Wi-Fi與zigbee如何避免互相干擾

個(gè)人熱點(diǎn)竟然逼停了地鐵，在愈加復(fù)雜的環(huán)境下，無(wú)線數(shù)據(jù)通訊干擾又該如何防范?

中國(guó)鐵路于9月21日實(shí)施新的列車運(yùn)行圖，“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組將在京滬高鐵率先實(shí)現(xiàn)350公里時(shí)速運(yùn)營(yíng)，我國(guó)成為世界上高鐵商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最高的國(guó)家。這代表了中國(guó)有軌交通的高速發(fā)展和實(shí)力，但你是否知道深圳地鐵2號(hào)線與5號(hào)線曾經(jīng)在行駛過(guò)程中卻多次被中斷運(yùn)行?

圖1 2.4Ghz信號(hào)干擾地鐵運(yùn)行

經(jīng)過(guò)數(shù)次檢排，地鐵運(yùn)營(yíng)方稱，初步斷定故障為乘客便攜式Wi-Fi無(wú)線路由器干擾地鐵運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)所致，二者無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸頻段均為2.4GHz。

這一系列急停事件，讓公眾聚焦國(guó)內(nèi)信號(hào)通訊系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)多個(gè)城市地鐵線路使用著與深圳出事地鐵線路一樣的信號(hào)系統(tǒng)。

如北京、上海等多地的地鐵中均運(yùn)用了這種技術(shù)，但為何獨(dú)在深圳爆發(fā)出問(wèn)題?深圳地鐵集團(tuán)稱，由于深圳無(wú)線城市建設(shè)走在國(guó)內(nèi)前列，此類便攜式3G無(wú)線路由器使用人數(shù)越來(lái)越多，干擾地鐵運(yùn)營(yíng)信號(hào)首先出現(xiàn)在了深圳市。

當(dāng)時(shí)專家分析認(rèn)定深圳地鐵信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)品存在缺陷，提出通過(guò)申請(qǐng)專用頻段解決方案，而后全國(guó)地鐵都有了專用頻段通訊系統(tǒng)，例如沈陽(yáng)地鐵采用的800MHz頻段TETRA數(shù)字集群調(diào)度系統(tǒng)。

圖2 地鐵無(wú)線通訊系統(tǒng)

這個(gè)案例雖說(shuō)時(shí)間久遠(yuǎn)，是在Wi-Fi無(wú)線通訊技術(shù)剛興起尚未充足發(fā)展的情況下，但也足以說(shuō)明無(wú)線干擾問(wèn)題的嚴(yán)重性。

目前無(wú)線通訊技術(shù)迅猛發(fā)展，尤其在2.4GHz公眾免費(fèi)頻段，Wi-Fi、Bluetooth以及zigbee應(yīng)用日益廣泛。

圖3 縱橫交錯(cuò)的2.4GHz無(wú)線通訊

下面兩張圖分別是Wi-Fi和zigbee的頻段分布。

圖4 Wi-Fi工作頻段分配

圖5 zigbee工作頻段分配

其中每個(gè)小頻段便是我們常知的“信道”。

每個(gè)國(guó)家自己制定政策如何使用這些頻段，不同國(guó)家對(duì)于公眾頻段2.4GHz的分頻不盡相同，例如中國(guó)支持1-13個(gè)信道，歐洲支持1-13信道，美國(guó)支持1-11信道，日本支持1-14信道。

那么如此嘈雜的無(wú)線環(huán)境中如何避免信號(hào)間的干擾呢?我們今天以zigbee為例，簡(jiǎn)單學(xué)兩招。

既然我們定義了多個(gè)信道，每個(gè)信道工作在不同的頻點(diǎn)，那么我們?cè)趶?fù)雜環(huán)境下進(jìn)行通道合理分配。在同一工作區(qū)域內(nèi)的相鄰網(wǎng)絡(luò)，使用不同的信道，載波頻率不同，進(jìn)而避免了相互干擾導(dǎo)致通訊效率降低。

模塊工作在不同的物理通道上，就可以直接實(shí)現(xiàn)將其它非同一網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)信號(hào)拒之門(mén)外，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互不干擾，物理實(shí)現(xiàn)劃分網(wǎng)段的效果。

圖6 zigbee直接屏蔽不同信道信號(hào)

可萬(wàn)一現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)多，通道不方便設(shè)置呢?別怕，再學(xué)一招。

我們都知道zigbee協(xié)議使用了一個(gè)16位的個(gè)域網(wǎng)標(biāo)志符來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，即為PanID。所有節(jié)點(diǎn)PanID唯一，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)互相通信的節(jié)點(diǎn)，PanID必須相同，用來(lái)控制 zigbee路由器和終端節(jié)點(diǎn)要加入哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

由此亦可知，PanID是軟件層面實(shí)現(xiàn)同一區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)間的隔絕，硬件底層是將所有通訊節(jié)點(diǎn)信號(hào)都進(jìn)行了接收，可謂是“來(lái)者不拒”。

而后利用軟件程序?qū)邮盏臄?shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)PanID進(jìn)行處理，濾除非同一PanID節(jié)點(diǎn)發(fā)上來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)則“關(guān)門(mén)打狗”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)接收。

圖7 節(jié)點(diǎn)只與相同PanID節(jié)點(diǎn)通訊

上面這兩點(diǎn)是我們?cè)谠O(shè)計(jì)zigbee無(wú)線通訊時(shí)非常重要的配置參數(shù)，也是最有效的避免網(wǎng)絡(luò)間互相干擾的方式。除了這兩點(diǎn)外，用戶想保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性更高，則需要進(jìn)一步在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議定義，這就看各位大神的自由發(fā)揮嘍。

ZLG致遠(yuǎn)電子基于NXP JN516x無(wú)線微控制器開(kāi)發(fā)的一系列低功耗、高性能zigbee模塊，提供界面化的配置工具，方便用戶直接進(jìn)行參數(shù)配置設(shè)置。

圖8 ZLG致遠(yuǎn)電子zigbee配置工具

通常情況下，我們Wi-Fi路由器默認(rèn)的信道是“6”或者是“自動(dòng)”，這在單一的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可以正常使用，但如果處于多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)，無(wú)線路由器都使用默認(rèn)的信道“6”，肯定會(huì)產(chǎn)生沖突的，影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能。

所以，回去把你家里的Wi-Fi換個(gè)信道試試，也許上(kan)網(wǎng)(pian)更爽哦。