworten von den Knoten im Mesh, einschließlich der Antwort 251 von der Glühlampe 106. Mit der Appware-Version von Thing 106 und ihrer Identität ausgestattet, kann der Aktualisierungsagent 207 von Gateway 102 dann dazu übergehen, den Aktualisierungsserver 110 über das Internet und seine WiFi-Funkeinheit 214 abzufragen. Diese Abfrage kann an jedem zweckmäßigen Punkt ausgeführt werden, zum Beispiel das nächste Mal, wenn die Gateway-Vorrichtung 102 eine Verbindung zum Internet herstellt oder wenn ein Nutzer der Gateway-Vorrichtung entscheidet, auf Updates für Things im Mesh-Netz zu prüfen. Der Aktualisierungsagent 207 fragt den Aktualisierungsmanager 218 ab, der im Aktualisierungsserver arbeitet, indem er eine Abfragenachricht 252 sendet, die Informationen transportiert, die das Thing 106 und seine Appware-Version identifizieren.
Bei Empfang der Abfrage 252 konsultiert der Aktualisierungsmanager die Vorrichtungsregistratur 208 unter Verwendung der Informationen, die das Thing 106 (zum Beispiel seine Modellnummer) und seine momentane Appware-Version identifizieren, um zu identifizieren, ob aktualisierte Appware für die Glühlampe zur Verfügung steht. In diesem Fall steht aktualisierte Appware v1.3 für die Glühlampe zur Verfügung und wird aus der Paketablage 209 abgerufen und in einem oder mehreren Datenpaketen 253 durch den Aktualisierungsmanager 218 zum Gateway 102 übertragen. Das Aktualisierungspaket könnte codiert werden, um sicherzustellen, dass die Aktualisierung nur durch das vorgesehene Thing 106 benutzt wird. Zum Beispiel könnte das Aktualisierungspaket unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels des Thing 106 verschlüsselt werden, der der Vorrichtungsregistratur bekannt ist. Die Gateway-Vorrichtung 102 speichert das Firmware-Paket in ihrem Speicher 206. Das Aktualisierungspaket könnte außerdem durch den Aktualisierungsserver mit dem privaten Schlüssel eines asymmetrischen Schlüsselsatzes, der mit dem Server verknüpft ist, signiert werden. Der öffentliche Schlüssel des Servers kann dem Mesh-Netz bereitgestellt werden und könnte darum dem Mesh-Knoten und/oder dem Gateway bekannt sein, so dass die Quelle des Aktualisierungspaketes im Gateway verifiziert werden kann, bevor es in das Mesh rundgesendet wird, und/oder von dem Knoten, bevor die Aktualisierung angewendet wird. Dies kann das Injizieren von bösartigen Updates in das Mesh vermeiden.
Indem dafür gesorgt wird, dass der Gateway die Firmware im Auftrag des Thing entdeckt und dann diese Firmware herunterlädt (und möglicherweise ihre Signatur verifiziert), kann der Gateway diese Energie-intensiven Operationen auszuführen, die eine zuverlässige Verbindung zum Aktualisierungsserver erfordern. Angesichts der geringen Nachrichtengröße, die in der Regel im Mesh-Netz 101 verwendet wird, führt der Gateway, um die heruntergeladene Firmware zu dem Thing zu transportieren, eine Segmentierung des Aktualisierungspaketes zu einer Sequenz von Mesh-Nachrichten durch. Diese Nachrichten werden gemäß den Mesh-Netzprotokollen in das Mesh rundgesendet, dergestalt, dass die Glühlampe das Aktualisierungspaket aus den Datensegmenten (möglicherweise über einige Zeit hinweg) aufbauen kann. Eine oder mehrere der Mesh-Nachrichten können eine Prüfsumme oder ein anderes Mittel zum Verifizieren der Integrität des empfangenen Aktualisierungspaketes enthalten.
Wenn keine aktualisierte Firmware zur Verfügung steht, so zeigt der Aktualisierungsmanager dies der Gateway-Vorrichtung an. Vorzugsweise sendet der Aktualisierungsagent in der Gateway-Vorrichtung diese Informationen nicht in das Mesh-Netz 101, damit die Mesh-Knoten nicht veranlasst werden, unnötige Energie durch das Empfangen und Analysieren dieser Informationen aufzuwenden.
