CN114599005A - 无线传感器网络的更新方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种无线传感器网络的更新方法，在基站对第一簇头节点完成更新之后，将该第一簇头节点加入到待触发节点队列中；基站执行遍历更新步骤：基站顺序遍历待触发节点队列，以确定该队列中的一个待触发簇头节点，并触发该待触发簇头节点对簇内的邻居节点进行更新；在确定待触发簇头节点完成簇内节点的更新后，将其标记成簇内已更新状态；其中，第一邻居节点为簇头节点时，基站将该邻居节点加入待触发节点队列；在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；基站重复执行上述遍历更新步骤，直到待触发节点队列中没有待触发簇头节点。本方法无需暂停整个无线传感网络，且能实现无线传感网络中全部节点的更新。

Description

无线传感器网络的更新方法及相关设备

技术领域

本发明涉及无线传感技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络的更新方法及相关设备。

背景技术

大规模无线传感器网络由大量低成本的传感器节点组成，通过无线通信的方式，形成一个多跳自组织网络***。其能够在长期无人值守的情况下进行监测任务。由于网络规模以及节点数量巨大，考虑到维护成本以及技术限制等因素，无法对每个节点的运行情况进行持续实时的有效监控和维护。但是，为了适应外部环境以及监测任务的变化，在传感器节点部署完毕之后，不可避免地要对节点已有的运行程序进行修改或者优化，比如修复先前程序的漏洞、变更单一节点甚至整个传感器网络的执行任务以及修补安全漏洞等。

现有无线传感器网络程序更新维护方案往往只合适节点数量不多的小规模传感器网络，注重的是如何快速完成对全网节点的程序更新，而且往往需要暂停网络现有监测任务的执行，网络中所有的节点在某个时间段内只能进行程序更新工作。这样虽然能很快完成整个网络节点的程序更新，但是却影响了网络自身任务功能的执行，尤其是对网络实时性要求较高，监测数据不可间断的传感器网络来说，这些方案是不可取的，也是不现实的。

此外，大规模无线传感器网络的网络拓扑始终是动态变化的，节点可能随时断开或者失效，邻居节点间的链路也随着时间在不断变化。比如，某个邻居节点因为链路断开或失效等问题，导致其整个程序更新过程中断，无法完成程序更新；因此，现有的更新维护方案无法确保网络中的所有节点100％地更新成功，影响整个网络的连通性和覆盖性，从而导致网络的监测任务即使在更新后也无法正常执行。

发明内容

本发明实施例提供了一种无线传感器网络的更新方法及相关设备，不影响无线传感网络的监测任务的正常进行，而且可以实现对无线传感器网络的节点的百分之百更新。

第一方面，本发明实施例提供了一种无线传感器网络的更新方法，所述无线传感器网络包括基站和簇头节点，所述方法包括：

一跳更新步骤，所述基站对一跳范围内的一个第一簇头节点进行更新后，将所述第一簇头节点加入待触发节点队列中；

遍历更新步骤，所述基站顺序遍历所述待触发节点队列，以确定该队列中未完成簇内的第一邻居节点的更新的一个待触发簇头节点，并触发所述待触发簇头节点对所述第一邻居节点进行更新，确定所述待触发簇头节点完成簇内节点的更新之后，将所述待触发簇头节点标记成簇内已更新状态；其中，所述第一邻居节点为簇头节点时，所述基站将所述第一邻居节点加入所述待触发节点队列中；所述无线传感器网络在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；

循环步骤，重复执行所述遍历更新步骤，直到所述待触发节点队列中没有待触发簇头节点。

可选地，所述一跳更新步骤包括：

所述基站在第一信道向一跳范围内的第二邻居节点广播第一更新指令，所述第一信道为所述无线传感器网络执行监测任务的信道，以使所述第二邻居节点响应所述第一更新指令向所述基站发送第一更新请求，所述第一更新请求携带有所述第二邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，所述节点类型标记用于标记所述第二邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

所述基站将最先接收到所述第一更新请求的、所述节点类型标记为簇头节点的第二邻居节点作为所述第一簇头节点；

所述基站触发所述第一簇头节点将信道切换到第二信道，并将自身的信道切换到所述第二信道，以对所述第一簇头节点进行更新；

所述基站确定所述第一簇头节点完成更新后，将自身的信道切换到所述第一信道，并将所述第一簇头节点的节点识别标记添加到所述待触发节点队列中。

可选地，所述遍历更新步骤包括：

所述基站根据更新状态标记遍历所述待触发节点队列，以确定该队列中的一个所述待触发簇头节点，所述更新状态标记用于标记所述队列中的节点为所述簇内已更新状态；

所述基站向所述待触发簇头节点发送开始更新指令，以指示所述待触发簇头节点响应所述开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新。

可选地，所述遍历更新步骤还包括：

所述基站接收所述待触发簇头节点在完成簇内所有的第一邻居节点的更新之后发送的更新完成信息；

所述基站为所述队列中的所述待触发簇头节点添加所述更新状态标记。

可选地，所述待触发簇头节点响应所述开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，包括：

步骤A，所述待触发簇头节点在所述第一信道向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使所述第一邻居节点响应所述第二更新指令向所述待触发簇头节点发送第二更新请求，所述第二更新请求携带有所述第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，所述节点类型标记用于标记所述第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

