Firmware-over-the-Air (FOTA) mit LoRa

Mit LoRaWAN ^TM wäre es fast unmöglich, die Geräte-Firmware Over-the-Air (FOTA) zu aktualisieren .

Die LoRa Alliance gibt auf dieser Seite an, dass ein solcher Vorgang möglich ist, obwohl sich dies auf Multicast-Frames bezieht, die in Geräten der Klasse B und C verfügbar sind.

Die in den Benutzerforen sind anderer Meinung:

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Libelium-Forum

Symphony Link ^TM , das Link Labs-Protokoll für LoRa wurde im Hinblick auf FOTA entwickelt. Mehr zu Symphony Link FOTA unten.

• Siehe auch:Wichtigste geschäftliche Vorteile von Firmware-over-the-Air

Der Grund, warum Firmware-Over-the-Air mit LoRaWAN schwierig ist, liegt an einigen Faktoren:

1. Gateway-Übertragungen sind unkoordiniert. Dies bedeutet, dass das Gateway unabhängig von der Zeit, die das Gateway mit der Übertragung von Firmware-Downlink-Nachrichten verbringt, nicht auf das Netzwerk lauscht. Knoten in einem LoRaWAN-Netzwerk wissen nicht, dass das Gateway nicht zuhört, sodass jede Nachricht, die sie während der Übertragung des Gateways zu senden versuchen, verloren geht.
2. Es gibt kein MAC-Layer-Konzept, um einen Klasse-A-Knoten in einen Modus zu versetzen, in dem er Multicast-Frames empfangen kann. Multicast wurde in LoRaWAN zu Klasse-B/C-Knoten hinzugefügt, um Dinge wie die Steuerung von Straßenlaternen zu ermöglichen, nicht wirklich für Firmware-Übertragungen. Das bedeutet, dass FOTA für batteriebetriebene LoRaWAN-Geräte nicht möglich ist , da sie keine Multicast-Frames empfangen können.
3. LoRaWAN-Gateways sind Duty-Cycle-begrenzt. LoRaWAN-Gateways können nur 1% der Zeit (ETSI) übertragen und benötigen daher wahrscheinlich all diese Downlink-Ressourcen für Bestätigungen und MAC-Kontrollnachrichten. Für FOTA-Multicast würde sehr, sehr wenig übrig bleiben. In der US-amerikanischen Regelung, in der keine Einschaltdauer von 1 % erforderlich ist, funktioniert das Netzwerk aufgrund von Nr. 1 im Grunde nicht mehr für den Uplink.

Firmware-over-the-Air mit Symphony Link

Symphony bietet einen Mechanismus zum Downlink einer Datei mit bis zu 256 KB von einem Zugangspunkt zu einem Endknoten oder Knotengruppen. Der Zugangspunkt stellt die Infrastruktur-Beacon-(IB)-Periode auf einen großen Wert ein, wodurch mehr Downlink-Kapazität für die Dateiübertragung bereitgestellt wird. Dadurch kann das Netzwerk während des FOTA-Betriebs weiterhin für Uplink funktionieren. Sobald die Übertragung abgeschlossen ist, kehrt der Access Point zu seiner zuvor programmierten IB-Periode zurück.

Abbildung 1. OTA-Dateiübertragung. Initialisierung zur ersten vollständigen Übertragung aller Dateisegmente

Initialisierung der OTA-Dateiübertragung

Ein Beispiel für die Initialisierung einer OTA-Dateiübertragung ist in Abbildung 1 zu sehen. Ein Zugangspunkt benachrichtigt seine zugeordneten Endknoten, dass er eine neue Datei zum Downlink hat. Der Access Point pausiert dann und wartet auf die Antwort der Endknoten. Sobald vom Benutzer festgelegte Kriterien erfüllt sind (z. B. Anzahl oder Prozentsatz der Teilnehmer, die teilnehmen können, Zeitüberschreitung), beginnt der Zugangspunkt, die Datei in Segmenten herunterzuladen.

Abbildung 2. OTA-Dateiübertragung. Beispiel für die erneute Übertragung von Dateisegmenten. ARQ bis Ende der Übertragung.

OTA-Dateiübertragung

Um den Durchsatz für die Dateiübertragung zu erhöhen, verbindet ein Zugangspunkt mehrere Dateisegmente pro Frame. Dies steht im Gegensatz zu anderen Downlink-Paketen, bei denen ein Zugangspunkt nur entweder nur eine Nachricht pro Knoten pro Frame oder eine Broadcast-Nachricht pro Frame abwärts verbindet. Der Endknoten empfängt und aggregiert alle in einem gegebenen Frame empfangenen Dateisegmente. Sobald ein Zugriffspunkt bereit ist, seine Datei herunterzulinken, sendet er alle Dateisegmente sequentiell und pausiert dann.

In Abbildung 1 endet die Zeitsequenz, nachdem alle Dateisegmente einmal übertragen wurden. Zu diesem Zeitpunkt sendet jeder an der Dateiübertragung teilnehmende Endknoten eine Liste von Dateisegmenten, die von diesem Endknoten nicht erfolgreich empfangen wurden. Der Zugangspunkt stellt dann basierend auf den Anforderungen seiner Endknoten eine Dateisegment-Neuübertragungsliste zusammen. Ein Endknoten kann auch den Zugangspunkt auffordern, alle Dateisegmente erneut zu übertragen. Der Zugangspunkt überträgt die Dateisegmente erneut, und der Vorgang wiederholt sich, bis alle teilnehmenden Knoten den Zugangspunkt über eine erfolgreiche Übertragung benachrichtigen oder ein Fehlerkriterium erfüllt ist.

2 zeigt ein Beispiel für eine erneute Übertragung von Dateisegmenten und einen Knoten, der einen erfolgreichen Dateiempfang meldet. Der Zugangspunkt sendet Dateisegmente als unbestätigte Downlink-Nachrichten. Das ARQ-Schema wird erreicht, wenn Knoten ihre Neuübertragungsanforderungen melden.

Beendigung der OTA-Dateiübertragung

Sobald ein Knoten meldet, dass er die Datei erfolgreich an seinen Zugangspunkt empfangen hat, bleibt er wach, bis er vom Zugangspunkt einen Befehl zum Anwenden der Datei erhält. In Abbildung 2 ist das letzte Ereignis der Zugriffspunkt, der die Dateiübertragung mit dem Befehl „Datei anwenden“ beendet.

Schlussfolgerung

Die OTA-Dateiübertragungsmethode kann verwendet werden, um Anwendungssoftware, Skripte, Einstellungen, Verschlüsselungsschlüssel, Datenbanken oder Firmware-Updates für das Symphony Link-Modul zu übertragen. Es ist eine leistungsstarke Ergänzung zu Symphony Link, die viele Anwendungsfälle in Industrie und Unternehmen ermöglicht.