Aktualisierungspakete, die im Gateway empfangen werden, werden im Paket-Cache 205 des Gateways gespeichert, um eine spätere Versendung der Aktualisierungspaketdaten zu erlauben, ohne dass der Gateway eine Verbindung zum Aktualisierungsserver aufrechterhalten muss. Sobald der Gateway das Aktualisierungspaket für die Glühlampe 106 gespeichert hat, kann er beginnen, das Aktualisierungspaket an die Glühlampe zu übermitteln, indem er das Aktualisierungspaket als eine Sequenz von Mesh-Nachrichten 254 in das Mesh-Netz 101 rundsendet. Aufgrund der geringen Größe von Mesh-Nachrichten wird ein Aktualisierungspaket in der Regel von dem Gateway in viele kleine Mesh-Nachrichten segmentiert, die jeweils einen Teil des Aktualisierungspaketes in ihren Nutzdaten transportieren. Diese Segmentierung könnte im Gateway oder im Server ausgeführt werden. Wenn sie im Server ausgeführt wird, so könnte der Gateway dafür ausgelegt sein, Mesh-Nachrichten in das Mesh zu drücken (eventuell mit geringer Protokollverarbeitung, wie zum Beispiel das Einfügen von laufenden Nummern in die Nachrichten), die in den Nutzdaten von Datenpaketen transportiert werden, die aus dem Server empfangen werden (zum Beispiel TCP/IP- oder UDP-Datenpakete).
Jede Mesh-Nachricht der Sequenz umfasst einen Identifikator der Glühlampe 106. Dies könnte ein Identifikator sein, der für die Glühlampe spezifisch ist, wie zum Beispiel ihre Bluetooth-ID, oder ein Gruppenidentifikator für eine Gruppe, zu der die Glühlampe gehört. Der Identifikator braucht nicht dafür verwendet zu werden, die Mesh-Nachricht zu routen, da das Mesh-Netz ein sehr begrenztes Nachrichten-Routing verwenden kann; aber der Identifikator erlaubt es der Glühlampe zu erkennen, wann sie eine Mesh-Nachricht empfängt, die an sie gerichtet ist.
Es ist vorteilhaft, falls der oder die Knoten, an den bzw. die eine Aktualisierungs-Mesh-Nachricht vorgesehen ist, zusätzlich die Nachricht an andere Knoten des Mesh-Netzes weiterzuleiten. Das hilft sicherzustellen, dass die Sequenz von Mesh-Nachrichten alle Teile des Mesh-Netzes erreicht, und erlaubt es, dieselben Mesh-Nachrichten zum Aktualisieren mehrerer Knoten des Mesh-Netzes zu verwenden.
Der Gateway kann dafür ausgelegt sein, beim Erfassen von den Antworten 251 von den Knoten des Mesh-Netzes, die die Identitäts- und Versionsinformationen der Knoten transportieren, Gruppen von Knoten zu definieren. Wenn mehr als ein Knoten vom gleichen Typ identifiziert wird, der die gleiche Paketversion aufweist (zum Beispiel die gleiche Appware-Version), so könnte der Gateway eine Gruppe für diese Knoten definieren und veranlassen, dass diese Knoten mit der Gruppe verknüpft werden. Der Gateway könnte zum Beispiel eine Mesh-Nachricht in das Mesh rundsenden, die diesen Knoten anzeigt, dass sie zur Gruppe gehören und darum auf Mesh-Nachrichten antworten sollten, die an diese Gruppe gerichtet sind. Zum Beispiel könnten die Knoten 104, 105 und 106 allesamt Glühlampen desselben Modells sein und dieselbe Appware-Version haben, wobei der Gateway 102 eine Gruppe „lightbulb_1” definiert. Da in vielen Fällen alle Glühlampen dasselbe Aktualisierungspaket empfangen würden, wird, indem man dem Gateway erlaubt, ein Aktualisierungspaket an alle Glühlampen der Gruppe zu adressieren, die in das Mesh-Netz injizierte Datenmenge minimiert, und damit auch die Menge an Arbeit, die die Knoten des Netzes (die Vorrichtungen mit sehr geringem Energieverbrauch sein können) bewältigen müssen, um Aktualisierungsnachrichten im ganzen Netz an ihren vorgesehenen Bestimmungsort weiterzugeben.