步骤B，所述待触发簇头节点将最先接收到的所述第二更新请求对应的一个第一邻居节点确定为更新节点，并触发自身和所述更新节点切换到所述第二信道，以对所述更新节点进行更新操作；

步骤C，所述待触发簇头节点在所述更新节点完成更新后，将信道切换到所述第一信道，并向所述基站发送节点更新信息，所述节点更新信息包括所述更新节点的节点类型标记和节点识别标记，以使所述基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的更新节点添加到所述待触发节点队列中；

步骤D，重复循环执行所述步骤A至所述步骤C，直到所述待触发簇头节点簇内所有的第一邻居节点完成更新。

可选地，所述待触发簇头节点响应所述开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，包括：

步骤S1，所述待触发簇头节点设置超时定时器，所述定时器的时间间隔为预设时长；

步骤S2，在所述预设时长内，所述待触发簇头节点重复向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使所述第一邻居节点在等待随机退避时长后，响应所述第二更新指令向所述待触发簇头节点发送第二更新请求，所述第二更新请求携带有所述第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，所述节点类型标记用于标记所述第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

步骤S3，所述待触发簇头节点判断所述超时定时器是否被触发，若所述定时器被触发，则执行步骤S8，否则执行步骤S4；

步骤S4，所述待触发簇头节点判断是否接收到所述第二更新请求，若接收到所述第二更新请求，则执行步骤S5，否则返回步骤S3；

步骤S5，所述待触发簇头节点取消所述超时定时器，并停止广播所述第二更新指令；

步骤S6，所述待触发簇头节点触发自身和最先接收到的所述第二更新请求对应的一个第一邻居节点切换到所述第二信道，以对该第一邻居节点进行更新操作；

步骤S7，所述待触发簇头节点在所述第一邻居节点完成更新后，将信道切换到所述第一信道，并向所述基站发送节点更新信息，以及触发所述第一邻居节点将信道切换到所述第一信道，之后返回步骤S1；所述节点更新信息包括完成更新的所述第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，以使所述基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的第一邻居节点添加到所述待触发节点队列中；

步骤S8，所述待触发簇头节点向所述基站发送更新完成信息，所述更新完成信息用于指示所述待触发簇头节点完成簇内所有的第一邻居节点的更新。

可选地，所述节点识别标记包括节点的网络地址。

第二方面，本发明实施例提供了一种无线传感器网络的基站，所述无线传感器网络还包括簇头节点，所述基站包括：

一跳更新模块，用于执行一跳更新步骤，对一跳范围内的一个第一簇头节点进行更新后，将所述第一簇头节点加入待触发节点队列中；

遍历更新模块，用于执行遍历更新步骤，顺序遍历所述待触发节点队列，以确定该队列中未完成簇内的第一邻居节点的更新的一个待触发簇头节点，并触发所述待触发簇头节点对所述第一邻居节点进行更新，确定所述待触发簇头节点完成簇内节点的更新之后，将所述待触发簇头节点标记成簇内已更新状态；其中，所述第一邻居节点为簇头节点时，所述基站将所述第一邻居节点加入所述待触发节点队列中；所述无线传感器网络在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；

循环模块，用于执行循环步骤，重复执行所述遍历更新步骤，直到所述待触发节点队列中没有待触发簇头节点。

第三方面，本发明实施例提供了一种无线传感器网络的更新设备，包括：处理器和存储器；

所述处理器和存储器相连，其中，所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述程序代码，以执行如第一方面所述的无线传感器网络的更新方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时，执行如第一方面所述的无线传感器网络的更新方法。

本发明实施例中，在基站对一跳范围内的一个第一簇头节点完成更新之后，将该第一簇头节点加入到待触发节点队列中，接着，基站执行遍历更新步骤：基站顺序遍历待触发节点队列，以确定该队列中未完成簇内的第一邻居节点的更新的一个待触发簇头节点，并触发该待触发簇头节点对簇内的第一邻居节点进行更新；在确定待触发簇头节点完成簇内节点的更新之后，将待触发簇头节点标记成簇内已更新状态；其中，第一邻居节点为簇头节点时，基站将第一邻居节点加入待触发节点队列中；而无线传感器网络在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；基站重复执行上述遍历更新步骤，直到待触发节点队列中没有待触发簇头节点，则表示完成了对无线传感网络中全部节点的更新。本发明实施例的更新方法无需暂停整个无线传感网络，因此，在更新过程中不会对整个无线传感网络的正常监测任务执行产生影响；而且，在基站更新了一个第一簇头节点之后，由每个簇头节点负责完成对本网络簇内节点的更新，可以在提高无线数据更新可靠性的同时，也能较好地适应实际网络拓扑的变化，实现无线传感网络中全部节点的更新。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的更新方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的更新方法的具体流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种簇内更新方法的具体流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的基站的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的更新设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

