ZigBee空中下載技術(shù)研究及其優(yōu)化設(shè)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平臺上搭建一個小型樹狀網(wǎng)絡(luò)，并使用Packet Sniffer對OTA更新時的節(jié)點進行抓包分析。4個傳感節(jié)點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)，用于驗證OTA更新成功。
對于某些特定應(yīng)用，需要節(jié)點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)點的網(wǎng)絡(luò)信息，只要在工程添加NV_INIT與NV_RESTORE預(yù)編譯項，節(jié)點在掉電后還能恢復(fù)原來網(wǎng)絡(luò)信息。
對4個傳感節(jié)點進行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，驗證了進行OTA鏡像升級過程中，并不會對NV區(qū)進行擦除，有利于節(jié)點網(wǎng)絡(luò)信息的恢復(fù)。
OTA服務(wù)器被配置為路由器(0x06BC)，對傳感節(jié)點(0x0002)進行點對點更新。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(0x00000002)和鏡像塊偏移量。最后1個字節(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，從而完成一個鏡像塊傳輸周期。
4．2 效率分析
搭建一個星形網(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，并進行如下兩個實驗。
4．2．1 實驗一
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請求命令，對節(jié)點進行OTA更新。星形網(wǎng)絡(luò)中，通過廣播Image Notify，能夠?qū)Χ喙?jié)點進行批量更新。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分別為1～6個節(jié)點，測量了不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下節(jié)點完成更新傳輸所需的時間。Min與Max分別
指最快與最慢完成更新傳輸?shù)墓?jié)點對應(yīng)的時間，Ave指平均每個節(jié)點完成更新傳輸所需時間(使用Max值計算)。
其中，鏡像頁請求設(shè)置的Response Spacing為100 ms，鏡像頁大小為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)點與OTA服務(wù)器間隔均為5 m。鏡像塊、鏡像頁請求的傳輸時間分別如表1、表2所列，響應(yīng)間隔均為100 ms。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/153699.htm
實驗一中，使用鏡像塊請求，節(jié)點發(fā)送鏡像塊請求所需時間為15．5 ms，OTA服務(wù)器返回鏡像塊響應(yīng)所需時間實際為96 ms，來回確認(rèn)幀時間大概為1．92+3．84=5．76ms。一個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個周期?？倳r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(shè)計的鏡像頁請求中鏡像頁大小為640字節(jié)，每次傳輸鏡像塊大小為64字節(jié)，即節(jié)點發(fā)送1次頁請求可以得到10次塊響應(yīng)。當(dāng)更新1個節(jié)點時，使用鏡像頁請求可以把原來的1 765條請求命令和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)點數(shù)目成比例增長。
對比表1與表2，可以發(fā)現(xiàn)無論節(jié)點數(shù)目為多少，頁請求的平均每個節(jié)點的更新傳輸時間都比塊請求的要短。其中，發(fā)送鏡像頁請求時間為15．5 ms，請求確認(rèn)幀時間為1．92 ms，節(jié)點為1時，共減少時間為(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 實驗二
為了測試鏡像頁請求在點對點更新情況下的最高效率，設(shè)定最短的響應(yīng)間隔為10 ms，分別測量不同鏡像頁大小的單個節(jié)點更新傳輸時間。使用CC2531(支持USB)作為OTA服務(wù)器，能夠縮短服務(wù)器向應(yīng)用控制臺索取鏡像塊數(shù)據(jù)的時間，進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)點與OTA服務(wù)器間隔均為5 m。不同鏡像頁大小下的傳輸時間如表3所列。
實驗二中，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(yīng)所需時間縮短為22．5ms，節(jié)點發(fā)送鏡像頁請求所需時間保持為15．5 ms不變，來回確認(rèn)幀時間為5．76 ms。當(dāng)鏡像頁大小為64字節(jié)時，傳輸所需時間為(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(dāng)鏡像頁大小為6 400字節(jié)時，即請求命令減少到原來的1／100，時間縮短了50 s，更新效率大幅度提高，基本達到了單個節(jié)點更新速度的極限。
結(jié)語
通過無線更新固件，免去了回收更新節(jié)點所需時間，可以達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)計了一種鏡像頁請求更新方式，實驗結(jié)果表明，當(dāng)批量更新整個網(wǎng)絡(luò)時，既可以提高節(jié)點的更新效率，又可以大大減小網(wǎng)絡(luò)的更新流量，并節(jié)省節(jié)點的功耗。當(dāng)進行點對點更新時，如果把響應(yīng)間隔縮減為10 ms，并把鏡像頁設(shè)置得足夠大，單個節(jié)點的更新時間可以縮減為27．3 s，接近單個節(jié)點更新速度的極限。至于使用批量的更新方式還是點對點的更新方式，視具體的應(yīng)用場合而定。
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