Wie durch den Pfeil 255 in 2 angedeutet, rundsendet der Gateway 102 jede der Sequenz von Mesh-Nachrichten, die das Aktualisierungspaket für den Knoten 106 transportieren, vorzugsweise mehr als einmal in das Mesh. Der Gateway könnte dafür ausgelegt sein, das Rundsenden anschließender Nachrichten in der Sequenz in das Mesh zu beginnen, bevor er das Rundsenden der momentanen Mesh-Nachricht vollendet hat. Dies kann die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Mesh-Nachrichten ihre Glühlampe erreichen. Zum Beispiel könnte jede Mesh-Nachricht periodisch in einem vorgegebenen Intervall über eine vorgegebene Zeit, oder bis eine Bestätigung für diese Nachricht aus der Glühlampe durch das Mesh gesendet wird, in das Mesh-Netz gedrückt werden, wobei der Gateway dann zur nächsten Mesh-Nachricht übergeht und diese Nachricht periodisch in das Mesh drückt. Die Glühlampe braucht aber nicht die Nachrichten, die sie empfängt und die ihr Paket-Update transportieren, zu bestätigen. Dies minimiert den Energieverbrauch in der Glühlampe.
Der Gateway könnte dafür ausgelegt sein, die Sequenz von Mesh-Nachrichten, die ein Aktualisierungspaket transportieren, mit einer Rate zu senden, die sich nach dem Gesamtspeicher richtet, der in den Knoten des Mesh-Netzes für eine Cachespeicherung von Mesh-Nachrichten zur Verfügung steht. Dies kann dem Gateway helfen, eine Überflutung des Mesh-Netzes zu vermeiden, wodurch frühere Nachrichten aus den Cachespeichern in den Knoten herausgedrängt werden, bevor diese Nachrichten ihren vorgesehenen Bestimmungsort erreicht haben. Zum Beispiel könnte der Gateway dafür ausgelegt sein, in den Nachrichten 251 Informationen über den Speicher zu empfangen, der für eine Cachespeicherung von den Mesh-Nachrichten zur Verfügung steht (da nicht unbedingt alle Knoten entscheiden, Nachrichten cachezuspeichern, könnte der zur Verfügung stehende Speicher kleiner sein als die Gesamtspeicherkapazität des Mesh-Netzes). Auf der Basis einer Erwartung, wie lange Nachrichten brauchen, um ihren vorgesehenen Bestimmungsort zu erreichen, könnte der Gateway dann die Rate bestimmen, mit der die Sequenz von Nachrichten in das Mesh-Netz gedrückt werden sollte, und/oder den Zeitraum, gemäß dem das Rundsenden von Nachrichten der Sequenz wiederholt werden sollte.
