Zigbee和WIFI通信干扰问题的研究

张莉，郭一捷

（华北科技学院，河北廊坊，065201）

关键字： ZigBee；ISM频段；电磁干扰；分配算法

1 干扰产生的机理

WIFI技术和ZigBee就是都是工作在2.4GHZ的ISM频段，如下图1所示。

图1 ZigBee 与 WiFi 的频率范围及信道

ZigBee的底层标准将2.4GHZ的ISM频段分成了16个信道，每个信道的带宽是2MHZ。而WIFI的底层标准将2.4GHZ的ISM频段划分成11个直扩信道，每一个信道的带宽为22M HZ，系统可以选择任意一个信道进行通信。从图中我们看出他们的信道会有很多的重叠。尤其当Wi-Fi和Zigbee同时使用相同的频段进行通信时，就会产生带内有色噪声干扰，从而导致了传输分组冲突。

我们知道WIFI比ZigBee节点拥有更高的传输，更大的传输距离，更大的传输的速率，当ZigBee节点和WIFI节点共存时，WIFI获取信道具有绝对的优势。所以下面避免干扰的方法基于此来完成的。

2 干扰避免的方法

2.1 基于距离的频率分配算法

（1）模型假设

⑤ 用niN表示一跳邻居，确定一个固定的信道和一定的传输速率，这个能够和节点iN进行通信。

（2）模型损失函数(评估函数)

（3）目标函数

（4）最优求解

由于分配的节点的位置是固定的，变量只有一个频率。其中 ∅ ({ Ai} ,{fi})代表节点对于总的单元的影响，对于给定的节点 ∅ ({ Ai} ,{fi})的值最小则有此时的干扰最小。通过泰森多边形原理以及做了近似处理我们最终得到了下图的优化公式：

上面是一个非线性的优化问题，我们可以采用梯度的下降方法来得到局部的最小值。

2.2 其他避免两种通信的方法

2.2.1 协作方式和非协作方式

对于协作方式来说，不同的通信协议可以通过进行信息交换的方式来减少通信系统的干扰。但是对于非协作方式的来说，不同的通信系统是不能够进行信息交换的，但是可以通过监测干扰存在是然后再来避免干扰。

这两种方式都有各自的应用范围。协作方式主要运用存在Zigbee 和Wi-Fi 两种装置在同一设备中的情况。但是在现实的系统中，会有许多WiFi和 Zigbee 装置同时存在，并且存在于不同设备中，那么这时候非协作方式就显得十分重要了。

2.2.2 协作方式处理干扰的矛盾

在协作方式的情况下，解决方案可以采用时序控制，在MAC层需要加入一个中央控制器来监控Zigbee 装置和Wi-Fi装置 的业务分布。同时允许它们之间进行信息进行交互，系统的任一装置如果需要传输数据时必须先向中央控制器申请时隙，控制器根据根据特定算法统一分配时隙，并将分配情况反馈给申请装置。这样，就可以对分组的业务做出合理准确的安排，每一时刻只有一种装置工作，从而避免两种装置的干扰。

由于Zigbee 支持休眠模式，在大部分时间处于非工作状态，可以减小控制器执行的复杂度。

2.2.3 非协作方式处理干扰的矛盾

（1）自适应调整分组大小

在理论上说，分组越长，不同之间的系统之间的相互干扰的可能性就越大。因此我们可以通过减少分组大小，在一定程度上来把受到干扰的可能性降到最低。但是分组长度不能太小，否则发送同样数据所需次数增加，速率就会降低，也就相应增加了报头开销的总量。而且Zigbee协议 和Wi-Fi协议 的MAC 层都是采用了ACK 的机制，这样会导致系统的性能会有一定程度的下降。

（2）动态信道分配

在无线局域网中，避免干扰的最好的方法就是通过新进的算法去选择不被其它装置占用的信道。具体的实现的方法就是在装置工作时，不断地对4GHZ的ISM 频段进行扫描，根据一定的动态算法进行判断选择最佳的传输信道，来避免占用同一信道，减小干扰。