การทดลอง: วัดความเร็วการส่งข้อมูลผ่าน ESPNow

วัดความเร็วของ โพรโตคอล ESPNow และอ่านข้อมูลจาก Serial Port ด้วย NodeJS

Published in

Chiang Mai Maker Club

3 min readSep 13, 2017

หลังจากที่เราทดลองใช้ ESPNow กันมาสักระยะนึง ก็ได้ฤกษ์มาวัดความสามารถสูงสุดของตัวโพรโตคอลว่า… จะส่งได้ถี่สุดได้เท่าไหร่ ใช้พลังงานขนาดไหน… แต่บทความนี้จะทดสอบคร่าวๆ เกี่ยวกับความเร็วในการส่งข้อมูลก่อนนะครับ

บทความนี้คงจะเป็นบทความที่น่าเบื่อในสามโลก… มันจะออกแนวโพสไว้เตือนใจ ๕๕๕ ข้อมูลเชิงสถิติ หรือการทดลองที่ละเอียดกว่านี้คงเขียนถึงอีกทีครับ…

ESP-Now คืออะไร?

ESP-Now เป็นโพรโตคอลที่พัฒนาโดย Espressif system ครับ การติดต่อสื่อสารนั้นไม่จำเป็นต้องมีตัวกลางอย่างเช่น Access Point หรือ Router เลยครับ สามารถเชื่อมต่อกันตรงๆได้เลย การเชื่อมต่อกัน สามารถทำได้ทั้งระบุ และไม่ระบุ key ครับ เหมาะสำหรับทำ remote controll สั่งเปิด — ปิด หรี่ไฟเป็นต้น ตัวโพรโตคอลใช้ความถี่ที่ 2.4GHz ครับ การส่งข้อมูลทำได้รวดเร็ว

ความสามารถ

Encrypted and unencrypted unicast communication.
สื่อสารได้ทั้งอุปกรณ์ที่เข้ารหัส และไม่ได้เข้ารหัส
ส่งข้อมูลได้ครั้งละ 250 byte ต่อครั้ง (payload)
มี callback function ที่แจ้งเตือนเมื่อส่งข้อมูลออกไปว่า สำเร็จหรือไม่

ข้อจำกัด

ยังไม่รองรับการสื่อสารแบบ broadcast
จำกัด encrypted peers ได้แค่ 10 เท่านั้น ถ้า unencrypted ได้ถึง 20 ตัวครับ
Payload หิ้วไปได้ครั้งละ 250byte

ผู้ที่สนใจสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ “Introduction to the ESP-Now” นะครับ

ทดลอง รับ — ส่ง — อ่านค่า

บทความนี้จะพูดถึงการทดลองเลยครับ.. ไม่อธิบายโค๊ดแล้วเนอะ พูดกันที่โค๊ดอย่างเดียวเลย… แล้วก็สรุปผลกันเลยครับ ซึ่งการทดลองนี้ Hardware จะใช้ ESPresso Lite 2.0 และ NodeWiFi เป็นตัวทดสอบครับ

ESPresso Lite 2.0 — ESP826 (ซ้าย) NodeWiFi — ESP8285 (ขวา)

Code ฝั่งส่ง (Slave)

โค๊ดไม่มีอะไรมากครับ ให้ delay 2ms นั่นแปลว่า
ใน 1 วินาที จะทำงาน 1000ms/2ms = 500 ครั้งนั่นเองครับ และจะใช้ฟังก์ชั่น esp_now_send ส่งข้อมูลไปยัง master node ครับ

while(1) {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState);
    esp_now_send(master_mac, pkt, sizeof(pkt));
    ledState = !ledState;
    delay(2);
}

การจับเวลา

ผมใช้ Ticker เข้ามาเป็น Timer คอยนับค่าทุกๆ 1 วินาที นับค่าจาก Callback ของ ESPNow โดยที่ไม่สนใจว่าจะ สำเร็จ หรือล้มเหลวครับ…

esp_now_register_send_cb([](uint8_t* macaddr, uint8_t status) {
    recv_counter++;
  });ticker.attach_ms(1000, []() {
      Serial.printf("%d/s\r\n", recv_counter);
      recv_counter = 0;
});

โค๊ดฝั่งรับ (Controller)

