[發(fā)明專利]WiFi通信排除ZigBee干擾的優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310009199.X
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103079222A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪亦茂;朱燕民
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線通信協(xié)議，具體的說，涉及一種WiFi通信排除ZigBee干擾的優(yōu)化方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，相比較受限制于有線連接的傳統(tǒng)通信設(shè)備，更為方便、快捷、靈活的無線網(wǎng)絡(luò)得到了迅速的發(fā)展。WiFi(802.11)、ZigBee(802.15.4)等無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在日常生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用。WiFi是基于IEEE802.11標準的無線網(wǎng)路技術(shù)，是目前日常應(yīng)用場合中最為流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一，在辦公、家庭、娛樂乃至城市室外區(qū)域都有部署。WiFi協(xié)議工作在2.4GHz?ISM頻段，如附圖1，其一共有14個相互重疊頻段，每個頻段寬度為2MHz。Zigbee是基于IEEE802.15.4協(xié)議的短距離、低功耗、無限個人局域網(wǎng)協(xié)議，其中PHY層與MAC層均由802.15.4協(xié)議定義。其名稱ZigBee取自蜜蜂嗡嗡飛翔之意，也表征出了ZigBee設(shè)備近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低成本等特點。正由于其低功耗的特點，ZigBee在傳感器網(wǎng)絡(luò)中被普遍使用。ZigBee在2.4GHz到2.4835GHz頻段范圍內(nèi)定義了16個信道，如圖2所示，單個信道頻寬2MHz，頻道間相隔3Mhz。

由于上述協(xié)議均使用了ISM(Industrial?Scientific?Medical)2.4Ghz頻段，隨著無線設(shè)備使用量的逐漸增多，2.4GHz?ISM頻段逐漸擁擠，相同頻段的信號間干擾也逐漸嚴重，無線設(shè)備同頻段間協(xié)同成為越來越不容忽視的問題。在無線通信中，基站A向基站B發(fā)送信息，基站C由于未偵測到A故也同時向B發(fā)送信息，此時A和C一起將信號發(fā)送至B，引起信號沖突，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，從而造成隱藏終端問題。

WiFi與ZigBee所使用的信道重疊，均工作在2.4GHz到2.4835GHz頻段，WiFi的802.11b、802.11g和802.11n均與ZigBee的802.15.4共享頻段，這樣的頻段重合意味著當兩設(shè)備在相同空間同時工作時，會對彼此的通信過程造成干擾。同時，由于WiFi與ZigBee兩協(xié)議間相互不兼容，無線通信設(shè)備之間無法進行直接的信息交換。在一個WiFi與ZigBee同時存在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，當WiFi終端向周圍發(fā)出信號時，ZigBee設(shè)備只能知道信道中有信號，但無法將WiFi無線信號解碼而得到其中的內(nèi)容和來源，同樣WiFi也無法正確解碼ZigBee信號，這使得不同通信間相互協(xié)同更加難以實現(xiàn)。

當WiFi與ZigBee同時工作時，WiFi與ZigBee均會對信道情況進行檢測(CCA，clearchannel?assessment)，當檢測到信道為空閑時，才會發(fā)送數(shù)據(jù)包。由于WiFi與ZigBee設(shè)計區(qū)別和在發(fā)射功率上的巨大差異，在WiFi發(fā)送端的CCA檢測不能測出zigbee對信道的占用，因而依然繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，因此，在WiFi發(fā)送端的ZigBee信號基本不會對WiFi通信造成明顯的干擾；而在WiFi接收端，經(jīng)過傳播衰減后的WiFi信號則存在著極大的幾率與ZigBee信號混雜，造成WiFi數(shù)據(jù)包的丟失。通過實驗可以得到，如果ZigBee能夠檢測到WiFi信號傳輸，則WiFi的傳輸率將不會受到過大影響。而在WiFi遠距離傳輸中，隨著傳輸距離逐漸增大，ZigBee信號的干擾作用將逐漸增強。相同強度的ZigBee干擾信號在與WiFi接收端相同距離的情況下，根據(jù)其靠近發(fā)送端或者遠離發(fā)送端的不同，對WiFi的干擾程度也不相同，遠離WiFi發(fā)送端的ZigBee干擾信號會對WiFi通信產(chǎn)生更加明顯的干擾，這形成了一種跨協(xié)議的隱藏終端問題。當ZigBee不能感知到WiFi發(fā)送端的存在，它會在WiFi傳輸過程中依然發(fā)送802.15.4數(shù)據(jù)包，從而與WiFi通信發(fā)生沖突干擾。

針對可能出現(xiàn)的隱藏終端問題，802.11協(xié)議中制定了RTS/CTS機制作為解決手段，如圖3所示。根據(jù)RTS/CTS機制，當發(fā)送方A需要向接收方B發(fā)送信息時，發(fā)送方A會首先廣播RTS信息，使得A發(fā)送范圍內(nèi)所有聽到A發(fā)送的RTS消息的WiFi設(shè)備停止發(fā)送，在B收到RTS信息后，再回復(fù)廣播一個CTS信息，以讓B發(fā)送范圍內(nèi)所有聽到CTS信息的非發(fā)送端A的WiFi設(shè)備停止發(fā)送，當A正常收到B的CTS消息，此時信道即能確保空閑狀態(tài)，最終保證在AB通信過程中沒有第三方干擾。但在跨協(xié)議的隱藏終端問題中，由于ZigBee節(jié)點與WiFi設(shè)備之間“語言不通”，802.11協(xié)議用于解決隱藏終端問題的RTS/CTS機制無法按照設(shè)定實現(xiàn)，ZigBee無法得知CTS數(shù)據(jù)包中的信號是提醒自己讓出信道。