本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)無線下載領(lǐng)域，具體是一種面向物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點的程序無線下載方法。

背景技術(shù)：

目前，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、礦山礦井環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測以及工業(yè)環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域一般較大且需要部署大量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點難以直接與終端用戶進行通信，只能利用中繼節(jié)點通過多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與終端用戶進行通信。另外，現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的程序無線下載方法很難適用于多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，且普適性較差，難以適應(yīng)不同領(lǐng)域的監(jiān)測系統(tǒng)。通過對相關(guān)文獻和專利的閱讀可知，已有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線下載方法用于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)點的程序更新具有一定的局限性，具體如下：

文件1(CN102238603A)所提出的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的更新方法，要求互聯(lián)網(wǎng)通信模塊從更新服務(wù)器下載更新數(shù)據(jù)包只能通過FTP方式，而實際物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中的通信模塊下載更新數(shù)據(jù)包的方式有多種方式，并不僅局限于FTP方式。

文件2(CN102665196A)所提出的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的在線漸進式程序更新方法，根據(jù)存儲內(nèi)容不同將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的存儲空間劃分為程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間，程序存儲空間必須按照節(jié)點不同的功能分為若干離散的功能模塊，并且要求每個功能模塊對應(yīng)程序存儲空間的一個映像文件，這樣雖然可以按照節(jié)點的功能區(qū)分程序之間的邏輯關(guān)系，但也占用了大量的存儲空間，同時現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)還難以實現(xiàn)節(jié)點的程序按照功能進行模塊化存儲。

文件3(CN102711095B)所提出的一種對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行無線升級的方法，其步驟1中要求PC機與協(xié)調(diào)器節(jié)點之間采用的是串口連接，而目前的一些物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測環(huán)境不適合采用串口連接方式，必須采用無線連接方式。并且該方法針對的是含有兩個單片機的待升級節(jié)點進行程序更新，其中一個單片機已限定為CC2430，而現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的待升級節(jié)點一般只含有一個單片機，還有CC2530、CC430等型號，因此該方法并不適用于這樣的系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種面向物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點的程序無線下載方法，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點在線更新程序的目的，能夠適用于不同領(lǐng)域的監(jiān)測系統(tǒng)，極大地降低采集節(jié)點程序更新的維護成本。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種面向物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點的程序無線下載方法，該物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)至少包括一個上位機、一個匯聚節(jié)點、一個中繼節(jié)點和多個采集節(jié)點，且該物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的傳輸層采用的是三層異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、下載更新程序前的預(yù)處理過程：

(1.1)、在上位機與匯聚節(jié)點之間建立無線通信網(wǎng)絡(luò)(1)的連接，在匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間建立無線通信網(wǎng)絡(luò)(2)的連接，在中繼節(jié)點與采集節(jié)點之間建立無線通信網(wǎng)絡(luò)(3)的連接；

(1.2)、上位機通過匯聚節(jié)點、中繼節(jié)點向所有的采集節(jié)點發(fā)送程序更新命令，采集節(jié)點接收到命令后，進入Bootloader；

(1.3)、采集節(jié)點進入Bootloader后，先檢測自身固定存儲區(qū)中程序的版本號，如果采集節(jié)點中程序的版本號低于更新程序的版本號，則采集節(jié)點成為待更新采集節(jié)點，向相應(yīng)的中繼節(jié)點、匯聚節(jié)點、上位機響應(yīng)，否則采集節(jié)點繼續(xù)執(zhí)行原程序，不進行程序更新；

(1.4)、當(dāng)上位機、匯聚節(jié)點、中繼節(jié)點收到待更新采集節(jié)點的響應(yīng)時，記錄這些采集節(jié)點的ID號；

(1.5)、上位機通過相應(yīng)的匯聚節(jié)點和中繼節(jié)點向所有待更新采集節(jié)點發(fā)送更新程序；

(2)、上位機通過所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(1)向匯聚節(jié)點發(fā)送更新程序的過程：

(2.1)、由于上位機與匯聚節(jié)點之間采用的無線通信網(wǎng)絡(luò)(1)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度較大，一般大于更新程序的大小，所以上位機可以將更新程序和相應(yīng)的校驗碼等作為一個數(shù)據(jù)包進行傳輸；

(2.2)、上位機添加數(shù)據(jù)包在所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(1)進行通信所需的包頭和包尾，通過所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(1)向匯聚節(jié)點發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，等待匯聚節(jié)點響應(yīng)；

