avatar avatar 我的文献 无线传感器网络在线升级系统设计和实现 作者 霍文文 单位 山东大学 关键词 无线传感器网络; 在线升级系统; 代码分发; 代码更新; 可靠性设计
摘要
无线传感器网络应用前景巨大,但其工作环境复杂多变、节点分布广泛,已经部署的无线传感器网络系统升级工作非常复杂和困难,无线传感器网络在线升级系统技术的研究引起了各国的普遍重视。在国内,无线传感器网络在线升级技术的研究是一个比较新的领域,只有浙江大学等几所高校取得一定成果。国外针对该领域的研究比较先进,但主要是以网络协议栈和操作系统为基础的在线升级解决方案,其通用性和安全性较差,占用的RAM空间较多。本文在分析了现有无线在线升级解决方案的优缺点后,设计和实现了基于泛洪通信方式的在线升级解决方案,成功解决了上述问题。同时成功解决了工业环境下数据传输可靠性和在线升级过程中的断点续传问题。本论文的主要工作和创新点在以下几个方面。第一,设计和实现了在线升级系统的代码分发协议。本文协议有以下几个特点:采用泛洪机制的通信方式,不依赖任何网络协议栈,具有良好的移植性和安全性;借鉴了Deluge中的分页思想和状态机控制代码分发的思想,并对每个状态下节点的工作进行了重新设计;对Deluge协议中的空间多路技术进行了改进,实现了由节点启动网络系统升级服务功能;借鉴Trickle协议中划分时间片思想,进行了相应的简化处理以降低节点的计算压力和RAM空间。第二,设计了代码更新模式,实现代码更新。本系统采用基于全部代码镜像替换的代码更新模式,设计了独立的引导程序实现代码的更新。这种代码更新模式简单方便、易于操作、不涉及非常复杂的算法,能够减少节点的计算压力,降低程序设计的困难。第三,设计和实现了在线升级系统的各部分软件。系统软件由三部分组成:上位机控制软件、基站软件和节点软件。作为系统的控制中心,上位机控制软件是无线在线系统的人机交互平台,管理员通过该平台对系统进行操作;无线基站与上位机连接,是代码分发源节点,也是节点信息汇聚节点,是系统正常工作的心脏;无线节点为系统升级的目标节点,完成代码下载和代码更新任务。第四,实现了在线升级系统的可靠性设计。系统的可靠性设计主要包括数据传输可靠性设计和系统断点续传可靠性设计。数据传输的可靠性通过提高串口数据传输可靠性、无线数据传输可靠性和有效的数据校验等来实现;断点续传分为节点代码下载断点续传和代码更新断点续传两种,通过记录工作进程和代码完整性检测两方面保证断点续传的可靠性。本文对系统进行了单元测试和整体测试,经过测试可知,其设计实现的无线传感器网络在线升级系统能够在短时间内启动系统升级服务和节点的断点续传服务,代码分发空间多路技术成功应用,准确实时的完成无线传感器网络的在线系统升级工作。
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