本發(fā)明描述一種用于對于在具有小的吞吐量的廣域網中的嵌入式節(jié)點提供無線地進行固件更新(fota——firmwareupdateover-the-air：固件無線更新)的方法。
背景技術：
：傳統(tǒng)的無線通信標準設計用于低的(數(shù)百kbps)、中等的(數(shù)個mbps)、高的(數(shù)十mbps)和非常高的(數(shù)百mbps)數(shù)據率，因為目標是在短的時間內傳輸中等的和大的數(shù)據量。作為物聯(lián)網(lot——internetofthings)已知的事物的來臨在消費者電子儀器市場上引起對低功率、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)域網絡)已知。對這些網絡解決方案的要求是：·低吞吐量：lot設備中的大多數(shù)要求從僅僅幾百bps至幾十kbps的數(shù)據率。·低的電流消耗：類似于具有低功率的經典的近距離解決方案，如例如zigbee。·低成本：發(fā)送裝置/接收裝置的價格在3-2美元的范圍內·大的作用距離：沒有跳躍、也即在終端節(jié)點和到互聯(lián)網的網關之間無中間節(jié)點，和作為廣域網(wan-wideareanetwork)使用的可能性。在這里在以上提到的傳統(tǒng)的無線通信標準中沒有一個可以同時滿足這四個要求：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的技術不總是能夠提供直到網關的無跳躍。基于ieee802.11x的技術不滿足這些要求中的任何一個。為了彌補這些技術空缺，研發(fā)了如超窄帶-擴頻這樣的成熟的無線技術的新的實施方案。這些技術的例子是用于擴頻或者超窄帶的lora或者sigfox。兩種技術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撲結構的廣域網使用。附加地，兩種技術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。本發(fā)明涉及擴頻-lora技術(semtech的loratm)和作為無線的通信工具使用地構造的lot設備的lora網絡。典型地，lora網絡由三個元件組成：1.至少一個lot終端節(jié)點，所述至少一個lot終端節(jié)點包括成本有利的lora發(fā)送裝置/接收裝置2.lora網關，所述lora網關包括高功率-多通道-lora發(fā)送裝置/接收裝置3.網絡控制單元(ncu——networkcontrolunit)，所述網絡控制單元管理lora網絡。lora技術非常靈活并且可以使所提供的數(shù)據率與在終端節(jié)點和網關之間的可變的距離相匹配。這通過選擇合適的待使用的擴展因子(spreizfaktor，sf)來執(zhí)行，所述擴展因子確定用于傳輸數(shù)據所需要的時間：sf越大，則可達到的作用距離越大，但用于傳輸每個信息比特所需要的時間也越長和因此在通信過程中消耗的能量。通過lora網絡提供的低的數(shù)據率妨礙了終端節(jié)點實現(xiàn)用于無線更新其嵌入式固件的機制。該方法作為fota(firmwareupdateover-the-air--固件無線更新)已知并且是在現(xiàn)今的消費者電子設備中的非常重要的特征。固件更新方法允許設備制造商減小其產品導入時間，其方式是，所述設備制造商開始銷售其產品，即使所計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，對于制造商而言也存在著這樣的機會：消除軟件組件中的錯誤，由此可以避免產品召回和/或減小修理與保養(yǎng)成本。當固件更新可以無線地執(zhí)行并且數(shù)據率非常/超低時，固件的大小可能使fota方法的應用復雜化或者甚至完全防礙fota方法的應用。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)定在用于近距離設備的868mhz頻帶中以每小時1％的占空比限制傳輸時間，在小功率設備中通常是這種情況，以便不浪費能量。這相當于每小時36秒的傳輸時間。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容的1kbps的低的數(shù)據率的情況下，終端節(jié)點可能會需要接通其無線設備大約15分鐘(包括通信協(xié)議-開銷在內)。因為終端節(jié)點可以每小時僅僅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方法消耗的時間，而是在嵌入式系統(tǒng)中通過對于所需要的持續(xù)時間啟用無線電接收裝置而消耗的能量，嵌入式系統(tǒng)設計用于借助電池運行數(shù)年長的時間。技術實現(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網絡中實施fota方法的解決方案。假定，在終端節(jié)點中使用的lora發(fā)送裝置/接收裝置以及在lora網關中的發(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。當擴頻-lora模式是停用時，在終端節(jié)點處和在網關處的兩個發(fā)送裝置/接收裝置在使用基本的fsk調制方法(頻移鍵控，frequency-shift-keying)的情況下工作。典型地，這種調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)”為代價提供直至大約250kbps的數(shù)據率，所述“路徑均衡”確定，所傳輸?shù)男盘柲軌蛟馐芏嗌偎p，而其還可以在接收裝置處被解碼。與具有最短的擴展因子的lora模式相比，路徑均衡典型地減小8db之間的量值，或者，與具有最長的擴展因子的lora模式相比，其減小直至20db。在使用具有高的數(shù)據率的fsk調制方案的情況下，可以容易地實施fota方法，因為終端節(jié)點僅僅對于短的時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。在使用熟知的經驗法則——在路徑均衡中獲得的所有6db使可達到的作用距離加倍——的情況下，從lora模式到fsk調制的切換導致可達到的作用距離以2至8的因子減小。