Die Sequenz von Mesh-Nachrichten kann ihren Weg über mehrere Knoten des Mesh-Netzes und über eine Vielzahl unterschiedlicher Pfade nehmen, um die Glühlampe 106 vom Gateway aus zu erreichen. Dies wird von dem Satz Knoten 280 in 2 angezeigt. Zum Beispiel könnte die Glühlampe 106 mitunter Nachrichten in der Sequenz, die das Aktualisierungspaket transportieren, mittels der Knoten 103, 104 und 105 empfangen (siehe 1), und ein anderes Mal könnte die Glühlampe Nachrichten über die Knoten 107 und 105 empfangen, wobei von Zeit zu Zeit weitere Pfade möglich sind, bei denen andere Knoten beteiligt sind, die in 1 nicht gezeigt sind. Mindestens einige der Knoten im Mesh-Netz sind dafür ausgelegt, Mesh-Nachrichten cachezuspeichern und weiterzuleiten, die nicht an jenen Knoten gerichtet sind. Auf diese Weise werden andere Knoten als der Knoten 106 (a) Nachrichten der Sequenz an benachbarte Knoten weiterleiten und (b) Nachrichten der Sequenz zur Übertragung an Knoten cachespeichern, die später in die Kommunikationsreichweite gelangen und/oder die cachegespeicherte Nachricht anfordern. Dies erlaubt es, die Nachrichten zuverlässig durch das Mesh zu transportieren und die Knoten zu erreichen, die sich in einiger Entfernung von dem Gateway befinden könnten und nur intermittierend über mehrere Zwischenknoten zugänglich sind, die als Nachrichtenrelais arbeiten. In der Regel führt ein Knoten eine Cachespeicherung einer Nachricht über eine in der Nachricht angezeigte Zeitdauer aus, über die die Nachricht fortbestehen soll, oder bis dem Knoten die Speicherkapazität ausgeht und er jüngere Nachrichten empfängt.
Bei Empfang einer Mesh-Nachricht, die an sie gerichtet ist (was anhand des in jeder Nachricht mitgeführten Identifikators bestimmt wird), speichert die Glühlampe 106 jenen Teil des Aktualisierungspaketes, der in der Nachricht transportiert wird, für das Zusammensetzen des kompletten Aktualisierungspaketes. Im in der 2 gezeigten Beispiel speichert die Glühlampe jeden empfangen Aktualisierungspaket-Teil (möglicherweise nach Verarbeitungsschritten, wie zum Beispiel Dekomprimierung oder Entschlüsselung) in einem Speicherbereich 204 mit einem Versatz, der die Position im Aktualisierungspaket des Aktualisierungspaketdatenteils darstellt. Die laufende Nummer oder andere Daten der Mesh-Nachricht, die diesen Aktualisierungspaket-Teil transportiert, könnten den Versatz des Aktualisierungspaket-Teils anzeigen. Zum Beispiel könnte jede Mesh-Nachricht Nutzdaten von beispielsweise 16 Byte an komprimierten Daten und, in einem Header der Mesh-Nachricht, Daten, die den Versatz der unkomprimierten Nutzdaten im fertigen Aktualisierungspaket anzeigen, transportieren. Die unkomprimierten Nutzdaten jeder Mesh-Nachricht in der Sequenz können dann an ihrem angezeigten Versatz im Speicherbereich 204 gespeichert werden, dergestalt, dass, sobald alle Mesh-Nachrichten, aus denen die Sequenz besteht und die das Aktualisierungspaket transportieren, empfangen wurden, der Speicherbereich 204 das komplette Aktualisierungspaket enthalten würde.
Die Mesh-Nachrichten könnten Header-Informationen oder andere Daten umfassen, die jede Mesh-Nachricht der Sequenz als eine Mesh-Nachricht identifizieren, die ein Aktualisierungspaket transportiert. Dadurch kann die Glühlampe empfangene Mesh-Nachrichten, die einen Teil des Aktualisierungspaketes transportieren, von Mesh-Nachrichten unterscheiden, die andere Daten transportieren.
Sobald die Glühlampe alle Nachrichten der Sequenz empfangen hat und das komplette Datenpaket zur Verfügung steht, verifiziert die Glühlampe vorzugsweise die Integrität und optional die Signatur des heruntergeladenen Datenpaketes. Zum Beispiel könnte die Glühlampe eine Prüfsumme über die empfangenen Daten des Datenpaketes ausführen und diese Prüfsumme mit einer Prüfsumme vergleichen, die mit den Mesh-Nachrichten bereitgestellt wird. Wenn das aktualisierte Datenpaket erfolgreich verifiziert ist, tritt die Glühlampe in ihren Aktualisierungsmodus ein, wendet die aktualisierte Appware an und fährt neu hoch.
