本發(fā)明描述一種用于對(duì)于在具有小的吞吐量的廣域網(wǎng)中的嵌入式節(jié)點(diǎn)提供無線地進(jìn)行固件更新(fota——firmwareupdateover-the-air：固件無線更新)的方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)用于低的(數(shù)百kbps)、中等的(數(shù)個(gè)mbps)、高的(數(shù)十mbps)和非常高的(數(shù)百mbps)數(shù)據(jù)率，因?yàn)槟繕?biāo)是在短的時(shí)間內(nèi)傳輸中等的和大的數(shù)據(jù)量。作為物聯(lián)網(wǎng)(lot——internetofthings)已知的事物的來臨在消費(fèi)者電子儀器市場(chǎng)上引起對(duì)低功率、低吞吐量、低電流消耗和大的作用距離的需求，也作為lpwan(lpwan——lowpowerwirelessareanetwork——低功率無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò))已知。對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)解決方案的要求是：·低吞吐量：lot設(shè)備中的大多數(shù)要求從僅僅幾百bps至幾十kbps的數(shù)據(jù)率?！さ偷碾娏飨模侯愃朴诰哂械凸β实慕?jīng)典的近距離解決方案，如例如zigbee?！さ统杀荆喊l(fā)送裝置/接收裝置的價(jià)格在3-2美元的范圍內(nèi)·大的作用距離：沒有跳躍、也即在終端節(jié)點(diǎn)和到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)之間無中間節(jié)點(diǎn)，和作為廣域網(wǎng)(wan-wideareanetwork)使用的可能性。在這里在以上提到的傳統(tǒng)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)中沒有一個(gè)可以同時(shí)滿足這四個(gè)要求：如gprs這樣的蜂窩無線電解決方案覆蓋寬的區(qū)域并且提供低的吞吐量，但既不是成本有利的又不是低功率的。如zigbee、6lowpan或者thread這樣的基于ieee80215.4的技術(shù)不總是能夠提供直到網(wǎng)關(guān)的無跳躍?；趇eee802.11x的技術(shù)不滿足這些要求中的任何一個(gè)。為了彌補(bǔ)這些技術(shù)空缺，研發(fā)了如超窄帶-擴(kuò)頻這樣的成熟的無線技術(shù)的新的實(shí)施方案。這些技術(shù)的例子是用于擴(kuò)頻或者超窄帶的lora或者sigfox。兩種技術(shù)能提供非常大的作用距離并且因此適合于作為具有蜂窩無線電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的廣域網(wǎng)使用。附加地，兩種技術(shù)能夠提供大的作用距離并且在此使用低的發(fā)送功率并且使用成本有利的發(fā)送裝置/接收裝置架構(gòu)。本發(fā)明涉及擴(kuò)頻-lora技術(shù)(semtech的loratm)和作為無線的通信工具使用地構(gòu)造的lot設(shè)備的lora網(wǎng)絡(luò)。典型地，lora網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)元件組成：1.至少一個(gè)lot終端節(jié)點(diǎn)，所述至少一個(gè)lot終端節(jié)點(diǎn)包括成本有利的lora發(fā)送裝置/接收裝置2.lora網(wǎng)關(guān)，所述lora網(wǎng)關(guān)包括高功率-多通道-lora發(fā)送裝置/接收裝置3.網(wǎng)絡(luò)控制單元(ncu——networkcontrolunit)，所述網(wǎng)絡(luò)控制單元管理lora網(wǎng)絡(luò)。lora技術(shù)非常靈活并且可以使所提供的數(shù)據(jù)率與在終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)之間的可變的距離相匹配。這通過選擇合適的待使用的擴(kuò)展因子(spreizfaktor，sf)來執(zhí)行，所述擴(kuò)展因子確定用于傳輸數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間：sf越大，則可達(dá)到的作用距離越大，但用于傳輸每個(gè)信息比特所需要的時(shí)間也越長(zhǎng)和因此在通信過程中消耗的能量。