Wi-Fi與zigbee如何避免互相干擾

個人熱點竟然逼停了地鐵，在愈加復雜的環(huán)境下，無線數(shù)據(jù)通訊干擾又該如何防范?

中國鐵路于9月21日實施新的列車運行圖，“復興號”動車組將在京滬高鐵率先實現(xiàn)350公里時速運營，我國成為世界上高鐵商業(yè)運營速度最高的國家。這代表了中國有軌交通的高速發(fā)展和實力，但你是否知道深圳地鐵2號線與5號線曾經(jīng)在行駛過程中卻多次被中斷運行?

圖1 2.4Ghz信號干擾地鐵運行

經(jīng)過數(shù)次檢排，地鐵運營方稱，初步斷定故障為乘客便攜式Wi-Fi無線路由器干擾地鐵運行信號系統(tǒng)所致，二者無線數(shù)據(jù)傳輸頻段均為2.4GHz。

這一系列急停事件，讓公眾聚焦國內信號通訊系統(tǒng)的安全風險。在當時，國內多個城市地鐵線路使用著與深圳出事地鐵線路一樣的信號系統(tǒng)。

如北京、上海等多地的地鐵中均運用了這種技術，但為何獨在深圳爆發(fā)出問題?深圳地鐵集團稱，由于深圳無線城市建設走在國內前列，此類便攜式3G無線路由器使用人數(shù)越來越多，干擾地鐵運營信號首先出現(xiàn)在了深圳市。

當時專家分析認定深圳地鐵信號系統(tǒng)產品存在缺陷，提出通過申請專用頻段解決方案，而后全國地鐵都有了專用頻段通訊系統(tǒng)，例如沈陽地鐵采用的800MHz頻段TETRA數(shù)字集群調度系統(tǒng)。

圖2 地鐵無線通訊系統(tǒng)

這個案例雖說時間久遠，是在Wi-Fi無線通訊技術剛興起尚未充足發(fā)展的情況下，但也足以說明無線干擾問題的嚴重性。

目前無線通訊技術迅猛發(fā)展，尤其在2.4GHz公眾免費頻段，Wi-Fi、Bluetooth以及zigbee應用日益廣泛。

圖3 縱橫交錯的2.4GHz無線通訊

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

其中每個小頻段便是我們常知的“信道”。

每個國家自己制定政策如何使用這些頻段，不同國家對于公眾頻段2.4GHz的分頻不盡相同，例如中國支持1-13個信道，歐洲支持1-13信道，美國支持1-11信道，日本支持1-14信道。

那么如此嘈雜的無線環(huán)境中如何避免信號間的干擾呢?我們今天以zigbee為例，簡單學兩招。

既然我們定義了多個信道，每個信道工作在不同的頻點，那么我們在復雜環(huán)境下進行通道合理分配。在同一工作區(qū)域內的相鄰網(wǎng)絡，使用不同的信道，載波頻率不同，進而避免了相互干擾導致通訊效率降低。

模塊工作在不同的物理通道上，就可以直接實現(xiàn)將其它非同一網(wǎng)絡中的節(jié)點信號拒之門外，兩個網(wǎng)絡互不干擾，物理實現(xiàn)劃分網(wǎng)段的效果。

圖6 zigbee直接屏蔽不同信道信號

可萬一現(xiàn)場信號多，通道不方便設置呢?別怕，再學一招。

我們都知道zigbee協(xié)議使用了一個16位的個域網(wǎng)標志符來標識一個網(wǎng)絡，即為PanID。所有節(jié)點PanID唯一，一個網(wǎng)絡互相通信的節(jié)點，PanID必須相同，用來控制 zigbee路由器和終端節(jié)點要加入哪個網(wǎng)絡。

由此亦可知，PanID是軟件層面實現(xiàn)同一區(qū)域內網(wǎng)絡間的隔絕，硬件底層是將所有通訊節(jié)點信號都進行了接收，可謂是“來者不拒”。

而后利用軟件程序對接收的數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點PanID進行處理，濾除非同一PanID節(jié)點發(fā)上來的數(shù)據(jù)，實則“關門打狗”，進而實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)接收。

圖7 節(jié)點只與相同PanID節(jié)點通訊

上面這兩點是我們在設計zigbee無線通訊時非常重要的配置參數(shù)，也是最有效的避免網(wǎng)絡間互相干擾的方式。除了這兩點外，用戶想保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性更高，則需要進一步在應用層實現(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致遠電子基于NXP JN516x無線微控制器開發(fā)的一系列低功耗、高性能zigbee模塊，提供界面化的配置工具，方便用戶直接進行參數(shù)配置設置。

圖8 ZLG致遠電子zigbee配置工具

通常情況下，我們Wi-Fi路由器默認的信道是“6”或者是“自動”，這在單一的無線網(wǎng)絡環(huán)境中可以正常使用，但如果處于多個無線網(wǎng)絡的覆蓋范圍內，無線路由器都使用默認的信道“6”，肯定會產生沖突的，影響無線網(wǎng)絡的性能。

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