(2.3)、如果匯聚節(jié)點成功接收到該數(shù)據(jù)包且通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是正確的，則進入下一階段，否則上位機向匯聚節(jié)點重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包；

(3)、匯聚節(jié)點通過所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(2)向相應(yīng)中繼節(jié)點發(fā)送更新程序的過程；

(3.1)、由于匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間采用的無線通信網(wǎng)絡(luò)(2)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度較大，一般大于更新程序的大小，所以匯聚節(jié)點可以將更新程序和相應(yīng)的校驗碼等作為一個數(shù)據(jù)包進行傳輸；

(3.2)、匯聚節(jié)點添加數(shù)據(jù)包在所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(2)進行通信所需的包頭和包尾，通過所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(2)向與待更新采集節(jié)點相連的中繼節(jié)點發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，等待中繼節(jié)點響應(yīng)；

(3.3)、如果中繼節(jié)點成功接收到該數(shù)據(jù)包且通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是正確的，則進入下一階段；否則，匯聚節(jié)點向中繼節(jié)點重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包；

(4)、中繼節(jié)點通過所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(3)向待更新采集節(jié)點發(fā)送更新程序的過程：

(4.1)、由于中繼節(jié)點與采集節(jié)點之間采用的無線通信網(wǎng)絡(luò)(3)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度較小，一般遠(yuǎn)小于更新程序的大小，所以中繼節(jié)點不能將更新程序和相應(yīng)的校驗碼等作為一個數(shù)據(jù)包，而是將更新程序拆分成若干程序段；

(4.2)、中繼節(jié)點將更新程序拆分成N個程序段，其中，L表示的是待更新程序的大小，l表示的是待更新程序拆分成程序段的大小，再將每個程序段加上帶有序號的數(shù)據(jù)包頭和帶有相應(yīng)校驗碼的數(shù)據(jù)包尾等組合成一個數(shù)據(jù)包；

(4.3)、中繼節(jié)點添加數(shù)據(jù)包在所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(3)進行通信所需的包頭和包尾，通過所述無線通信網(wǎng)絡(luò)(3)向每個待更新采集節(jié)點發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，中繼節(jié)點向每個待更新采集節(jié)點按數(shù)據(jù)包序號從小到大的順序依次進行發(fā)送(數(shù)據(jù)包序號是從1到N的)；

(4.4)、中繼節(jié)點向相應(yīng)的待更新采集節(jié)點發(fā)送當(dāng)前序號的數(shù)據(jù)包(初始發(fā)送的所述數(shù)據(jù)包序號為1)，如果待更新采集節(jié)點成功接收到該數(shù)據(jù)包且通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是正確的，則執(zhí)行(4.5)，如果待更新采集節(jié)點未接收到數(shù)據(jù)包或通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是錯誤的，則所述數(shù)據(jù)包的序號不變，重新執(zhí)行(4.4)；

(4.5)、每個待更新采集節(jié)點將接收到的數(shù)據(jù)包進行解析，把數(shù)據(jù)包中的程序段寫入到設(shè)定的存儲區(qū)內(nèi)，同時每個待更新采集節(jié)點檢驗當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù)包的序號是否全為N；

(4.6)、如果待更新采集節(jié)點當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù)包的序號不全為N，則接收到數(shù)據(jù)包序號不為N的待更新采集節(jié)點向中繼節(jié)點請求當(dāng)前序號加1的數(shù)據(jù)包，繼續(xù)執(zhí)行(4.4)；否則全部的待更新采集節(jié)點下載更新程序成功，下載結(jié)束。

本發(fā)明中，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)是一個至少包括一個上位機、一個匯聚節(jié)點、一個中繼節(jié)點、多個采集節(jié)點在內(nèi)的系統(tǒng)。上位機是可以直接發(fā)出操控命令的計算機，如：PC機、服務(wù)器等；匯聚節(jié)點是能夠接收所有節(jié)點傳輸包的特殊裝置，如協(xié)調(diào)器、路由器等；中繼節(jié)點是一個負(fù)責(zé)信號接收和轉(zhuǎn)發(fā)的裝置，由微處理器和無線射頻模塊等組成；采集節(jié)點是能夠進行數(shù)據(jù)采集和上傳的裝置，由微處理器、無線射頻模塊和傳感器等組成。