应当理解，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明申请属于无线传感器网络应用技术领域，具体地说属于无线传感器网络重编程领域，涉及一种高可靠、动态自适应的远程程序更新机制。本发明申请提供一种无线传感器网络的更新方法，重点解决如何将新的程序代码通过基站(Sink节点)无线多跳分发到各个传感器网络节点，并保证无线传感器网络中的所有节点100％可靠地完成程序更新。

本发明实施例中，参考图1，图1是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的结构示意图；无线传感器网络中只存在3类节点：基站(图1中的节点1)、簇头节点(如图1中的节点2、节点3、节点4和节点5)以及簇内节点(如图1中的节点6、节点7和节点8)。其中，基站和簇头节点组成多跳网络，程序更新过程只能由基站和簇头节点发起；而且簇头节点具有数据转发功能，而簇内节点不具有数据转发功能，其只能和邻居的簇头节点进行数据通信，簇内节点必须接收到簇头节点的更新指令才能进入程序更新状态。

为了提高无线多跳程序更新的可靠性，较好地适应实际网络拓扑的变化，本发明实施例提供了一种更新方法，主要思想是基于无线传感器网络的实际网络拓扑图，采用广度优先遍历的思想，从基站开始，逐跳更新每个网络层节点的程序，程序更新过程只能由基站和簇头节点发起，其中每个簇头节点负责完成对本网络簇内节点的程序更新。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的更新方法的流程示意图；无线传感器网络包括基站和簇头节点，无线传感器网络的更新方法包括：

一跳更新步骤201，基站对一跳范围内的一个第一簇头节点进行更新后，将第一簇头节点加入待触发节点队列中；

具体地，首先，基站对其一跳范围内的一个簇头节点(即第一簇头节点)进行更新，之后再将第一簇头节点添加到待触发节点队列中，该队列用于填充无线传感器网络中的簇头节点。

遍历更新步骤202，基站顺序遍历待触发节点队列，以确定该队列中未完成簇内的第一邻居节点的更新的一个待触发簇头节点，并触发待触发簇头节点对第一邻居节点进行更新，确定待触发簇头节点完成簇内节点的更新之后，将待触发簇头节点标记成簇内已更新状态；其中，第一邻居节点为簇头节点时，基站将第一邻居节点加入待触发节点队列中；无线传感器网络在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；

具体地，基站通过依次遍历上述待触发节点队列，确定该队列中的一个待触发簇头节点，上述待触发簇头节点是指簇内的邻居节点(即第一邻居节点)未完成更新的簇头节点。基站触发遍历到的待触发簇头节点，使其对簇内的所有第一邻居节点进行更新。基站在确定待触发簇头节点完成簇内所有第一邻居节点的更新之后，将该待触发簇头节点标记成簇内已更新状态，对具体的标记方法不做特别限定。其中，在进行第一邻居节点的更新过程中，当第一邻居节点为簇头节点时，基站将该第一邻居节点添加到待触发节点队列中。另外，在完成第一簇头节点的更新后，在整个网络后续的更新过程中，同一时刻，网络中只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点在进行更新操作；通过这样设置，在最大程度上避免出现网络拥塞。

循环步骤203，重复执行遍历更新步骤，直到待触发节点队列中没有待触发簇头节点。

具体地，在步骤202完成待触发队列中的一个待触发簇头节点所在簇的节点更新之后，接着重复执行遍历更新步骤，直到基站无法在待触发节点队列中遍历到待触发簇头节点。

相比现有的无线传感器网络程序更新维护方法，由于无线传感器网络冗余路由的特性，某个簇头节点在进行更新时，并不会暂停或者影响整个网络正常的监测功能；而且，在基站更新了一个第一簇头节点之后，由每个簇头节点负责完成对本网络簇内节点的更新，可以在提高无线数据更新可靠性的同时，也能较好地适应实际网络拓扑的变化，快速完成对全网络节点的程序更新维护。

在一个可能的实施例中，参考图3，图3是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的更新方法的具体流程示意图；一跳更新步骤201包括：

步骤2011，基站在第一信道向一跳范围内的第二邻居节点广播第一更新指令，第一信道为无线传感器网络执行监测任务的信道，以使第二邻居节点响应第一更新指令向基站发送第一更新请求，第一更新请求携带有第二邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，节点类型标记用于标记第二邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

具体地，一跳更新时，基站先在第一信道上向其一跳范围内的所有第二邻居节点广播第一更新指令，第二邻居节点接收到第一更新指令后，将响应该第一更新指令向基站发送第一更新请求，其中，一跳范围内的第二邻居节点可以采用随机退避的方式，每个第二邻居节点在随机等待一段时间之后，向基站发送响应第一更新指令的第一更新请求，第一更新请求中携带有第二邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，以使基站能区分不同的第一更新请求来自于哪个第二邻居节点，以及第二邻居节点的节点类型。第一更新指令中携带有基站的识别标记，例如基站的广播地址(也即网络地址)。而第二邻居节点的节点识别标记可以包括节点的网络地址。其中，基站的识别标记和节点识别标记可以采用数字、字母、特殊字符等中的至少一种来组成。同样地，第二邻居节点的节点类型标记可以采用数字、字母、特殊字符等中的至少一种来组成，例如，采用数字来标记不同的节点类型，如1为簇头节点，而0为监测节点；或者采用字母来标记节点类型，如a为簇头节点，b为监测节点；也可以采用数字和字母结合来标记节点类型，如a1为簇头节点，b1为监测节点；也可以采用数字、字母、特殊字符结合来标记节点类型，如a-1为簇头节点，b-1为监测节点。

