讓同為2.4G的ZigBee與Wi-Fi相容的解決方案解析

　　眾所周知，小米的智能套裝包含的4件套，人體傳感器、門(mén)窗傳感器、無(wú)線開(kāi)關(guān)與多功能網(wǎng)關(guān)采用的是基于NXP的一顆工業(yè)級(jí)ZigBee射頻芯片--JN5168進(jìn)行組網(wǎng)通訊。而多功能網(wǎng)關(guān)是通過(guò)Wi-Fi技術(shù)接入到小米云和其它智能設(shè)備。

　　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方案和廣州致遠(yuǎn)電子推出的ZM5168的ZigBee模塊是同一個(gè)方案，我們通過(guò)查詢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

　　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：

　　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優(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)周圍范圍內(nèi)的干擾級(jí)別進(jìn)行評(píng)估，如果認(rèn)為周圍的Wi-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《Ngh，Ch》，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。