[发明专利]基于智能家居环境中ZigBee固件升级的镜像文件轻便解压算法

说明书

基于ZigBee技术的智能家居终端固件升级镜像轻便解压算法的设计，属于智能物联网领域。智能家居的家庭网关将固件镜像文件经过哈夫曼编码压缩传输至ZigBee终端，终端嵌入式设备需要将其解压并更新现有固件。本发明针对资源有限的ZigBee嵌入式终端节点设计一种基于哈夫曼树，寻找一条汉密尔顿回路进而构造一种特定的解压数组对压缩文件的比特流进行轻便解码的算法。该算法的哈夫曼树占用的空间比传统顺序存储和链表式存储的数据存储结构都要小，另外经实验验证解码时间消耗要比遍历编码表缩减近20倍。本发明的解码数组的生成方法和解码算法的设计是一种创新。

技术领域

本发明涉及在智能家居环境中的ZigBee节点固件升级过程实现一种对镜像文件轻便的解压缩算法，具体涉及一种对于已经被哈夫曼编码压缩的ZigBee固件升级镜像文件，在ZigBee智能节点对其进行解压缩处理，属于智能物联网领域。

背景技术

现代科学技术使个人的生活环境更加方便，舒适，自动和安全。智能家居逐渐走进了人们的生活。文献 1：Han D M, Lim J H. Smart Home Energy Management Systemusing IEEE 802.15.4 and ZigBee [J]. Consumer Electronics, IEEE Transactionson, 2010, 56[3]: 1403-1410.提出智能家居是一个家庭监控系统具有安装简单、操作方便的特点。在智能家居环境中有许多技术都在被广泛应用，例如蓝牙，WIFI，6LoWPAN，ZigBee等。 ZigBee技术的特点是近距离，低复杂性，自组织，低功耗和低的数据速率因而被广泛用于自动控制，远程控制和各种嵌入式设备。因此本文选择ZigBee技术作为支持技术来搭建智能家居环境。由于ZigBee终端节点的资源有限，如存储器大小，通信带宽和处理能力等方面因素，如何能够完成资源节约型的固件更新成为一种挑战。通常使用的方法是将升级所需的镜像文件在发送传输之前进行压缩，在智能ZigBee端点进行固件镜像的解压缩并用它来升级芯片当前的应用程序。镜像发送者通常是资源相对丰富的家庭网关。相比之下的接收机端，即ZigBee的端点却是资源有限的嵌入式芯片。如图1.所示，基于ZigBee技术的智能家居环境包含一个智能家居网关，一是ZigBee网络加密狗节点与网关通过有线连接，同时与其它ZigBee端点无线连接。固件映像将在家庭网关压缩并通过ZigBee加密狗传输至需要升级的ZigBee端点。 ZigBee的端点解压缩新固件并且替换原来的程序代码来完成整个更新过程。

因此ZigBee的固件更新中的一个挑战就是如何使解压过程中使用尽可能少的资源成为可能。本文的目的是设计一个灵活轻便的解压缩算法，以满足有限的资源固件升级情况。文献 2：D. Huffman, “A method for the construction of minimum redundancycode”, Proc. IRE, vol. 40, pp. 1098-1101, 1952. 提出Huffman编码是一个非常典型的压缩编码技术，本发明决定先使用哈夫曼编码来对压缩固件映像，然后ZigBee加密狗将其广播到ZigBee网络，随后ZigBee终端使用灵活的算法来解压Huffman编码压缩的固件镜像。主要工作集中在端点如何有效地解压镜像。