ZigBee空中下载技术研究及其优化设计
4 验证与分析
4．1 功能验证
为了验证OTA功能，在CC2530F256平台上搭建一个小型树状网络，并使用Packet Sniffer对OTA更新时的节点进行抓包分析。4个传感节点的固件并没有添加温度采集功能，所以温度显示为0。在新的固件中添加了温度采集函数，用于验证OTA更新成功。
对于某些特定应用，需要节点更新固件后能够保持原来的网络拓扑结构。内部Flash的NV区能够保存节点的网络信息，只要在工程添加NV_INIT与NV_RESTORE预编译项，节点在掉电后还能恢复原来网络信息。
对4个传感节点进行OTA更新。OTA更新后，温度采集功能成功添加，而且传感节点的网络短地址没有发生变化，网络拓扑结构保持完整，验证了进行OTA镜像升级过程中，并不会对NV区进行擦除，有利于节点网络信息的恢复。
OTA服务器被配置为路由器(0x06BC)，对传感节点(0x0002)进行点对点更新。第一条短帧是子路由向OTA服务器发送Image Block Reque st，应用层载荷从第4字节开始记录了新镜像的制造商ID(0x5678)、镜像类型(0x1234)、版本号(0x00000002)和镜像块偏移量。最后1个字节记录了每次传送最大镜像块大小(OTA_MAX_MTU)，默认为0x20，即为32字节。第二条长帧是OTA服务器发送的Image Block Response，载荷记录格式与前者类似，并在最大镜像块大小字节后面附上32字节镜像块信息，从而完成一个镜像块传输周期。
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。
4．2．1 实验一
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1～6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100 ms，镜像页大小为640字节。镜像大小统一为113 KB，并修改OTA_MAX_MTU大小为64字节。节点与OTA服务器间隔均为5 m。镜像块、镜像页请求的传输时间分别如表1、表2所列，响应间隔均为100 ms。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/153699.htm
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15．5 ms，OTA服务器返回镜像块响应所需时间实际为96 ms，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113KB大小的镜像传送需要1765个周期。总时间为(96+15．5 +5．76)×1765=206 963 ms，这与表1中的测量值207．2 s基本符合。
本文设计的镜像页请求中镜像页大小为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1 765条请求命令和1 765条确认帧减少9／10，共减少3 177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15．5 ms，请求确认帧时间为1．92 ms，节点为1时，共减少时间为(15．5+1．92)×1765×0．9=27 672 ms，此值与表1和表2的测量值207．2-179．6=27．6 s基本符合。
4．2．2 实验二
为了测试镜像页请求在点对点更新情况下的最高效率，设定最短的响应间隔为10 ms，分别测量不同镜像页大小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113 KB，OTA_MAX_MTU大小为64字节，节点与OTA服务器间隔均为5 m。不同镜像页大小下的传输时间如表3所列。
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15．5 ms不变，来回确认帧时间为5．76 ms。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=77 236ms，也与表3中的测量值77．2 s基本相符。当镜像页大小为6 400字节时，即请求命令减少到原来的1／100，时间缩短了50 s，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。
结语
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，又可以大大减小网络的更新流量，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10 ms，并把镜像页设置得足够大，单个节点的更新时间可以缩减为27．3 s，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。
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