步骤2012，基站将最先接收到第一更新请求的、节点类型标记为簇头节点的第二邻居节点作为第一簇头节点；

具体地，基站接收到第二邻居节点的第一更新请求后，从中确定一个最先接收到第一更新请求的、节点类型标记显示为簇头节点的节点为第一簇头节点。

步骤2013，基站触发第一簇头节点将信道切换到第二信道，并将自身的信道切换到第二信道，以对第一簇头节点进行更新；

具体地，基站在确定了第一簇头节点后，接着完成对第一簇头节点的更新。其中，基站先触发第一簇头节点将信道切换到第二信道，再将自身的信道切换到第二信道，以在第二信道对第一簇头节点进行更新操作。其中，第一信道和第二信道为两个不同的信道，两者互不干扰，使得更新过程不会影响网络正常监测任务的执行。

步骤2014，基站确定第一簇头节点完成更新后，将自身的信道切换到第一信道，并将第一簇头节点的节点识别标记添加到待触发节点队列Q中。

具体地，第一簇头节点的程序更新完成后，基站和簇头节点切换信道至第一信道，基站将第一簇头节点加入至待触发节点队列Q中，实际上是将第一簇头节点的节点识别标记添加到待触发节点队列Q中。其中，基站在更新完一个第一簇头节点后，将切换回到第一信道，为了保证网络正常监测功能的执行，之后基站不再进入更新状态；后续的更新工作都将由无线传感器网络中的各个簇头节点来完成，而每个簇头节点的更新过程都由基站发送触发指令才能开始。

值得特别指出的是，上述步骤2011-步骤2014的步骤编号仅为区分不同的步骤，不对步骤的执行顺序造成限定。

参考图1，下面以图1中的基站1和簇头节点2为例，对一跳更新步骤201做具体说明：

1)基站1在第一信道Ch1给其一跳范围内的第二邻居节点(如簇头节点2和簇头节点3)发送第一更新指令Profile；簇头节点2、簇头节点3在接收到第一更新指令Profile后，回复第一更新请求Request消息；其中，簇头节点2、簇头节点3可以分别在随机等待一段时间(如簇头节点2等待10s，簇头节点3等待15s)之后，向基站1回复第一更新请求。

2)基站1接收到簇头节点2和簇头节点3的第一更新请求Request后，将最先接收到的第一更新请求对应的节点(如簇头节点2)作为第一簇头节点，并在触发簇头节点2将信道切换至第二信道Ch0后，将自身的信道切换至第二信道Ch0，以在第二信道Ch0完成对簇头节点2的更新；程序更新完成后，基站1和簇头节点2切换信道至第一信道Ch1，并且，基站1将簇头节点2加入至待触发节点队列Q中。

在一个可能的实施例中，参考图3，遍历更新步骤202包括：

步骤2021，基站根据更新状态标记遍历待触发节点队列，以确定该队列中的一个待触发簇头节点，更新状态标记用于标记队列中的节点为簇内已更新状态；

具体地，基站依次遍历待触发节点队列Q，当遍历的簇头节点携带有更新状态标记时，表明该簇头节点已经完成对簇内所有的第一邻居节点的更新，即处于簇内已更新状态，无需再次触发簇内更新；反之，表明该簇头节点未完成对簇内所有的第一邻居节点的更新，需要触发簇内更新，即该簇头节点为待触发簇头节点。其中，更新状态标记可以采用数字、字母、特殊字符等中的至少一种来组成，例如，采用字母序列true作为更新状态标记。如图1所示，为了直观示意，队列中有颜色填充的节点代表已完成簇内更新，而没有填充的节点代表未触发。

步骤2022，基站向待触发簇头节点发送开始更新指令，以指示待触发簇头节点响应开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新；

具体地，基站在确定了一个待触发簇头节点后，向该待触发簇头节点发送一个开始更新指令，以指示待触发簇头节点响应该开始更新指令对其簇内所有的第一邻居节点进行更新。

步骤2023，基站接收待触发簇头节点在完成簇内所有的第一邻居节点的更新之后发送的更新完成信息；

具体地，待触发簇头节点在完成簇内所有的第一邻居节点的程序更新后，将向基站发送更新完成信息，以提示基站其已经完成簇内的邻居节点的更新操作。

步骤2024，基站为队列中的待触发簇头节点添加更新状态标记。

具体地，基站接收到该更新完成信息后，基站将为队列中的该待触发簇头节点添加一个更新状态标记。

在一个可能的实施例中，循环步骤203中，将重复执行上述遍历更新步骤(即步骤2021至步骤2024)，直到待触发节点队列中没有待触发簇头节点。参考图3，基站继续遍历队列Q，如果发现还有未完成更新的簇头节点，则基站给该簇头节点发送开始更新指令，重复上述过程。当基站无法在待触发节点队列Q中遍历到待触发簇头节点时，表明此时无线传感器网络全网完成更新。

