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米智能家庭套裝如何實現ZigBee與Wi-Fi共存

小米智能家庭套裝在2015年1月26號進行1元公測,智能套裝里面包括多功能網關、人體傳感器、門窗傳感器、無線開關。

眾所周知,小米的智能套裝包含的4件套,人體傳感器、門窗傳感器、無線開關與多功能網關采用的是基于NXP的一顆工業級ZigBee射頻芯片--JN5168進行組網通訊。而多功能網關是通過Wi-Fi技術接入到小米云和其它智能設備。

在上圖中,我們可以看到小米的多功能網關將ZigBee芯片JN5168和Wi-Fi模塊集成到一個小小的電路板上。這個ZigBee方案和廣州致遠電子推出的ZM5168的ZigBee模塊是同一個方案,我們通過查詢ZM5168的產品介紹知道,這個芯片使用的ZigBee頻道是全球免費頻道2.4GHz。Zigbee協議802.15.4標準把2.4 GHz 的ISM頻段劃分為16 個信道,每個信道帶寬為2 MHz,ZigBee頻譜列表如下所示。

Wi-Fi 在802.11b/g的標準的工作頻段為2.4GHz(2.4GHz-2.4888GHz),劃分為14個信道,每個信道帶寬為22MHz , Wi-Fi頻譜列表如下所示:

從ZigBee與Wi-Fi工作時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干擾的存在導致ZigBee網絡丟包率高達58%,從發射功率、CSMA機制的回退時間、數據幀間隔這些參數,都可以看出Wi-Fi節點在獲取信道方面具有壓倒性優勢,因而對ZigBee網絡的通訊性能產生嚴重影響。

那么,類似如小米智能家庭套裝網關將WiFi和ZigBee在一起工作的智能網關,是如何實現ZigBee與Wi-Fi共存的呢?這是一個亟待解決的問題,并直接影響著ZigBee網絡能否在智能家居普及的重要因素。針對這個問題,小編提出幾點個人看法,供大家參考。

解決辦法一:智能網關里面的ZigBee網絡和Wi-Fi采用分時通訊機制,避開沖突。并在通訊時將智能網關盡量遠離Wi-Fi路由器,通過電磁波在空氣中傳輸時的衰減,來減少路由器Wi-Fi信號對ZigBee信號的干擾。

解決方法二:方法一只是在物理上解決Wi-Fi信號對ZigBee網絡的干擾,但是在實際應用中,智能網關和路由器的距離是不可控的,或者是由使用者的使用習慣和家庭布局決定的,那么我們就只有通過ZigBee的抗干擾算法,實現自動規避Wi-Fi信號對ZigBee網絡的干擾。

這里小篇提出一種叫MuZi—Mulit Channel Zigbee(多通道ZigBee)通訊機制算法,實現自動規避Wi-Fi信號對ZigBee網絡的干擾。

首先,通過ZigBee的CCA(信道空閑評估)機制,啟動干擾檢測,對周圍范圍內的干擾級別進行評估,如果認為周圍的Wi-Fi干擾達到一定程度,將對鏈路性能造成加大影響,則啟動信道切換過程。ZM5168的ZigBee模塊內置的FastZigbee協議內置了特有的干擾檢測算法。

其次,進行信道切換,信號切換時,為了避免過多的信號切換,我們需要盡可能的最小化全網的目標的信號的數量。因此,在每個節點都會維護一張鄰居信道表,每個表項記為,其中Ngh為臨近節地址ID,Ch為Ngh的當前工作信道。每當信道切換時,它將其選擇的目標信道通知其臨近節點。

最后,需要對整個網絡的連通性進行維護,在確保臨近節點切換成功后,重建臨近節點信道表。

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