- 分享：ZigBee空中下載技術(shù)研究及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　4. 2效率分析

　　搭建一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)，把OTA服務(wù)器配置成協(xié)調(diào)器，把所有OTA客戶端配置成節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

　　實(shí)驗(yàn)一（測(cè)試數(shù)據(jù)如表1、表2所示）：為了對(duì)比分析兩種更新手段的效率，分別使用鏡像塊請(qǐng)求命令與鏡像頁(yè)請(qǐng)求命令，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行OTA更新。星形網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)廣播Image Notify，能夠?qū)Χ喙?jié)點(diǎn)進(jìn)行批量更新。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分別為1個(gè)節(jié)點(diǎn)到6個(gè)節(jié)點(diǎn)，測(cè)量了不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下節(jié)點(diǎn)完成更新傳輸所需的時(shí)間。Min與Max分別指最快與最慢完成更新傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，Ave指平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成更新傳輸所需時(shí)間（使用Max值計(jì)算）。其中鏡像頁(yè)請(qǐng)求設(shè)置的Response Spacing為100ms，Page size為640字節(jié)。鏡像大小統(tǒng)一為113K字節(jié)，并修改OTA_MAX_MTU大小為64字節(jié)。節(jié)點(diǎn)與OTA服務(wù)器間隔均為5米。

　　表1 鏡像塊請(qǐng)求的傳輸時(shí)間（響應(yīng)間隔= 100ms）

　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)123456

　　Min. Time/s207.2209.3214.4217.5221.4230.0

　　Max. Time/s207.2209.3214.4217.5222.9231.7

　　Ave. Time/s207.2104.771.554.444.638.6

　　表2 鏡像頁(yè)請(qǐng)求的傳輸時(shí)間（響應(yīng)間隔= 100ms）

　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)123456

　　Min. Time/s179.6108.1180.6181.3182.6184.0

　　Max. Time/s179.6180.1180.6181.3184.7193.0

　　Ave. Time/s179.690.160.245.336.932.7

　　實(shí)驗(yàn)二（測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示）：為了測(cè)試鏡像頁(yè)請(qǐng)求在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)更新情況下的最高效率，設(shè)定最短的Response Spacing為10ms，分別測(cè)量不同Page Size下的單個(gè)節(jié)點(diǎn)更新傳輸時(shí)間。使用CC2531（支持USB）作為OTA服務(wù)器，能夠縮短服務(wù)器向應(yīng)用控制臺(tái)索取鏡像塊數(shù)據(jù)的時(shí)間，進(jìn)一步加快更新傳輸效率。鏡像大小統(tǒng)一為113K字節(jié)，OTA_MAX_MTU大小為64字節(jié)，節(jié)點(diǎn)與OTA服務(wù)器間隔均為5米。

　　表3 不同鏡像頁(yè)大小下的傳輸時(shí)間（Response Spacing = 10ms）

　　Page Size/byte64

　　（1）128

　?。?/2）192

　?。?/3）256

　　（1/4）320

　?。?/5）640

　?。?/10）1024

　?。?/16）3200

　　（1/50）6400

　?。?/100）

　　Time/s77.253.746.243.436.431.529.928.327.3

　　實(shí)驗(yàn)一中，使用鏡像塊請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏡像塊請(qǐng)求所需時(shí)間為15.5ms，OTA服務(wù)器返回鏡像塊響應(yīng)所需時(shí)間實(shí)際為96ms左右，來(lái)回確認(rèn)幀時(shí)間大概為1.92+3.84=5.76ms。一個(gè)更新周期傳輸鏡像塊大小為64字節(jié)，完成113K字節(jié)大小的鏡像傳送需要1765個(gè)周期。總時(shí)間為（96+15.5+5.76）*1765=206963ms，這與表1測(cè)量值207.2基本符合。本文設(shè)計(jì)的鏡像頁(yè)請(qǐng)求，鏡像頁(yè)大小為640字節(jié)，每次傳輸鏡像塊大小為64字節(jié)，即節(jié)點(diǎn)發(fā)送1次頁(yè)請(qǐng)求可以得到10次塊響應(yīng)。當(dāng)更新1個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，使用鏡像頁(yè)請(qǐng)求可以把原來(lái)的1765條請(qǐng)求命令和1765條確認(rèn)幀減少十分之九，共減少3177條傳輸幀。減少的傳輸幀數(shù)量隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目成比例增長(zhǎng)。對(duì)比表1與表2，可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論節(jié)點(diǎn)數(shù)目為多少，頁(yè)請(qǐng)求的平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)的更新傳輸時(shí)間都比塊請(qǐng)求的要短。其中發(fā)送鏡像頁(yè)請(qǐng)求時(shí)間為15.5ms，請(qǐng)求確認(rèn)幀時(shí)間為1.92ms，節(jié)點(diǎn)為1時(shí)，共減少時(shí)間為（15.5+1.92）*1765*0.9=27672ms，此值與表1表2的測(cè)量值207.2-179.6=27.6s基本符合。

　　實(shí)驗(yàn)二中，由于采用了支持USB的CC2531，能夠把OTA服務(wù)器返回的鏡像塊響應(yīng)所需時(shí)間縮短為22.5ms，節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏡像頁(yè)請(qǐng)求所需時(shí)間保持為15.5ms不變，來(lái)回確認(rèn)幀時(shí)間為5.76ms。當(dāng)鏡像頁(yè)大小為64字節(jié)時(shí)，傳輸所需時(shí)間為（22.5+15.5+5.76）*1765=77236ms，也與表3的測(cè)量值77.2基本相符。當(dāng)鏡像頁(yè)大小為6400字節(jié)時(shí)候，即請(qǐng)求命令減少到原來(lái)的百分之一，時(shí)間縮短了50s，更新效率大幅度提高，基本達(dá)到了單個(gè)節(jié)點(diǎn)更新速度的極限。

　　5. 結(jié)論

　　介紹了一種基于ZigBee的空中下載技術(shù)，非常適用于短距離的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)合。通過(guò)無(wú)線更新固件，免去了回收更新節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間，可以達(dá)到更新完成后不破壞當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的效果。另外，在Z-Stack協(xié)議棧設(shè)計(jì)了一種鏡像頁(yè)請(qǐng)求更新方式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)批量更新整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，既可以提高節(jié)點(diǎn)的更新效率，又可以大大減少網(wǎng)絡(luò)的更新流量，并節(jié)省節(jié)點(diǎn)的功耗；當(dāng)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)更新時(shí)，如果把響應(yīng)間隔縮減為10ms，并把鏡像頁(yè)設(shè)置為足夠大，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的更新時(shí)間可以縮減為27.3s，接近單個(gè)節(jié)點(diǎn)更新速度的極限。至于使用批量的更新方式還是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的更新方式，視具體的應(yīng)用場(chǎng)合而定。