一种无线传感器网络节点远程升级方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信、计算机及物联网技术领域，涉及一种无线传感器网络节点远程升级方法及装置。
【背景技术】
[0002]物联网是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业的革命性发展，其价值在于让物体也拥有了 “智慧”，实现了人与物、物与物之间的沟通。它具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点。推进物联网的发展和应用，有利于促进生产、生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变，对于提高国民经济和社会生活信息化水平，提升社会管理和公共服务水平，带动相关学科发展和技术创新能力增强，推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义，目前被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一，也将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。目前，在全球范围内物联网正处于起步发展阶段，物联网技术发展和产业应用具有广阔的前景和难得的机遇。物联网的应用可分为监控型(物流监控、污染监控)，查询型(智能检索、远程抄表)，控制性(智能交通、智能家居、路灯控制)，扫描型(手机钱包、高速公路不停车收费)等。
[0003]物联网由三个层次组成:感知层，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”的识另IJ;传输层，即通过现有的互联网、广电网络、移动通信网络等实现数据的传输;应用层，把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。其中，感知层用于识别物体、采集信息，包括物理量、标示、音频、视频等数据。它处于三层架构的最底层，是物联网发展和应用的基础，具有物联网全面感知的核心能力。感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分，即首先通过传感器、摄像头等设备采集外部物理世界的数据，通过蓝牙、红外、ZigBee、工业现场总线等短距离有线或无线传输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备。也可以只有数据的短距离传输这一部分，特别是在仅传递物品的识别码的情况下。
[0004]无线传感器网络属于感知层，它负责将空间一系列分散的节点单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的特点。
[0005]无线传感器网络技术广泛地应用于智能家居、交通物流、公共安全、环境保护、智能消防、工业监测、商业应用、医疗健康等各种领域。节点的功能常随着应用需求的变化，需要对节点程序进行升级。常用节点升级办法是通过ISP方式，将新程序下载到节点中。ISP(In-System Programming)在系统编程，上位机软件通过串口或SPI方式将可执行文件写入单片机的存储区。其优势是不需要编程器就可以对程序更新，芯片可以直接焊接到电路板上，免去可调试时频繁插入取出芯片的不便。但完成新程序的下载实现过程必须借助PC机本地进行。无线传感器网络节点因其布设灵活、范围广使得传统的有线ISP更新方式变得艰难甚至不可行。
[0006]IAP(In-Applicat1n Programming)在应用编程，将单片机存储区分为两块，一块被称为BOOT区，另外一块被称为功能程序区。片内FLASH也可根据实际的需求划分为多块。BOOT区运行Bootloader程序，用于执行节点的IAP功能；功能区运行节点功能代码。单片机上电后运行在BOOT区，通过串口或SPI方式接收新程序，接收完毕后再通过FLASH编程技术将接收的文件数据写入功能程序区FLASH，再引导程序指针跳转执行新写入的程序即实现了新程序的下载与运行。通过IAP方式，借助现有的互联网或者移动网，可实现无线传感器网络节点的固件远程升级，节省大量的人力和财力，对于推动物联网产业的发展具有积极意义。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的目的在于针对在物联网产业高速发展，物联网技术广泛应用到家居、交通、医疗、环境、工业等生活中各个领域，而物联网底层大量无线传感器网络节点程序更新困难的背景下，提出的一种低成本、易操作的无线传感器网络节点远程升级的方法，该方法克服了传统的本地下载升级方式存在的不足，即需要技术人员用PC机有线连接节点、使用专业上位机软件下载新程序，在远程主机上下发节点新固件即可完成节点的固件升级。
[0008]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0009]一种无线传感器网络节点远程升级装置，该装置硬件部分包括网络控制器和无线传感器网络节点，设备软件包括上位机软件、网络控制器驱动软件和节点驱动软件三个部分；
[0010]PC端上位机软件界面用于显示远端所有在线的无线传感器网络节点，并支持手动载入节点的APP文件到上位机，支持选择待升级目标节点，发送即可开始APP文件的分片下发并等待节点自动完成远程升级;数据发送过程有多重校验与重发机制，保证APP文件准确无误地发送至目标节点；当节点升级过程中遭遇掉电等特殊情况时，重启后自动再次重升级，最终完成自身固件的更新。
[0011]进一步，所述网络控制器硬件部分主要包括自带MAC控制器的STM32F107主控、片夕卜FLASH存储器、网卡芯片和射频模块接口；控制器移植运行LwIP协议栈实现TCP/IP功能，并通过网卡芯片接入以太网；主控的串口 I引出至射频模块接口，射频模块根据无线传感器网络节点所处的环境进行选择，如节点使用CC2530芯片运行ZigBee协议栈，则控制器的射频模块部分也接CC2530模块，从而实现网络控制器可适应不同无线传感器网络环境、并升级该环境下节点固件程序的目的。
[0012]进一步，节点将主控的FLASH分为三个区:BOOT区、标志位区和功能程序区；BOOT区运行Bootloader程序，功能是读取片外存储器固件数据写入主控的功能程序区，并引导程序指针跳转执行功能程序;标志位区设置IAP标志位，当节点有升级任务时标志位置位，Bootloader程序根据该位决定是否进行升级，升级完成时该位清零;功能程序区运行正常节点功能程序，在无升级任务时节点一直运行该区程序。
[0013]进一步，所述无线传感器网络节点外置8MB的存储器，并将其划分为64个块每个快128KB，用于存储来自上位机的不同版本APP程序，每个存储快的起始字节位置存储APP程序的版本号；当节点需要逆升级时，上位机下发带有APP版本号及目标节点地址的升级指令，即可由目标节点完成自身固件的快速更新。
[0014]进一步，所述APP文件数据被分片成特定格式的数据帧，并采用CRC校验及反馈机制，保证该文件数据的无误传输；网络控制器对每个接收到的APP分片数据进行检验并反馈，校验无误则反馈成功标志并请求下一个分片数据，校验有误则反馈失败并请求重发该分片数据。
[0015]本发明还提供了一种无线传感器网络节点远程升级方法，该方法包括以下步骤:
[0016]S1:节点在安装使用前下载程序时，将FLASH分为三个区，一区下载Bootloader程序，二区用于设置标志位，三区下载功能程序；
[0017]S2:需要更新节点固件时，PC端生成新的功能程序，并转化为“.bin”格式的目标文件；
[0018]S3:上位机软件通过互联网/移动网与远程无线传感器网络的网络控制器建立连接，选择需要升级的目标节点，然后载入目标文件并分片生成特定格式帧(由上位机完成)下发目标文件；
[0019]S4:网络控制器对接收到的分片目标文件数据进行校验，无误则将数据包再分片，再组装成特定格式的帧转发至目标节点；此处的帧格式采用与上位机相同的分片帧格式，仅数据长度部分不同；
[0020]S5:目标节点串口或者SPI方式接收数据并提取出目标文件数据，将该文件数据写入片外FLASH，待文件接收完毕后IAP标志位置位，再软件复位MCU;
[0021 ] S6:节点复位后执行Bootloader程序，通过IAP标志位判断是否满足IAP条件，不满足则直接跳转执行功能程序，满足则读取片外FLASH存储器，将读取到的数据写入功能程序区，然后跳转执行新程序，