通過lora網(wǎng)絡(luò)提供的低的數(shù)據(jù)率妨礙了終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)用于無線更新其嵌入式固件的機(jī)制。該方法作為fota(firmwareupdateover-the-air--固件無線更新)已知并且是在現(xiàn)今的消費(fèi)者電子設(shè)備中的非常重要的特征。固件更新方法允許設(shè)備制造商減小其產(chǎn)品導(dǎo)入時(shí)間，其方式是，所述設(shè)備制造商開始銷售其產(chǎn)品，即使所計(jì)劃的功能性的完整的套裝(bundle)不完全可供使用。這樣的附加的功能或者其他的完整的新的特征將隨著固件更新而可用。此外，對(duì)于制造商而言也存在著這樣的機(jī)會(huì)：消除軟件組件中的錯(cuò)誤，由此可以避免產(chǎn)品召回和/或減小修理與保養(yǎng)成本。當(dāng)固件更新可以無線地執(zhí)行并且數(shù)據(jù)率非常/超低時(shí)，固件的大小可能使fota方法的應(yīng)用復(fù)雜化或者甚至完全防礙fota方法的應(yīng)用。例如在歐盟，如果不使用lbt協(xié)議(listenbeforetalk——先聽后發(fā))，則通過規(guī)定在用于近距離設(shè)備的868mhz頻帶中以每小時(shí)1％的占空比限制傳輸時(shí)間，在小功率設(shè)備中通常是這種情況，以便不浪費(fèi)能量。這相當(dāng)于每小時(shí)36秒的傳輸時(shí)間。此外，在假定在嵌入式裝置中的平均的固件大小大約100kbyte并且用于完整地接收新的固件內(nèi)容的1kbps的低的數(shù)據(jù)率的情況下，終端節(jié)點(diǎn)可能會(huì)需要接通其無線設(shè)備大約15分鐘(包括通信協(xié)議-開銷在內(nèi))。因?yàn)榻K端節(jié)點(diǎn)可以每小時(shí)僅僅36秒地使用其發(fā)送裝置，所以完整的fota方法需要大于一天。然而，在這種方法中的主要問題不是fota方法消耗的時(shí)間，而是在嵌入式系統(tǒng)中通過對(duì)于所需要的持續(xù)時(shí)間啟用無線電接收裝置而消耗的能量，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于借助電池運(yùn)行數(shù)年長(zhǎng)的時(shí)間。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在本發(fā)明中，提出一種用于在具有低吞吐量和低功率的lora網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施fota方法的解決方案。假定，在終端節(jié)點(diǎn)中使用的lora發(fā)送裝置/接收裝置以及在lora網(wǎng)關(guān)中的發(fā)送裝置/接收裝置能夠選擇確定的頻率通道并且停用lora模式。當(dāng)擴(kuò)頻-lora模式是停用時(shí)，在終端節(jié)點(diǎn)處和在網(wǎng)關(guān)處的兩個(gè)發(fā)送裝置/接收裝置在使用基本的fsk調(diào)制方法(頻移鍵控，frequency-shift-keying)的情況下工作。典型地，這種調(diào)制方法能以減小在發(fā)送裝置和接收裝置之間的“路徑均衡(streckenbilanz)”為代價(jià)提供直至大約250kbps的數(shù)據(jù)率，所述“路徑均衡”確定，所傳輸?shù)男盘?hào)能夠遭受多少衰減，而其還可以在接收裝置處被解碼。與具有最短的擴(kuò)展因子的lora模式相比，路徑均衡典型地減小8db之間的量值，或者，與具有最長(zhǎng)的擴(kuò)展因子的lora模式相比，其減小直至20db。在使用具有高的數(shù)據(jù)率的fsk調(diào)制方案的情況下，可以容易地實(shí)施fota方法，因?yàn)榻K端節(jié)點(diǎn)僅僅對(duì)于短的時(shí)間必須啟用其接收裝置。例如，在使用之前提到的例子中的數(shù)量和250kbps的fsk數(shù)據(jù)率的情況下，完整的固件的傳送小于4秒。由于無線電區(qū)域與距離平方成反比的相互關(guān)系，路徑均衡減小意味著作用距離的大的減小。在使用熟知的經(jīng)驗(yàn)法則——在路徑均衡中獲得的所有6db使可達(dá)到的作用距離加倍——的情況下，從lora模式到fsk調(diào)制的切換導(dǎo)致可達(dá)到的作用距離以2至8的因子減小。