在一个可能的实施例中，步骤2022中，待触发簇头节点响应开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，具体包括：

步骤A，待触发簇头节点在第一信道向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使第一邻居节点响应第二更新指令向待触发簇头节点发送第二更新请求，第二更新请求携带有第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，节点类型标记用于标记第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

具体地，待触发簇头节点在接收到开始更新指令后，待触发簇头节点回复确认帧Command_Ack，表示已进入到程序更新状态，开始更新簇内的邻居节点。接着，待触发簇头节点在第一信道向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，同样地，第二更新指令携带有待触发簇头节点的节点识别标记，簇内的第一邻居节点接收到第二更新指令后，同样采样随机退避的方式等待一个随机时间之后，向待触发簇头节点发送第二更新请求，第二更新请求携带的第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记可以参考第二邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，不再赘述。

步骤B，待触发簇头节点将最先接收到的第二更新请求对应的一个第一邻居节点确定为更新节点，并触发自身和更新节点切换到第二信道，以对更新节点进行更新操作；

具体地，同样地，待触发簇头节点将最先接收到的第二更新请求对应的一个第一邻居节点确定为更新节点，并触发自身和更新节点切换到第二信道，以在第二信道上对更新节点进行更新操作，实现对一个第一邻居节点的更新，第一邻居节点在更新之后，将自身的信道切换回第一信道。

步骤C，待触发簇头节点在更新节点完成更新后，将信道切换到第一信道，并向基站发送节点更新信息，节点更新信息包括更新节点的节点类型标记和节点识别标记，以使基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的更新节点添加到待触发节点队列中。

具体地，待触发簇头节点在更新簇内邻居节点程序的过程会不断地向基站上报其邻居节点的更新进度信息，即待触发簇头节点在每更新完一个第一邻居节点后，将自身信道切换至第一信道，并向基站报告该第二邻居节点的节点更新信息Report_Process；基站接收到Report_Process消息(其中携带有第二邻居节点的节点类型标记和节点识别标记)，发现第一邻居节点是簇头节点，则将其***至待触发节点队列Q中。

步骤D，重复循环执行步骤A至步骤C，直到待触发簇头节点簇内所有的第一邻居节点完成更新。

具体地，待触发簇头节点继续重复执行步骤A至步骤C，直到簇内没有未完成更新的第一邻居节点为止。待触发簇头节点完成所有的第一邻居节点程序更新后，则向基站发送更新完成信息Report_Complete；基站接收到该信息后，将更新该待触发簇头节点在队列Q中的标志位，表示该簇头节点的所有邻居节点均已更新完成。特别地，如果待触发簇头节点在第一信道上广播了第二更新指令之后，如果在某个预设时长T内(即从开始广播的时刻开始计时，等待T时间)未接收到任何邻居节点的第二更新请求，则表示所有邻居节点均已更新完成。

在一个可能的实施例中，参考图1和图4，图4是本发明实施例提供的一种簇内更新方法的具体流程示意图；待触发簇头节点响应开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，包括：

步骤S1，待触发簇头节点设置超时定时器，定时器的时间间隔为预设时长；

具体地，待触发簇头节点设置超时定时器，定时器的时间间隔为预设时长T。

步骤S2，在预设时长内，待触发簇头节点重复向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使第一邻居节点在等待随机退避时长后，响应第二更新指令向待触发簇头节点发送第二更新请求，第二更新请求携带有第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，节点类型标记用于标记第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

具体地，待触发簇头节点以图1中的节点2为例，簇头节点2在T时间内，重复在第一信道Ch1上广播第二更新指令，该指令中附带一个地址位，其值为0x0000(表示是广播地址，也即网络地址)；簇头节点2所有的邻居节点接收到地址位为0x0000的第二更新指令Profile后，采用随机退避的方法向该簇头节点2回复一个程序更新请求确认帧Request(即第二更新请求)，其中附带自己的网络地址。

步骤S3，待触发簇头节点判断超时定时器是否被触发，若定时器被触发，则执行步骤S8，否则执行步骤S4；

具体地，簇头节点2判断超时定时器是否被触发，若定时器被触发，则执行步骤S8，否则执行步骤S4。

步骤S4，待触发簇头节点判断是否接收到第二更新请求，若接收到第二更新请求，则执行步骤S5，否则返回步骤S3；

步骤S5，待触发簇头节点取消超时定时器，并停止广播第二更新指令；

步骤S6，待触发簇头节点触发自身和最先接收到的第二更新请求对应的一个第一邻居节点切换到第二信道，以对该第一邻居节点进行更新操作；

具体地，簇头节点2根据接收到第二更新请求的时间，选择一个邻居节点进行更新操作，具体是选择一个最先接收到的第二更新请求对应的那个邻居节点。假设簇头节点2最先成功接收到某个邻居节点3(网络地址为0x0003)的程序更新请求确认帧Request后,则发送程序更新准备指令Ready触发节点3进行信道切换，其中附带的地址位更新为0x0003；邻居节点接收到地址位为0x0003的程序更新准备指令Ready后，切换至第二信道Ch0；只有网络地址为0x0003的邻居节点才会进行响应(将信道切换至第二信道Ch0)，其他节点不响应；而簇头节点2向邻居节点3发送程序更新准备指令Ready后，切换至第二信道Ch0，以更新邻居节点的程序。

