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ZigBee空中下载技术研究及其优化设计

2014-12-15 15:06
默菲
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  4. 2效率分析

  搭建一个星形网络,把OTA服务器配置成协调器,把所有OTA客户端配置成节点,并进行如下两个实验。

  实验一(测试数据如表1、表2所示):为了对比分析两种更新手段的效率,分别使用镜像块请求命令与镜像页请求命令,对节点进行OTA更新。星形网络中,通过广播Image Notify,能够对多节点进行批量更新。网络规模分别为1个节点到6个节点,测量了不同规模网络下节点完成更新传输所需的时间。Min与Max分别指最快与最慢完成更新传输的节点对应的时间,Ave指平均每个节点完成更新传输所需时间(使用Max值计算)。其中镜像页请求设置的Response Spacing为100ms,Page size为640字节。镜像大小统一为113K字节,并修改OTA_MAX_MTU大小为64字节。节点与OTA服务器间隔均为5米。

ZigBee空中下载技术研究及其优化设计

  实验二(测试数据如表3所示):为了测试镜像页请求在点对点更新情况下的最高效率,设定最短的Response Spacing为10ms,分别测量不同Page Size下的单个节点更新传输时间。使用CC2531(支持USB)作为OTA服务器,能够缩短服务器向应用控制台索取镜像块数据的时间,进一步加快更新传输效率。镜像大小统一为113K字节,OTA_MAX_MTU大小为64字节,节点与OTA服务器间隔均为5米。

ZigBee空中下载技术研究及其优化设计

  表3 不同镜像页大小下的传输时间(Response Spacing = 10ms)

  实验一中,使用镜像块请求,节点发送镜像块请求所需时间为15.5ms,OTA服务器返回镜像块响应所需时间实际为96ms左右,来回确认帧时间大概为1.92+3.84=5.76ms。一个更新周期传输镜像块大小为64字节,完成113K字节大小的镜像传送需要1765个周期。总时间为(96+15.5+5.76)*1765=206963ms,这与表1测量值207.2基本符合。本文设计的镜像页请求,镜像页大小为640字节,每次传输镜像块大小为64字节,即节点发送1次页请求可以得到10次块响应。当更新1个节点时,使用镜像页请求可以把原来的1765条请求命令和1765条确认帧减少十分之九,共减少3177条传输帧。减少的传输帧数量随着节点数目成比例增长。对比表1与表2,可以发现无论节点数目为多少,页请求的平均每个节点的更新传输时间都比块请求的要短。其中发送镜像页请求时间为15.5ms,请求确认帧时间为1.92ms,节点为1时,共减少时间为(15.5+1.92)*1765*0.9=27672ms,此值与表1表2的测量值207.2-179.6=27.6s基本符合。

  实验二中,由于采用了支持USB的CC2531,能够把OTA服务器返回的镜像块响应所需时间缩短为22.5ms,节点发送镜像页请求所需时间保持为15.5ms不变,来回确认帧时间为5.76ms。当镜像页大小为64字节时,传输所需时间为(22.5+15.5+5.76)*1765=77236ms,也与表3的测量值77.2基本相符。当镜像页大小为6400字节时候,即请求命令减少到原来的百分之一,时间缩短了50s,更新效率大幅度提高,基本达到了单个节点更新速度的极限。

  5. 结论

  介绍了一种基于ZigBee的空中下载技术,非常适用于短距离的无线传感网络应用场合。通过无线更新固件,免去了回收更新节点所需时间,可以达到更新完成后不破坏当前网络拓扑结构的效果。另外,在Z-Stack协议栈设计了一种镜像页请求更新方式,实验结果表明,当批量更新整个网络时,既可以提高节点的更新效率,又可以大大减少网络的更新流量,并节省节点的功耗;当进行点对点更新时,如果把响应间隔缩减为10ms,并把镜像页设置为足够大,单个节点的更新时间可以缩减为27.3s,接近单个节点更新速度的极限。至于使用批量的更新方式还是点对点的更新方式,视具体的应用场合而定。

  参考文献

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