這意味著，在切換到fsk調(diào)制的情況下，fota方法僅僅借助處于fsk區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)成功。為了解決該問題，通過本發(fā)明提出，選擇在相應(yīng)的頻帶中的另外的通道，在其中，允許的發(fā)送功率比在lora運(yùn)行通道中高得多。這例如在歐洲是可能的，在868mhz頻帶中，在那，有運(yùn)行能力的lora通道受14dbm的最大的發(fā)送功率限制，但在該868mhz頻帶中，通道可以以直至27dbm工作。這意味著至少13db的路徑均衡增益，這可能會(huì)又以因子4提高由于fsk調(diào)制而減小的作用距離。如果考慮到最長(zhǎng)的擴(kuò)展因子(sf12)，則這不完全補(bǔ)償失去的路徑均衡，但對(duì)于較短的擴(kuò)展因子可行(見表1)。lora擴(kuò)展因子與fsk的路徑均衡差sf75dbsf88dbsf911dbsf1014dbsf1116dbsf1220db表1在美國(guó)，在920mhz頻帶中，有運(yùn)行能力的lora通道被限制在22dbm的最大發(fā)送功率上，但通道可以以直至27dbm工作。該極限通過使用跳頻方法提高直至30db。具體實(shí)施方式在本發(fā)明的一種可能的實(shí)施方式中，終端節(jié)點(diǎn)為停車傳感器，所述停車傳感器可以識(shí)別，停車位是空閑還是被占用。關(guān)于停車位的狀態(tài)的改變的信息通過停車傳感器通過發(fā)送具有相應(yīng)信息的lora消息來通知。該lora消息必須通過lora網(wǎng)關(guān)來接收，所述lora網(wǎng)關(guān)又借助于ip(互聯(lián)網(wǎng))連接發(fā)送信息至停車管理應(yīng)用。當(dāng)用于停車傳感器的新的固件版本可用并且必須被導(dǎo)入時(shí)，網(wǎng)關(guān)開始以下方法：a)在使用所述lora通信模式的情況下通知所述停車傳感器：新的固件版本可用并且所述fota方法在任一時(shí)刻開始。為了避免沖突，相互處于作用距離內(nèi)的網(wǎng)關(guān)按順序啟動(dòng)更新方法。所述順序通過ncu決定并且通知每個(gè)gw。所述通知包括用于固件更新的頻率通道、固件大小、用于傳輸完整的固件的數(shù)據(jù)包的數(shù)量和完整的固件下載最大所需要的時(shí)間。b)每個(gè)停車傳感器必須確認(rèn)該信息的接收。管理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)控制單元(ncu——networkcontrolunit)將檢驗(yàn)，所有停車傳感器已確認(rèn)fota方法的接收。c)ncu將新的固件下載到網(wǎng)關(guān)，所述新的固件被存儲(chǔ)在網(wǎng)關(guān)的存儲(chǔ)器中。d)在所約定的時(shí)刻，停車傳感器停用lora模式，發(fā)送裝置/接收裝置在所顯示的通道中轉(zhuǎn)換到fsk調(diào)制上并且啟用其接收裝置。e)在相同時(shí)間，gw以預(yù)先確定的順序也在所選擇的通道中轉(zhuǎn)換到fsk調(diào)制模式并且開始傳輸新的固件。根據(jù)固件大小，固件被分段并且必須被封裝成小的數(shù)據(jù)塊。然后給每個(gè)數(shù)據(jù)包附加順序號(hào)，以便支持?jǐn)?shù)據(jù)在終端節(jié)點(diǎn)側(cè)上的再次組合。如果一些數(shù)據(jù)包必須重復(fù)，順序號(hào)也將有幫助。f)停車傳感器監(jiān)視所接收的每個(gè)包并且只要需要，則創(chuàng)建具有丟失的包的缺失的順序號(hào)的列表。g)一旦接收到具有所預(yù)期的最后的順序號(hào)的包或者最大的下載時(shí)間到期，則停車傳感器終端節(jié)點(diǎn)返回到其正常的lora模式中并且發(fā)送lora包，以便通知ncu關(guān)于fota方法的成功或者錯(cuò)誤進(jìn)程。如果方法出錯(cuò)，則停車傳感器發(fā)送缺失的數(shù)據(jù)包的列表。根據(jù)缺失的固件部分的大小，ncu將決定，其是否應(yīng)在使用lora模式的情況下重新發(fā)送具有缺失的順序號(hào)的數(shù)據(jù)包，或者如果數(shù)據(jù)量大，則fota方法又可重新開始，但從現(xiàn)在起在使用點(diǎn)-點(diǎn)方法的情況下，這意味著對(duì)僅僅確定的停車傳感器節(jié)點(diǎn)尋址以便重復(fù)fota方法。