ZigBee空中下載技術(shù)研究及其優(yōu)化設計
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4 驗證與分析
4．1 功能驗證
為了驗證OTA功能，在CC2530F256平臺上搭建一個(gè)小型樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )，并使用Packet Sniffer對OTA更新時(shí)的節點(diǎn)進(jìn)行抓包分析。4個(gè)傳感節點(diǎn)的固件并沒(méi)有添加溫度采集功能，所以溫度顯示為0。在新的固件中添加了溫度采集函數，用于驗證OTA更新成功。
對于某些特定應用，需要節點(diǎn)更新固件后能夠保持原來(lái)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。內部Flash的NV區能夠保存節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )信息，只要在工程添加NV_INIT與NV_RESTORE預編譯項，節點(diǎn)在掉電后還能恢復原來(lái)網(wǎng)絡(luò )信息。
對4個(gè)傳感節點(diǎn)進(jìn)行OTA更新。OTA更新后，溫度采集功能成功添加，而且傳感節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )短地址沒(méi)有發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò )拓撲結構保持完整，驗證了進(jìn)行OTA鏡像升級過(guò)程中，并不會(huì )對NV區進(jìn)行擦除，有利于節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )信息的恢復。
OTA服務(wù)器被配置為路由器(0x06BC)，對傳感節點(diǎn)(0x0002)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)更新。第一條短幀是子路由向OTA服務(wù)器發(fā)送Image Block Reque st，應用層載荷從第4字節開(kāi)始記錄了新鏡像的制造商ID(0x5678)、鏡像類(lèi)型(0x1234)、版本號(0x00000002)和鏡像塊偏移量。最后1個(gè)字節記錄了每次傳送最大鏡像塊大小(OTA_MAX_MTU)，默認為0x20，即為32字節。第二條長(cháng)幀是OTA服務(wù)器發(fā)送的Image Block Response，載荷記錄格式與前者類(lèi)似，并在最大鏡像塊大小字節后面附上32字節鏡像塊信息，從而完成一個(gè)鏡像塊傳輸周期。
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)調器，把所有OTA客戶(hù)端配置成節點(diǎn)，并進(jìn)行如下兩個(gè)實(shí)驗。
4．2．1 實(shí)驗一
為了對比分析兩種更新手段的效率，分別使用鏡像塊請求命令與鏡像頁(yè)請求命令，對節點(diǎn)進(jìn)行OTA更新。星形網(wǎng)絡(luò )中，通過(guò)廣播Image Notify，能夠對多節點(diǎn)進(jìn)行批量更新。網(wǎng)絡(luò )規模分別為1～6個(gè)節點(diǎn)，測量了不同規模網(wǎng)絡(luò )下節點(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的節點(diǎn)對應的時(shí)間，Ave指平均每個(gè)節點(diǎn)完成更新傳輸所需時(shí)間(使用Max值計算)。
其中，鏡像頁(yè)請求設置的Response Spacing為100 ms，鏡像頁(yè)大小為640字節。鏡像大小統一為113 KB，并修改OTA_MAX_MTU大小為64字節。節點(diǎn)與OTA服務(wù)器間隔均為5 m。鏡像塊、鏡像頁(yè)請求的傳輸時(shí)間分別如表1、表2所列，響應間隔均為100 ms。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/153699.htm
實(shí)驗一中，使用鏡像塊請求，節點(diǎn)發(fā)送鏡像塊請求所需時(shí)間為15．5 ms，OTA服務(wù)器返回鏡像塊響應所需時(shí)間實(shí)際為96 ms，來(lái)回確認幀時(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，完成113KB大小的鏡像傳送需要1765個(gè)周期?？倳r(shí)間為(96+15．5 +5．76)×1765=206 963 ms，這與表1中的測量值207．2 s基本符合。
本文設計的鏡像頁(yè)請求中鏡像頁(yè)大小為640字節，每次傳輸鏡像塊大小為64字節，即節點(diǎn)發(fā)送1次頁(yè)請求可以得到10次塊響應。當更新1個(gè)節點(diǎn)時(shí)，使用鏡像頁(yè)請求可以把原來(lái)的1 765條請求命令和1 765條確認幀減少9／10，共減少3 177條傳輸幀。減少的傳輸幀數量隨著(zhù)節點(diǎn)數目成比例增長(cháng)。
對比表1與表2，可以發(fā)現無(wú)論節點(diǎn)數目為多少，頁(yè)請求的平均每個(gè)節點(diǎn)的更新傳輸時(shí)間都比塊請求的要短。其中，發(fā)送鏡像頁(yè)請求時(shí)間為15．5 ms，請求確認幀時(shí)間為1．92 ms，節點(diǎn)為1時(shí)，共減少時(shí)間為(15．5+1．92)×1765×0．9=27 672 ms，此值與表1和表2的測量值207．2-179．6=27．6 s基本符合。
4．2．2 實(shí)驗二
為了測試鏡像頁(yè)請求在點(diǎn)對點(diǎn)更新情況下的最高效率，設定最短的響應間隔為10 ms，分別測量不同鏡像頁(yè)大小的單個(gè)節點(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)器向應用控制臺索取鏡像塊數據的時(shí)間，進(jìn)一步加快更新傳輸效率。鏡像大小統一為113 KB，OTA_MAX_MTU大小為64字節，節點(diǎn)與OTA服務(wù)器間隔均為5 m。不同鏡像頁(yè)大小下的傳輸時(shí)間如表3所列。
實(shí)驗二中，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所需時(shí)間縮短為22．5ms，節點(diǎn)發(fā)送鏡像頁(yè)請求所需時(shí)間保持為15．5 ms不變，來(lái)回確認幀時(shí)間為5．76 ms。當鏡像頁(yè)大小為64字節時(shí)，傳輸所需時(shí)間為(22．5+15．5+5．76)×1765=77 236ms，也與表3中的測量值77．2 s基本相符。當鏡像頁(yè)大小為6 400字節時(shí)，即請求命令減少到原來(lái)的1／100，時(shí)間縮短了50 s，更新效率大幅度提高，基本達到了單個(gè)節點(diǎn)更新速度的極限。
結語(yǔ)
通過(guò)無(wú)線(xiàn)更新固件，免去了回收更新節點(diǎn)所需時(shí)間，可以達到更新完成后不破壞當前網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的效果。另外，在Z-Stack協(xié)議棧設計了一種鏡像頁(yè)請求更新方式，實(shí)驗結果表明，當批量更新整個(gè)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，既可以提高節點(diǎn)的更新效率，又可以大大減小網(wǎng)絡(luò )的更新流量，并節省節點(diǎn)的功耗。當進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)更新時(shí)，如果把響應間隔縮減為10 ms，并把鏡像頁(yè)設置得足夠大，單個(gè)節點(diǎn)的更新時(shí)間可以縮減為27．3 s，接近單個(gè)節點(diǎn)更新速度的極限。至于使用批量的更新方式還是點(diǎn)對點(diǎn)的更新方式，視具體的應用場(chǎng)合而定。
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