无线传感器网络远程代码更新技术研究进展

高可用性是无线传感器网络的设计目标之一,远程代码更新可增加或更新运行在传感器节点上的软件,是提高无线传感器网络可用性的重要支撑。分析和总结了传感器网络远程代码更新研究领域的研究成果,阐述了主要远程代码更新机制及其待解决的问题,最后探讨了今后应研究的问题,指明了下一步研究的重点和难点。

基于改进代码分发协议的远程代码更新技术研究

首先对经典的代码分发协议进行改进,控制信息使用Trickle协议进行维护,用于通知整个网络当前分发的版本信息,利用广播的形式分发数据,使通信范围内所有节点都能接收到数据。之后,设计远程代码更新系统,将系统分为三个部分,分别为上位机、网关节点以及传感器节点。重点设计具有代码更新功能的传感器节点的软件,将节点的存储空间分为引导部分和程序部分,利用不同的存储器映射进行版本切换。实验结果表明系统能够成功完成远程代码更新;能够同时更新多个节点,能够支持多跳的更新,在发生丢包的情况下,能对丢失数据进行请求,保证传输代码的完整性。

数据无损的远程代码更新的设计与研究

为解决基于GPRS的传统无线远程代码更新时数据采集大量丢失的问题,分析研究bootloader机制,提出一种分段式接收远程代码并集中更新的设计方案。基于Arm Cortex M4内核,结合GPRS透明传输技术,依托于用户应用程序,分段接收远程代码并存储于SD卡中,由特制的bootloader读取SD卡内容,完成代码更新,缩减代码更新过程中屏蔽数据采集的时间。实验结果表明,该方案可实现2HZ以下数据采集无丢失的代码更新。

TinyOS远程动态代码更新方法

TinyOS作为无线传感器网络的主流操作系统,目前仍局限于静态链接的全镜像替换代码更新。针对这一局限性,扩展设计了TinyOS,实现了TinyOS模块化、透明化远程动态代码更新。改进了TinyOS主机端的编译过程,保持了编译过程中TinyOS的模块性;设计了一个节点端的小型管理器,利用该小型管理器动态链接、加载接收到的ELF文件并将其融合到应用程序中。实验评估表明,该方法在能量消耗和内存开销方面都具有一定的优越性。

EasiCache:一种基于缓存机制的低开销传感器网络代码更新方法

随着应用环境越来越复杂多变,传感器网络需要具备远程代码更新的能力,对节点进行灵活地配置和升级以适应环境变化.然而过高的代码更新开销一直困扰着远程代码更新在传感器网络中的大规模应用.代码更新开销主要包括存储代码引起的重组开销和节点通信产生的传输开销.在工程实践中,作者发现重组开销甚至有可能超过传输开销成为主要的更新开销.为此作者提出了一种基于代码缓存机制的低开销远程代码更新方法——EasiCache.该方法通过代码缓存机制在低功耗RAM上动态保存并执行需要频繁更新的代码,尽量避免对高功耗闪存flash进行读写操作,从而有效降低了重组开销.此外,该方法通过函数级代码差异对比,降低了传输代码量,同时保存了代码缓存机制所需的程序结构信息,进一步降低了重组开销.实验结果验证了该方法在降低代码更新开销方面的有效性.

基于CC2430的代码更新系统设计

针对传统的节点更新方式枯燥繁重、效率低、特殊区域无法更新等缺陷,文中基于存储空间较小的CC2430芯片,设计了远程代码更新系统,该系统分为3个部分,分别为上位机、网关节点以及传感器节点。上位机将新版本代码通过串口下载至网关节点,网关节点利用分发协议将更新代码分发至整个网络,并将节点的存储空间分为引导部分和程序部分,利用不同的存储器映射进行版本切换。经多次实验更新单个节点用时约为139 s。实验证明,该系统占用硬件资源少,可广泛应用于环境、军事监测及医护系统等领域。

基于WSCN的LED显示屏远程控制系统的设计

本文设计了一套通过无线通信技术控制LED显示屏的系统,利用WSCN节点程序的在线维护功能,通过PC端监控软件将要显示的文字发送到控制板,实现对显示屏显示内容的修改,实现LED显示屏控制板程序代码的远程更新,与人工现场更新相比,显著地提高了更新的效率,简化了更新的工作量。