4. 2效率分析
搭建一個星形網絡,把OTA服務器配置成協調器,把所有OTA客戶端配置成節點,并進行如下兩個實驗。
實驗一(測試數據如表1、表2所示):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,對節點進行OTA更新。星形網絡中,通過廣播Image Notify,能夠對多節點進行批量更新。網絡規模分別為1個節點到6個節點,測量了不同規模網絡下節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的節點對應的時間,Ave指平均每個節點完成更新傳輸所需時間(使用Max值計算)。其中鏡像頁請求設置的Response Spacing為100ms,Page size為640字節。鏡像大小統一為113K字節,并修改OTA_MAX_MTU大小為64字節。節點與OTA服務器間隔均為5米。
表1 鏡像塊請求的傳輸時間(響應間隔= 100ms)
網絡節點數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 鏡像頁請求的傳輸時間(響應間隔= 100ms)
網絡節點數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
實驗二(測試數據如表3所示):為了測試鏡像頁請求在點對點更新情況下的最高效率,設定最短的Response Spacing為10ms,分別測量不同Page Size下的單個節點更新傳輸時間。使用CC2531(支持USB)作為OTA服務器,能夠縮短服務器向應用控制臺索取鏡像塊數據的時間,進一步加快更新傳輸效率。鏡像大小統一為113K字節,OTA_MAX_MTU大小為64字節,節點與OTA服務器間隔均為5米。
表3 不同鏡像頁大小下的傳輸時間(Response Spacing = 10ms)
Page Size/byte64
(1)128
(1/2)192
(1/3)256
(1/4)320
(1/5)640
(1/10)1024
(1/16)3200
(1/50)6400
(1/100)
Time/s77.253.746.243.436.431.529.928.327.3
實驗一中,使用鏡像塊請求,節點發送鏡像塊請求所需時間為15.5ms,OTA服務器返回鏡像塊響應所需時間實際為96ms左右,來回確認幀時間大概為1.92+3.84=5.76ms。一個更新周期傳輸鏡像塊大小為64字節,完成113K字節大小的鏡像傳送需要1765個周期。總時間為(96+15.5+5.76)*1765=206963ms,這與表1測量值207.2基本符合。本文設計的鏡像頁請求,鏡像頁大小為640字節,每次傳輸鏡像塊大小為64字節,即節點發送1次頁請求可以得到10次塊響應。當更新1個節點時,使用鏡像頁請求可以把原來的1765條請求命令和1765條確認幀減少十分之九,共減少3177條傳輸幀。減少的傳輸幀數量隨著節點數目成比例增長。對比表1與表2,可以發現無論節點數目為多少,頁請求的平均每個節點的更新傳輸時間都比塊請求的要短。其中發送鏡像頁請求時間為15.5ms,請求確認幀時間為1.92ms,節點為1時,共減少時間為(15.5+1.92)*1765*0.9=27672ms,此值與表1表2的測量值207.2-179.6=27.6s基本符合。
實驗二中,由于采用了支持USB的CC2531,能夠把OTA服務器返回的鏡像塊響應所需時間縮短為22.5ms,節點發送鏡像頁請求所需時間保持為15.5ms不變,來回確認幀時間為5.76ms。當鏡像頁大小為64字節時,傳輸所需時間為(22.5+15.5+5.76)*1765=77236ms,也與表3的測量值77.2基本相符。當鏡像頁大小為6400字節時候,即請求命令減少到原來的百分之一,時間縮短了50s,更新效率大幅度提高,基本達到了單個節點更新速度的極限。
5. 結論
介紹了一種基于ZigBee的空中下載技術,非常適用于短距離的無線傳感網絡應用場合。通過無線更新固件,免去了回收更新節點所需時間,可以達到更新完成后不破壞當前網絡拓撲結構的效果。另外,在Z-Stack協議棧設計了一種鏡像頁請求更新方式,實驗結果表明,當批量更新整個網絡時,既可以提高節點的更新效率,又可以大大減少網絡的更新流量,并節省節點的功耗;當進行點對點更新時,如果把響應間隔縮減為10ms,并把鏡像頁設置為足夠大,單個節點的更新時間可以縮減為27.3s,接近單個節點更新速度的極限。至于使用批量的更新方式還是點對點的更新方式,視具體的應用場合而定。
評論
查看更多