Beim Verifizieren des aktualisierten Paketes könnte die Glühlampe eine Bestätigung in das Mesh-Netz rundsenden, die an den Gateway gerichtet ist, um den Gateway darüber zu informieren, dass das Aktualisierungspaket erfolgreich empfangen wurde. Der Gateway könnte dann das Paket aus seinem Speicher löschen (oder falls die Glühlampe zu einer Gruppe gehört, wenn der Gateway eine Bestätigung von allen Knoten der Gruppe empfangen hat). Vorzugsweise rundsendet jedoch die Glühlampe keine Bestätigungen von erfolgreich empfangenen Nachrichten oder des kompletten Datenpaketes.
Ein Knoten, der aktualisiert wird (in diesem Fall die Glühlampe 106), wird vorzugsweise dafür ausgelegt, eine Fehlende-Nachricht-Anforderung rundzusenden, wenn er feststellt, dass eine Nachricht in der Sequenz fehlt. Zum Beispiel könnte die Fehlende-Nachricht-Anforderung ausgelöst werden, wenn die Glühlampe eine anschließende Mesh-Nachricht in der Aktualisierungssequenz empfängt, wenn sie noch keine frühere Mesh-Nachricht in der Sequenz empfangen hat. Es versteht sich, dass viele weitere Auslöserkonfigurationen möglich sind. Die Fehlende-Nachricht-Anforderung wird in das Mesh rundgesendet, um jeden anderen Knoten, der eine Kopie der fehlenden Nachricht cachegespeichert hat, zu veranlassen, die fehlende Nachricht an die Glühlampe zu senden. Die Fehlende-Nachricht-Anforderung wird nicht an den Gateway gerichtet, obgleich der Gateway möglicherweise die Anforderung empfangen und mit einer Kopie der fehlenden Nachricht antworten könnte. Dieser Mechanismus erlaubt es dem kollektiven Speicher von Knoten im Mesh, alle Löcher im durch die Glühlampe zusammengesetzten Aktualisierungspaket zu füllen.
Da die Glühlampe zu einer Gruppe gehören könnte, dergestalt, dass es weitere Knoten gibt, die das gleiche Aktualisierungspaket empfangen, kann es für die Glühlampe vorteilhaft sein, sowohl die Nutzdaten jeder empfangen Mesh-Nachricht im Speicherbereich 204, in dem sie das Aktualisierungspaket zusammensetzt, zu speichern als auch eine Kopie der originalen Mesh-Nachricht cachezuspeichern, dergestalt, dass sie auf Fehlende-Nachricht-Anforderungen antworten kann, die sie von anderen Knoten der Gruppe empfängt.
Das Rundsenden von Nachrichten in Mesh-Netzen darf nicht so verstanden werden, als würde es erfordern, dass Nachrichten ausdrücklich an alle Knoten des Netzes adressiert sind. Das Rundsenden von Nachrichten in einem Mesh-Netz macht diese Nachrichten allen Knoten des Mesh verfügbar, die lauschen, so dass diese Nachrichten möglicherweise alle Knoten des Netzes erreichen können.
Das Thing, der Gateway und der Server oder die Datenbank von der 2 sind so gezeigt, dass sie eine Anzahl von Funktionsblöcken umfassen. Dies ist nur schematisch und soll keine strikte Trennung zwischen verschiedenen logischen Elementen definieren. Jeder Funktionsblock kann in jeder geeigneten Weise bereitgestellt werden, einschließlich als diskrete Hardware- oder Software-Entitäten, und als eine einzelne Hardware-Entität oder als eine Zusammenstellung von Software-Entitäten, die auf einem Prozessor ablaufen. Zum Beispiel können die Funkeinheit, der Prozessor und der Speicher des Thing in einem einzelnen integrierten Schaltkreis bereitgestellt werden, auf dem eine oder mehrere Firmwaren ablaufen, die dafür ausgelegt sind, die im vorliegenden Text beschriebenen Funktionen bereitzustellen.
Die Begriffe Software und Programmcode enthalten im Sinne des vorliegenden Textes ausführbaren Code für Prozessoren (zum Beispiel CPUs und/oder GPUs), Firmware, Bytecode, Programmiersprachencode wie zum Beispiel C, und Module für rekonfigurierbare Logikbausteine wie zum Beispiel FPGAs.