這意味著，在切換到fsk調制的情況下，fota方法僅僅借助處于fsk區(qū)域內的節(jié)點成功。為了解決該問題，通過本發(fā)明提出，選擇在相應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，這可能會又以因子4提高由于fsk調制而減小的作用距離。如果考慮到最長的擴展因子(sf12)，則這不完全補償失去的路徑均衡，但對于較短的擴展因子可行(見表1)。lora擴展因子與fsk的路徑均衡差sf75dbsf88dbsf911dbsf1014dbsf1116dbsf1220db表1在美國，在920mhz頻帶中，有運行能力的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。具體實施方式在本發(fā)明的一種可能的實施方式中，終端節(jié)點為停車傳感器，所述停車傳感器可以識別，停車位是空閑還是被占用。關于停車位的狀態(tài)的改變的信息通過停車傳感器通過發(fā)送具有相應信息的lora消息來通知。該lora消息必須通過lora網關來接收，所述lora網關又借助于ip(互聯(lián)網)連接發(fā)送信息至停車管理應用。當用于停車傳感器的新的固件版本可用并且必須被導入時，網關開始以下方法：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方法在任一時刻開始。為了避免沖突，相互處于作用距離內的網關按順序啟動更新方法。所述順序通過ncu決定并且通知每個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)據包的數(shù)量和完整的固件下載最大所需要的時間。b)每個停車傳感器必須確認該信息的接收。管理網絡運行的網絡控制單元(ncu——networkcontrolunit)將檢驗，所有停車傳感器已確認fota方法的接收。c)ncu將新的固件下載到網關，所述新的固件被存儲在網關的存儲器中。d)在所約定的時刻，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換到fsk調制上并且啟用其接收裝置。e)在相同時間，gw以預先確定的順序也在所選擇的通道中轉換到fsk調制模式并且開始傳輸新的固件。根據固件大小，固件被分段并且必須被封裝成小的數(shù)據塊。然后給每個數(shù)據包附加順序號，以便支持數(shù)據在終端節(jié)點側上的再次組合。如果一些數(shù)據包必須重復，順序號也將有幫助。f)停車傳感器監(jiān)視所接收的每個包并且只要需要，則創(chuàng)建具有丟失的包的缺失的順序號的列表。g)一旦接收到具有所預期的最后的順序號的包或者最大的下載時間到期，則停車傳感器終端節(jié)點返回到其正常的lora模式中并且發(fā)送lora包，以便通知ncu關于fota方法的成功或者錯誤進程。如果方法出錯，則停車傳感器發(fā)送缺失的數(shù)據包的列表。根據缺失的固件部分的大小，ncu將決定，其是否應在使用lora模式的情況下重新發(fā)送具有缺失的順序號的數(shù)據包，或者如果數(shù)據量大，則fota方法又可重新開始，但從現(xiàn)在起在使用點-點方法的情況下，這意味著對僅僅確定的停車傳感器節(jié)點尋址以便重復fota方法。h)如果ncu從所有相關的停車傳感器接收到關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：在給定的時刻實施所述更新方法。i)如果接著停車傳感器終端節(jié)點又開始實施新的固件版本，則借助于包括固件版本的lora數(shù)據包通知ncu。對于本領域技術人員顯然的是，該方法也可以容易地應用到具有l(wèi)ora網絡架構的其他的lot應用上，在其中，對于終端節(jié)點定期地進行無線的固件更新是值得期望的。終端節(jié)點可以如在以上提到的例子中那樣在空間上是固定的，或者是移動設備。重要的是，在這里要注意，不應在具有27dbm的正常運行模式下使用fsk模式來擴大作用距離，因為這意味著，終端節(jié)點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網關是網絡相關的。為了能夠利用在本發(fā)明中描述的fota方法，相應地應根據所使用的終端節(jié)點的類型使用網絡：·在具有在空間上固定的終端節(jié)點的lora網絡中，通過每個網關覆蓋的區(qū)域應確定為僅僅包括以下具有l(wèi)ora擴展因子的終端節(jié)點：對于這些終端節(jié)點，能夠通過相應地提高所述網關的發(fā)送功率來恢復通過所述lora模式的停用而引起的路徑均衡減小?！ぴ谝苿拥膌ora設備的情況下，僅僅當所述終端節(jié)點離網關足夠近以便在通過所述fsk-路徑均衡提供的作用距離之內可達到時，才實施所述fota方法。本發(fā)明可以如在圖1中示出的那樣應用在每個參與lora網絡的設備或者終端節(jié)點中。在該附圖中，根據其離lora網關gw的相應的距離在使用具有不同的擴展因子的lora模式的情況下來運行網關gw以及終端節(jié)點。在該運行模式中，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調制提供的作用距離。在每個擴展因子和fsk調制之間可達到的作用距離的差也如根據表1那樣以dbs為單位給出。如果準備終端節(jié)點和網關用于根據本發(fā)明的方法實施fota，則它們在868mhz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)點在接收模式中也與該通道相協(xié)調。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調制方法和高的數(shù)據率(例如250kbps)的情況下，通過網關傳輸?shù)男盘枌⑦_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間內導入新的固件，并且因此，終端節(jié)點對于僅僅非常短的時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)據率的lora模式中實施相同的方法相比節(jié)省大量的能量。當前第1頁12