步骤S7，待触发簇头节点在第一邻居节点完成更新后，将信道切换到第一信道，并向基站发送节点更新信息，以及触发第一邻居节点将信道切换到第一信道，之后返回步骤S1；节点更新信息包括完成更新的第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，以使基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的第一邻居节点添加到待触发节点队列中；

具体地，簇头节点2和该邻居节点3在第二信道Ch0完成更新过程后，都切换至第一信道Ch1，且簇头节点2向基站发送关于邻居节点3的节点更新信息，节点更新信息包括该邻居节点3的节点类型标记和节点识别标记，以使基站根据节点类型标记判断是否将节点3的节点识别标记添加到待触发节点队列Q中。簇头节点2在更新完邻居节点3后，在第一信道Ch1继续广播第二更新指令Profile并附带地址位为0x0000。

步骤S8，待触发簇头节点向基站发送更新完成信息，更新完成信息用于指示待触发簇头节点完成簇内所有的第一邻居节点的更新。

具体地，簇头节点2判断超时定时器被触发，表明簇头节点2已完成簇内所有邻居节点的更新，此时，簇头节点2向基站发送更新完成信息Report_Complete。

本发明实施例的更新方法中，簇头节点在更新其簇内邻居节点程序的过程会不断地向基站上报该邻居节点的更新进度信息，因此基站能够全程监测到所有节点的更新完成情况。最后，如果某个节点因为链路失效等问题，导致与某个簇头节点的程序更新过程中断，那么在未来某个时刻，也会有其他的簇头节点能够重新触发程序更新过程，来完成剩下的程序更新任务，这样能够保证全网节点程序100％地更新成功。另外，本发明实施例的方法已经在大规模无线传感器网络(网络节点数大于500)示范场景中进行过实验验证，验证的结果是网络中的所有传感器节点均能100％地完成程序更新任务。

基于上述无线传感器网络的更新方法实施例的描述，本发明实施例还公开了一种无线传感器网络的基站，参考图5，图5是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的基站的结构示意图，无线传感器网络还包括簇头节点，无线传感器网络的基站包括：

一跳更新模块501，用于执行一跳更新步骤，对一跳范围内的一个第一簇头节点进行更新后，将第一簇头节点加入待触发节点队列中；

遍历更新模块502，用于执行遍历更新步骤，顺序遍历待触发节点队列，以确定该队列中未完成簇内的第一邻居节点的更新的一个待触发簇头节点，并触发待触发簇头节点对第一邻居节点进行更新，确定待触发簇头节点完成簇内节点的更新之后，将待触发簇头节点标记成簇内已更新状态；其中，第一邻居节点为簇头节点时，基站将第一邻居节点加入待触发节点队列中；无线传感器网络在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；

循环模块503，用于执行循环步骤，重复执行遍历更新步骤，直到待触发节点队列中没有待触发簇头节点。

在一个可能的实施例中，节点识别标记包括节点的网络地址。

在一个可能的实施例中，一跳更新模块501包括：

第一子模块，用于在第一信道向一跳范围内的第二邻居节点广播第一更新指令，第一信道为无线传感器网络执行监测任务的信道，以使第二邻居节点响应第一更新指令向基站发送第一更新请求，第一更新请求携带有第二邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，节点类型标记用于标记第二邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

第二子模块，用于将最先接收到第一更新请求的、节点类型标记为簇头节点的第二邻居节点作为第一簇头节点；

第三子模块，用于触发第一簇头节点将信道切换到第二信道，并将自身的信道切换到第二信道，以对第一簇头节点进行更新；

第四子模块，用于确定第一簇头节点完成更新后，将自身的信道切换到第一信道，并将第一簇头节点的节点识别标记添加到待触发节点队列中。

在一个可能的实施例中，遍历更新模块502包括：

第五子模块，用于根据更新状态标记遍历待触发节点队列，以确定该队列中的一个待触发簇头节点，更新状态标记用于标记队列中的节点为簇内已更新状态；

第六子模块，用于向待触发簇头节点发送开始更新指令，以指示待触发簇头节点响应开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新。

在一个可能的实施例中，遍历更新模块502还包括：

第七子模块，用于接收待触发簇头节点在完成簇内所有的第一邻居节点的更新之后发送的更新完成信息；并为队列中的待触发簇头节点添加更新状态标记。

在一个可能的实施例中，上述待触发簇头节点响应开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，包括：

步骤A，待触发簇头节点在第一信道向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使第一邻居节点响应第二更新指令向待触发簇头节点发送第二更新请求，第二更新请求携带有第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，节点类型标记用于标记第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

步骤B，待触发簇头节点将最先接收到的第二更新请求对应的一个第一邻居节点确定为更新节点，并触发自身和更新节点切换到第二信道，以对更新节点进行更新操作；

步骤C，待触发簇头节点在更新节点完成更新后，将信道切换到第一信道，并向基站发送节点更新信息，节点更新信息包括更新节点的节点类型标记和节点识别标记，以使基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的更新节点添加到待触发节点队列中；

