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2.4G的ZigBee如何能與WiFi相容?

發(fā)布時(shí)間:2015-04-28 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】小米的智能套裝中包括門(mén)窗傳感器、無(wú)線開(kāi)關(guān)、多功能網(wǎng)關(guān)、和人體傳感器。采用工業(yè)級(jí)ZigBee射頻芯片進(jìn)行組網(wǎng)通訊。而WiFi技術(shù)將多功能網(wǎng)關(guān)接入到其他設(shè)備中。

2.4G的ZigBee如何能與WiFi相容?
圖1
 
在上圖中,我們可以看到小米的多功能網(wǎng)關(guān)將ZigBee芯片JN5168和Wi-Fi模塊集成到一個(gè)小小的電路板上。這個(gè)ZigBee方案和ZM5168的ZigBee模塊是同一個(gè)方案,我們通過(guò)查詢(xún)ZM5168的產(chǎn)品介紹知道,這個(gè)芯片使用的ZigBee頻道是全球免費(fèi)頻道2.4GHz。Zigbee協(xié)議802.15.4標(biāo)準(zhǔn)把2.4 GHz 的ISM頻段劃分為16 個(gè)信道,每個(gè)信道帶寬為2 MHz,ZigBee頻譜列表如下所示

2.4G的ZigBee如何能與WiFi相容?
圖2
 
Wi-Fi 在802.11b/g的標(biāo)準(zhǔn)的工作頻段為2.4GHz(2.4GHz-2.4888GHz),劃分為14個(gè)信道,每個(gè)信道帶寬為22MHz , Wi-Fi頻譜列表如下所示:

2.4G的ZigBee如何能與WiFi相容?
圖3
 
從ZigBee與Wi-Fi工作時(shí)的頻譜我們可以看到,他們工作的頻率是互相沖突的。在前人的研究中,我們知道,Wi-Fi干擾的存在導(dǎo)致ZigBee網(wǎng)絡(luò)丟包率高達(dá)58%,從發(fā)射功率、CSMA機(jī)制的回退時(shí)間、數(shù)據(jù)幀間隔這些參數(shù),都可以看出Wi-Fi節(jié)點(diǎn)在獲取信道方面具有壓倒性?xún)?yōu)勢(shì),因而對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通訊性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

那么,類(lèi)似如小米智能家庭套裝網(wǎng)關(guān)將WiFi和ZigBee在一起工作的智能網(wǎng)關(guān),是如何實(shí)現(xiàn)ZigBee與Wi-Fi共存的呢?這是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題,并直接影響著ZigBee網(wǎng)絡(luò)能否在智能家居普及的重要因素。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,小編提出幾點(diǎn)個(gè)人看法,供大家參考。

解決辦法一:智能網(wǎng)關(guān)里面的ZigBee網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi采用分時(shí)通訊機(jī)制,避開(kāi)沖突。并在通訊時(shí)將智能網(wǎng)關(guān)盡量遠(yuǎn)離Wi-Fi路由器,通過(guò)電磁波在空氣中傳輸時(shí)的衰減,來(lái)減少路由器Wi-Fi信號(hào)對(duì)ZigBee信號(hào)的干擾。

解決方法二:方法一只是在物理上解決Wi-Fi信號(hào)對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的干擾,但是在實(shí)際應(yīng)用中,智能網(wǎng)關(guān)和路由器的距離是不可控的,或者是由使用者的使用習(xí)慣和家庭布局決定的,那么我們就只有通過(guò)ZigBee的抗干擾算法,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)避Wi-Fi信號(hào)對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的干擾。

這里小篇提出一種叫MuZi—Mulit Channel Zigbee(多通道ZigBee)通訊機(jī)制算法,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)避Wi-Fi信號(hào)對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的干擾。

首先,通過(guò)ZigBee的CCA(信道空閑評(píng)估)機(jī)制,啟動(dòng)干擾檢測(cè),對(duì)周?chē)秶鷥?nèi)的干擾級(jí)別進(jìn)行評(píng)估,如果認(rèn)為周?chē)腤i-Fi干擾達(dá)到一定程度,將對(duì)鏈路性能造成加大影響,則啟動(dòng)信道切換過(guò)程。ZM5168的ZigBee模塊內(nèi)置的FastZigbee協(xié)議內(nèi)置了特有的干擾檢測(cè)算法。

其次,進(jìn)行信道切換,信號(hào)切換時(shí),為了避免過(guò)多的信號(hào)切換,我們需要盡可能的最小化全網(wǎng)的目標(biāo)的信號(hào)的數(shù)量。因此,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)維護(hù)一張鄰居信道表,每個(gè)表項(xiàng)記為,其中Ngh為臨近節(jié)地址ID,Ch為Ngh的當(dāng)前工作信道。每當(dāng)信道切換時(shí),它將其選擇的目標(biāo)信道通知其臨近節(jié)點(diǎn)。

最后,需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性進(jìn)行維護(hù),在確保臨近節(jié)點(diǎn)切換成功后,重建臨近節(jié)點(diǎn)信道表。

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