Die im vorliegenden Text beschriebenen Algorithmen und Verfahren könnten durch eine oder mehrere physische Verarbeitungseinheiten ausgeführt werden, die Software ausführen, die die eine oder die mehreren Einheiten veranlassen, die Algorithmen oder Verfahren auszuführen. Die oder jede physische Verarbeitungseinheit könnte jeder geeignete Prozessor sein, wie zum Beispiel eine CPU oder GPU (oder ein Kern davon), oder eine Festfunktion oder programmierbare Hardware. Die Software könnte in nicht-transitorischer Form auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert werden, wie zum Beispiel einem IC-Speicher oder einem optischen oder magnetischen Speicher. Ein maschinenlesbares Medium könnte mehrere Speicher umfassen, wie zum Beispiel On-Chip-Speicher, Computerarbeitsspeicher und nicht-flüchtige Speichervorrichtungen.
Die Anmelderin offenbart hiermit getrennt voneinander jedes im vorliegenden Text beschriebene individuelle Merkmal und jede Kombination aus zwei oder mehreren solcher Merkmale, insofern solche Merkmale oder Kombinationen vor dem Hintergrund des gängigen Allgemeinwissens eines Fachmanns auf der Grundlage der vorliegenden Beschreibung als Ganzes ausgeführt werden können, unabhängig davon, ob solche Merkmale oder Kombinationen von Merkmalen jegliche der im vorliegenden Text offenbarten Probleme lösen, und ohne Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche. Die Anmelderin verweist darauf, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung aus beliebigen solcher einzelnen Merkmale oder Kombination von Merkmalen bestehen können. Angesichts der obigen Beschreibung ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Modifizierungen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Aktualisierungspaketes für einen Knoten in einem Mesh-Netz, das einen Satz Knoten und einen Gateway-Knoten umfasst, der dafür ausgelegt ist, einen Zugang zu einem Aktualisierungsserver mittels eines zweiten Netzes bereitzustellen, wobei das Verfahren umfasst: dass der Gateway-Knoten Datenpaketinformationen von jedem des Satzes von Knoten, einschließlich eines ersten Knotens, erfasst, wobei jede Datenpaketinformationsinstanz einen jeweiligen Knoten und ihre Datenpaketversion identifiziert; dass der Gateway-Knoten unter Verwendung der Datenpaketinformationen den Aktualisierungsserver mittels des zweiten Netzes abfragt, um den Aktualisierungsserver zu veranlassen, dem Gateway-Knoten mit einem aktualisierten Datenpaket für wenigstens den ersten Knoten zu antworten; dass der Gateway-Knoten das aktualisierte Datenpaket in das Mesh-Netz als eine Sequenz erster Mesh-Nachrichten, die einen Identifikator des ersten Knotens transportieren, rundsendet; und bei Empfang einer ersten Mesh-Nachricht: dass jeder einer ersten Mehrzahl von Knoten des Satzes, einschließlich des ersten Knotens, eine oder mehrere Operationen plant, um die erste Mesh-Nachricht zu anderen Knoten des Satzes weiterzuleiten; und dass der erste Knoten zusätzlich die erste Mesh-Nachricht speichert, um, wenn die Sequenz erster Mesh-Nachrichten empfangen wird, das aktualisierte Datenpaket zusammenzufügen, wobei der Gateway-Knoten Datenpaketinformationen aus dem ersten Knoten durch Empfangen der Datenpaketinformationen als eine unaufgeforderte Rundsendung durch den ersten Knoten in das Mesh-Netz erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gateway-Knoten jede der Sequenz erster Mesh-Nachrichten in das Mesh-Netz mehr als einmal rundsendet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gateway-Knoten periodisch jede der Sequenz erster Mesh-Nachrichten in das Mesh-Netz über einen vorgegebenen Zeitraum rundsendet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner umfasst, dass eine zweite Mehrzahl von Knoten des Satzes Mesh-Nachrichten cachespeichert, und, wenn der erste Knoten eine fehlende Nachricht in der Sequenz erster Mesh-Nachrichten, die er empfangen hat, identifiziert, der erste Knoten eine Fehlende-Nachricht-Anforderung in das Mesh-Netz rundsendet, um einen der zweiten Mehrzahl von Knoten des Satzes zu veranlassen, mit einer cachegespeicherten Kopie der fehlenden Nachricht zu antworten.