步骤D，重复循环执行步骤A至步骤C，直到待触发簇头节点簇内所有的第一邻居节点完成更新。

在一个可能的实施例中，上述待触发簇头节点响应开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，包括：

步骤S1，待触发簇头节点设置超时定时器，定时器的时间间隔为预设时长；

步骤S2，在预设时长内，待触发簇头节点重复向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使第一邻居节点在等待随机退避时长后，响应第二更新指令向待触发簇头节点发送第二更新请求，第二更新请求携带有第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，节点类型标记用于标记第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

步骤S3，待触发簇头节点判断超时定时器是否被触发，若定时器被触发，则执行步骤S8，否则执行步骤S4；

步骤S4，待触发簇头节点判断是否接收到第二更新请求，若接收到第二更新请求，则执行步骤S5，否则返回步骤S3；

步骤S5，待触发簇头节点取消超时定时器，并停止广播第二更新指令；

步骤S6，待触发簇头节点触发自身和最先接收到的第二更新请求对应的一个第一邻居节点切换到第二信道，以对该第一邻居节点进行更新操作；

步骤S7，待触发簇头节点在第一邻居节点完成更新后，将信道切换到第一信道，并向基站发送节点更新信息，以及触发第一邻居节点将信道切换到第一信道，之后返回步骤S1；节点更新信息包括完成更新的第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，以使基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的第一邻居节点添加到待触发节点队列中；

步骤S8，待触发簇头节点向基站发送更新完成信息，更新完成信息用于指示待触发簇头节点完成簇内所有的第一邻居节点的更新。

值得指出的是，其中，无线传感器网络的基站的具体功能实现方式可以参见上述无线传感器网络的更新方法的描述，这里不再进行赘述。无线传感器网络的基站中的各个单元或模块可以分别或全部合并为一个或若干个另外的单元或模块来构成，或者其中的某个(些)单元或模块还可以再拆分为功能上更小的多个单元或模块来构成，这可以实现同样的操作，而不影响本发明的实施例的技术效果的实现。上述单元或模块是基于逻辑功能划分的，在实际应用中，一个单元(或模块)的功能也可以由多个单元(或模块)来实现，或者多个单元(或模块)的功能由一个单元(或模块)实现。

基于上述方法实施例以及装置实施例的描述，本发明实施例还提供一种无线传感器网络的更新设备。

请参见图6，是本发明实施例提供的一种无线传感器网络的更新设备的结构示意图。如图6所示，上述的无线传感器网络的基站可以应用于所述无线传感器网络的更新设备600，所述无线传感器网络的更新设备600可以包括：处理器601，网络接口604和存储器605，此外，所述无线传感器网络的更新设备600还可以包括：用户接口603，和至少一个通信总线602。其中，通信总线602用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口603可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选用户接口603还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口604可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器605可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器605可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器601的存储装置。如图6所示，作为一种计算机存储介质的存储器605中可以包括操作***、网络通信模块、用户接口模块以及设备控制应用程序。

在图6所示的无线传感器网络的更新设备600中，网络接口604可提供网络通讯功能；而用户接口603主要用于为用户提供输入的接口；而处理器601可以用于调用存储器605中存储的设备控制应用程序，以实现上述无线传感器网络的更新方法的步骤。

应当理解，本发明实施例中所描述的无线传感器网络的更新设备600可执行前文所述无线传感器网络的更新方法，也可执行前文所述无线传感器网络的基站的描述，在此不再赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。

此外，这里需要指出的是：本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，且所述计算机存储介质中存储有前文提及的无线传感器网络的基站所执行的计算机程序，且所述计算机程序包括程序指令，当处理器执行所述程序指令时，能够执行前文所述无线传感器网络的更新方法的描述，因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本发明所涉及的计算机存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本发明方法实施例的描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种无线传感器网络的更新方法，其特征在于，所述无线传感器网络包括基站和簇头节点，所述方法包括：

一跳更新步骤，所述基站对一跳范围内的一个第一簇头节点进行更新后，将所述第一簇头节点加入待触发节点队列中；

遍历更新步骤，所述基站顺序遍历所述待触发节点队列，以确定该队列中未完成簇内的第一邻居节点的更新的一个待触发簇头节点，并触发所述待触发簇头节点对所述第一邻居节点进行更新，确定所述待触发簇头节点完成簇内节点的更新之后，将所述待触发簇头节点标记成簇内已更新状态；其中，所述第一邻居节点为簇头节点时，所述基站将所述第一邻居节点加入所述待触发节点队列中；所述无线传感器网络在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；

循环步骤，重复执行所述遍历更新步骤，直到所述待触发节点队列中没有待触发簇头节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一跳更新步骤包括：

所述基站在第一信道向一跳范围内的第二邻居节点广播第一更新指令，所述第一信道为所述无线传感器网络执行监测任务的信道，以使所述第二邻居节点响应所述第一更新指令向所述基站发送第一更新请求，所述第一更新请求携带有所述第二邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，所述节点类型标记用于标记所述第二邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

