ZigBee空中下載技術(shù)研究及其優(yōu)化設(shè)計(jì)
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4 驗(yàn)證與分析
4．1 功能驗(yàn)證
為了驗(yàn)證OTA功能，在CC2530F256平臺(tái)上搭建一個(gè)小型樹狀網(wǎng)絡(luò)，并使用Packet Sniffer對(duì)OTA更新時(shí)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抓包分析。4個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)的固件并沒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(shù)，用于驗(yàn)證OTA更新成功。
對(duì)于某些特定應(yīng)用，需要節(jié)點(diǎn)更新固件后能夠保持原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。內(nèi)部Flash的NV區(qū)能夠保存節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)信息，只要在工程添加NV_INIT與NV_RESTORE預(yù)編譯項(xiàng)，節(jié)點(diǎn)在掉電后還能恢復(fù)原來網(wǎng)絡(luò)信息。
對(duì)4個(gè)傳感節(jié)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(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)短地址沒有發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持完整，驗(yàn)證了進(jìn)行OTA鏡像升級(jí)過程中，并不會(huì)對(duì)NV區(qū)進(jìn)行擦除，有利于節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)信息的恢復(fù)。
OTA服務(wù)器被配置為路由器(0x06BC)，對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)(0x0002)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)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(yīng)用層載荷從第4字節(jié)開始記錄了新鏡像的制造商ID(0x5678)、鏡像類型(0x1234)、版本號(hào)(0x00000002)和鏡像塊偏移量。最后1個(gè)字節(jié)記錄了每次傳送最大鏡像塊大小(OTA_MAX_MTU)，默認(rèn)為0x20，即為32字節(jié)。第二條長(zhǎng)幀是OTA服務(wù)器發(fā)送的Image Block Response，載荷記錄格式與前者類似，并在最大鏡像塊大小字節(jié)后面附上32字節(jié)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(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)。
4．2．1 實(shí)驗(yàn)一
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1～6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100 ms，鏡像頁(yè)大小為640字節(jié)。鏡像大小統(tǒng)一為113 KB，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 m。鏡像塊、鏡像頁(yè)請(qǐng)求的傳輸時(shí)間分別如表1、表2所列，響應(yīng)間隔均為100 ms。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/153699.htm
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15．5 ms，OTA服務(wù)器返回鏡像塊響應(yīng)所需時(shí)間實(shí)際為96 ms，來回確認(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(cè)量值207．2 s基本符合。
本文設(shè)計(jì)的鏡像頁(yè)請(qǐng)求中鏡像頁(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)求可以把原來的1 765條請(qǐng)求命令和1 765條確認(rèn)幀減少9／10，共減少3 177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15．5 ms，請(qǐng)求確認(rèn)幀時(shí)間為1．92 ms，節(jié)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(cè)量值207．2-179．6=27．6 s基本符合。
4．2．2 實(shí)驗(yàn)二
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)定最短的響應(yīng)間隔為10 ms，分別測(cè)量不同鏡像頁(yè)大小的單個(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113 KB，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 m。不同鏡像頁(yè)大小下的傳輸時(shí)間如表3所列。
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15．5 ms不變，來回確認(rèn)幀時(shí)間為5．76 ms。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=77 236ms，也與表3中的測(cè)量值77．2 s基本相符。當(dāng)鏡像頁(yè)大小為6 400字節(jié)時(shí)，即請(qǐng)求命令減少到原來的1／100，時(shí)間縮短了50 s，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。
結(jié)語(yǔ)
通過無(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，又可以大大減小網(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10 ms，并把鏡像頁(yè)設(shè)置得足夠大，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的更新時(shí)間可以縮減為27．3 s，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。
評(píng)論