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei jede erste Mesh-Nachricht einen ersten Parameter umfasst, der einen ersten Zeitraum darstellt, den diese erste Mesh-Nachricht im Mesh-Netz fortbestehen soll, und jeder der zweiten Mehrzahl von Knoten eine erste Mesh-Nachricht aus ihrem Cache verwirft, sobald festgestellt wurde, dass der erste Zeitraum für diese Nachricht abgelaufen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Parameter eines oder mehrere von Folgendem anzeigt: eine Zeit, wenn die jeweilige Nachricht verfällt; einen Zeitraum, der ab einem Zeitstempel der jeweiligen Nachricht gemessen wird; einen Restzeitraum, den die jeweilige Nachricht ab dem Zeitpunkt ihres Empfangs in einem Knoten fortbestehen soll.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Knoten, bei Empfang einer ersten Mesh-Nachricht, keine Nachricht an den Gateway-Knoten sendet, die den Empfang der Mesh-Nachricht bestätigt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner umfasst, bei Vollendung des Zusammensetzens des aktualisierten Datenpaketes, dass der erste Knoten in einen Aktualisierungsmodus eintritt und das aktualisierte Datenpaket anwendet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gateway-Knoten die Sequenz erster Mesh-Nachrichten in das Mesh-Netz mit einer Rate rundsendet, die berechnet wurde in Abhängigkeit von: einem Betrag an Speicher, der im Mesh-Netz zum Cachespeichern von Mesh-Nachrichten zur Verfügung steht; und einem ersten Zeitraum, den jede erste Mesh-Nachricht im Netz fortbestehen soll.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das aktualisierte Datenpaket eines oder mehrere von Firmware für den ersten Knoten, Konfigurationsinformationen für den ersten Knoten, Betriebsparameter für den ersten Knoten, einen Datensatz zur Verwendung im ersten Knoten und Code zur Ausführung im ersten Knoten umfasst.
System zum Bereitstellen eines Aktualisierungspaketes für einen Knoten in einem Mesh-Netz, wobei das System umfasst: einen Satz Knoten des Mesh-Netzes, wobei der Satz einen ersten Knoten und einen Gateway-Knoten umfasst; wobei der Gateway-Knoten dafür ausgelegt ist, über ein zweites Netz zu kommunizieren und Datenpaketinformationen von jedem des Satzes von Knoten zu erfassen, wobei jede Datenpaketinformationsinstanz einen jeweiligen Knoten und ihre Datenpaketversion identifiziert; und einen Aktualisierungsserver, der über das zweite Netz zugänglich ist; wobei der Gateway-Knoten dafür ausgelegt ist: unter Verwendung der Datenpaketinformationen den Aktualisierungsserver mittels des zweiten Netzes abzufragen, um den Aktualisierungsserver zu veranlassen, dem Gateway-Knoten mit einem aktualisierten Datenpaket für wenigstens den ersten Knoten zu antworten; und das aktualisierte Datenpaket in das Mesh-Netz als eine Sequenz erster Mesh-Nachrichten, die einen Identifikator des ersten Knotens transportieren, rundzusenden; und bei Empfang einer ersten Mesh-Nachricht: dass jeder einer ersten Mehrzahl von Knoten des Satzes, einschließlich des ersten Knotens, einen oder mehrere Operationen plant, um die erste Mesh-Nachricht zu anderen Knoten des Satzes weiterzuleiten; und dass der erste Knoten zusätzlich die erste Mesh-Nachricht speichert, um, wenn die Sequenz erster Mesh-Nachrichten empfangen wird, das aktualisierte Datenpaket zusammenzufügen; wobei der Gateway-Knoten dafür ausgelegt ist, Datenpaketinformationen aus dem ersten Knoten durch Empfangen der Datenpaketinformationen als eine unaufgeforderte Rundsendung durch den ersten Knoten in das Mesh-Netz zu erfassen.