Contiki系统下无线传感器网络节点远程动态更新

摘要

随着对无线传感器网络(WSN)应用规模的扩大，随着对网络功能要求的不断提高、以及网络系统的升级换代，通过无线方式对WSN节点软件的更新，将成为今后WSN发展中的重要环节。论文根据物联网的发展趋势，选择内置IP协议的Contiki系统作为更新节点的操作系统。
　　论文通过对Contiki操作系统原理和网络协议栈的分析，设计一种结合系统镜像替换和动态模块加载更新方法：编写BOOT固化程序，收到更新指令后，使用新系统镜像替换原有系统并跳转执行，实现系统更新；分析Contiki的动态加载原理，完成模块加载过程中与STM32相关的部分，包括确定重定位类型和对应机器指令以及进程加载，实现模块动态加载更新。设计了6lowpan网络下传输层文件传输协议，引入否定应答机制(NACK)提高更新数据传输的可靠性；采用组播技术实现节点分组传输；通过丢包率决定重传时机，减少因频繁丢包增加的重传次数。此外，为了缩小更新模块体积，针对Contiki动态加载器和STM32，设计一种压缩模块的属性字段的方法，重新组织模块结构，给出节点端压缩模块的重构方法。最后，将系统内核和时钟、文件系统、串口Shell等模块移植到STM32f103微控制器(MCU)，将主要开发环境从Linux迁移到IAR集成开发平台。实验节点上所进行的系统更新和模块更新测试结果表明，新系统与模块都成功运行。对模块压缩方法的压缩率进行测试，结果表明，本文的方法可以有效压缩功能模块。文件分组传输协议性能由Cooja仿真器测试，对比不同大小文件传输时间可知，通过丢包率控制重传时机确实可以缩短因丢包重传而延长的传输时间。