h)如果ncu從所有相關(guān)的停車傳感器接收到關(guān)于下載方法成功的通知，則所述ncu將向所述停車傳感器發(fā)送以下信號(hào)：在給定的時(shí)刻實(shí)施所述更新方法。i)如果接著停車傳感器終端節(jié)點(diǎn)又開始實(shí)施新的固件版本，則借助于包括固件版本的lora數(shù)據(jù)包通知ncu。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是，該方法也可以容易地應(yīng)用到具有l(wèi)ora網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的其他的lot應(yīng)用上，在其中，對(duì)于終端節(jié)點(diǎn)定期地進(jìn)行無線的固件更新是值得期望的。終端節(jié)點(diǎn)可以如在以上提到的例子中那樣在空間上是固定的，或者是移動(dòng)設(shè)備。重要的是，在這里要注意，不應(yīng)在具有27dbm的正常運(yùn)行模式下使用fsk模式來擴(kuò)大作用距離，因?yàn)檫@意味著，終端節(jié)點(diǎn)也必須使用相同的發(fā)送功率，這由于電流消耗問題而將不可能：顯著地減小電池壽命。然而lora網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的。為了能夠利用在本發(fā)明中描述的fota方法，相應(yīng)地應(yīng)根據(jù)所使用的終端節(jié)點(diǎn)的類型使用網(wǎng)絡(luò)：·在具有在空間上固定的終端節(jié)點(diǎn)的lora網(wǎng)絡(luò)中，通過每個(gè)網(wǎng)關(guān)覆蓋的區(qū)域應(yīng)確定為僅僅包括以下具有l(wèi)ora擴(kuò)展因子的終端節(jié)點(diǎn)：對(duì)于這些終端節(jié)點(diǎn)，能夠通過相應(yīng)地提高所述網(wǎng)關(guān)的發(fā)送功率來恢復(fù)通過所述lora模式的停用而引起的路徑均衡減小?！ぴ谝苿?dòng)的lora設(shè)備的情況下，僅僅當(dāng)所述終端節(jié)點(diǎn)離網(wǎng)關(guān)足夠近以便在通過所述fsk-路徑均衡提供的作用距離之內(nèi)可達(dá)到時(shí)，才實(shí)施所述fota方法。本發(fā)明可以如在圖1中示出的那樣應(yīng)用在每個(gè)參與lora網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備或者終端節(jié)點(diǎn)中。在該附圖中，根據(jù)其離lora網(wǎng)關(guān)gw的相應(yīng)的距離在使用具有不同的擴(kuò)展因子的lora模式的情況下來運(yùn)行網(wǎng)關(guān)gw以及終端節(jié)點(diǎn)。在該運(yùn)行模式中，最大允許的發(fā)送功率為14dbm，并且也示出通過具有這樣的發(fā)送功率的fsk調(diào)制提供的作用距離。在每個(gè)擴(kuò)展因子和fsk調(diào)制之間可達(dá)到的作用距離的差也如根據(jù)表1那樣以dbs為單位給出。如果準(zhǔn)備終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)用于根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施fota，則它們?cè)?68mhz頻帶中切換到所選擇的通道，在該通道中允許27dbm的發(fā)送功率，見圖2。終端節(jié)點(diǎn)在接收模式中也與該通道相協(xié)調(diào)。在27dbm的較高的發(fā)送功率的情況下，如在圖2中示出那樣，在使用fsk調(diào)制方法和高的數(shù)據(jù)率(例如250kbps)的情況下，通過網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)男盘?hào)將達(dá)到與圖1中的sf10相同的作用距離。在該模式中，可以在非常短的傳輸時(shí)間內(nèi)導(dǎo)入新的固件，并且因此，終端節(jié)點(diǎn)對(duì)于僅僅非常短的時(shí)間必須接通其接收裝置，這可能直至大于150倍地更短并且因此與在低的數(shù)據(jù)率的lora模式中實(shí)施相同的方法相比節(jié)省大量的能量。當(dāng)前第1頁(yè)12