โค๊ดฝั่งรับทำเช่นเดียวกันครับ มี Timer ที่ทำงานทุกๆ 1 วินาที.. แล้วก็คอยเคลียร์ค่าที่รับมาได้.. แต่จะพิเศษนิดนึงคือ ถ้ากด GPIO 0 ค้างไว้ตอนโปรแกรมรันอยู่ จะส่งออกไปทาง Serial Port ด้วยครับ

#include <Arduino.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <Ticker.h>
#include "datatypes.h"
extern "C" {
  #include <espnow.h>
  #include <user_interface.h>
}
bool ledState = LOW;
Ticker ticker;#define BUTTON_PIN 0uint32_t freqCounter = 0;;void setup() {
  Serial.begin(230400);
  delay(10);
  Serial.flush();
  WiFi.disconnect();
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);  Serial.print("Initializing... Controller..");
  WiFi.mode(WIFI_STA);ticker.attach_ms(1000, []() {
    Serial.printf("%d/s\r\n", freqCounter);
    freqCounter = 0;
  });if (esp_now_init() == 0) {
    Serial.print("direct link  init ok");
  } else {
    Serial.print("dl init failed");
    ESP.restart();
    return;
  }  esp_now_set_self_role(ESP_NOW_ROLE_CONTROLLER);  esp_now_register_recv_cb([](uint8_t *macaddr, uint8_t *data, uint8_t len) {
    freqCounter++;
    if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {
      Serial.write(data, len);
    }
    digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState);
    ledState = !ledState;
  });
}void loop() {
  yield();
}

Code ฝั่ง Bridge ข้อมูลจาก Serial Port

ส่วนนี้ผมเขียนด้วย NodeJS ครับ… และหลังการทดลองพบว่าเราส่ง packet ขนาด ~41bytes ฝั่ง ESP8266 ทำความเร็วได้ประมาณ 480Hz แบบนิ่งๆเลย แต่ถ้าเขียนออก Serial Port ที่ baudrate 115200 จะส่งข้อมูลไม่ทัน และ WDT Reset เลยครับ จึงต้องปรับขึ้นไปเป็น baudrate 230400 ครับ

var SerialPort = require('serialport');
var Parser = require('binary-parser').Parser;
const Delimiter = SerialPort.parsers.Delimiter;

var port = new SerialPort('/dev/tty.usbserial-A703X2U3', {
  baudRate: 230400
});

const parser = port.pipe(new Delimiter({delimiter: Buffer.from('0d0a', 'hex')}));var packetCounter = 0;
var bytesCounter = 0;

setInterval(function () {
  console.log(packetCounter + ' packet/s data = ' + 
              bytesCounter + ' bytes/s');
  packetCounter = 0;
  bytesCounter = 0;
}, 1000);

parser.on('data', function (data) {
  bytesCounter += data.length;
  if (data[0] === 0xff && data[1] === 0xfa) {
    packetCounter++;
  } else {
    console.log(data.toString());
  }
});

ผลการรันโปรแกรม

ถ้าไม่กด GPIO0 นั่นคือ ไม่ให้ทำ I/O Serial.write ความถี่ที่ทำได้คือ ~480Hz ค่อนข้างนิ่งเลย

480/s480/s480/s481/s479/s480/s481/s

แต่พอกด GPIO0 แล้วก็พบว่า ความเร็วในการรับข้อมูลจาก ESPNow ยังคงได้ 480packets/s นั่นคือ 19680 bytes/sแต่ข้อมูลจาก Serial Port มีความไม่สม่ำเสมออยู่บ้าง.. ตามข้อมูลข้างล่าง…

369 packet/s data = 15134 bytes/s461 packet/s data = 18906 bytes/s553 packet/s data = 22678 bytes/s395 packet/s data = 16200 bytes/s558 packet/s data = 22883 bytes/s461 packet/s data = 18906 bytes/s431 packet/s data = 17676 bytes/s553 packet/s data = 22678 bytes/s439 packet/s data = 18004 bytes/s

บทสรุป

วันนี้เราทดสอบโพรโตคอล ESPNow รับส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง ขนาด packet ประมาณ 41bytes พยายามส่งข้อมูล ทุกๆ 2ms (500Hz)

พบว่าส่งได้ประมาณ 480Hz แล้วก็ส่งผ่าน SerialPort ที่ Baudrate 230400 ได้ความเร็วประมาณ 19229.444 B/s (เฉลี่ยนิดเดียวนะครับ)

ก็ประมาณนี้ก่อนครับ…