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的傳輸層采用的是三層異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，即上位機與匯聚節(jié)點之間、匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間、中繼節(jié)點與采集節(jié)點之間采用不同的無線通信網(wǎng)絡(luò)，上位機與匯聚節(jié)點之間通常采用的無線通信網(wǎng)絡(luò)，稱之為無線通信網(wǎng)絡(luò)(1)，可以選用3G、4G以及WiFi等網(wǎng)絡(luò)；匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間通常采用的無線通信網(wǎng)絡(luò)，稱之為無線通信網(wǎng)絡(luò)(2)，可以選用WiFi、藍(lán)牙等網(wǎng)絡(luò)；中繼節(jié)點與所述采集節(jié)點之間通常采用的無線通信網(wǎng)絡(luò)，稱之為無線通信網(wǎng)絡(luò)(3)，可以選用ZigBee等網(wǎng)絡(luò)。由于每層的無線通信網(wǎng)絡(luò)采用的傳輸協(xié)議不盡相同，每層網(wǎng)絡(luò)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度也不同，無線通信網(wǎng)絡(luò)(1)和無線通信網(wǎng)絡(luò)(2)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度較大，而無線通信網(wǎng)絡(luò)(3)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度較小。

本發(fā)明提出了一種面向物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點的程序無線下載方法，工程人員可以通過本發(fā)明對物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點的程序進行無線下載，該方法適用于不同領(lǐng)域的監(jiān)測系統(tǒng)，具有一定的普適性和可移植性，同時能夠大大降低采集節(jié)點的維護成本。

附圖說明

圖1物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖2程序拆分及組包的過程示意圖。

圖3面向物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點的程序無線下載方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合以上本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中技術(shù)方案及特點進行清楚詳細(xì)的描述，顯然，此處所描述的實施例只是本發(fā)明全部的實施例中的一部分，僅僅是用來解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。

如圖1所示，在實施例中，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)以建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)為例，建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個包括一個上位機C、一個匯聚節(jié)點S、多個中繼節(jié)點R、多個采集節(jié)點N在內(nèi)的系統(tǒng)。在本實施例中上位機C是服務(wù)器，匯聚節(jié)點S是3G-WiFi路由器，中繼節(jié)點R由WiFi模塊和CC2430模塊組成，采集節(jié)點N由CC2430模塊和傳感器組成。

如圖2所示，在實施例中，建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在傳輸層采用的是三層異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，上位機與匯聚節(jié)點之間采用的通信網(wǎng)絡(luò)是3G無線網(wǎng)絡(luò)，匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間采用的通信網(wǎng)絡(luò)是WiFi無線網(wǎng)絡(luò)，這兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率較大，而中繼節(jié)點與采集節(jié)點之間采用的通信網(wǎng)絡(luò)是ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。

在實施例中，上位機與匯聚節(jié)點、匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間的無線通信網(wǎng)絡(luò)即3G無線網(wǎng)絡(luò)和WiFi無線網(wǎng)絡(luò)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度為64KB，而中繼節(jié)點與采集節(jié)點之間的無線通信網(wǎng)絡(luò)即ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度為128B。

如圖3所示，本發(fā)明提出了一種面向物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采集節(jié)點的程序無線下載方法，在實施例中，下載過程具體分成以下幾個階段：

第一個階段，預(yù)處理過程。

步驟1.1：在上位機與匯聚節(jié)點之間建立3G無線通信網(wǎng)絡(luò)的連接，在匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間建立WiFi無線通信網(wǎng)絡(luò)的連接、在中繼節(jié)點與采集節(jié)點之間建立ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的連接；

步驟1.2：上位機通過匯聚節(jié)點、中繼節(jié)點向所有的采集節(jié)點發(fā)送程序更新命令，采集節(jié)點接收到命令后，進入Bootloader；

步驟1.3：采集節(jié)點進入Bootloader后，先檢測自身固定存儲區(qū)中程序的版本號，如果采集節(jié)點中程序的版本號低于更新程序的版本號，則采集節(jié)點成為待更新采集節(jié)點，向相應(yīng)的中繼節(jié)點、匯聚節(jié)點、上位機響應(yīng)，否則采集節(jié)點繼續(xù)執(zhí)行原程序，不進行程序更新；

步驟1.4：當(dāng)上位機、匯聚節(jié)點、中繼節(jié)點收到待更新采集節(jié)點的響應(yīng)時，記錄這些采集節(jié)點的ID號；

步驟1.5：上位機通過相應(yīng)的匯聚節(jié)點和中繼節(jié)點向所有待更新采集節(jié)點發(fā)送更新程序。

第二個階段，上位機通過3G無線通信網(wǎng)絡(luò)向匯聚節(jié)點發(fā)送待更新程序的過程。

步驟2.1：由于上位機與匯聚節(jié)點之間采用的網(wǎng)絡(luò)是3G無線通信網(wǎng)絡(luò)，3G無線通信網(wǎng)絡(luò)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度為64KB，而更新程序的大小為21.6KB，所以上位機可以將更新程序和相應(yīng)的校驗碼等作為一個數(shù)據(jù)包進行傳輸；