所述基站将最先接收到所述第一更新请求的、所述节点类型标记为簇头节点的第二邻居节点作为所述第一簇头节点；

所述基站触发所述第一簇头节点将信道切换到第二信道，并将自身的信道切换到所述第二信道，以对所述第一簇头节点进行更新；

所述基站确定所述第一簇头节点完成更新后，将自身的信道切换到所述第一信道，并将所述第一簇头节点的节点识别标记添加到所述待触发节点队列中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述遍历更新步骤包括：

所述基站根据更新状态标记遍历所述待触发节点队列，以确定该队列中的一个所述待触发簇头节点，所述更新状态标记用于标记所述队列中的节点为所述簇内已更新状态；

所述基站向所述待触发簇头节点发送开始更新指令，以指示所述待触发簇头节点响应所述开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述遍历更新步骤还包括：

所述基站接收所述待触发簇头节点在完成簇内所有的第一邻居节点的更新之后发送的更新完成信息；

所述基站为所述队列中的所述待触发簇头节点添加所述更新状态标记。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待触发簇头节点响应所述开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，包括：

步骤A，所述待触发簇头节点在所述第一信道向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使所述第一邻居节点响应所述第二更新指令向所述待触发簇头节点发送第二更新请求，所述第二更新请求携带有所述第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，所述节点类型标记用于标记所述第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

步骤B，所述待触发簇头节点将最先接收到的所述第二更新请求对应的一个第一邻居节点确定为更新节点，并触发自身和所述更新节点切换到所述第二信道，以对所述更新节点进行更新操作；

步骤C，所述待触发簇头节点在所述更新节点完成更新后，将信道切换到所述第一信道，并向所述基站发送节点更新信息，所述节点更新信息包括所述更新节点的节点类型标记和节点识别标记，以使所述基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的更新节点添加到所述待触发节点队列中；

步骤D，重复循环执行所述步骤A至所述步骤C，直到所述待触发簇头节点簇内所有的第一邻居节点完成更新。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待触发簇头节点响应所述开始更新指令对簇内的第一邻居节点进行更新，包括：

步骤S1，所述待触发簇头节点设置超时定时器，所述定时器的时间间隔为预设时长；

步骤S2，在所述预设时长内，所述待触发簇头节点重复向簇内的第一邻居节点广播第二更新指令，以使所述第一邻居节点在等待随机退避时长后，响应所述第二更新指令向所述待触发簇头节点发送第二更新请求，所述第二更新请求携带有所述第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，所述节点类型标记用于标记所述第一邻居节点为簇头节点或用于执行监测任务的监测节点；

步骤S3，所述待触发簇头节点判断所述超时定时器是否被触发，若所述定时器被触发，则执行步骤S8，否则执行步骤S4；

步骤S4，所述待触发簇头节点判断是否接收到所述第二更新请求，若接收到所述第二更新请求，则执行步骤S5，否则返回步骤S3；

步骤S5，所述待触发簇头节点取消所述超时定时器，并停止广播所述第二更新指令；

步骤S6，所述待触发簇头节点触发自身和最先接收到的所述第二更新请求对应的一个第一邻居节点切换到所述第二信道，以对该第一邻居节点进行更新操作；

步骤S7，所述待触发簇头节点在所述第一邻居节点完成更新后，将信道切换到所述第一信道，并向所述基站发送节点更新信息，以及触发所述第一邻居节点将信道切换到所述第一信道，之后返回步骤S1；所述节点更新信息包括完成更新的所述第一邻居节点的节点类型标记和节点识别标记，以使所述基站根据节点更新信息将节点类型为簇头节点的第一邻居节点添加到所述待触发节点队列中；

步骤S8，所述待触发簇头节点向所述基站发送更新完成信息，所述更新完成信息用于指示所述待触发簇头节点完成簇内所有的第一邻居节点的更新。

7.根据权利要求2至6任一项所述的方法，其特征在于，所述节点识别标记包括节点的网络地址。

8.一种无线传感器网络的基站，其特征在于，所述无线传感器网络还包括簇头节点，所述基站包括：

一跳更新模块，用于执行一跳更新步骤，对一跳范围内的一个第一簇头节点进行更新后，将所述第一簇头节点加入待触发节点队列中；

遍历更新模块，用于执行遍历更新步骤，顺序遍历所述待触发节点队列，以确定该队列中未完成簇内的第一邻居节点的更新的一个待触发簇头节点，并触发所述待触发簇头节点对所述第一邻居节点进行更新，确定所述待触发簇头节点完成簇内节点的更新之后，将所述待触发簇头节点标记成簇内已更新状态；其中，所述第一邻居节点为簇头节点时，所述基站将所述第一邻居节点加入所述待触发节点队列中；所述无线传感器网络在同一时刻，只有一个簇头节点和簇内的一个第一邻居节点进行程序更新操作；

循环模块，用于执行循环步骤，重复执行所述遍历更新步骤，直到所述待触发节点队列中没有待触发簇头节点。

9.一种无线传感器网络的更新设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；

所述处理器和存储器相连，其中，所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述程序代码，以执行如权利要求1-7任一项所述的无线传感器网络的更新方法。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时，执行如权利要求1-7任一项所述的无线传感器网络的更新方法。

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