Wi-Fi與zigbee如何避免互相干擾

　　個人熱點竟然逼停了地鐵，在愈加復雜的環境下，無線數據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350公里時速運營，我國成為世界上高鐵商業運營速度最高的國家。這代表了中國有軌交通的高速發展和實力，但你是否知道深圳地鐵2號線與5號線曾經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

　　經過數次檢排，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所致，二者無線數據傳輸頻段均為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。

　　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越來越多，干擾地鐵運營信號首先出現在了深圳市。

　　當時專家分析認定深圳地鐵信號系統產品存在缺陷，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，例如沈陽地鐵采用的800MHz頻段TETRA數字集群調度系統。

　　圖2 地鐵無線通訊系統

　　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，那么我們在復雜環境下進行通道合理分配。在同一工作區域內的相鄰網絡，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，就可以直接實現將其它非同一網絡中的節點信號拒之門外，兩個網絡互不干擾，物理實現劃分網段的效果。

　　圖6 zigbee直接屏蔽不同信道信號

　　可萬一現場信號多，通道不方便設置呢?別怕，再學一招。

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

　　由此亦可知，PanID是軟件層面實現同一區域內網絡間的隔絕，硬件底層是將所有通訊節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據發送節點PanID進行處理，濾除非同一PanID節點發上來的數據，實則“關門打狗”，進而實現有效的數據接收。

　　圖7 節點只與相同PanID節點通訊

　　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，也是最有效的避免網絡間互相干擾的方式。除了這兩點外，用戶想保證數據穩定性更高，則需要進一步在應用層實現數據協議定義，這就看各位大神的自由發揮嘍。

　　ZLG致遠電子基于NXP JN516x無線微控制器開發的一系列低功耗、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”，這在單一的無線網絡環境中可以正常使用，但如果處于多個無線網絡的覆蓋范圍內，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(pian)更爽哦。