步驟2.2：上位機添加數(shù)據(jù)包在3G無線通信網(wǎng)絡(luò)進行通信所需的包頭和包尾，通過3G無線通信網(wǎng)絡(luò)向匯聚節(jié)點發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，等待匯聚節(jié)點響應(yīng)；

步驟2.3：如果匯聚節(jié)點成功接收到該數(shù)據(jù)包且通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是正確的，則進入下一階段，否則上位機向匯聚節(jié)點重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包。

第三個階段，匯聚節(jié)點通過WiFi無線通信網(wǎng)絡(luò)向相應(yīng)中繼節(jié)點發(fā)送更新程序的過程。

步驟3.1：由于匯聚節(jié)點與中繼節(jié)點之間采用的網(wǎng)絡(luò)是WiFi無線通信網(wǎng)絡(luò)，WiFi無線通信網(wǎng)絡(luò)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度為64KB，而更新程序的大小為21.6KB，所以匯聚節(jié)點可以將更新程序和相應(yīng)的校驗碼等作為一個數(shù)據(jù)包進行傳輸；

步驟3.2：匯聚節(jié)點添加數(shù)據(jù)包在WiFi無線通信網(wǎng)絡(luò)進行通信所需的包頭和包尾，通過WiFi無線通信網(wǎng)絡(luò)向與待更新采集節(jié)點相連的中繼節(jié)點發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，等待中繼節(jié)點響應(yīng)；

步驟3.3：如果中繼節(jié)點成功接收到該數(shù)據(jù)包且通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是正確的，則進入下一階段；否則，匯聚節(jié)點向中繼節(jié)點重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包。

第四個階段，中繼節(jié)點通過ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)向待更新采集節(jié)點發(fā)送更新程序的過程。

步驟4.1：由于中繼節(jié)點與采集節(jié)點之間采用的網(wǎng)絡(luò)是ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)，ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)包長度為128B，而更新程序的大小為21.6KB，所以中繼節(jié)點不能再將更新程序和相應(yīng)的校驗碼等作為一個數(shù)據(jù)包，而是將更新程序拆分成若干程序段；

步驟4.2：在實施例中，數(shù)據(jù)包的大小定為96B，根據(jù)公式其中，L表示的是待更新程序的大小，l表示的是待更新程序拆分成程序段的大小，計算得將更新程序拆分成231個程序段，再將每個程序段加上帶有序號的數(shù)據(jù)包頭和帶有相應(yīng)校驗碼的數(shù)據(jù)包尾等組合成一個數(shù)據(jù)包；

步驟4.3：中繼節(jié)點添加數(shù)據(jù)包在所述ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)進行通信所需的包頭和包尾，通過所述ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)向每個待更新采集節(jié)點發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，中繼節(jié)點向每個待更新采集節(jié)點按所述數(shù)據(jù)包序號從小到大的順序依次進行發(fā)送；

步驟4.4：中繼節(jié)點向相應(yīng)的待更新采集節(jié)點發(fā)送當(dāng)前序號的數(shù)據(jù)包(初始發(fā)送的所述數(shù)據(jù)包序號為1)，如果待更新采集節(jié)點成功接收到該數(shù)據(jù)包且通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是正確的，則執(zhí)行步驟4.5，如果待更新采集節(jié)點未接收到數(shù)據(jù)包或通過校驗碼驗證數(shù)據(jù)是錯誤的，則所述數(shù)據(jù)包的序號不變，重新執(zhí)行步驟4.4；

步驟4.5：每個待更新采集節(jié)點將接收到的數(shù)據(jù)包進行解析，把數(shù)據(jù)包中的程序段寫入到設(shè)定的存儲區(qū)內(nèi)，同時每個待更新采集節(jié)點檢驗當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù)包的序號是否全為231；

步驟4.6：如果待更新采集節(jié)點當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù)包的序號不全為231，接收到數(shù)據(jù)包序號不為231的待更新采集節(jié)點向中繼節(jié)點請求當(dāng)前序號加1的數(shù)據(jù)包，繼續(xù)執(zhí)行步驟4.4；否則全部的待更新采集節(jié)點下載更新程序成功，下載結(jié)束。