提升Zigbee速度，优化传输算法，1300+字节每秒.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.48M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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打通 zigbee 传输速度的任督二脉 2013 年 10 月 14 日前言： Zigbee 是一个短距离，低功耗，低速率的通信协议，其优势是拥有强大的组网能力。了解其特性的人都知道，zigbee 每次发送一包无线数据，其最大应用数据段是非常少，差不多只有 100 来个字节。并且由于在 zigbee 网络中所有的数据都是经过父节点转发的，从而导致延迟非常大。应用现状：由于其低速率的特性，目前大部分应用都只在开关量的传递这个范畴。如果提升了 zigbee 的传输速度，无疑是能够扩展它的应用范围的。例如可以用在 zigbee 模块对宿主机器远程代码升级。 Zigbee 低速度的原因： 1、每个无线数据包只有 100 来个字节，不能通过加大这个大小来提升速度。我尝试过使能 zigbee 的发送大数据包的宏来提升速度，最终结果显示速度并没有提升。 2、每一包数据都是通过父节点转发，包括回应数据，这样会导致数据的延迟比较大。使用跳过路由的方式传递是可以不通过父节点转发，但是会出现距离如果太远而对方接收不到的问题，所以延迟无法避免。那么如何提升 zigbee 的传输速度呢？通过下面的几个生活中的例子，相信很快就有答案。例一： 1 一个水龙头，一个桶，一个人，一个等待接水但是离水龙头很远的大水缸。现在要将大水缸的水装满，怎么办？作者微博：子曰好流弊地址：http://weibo.com/haoliubi

当然是把桶里打满水，然后提到大水缸里面，然后一桶一桶的搬运，直到装满。对应于我们的 zigbee 现状，和例一非常相近。搬运的工具是一个大小一定的桶，zigbee 中就是 100 字节的无线数据包。然后就是距离远，导致搬运一桶水需要时间。对应到 zigbee，也就是传输时间延迟大。经过测试，zigbee 采用这个算法的可靠传输大约在 200~260 字节每秒之间。然而 zigbee 就只能采用这种一桶一桶运送，而没有提速空间了吗？当然不是，我们需要利用好 zigbee 的其他资源，有一个重要的资源就是它的板载内存空间。请看例二：一个水龙头，一个挨着水龙头的蓄水池，一个桶，一个人，一个等待接水但是离水龙头很远的大水缸。现在要怎么装满水缸呢？很明显，先打开水龙头，向蓄水池里面放水，然后用桶去提水，搬运到大水缸里。和例一相比，省下的时间在哪呢？那就是蓄水时间。在例一中，我们每次搬完水后，都要等水龙头去放满我们的桶，然后才能搬运，而现在不用了，直接到蓄水池里提水。省掉了部分时间。对应于 zigbee，蓄水池就是 zigbee 的板载内存，这个内存有大小限制，但是几百个字节肯定是有的。采用这个方式去传输，速度肯定有很提升。测试算法结果，可靠速度大概在 300~400 字节每秒左右。然而，即使是这个速度，我相信大家肯定一致认为太慢。以代码升级为例，一个普通的 ARM7 的运行代码，大概在 20KB 左右，预计得一分钟才能升级完成。那么还有没有提升速度的空间呢，浪费的时间怎么利用？答案是肯定提升的，既然硬件已经不能改变，性能不能再提升了（100 字节的包大小，板载 2 缓存），那就从算法上下手，把浪费的时间利用上。作者微博：子曰好流弊地址：http://weibo.com/haoliubi

请看例三：一个水龙头，一个挨着水龙头的蓄水池，三个桶，三个人，一个等待接水但是离水龙头很远的大水缸。现在要怎么装满水缸呢？答案很明显，三个人每人从蓄水池提一桶水，然后按顺序通过去往水缸的路，然后把水倒进水缸，回来继续，直到水缸装满。例子中的通往水缸的路，就好比无线通道，只能一个一个的过，不能同时。我们分析一下这个例子中，浪费的时间是怎么利用的呢？原来一个人搬一桶水出去后，很长时间都在等待他搬完回来。而现在我们却通过三个人的搬运，利用各自的时间空隙，去搬运水。可以想象的效果是，刚开始，第一个人提水，另外两个等他提好水。然后第一个人提水出去了，第二个人开始提水。接下来第二个人提水出去，第三个人开始提水，这时第一个人搬水回来了。然后又重复上面的步骤进行。这样达到的最好效果就是，从蓄水池提一桶水出来的同时，水缸刚刚就倒进了一桶水。浪费的时间大大的缩短。这让我想起魔兽争霸里面，五个农民在金矿取黄金的画面，魔兽玩家们都懂的。对应到 zigbee，三个人就好似三个发送大小为 100 字节的窗口，发送第一个窗口的数据，第二个窗口就出发了。第二个窗口出发后，第一个窗口的回应到了，第三个窗口又出发了。然后依次循环，直到结束。这个算法很类似于网络通信中的一个可靠算法，名叫 GBN 协议。因为 zigbee 协议栈本身可能没有这么多的 Api 来实现全部的功能，但是只实现例子三，是没有问题的。我在一个 zigbee 项目中实现了这个通信流程，将最终的可靠通信速度定格在 1300 字节每秒左右。我测试过 TI 官方的 OTA 升级程序，120KB 的代码，升级大概需要 8 分钟左右，这个速度是很难接受的。而如果速度为 1300 字节，那么升级时间就可以减少到一分半。 3 结束语如果大家有什么疑问，可以通过我新浪微博向我提问。如果对我的代码感兴趣，可以在微作者微博：子曰好流弊地址：http://weibo.com/haoliubi

博里给我留言。我的微博地址是：http://weibo.com/haoliubi 下期预告：使用快速通信远程为 ZigBee 模块升级（名字待定，以实际为准）。具体算法的实现，可以参考 GBN 算法。如下图：图 1 运行中的 GBN 协议 4 作者微博：子曰好流弊地址：http://weibo.com/haoliubi

这是我的 Zigbee 应用模型：图 2 应用模型运行中的应用模型：图 3 运行中的应用模型 5 作者微博：子曰好流弊地址：http://weibo.com/haoliubi

下图是我的运行速度测试结果，测试软件是自己使用 Qt 编写：图 4 通信速度 6 作者微博：子曰好流弊地址：http://weibo.com/haoliubi

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