Wi-Fi与zigbee如何避免互相干扰

个人热点竟然逼停了地铁，在愈加复杂的环境下，无线数据通讯干扰又该如何防范？

中国铁路于9月21日实施新的列车运行图，“复兴号”动车组将在京沪高铁率先实现350公里时速运营，我国成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。这代表了中国有轨交通的高速发展和实力，但你是否知道深圳地铁2号线与5号线曾经在行驶过程中却多次被中断运行？

图1  2.4Ghz信号干扰地铁运行

经过数次检排，地铁运营方称，初步断定故障为乘客便携式Wi-Fi无线路由器干扰地铁运行信号系统所致，二者无线数据传输频段均为2.4GHz。

这一系列急停事件，让公众聚焦国内信号通讯系统的安全风险。在当时，国内多个城市地铁线路使用着与深圳出事地铁线路一样的信号系统。

如北京、上海等多地的地铁中均运用了这种技术，但为何独在深圳爆发出问题？深圳地铁集团称，由于深圳无线城市建设走在国内前列，此类便携式3G无线路由器使用人数越来越多，干扰地铁运营信号首先出现在了深圳市。

当时专家分析认定深圳地铁信号系统产品存在缺陷，提出通过申请专用频段解决方案，而后全国地铁都有了专用频段通讯系统，例如沈阳地铁采用的800MHz频段TETRA数字集群调度系统。

图2  地铁无线通讯系统

这个案例虽说时间久远，是在Wi-Fi无线通讯技术刚兴起尚未充足发展的情况下，但也足以说明无线干扰问题的严重性。

目前无线通讯技术迅猛发展，尤其在2.4GHz公众免费频段，Wi-Fi、Bluetooth以及zigbee应用日益广泛。

图3  纵横交错的2.4GHz无线通讯

下面两张图分别是Wi-Fi和zigbee的频段分布。

图4  Wi-Fi工作频段分配

图5  zigbee工作频段分配

其中每个小频段便是我们常知的“信道”。

每个国家自己制定政策如何使用这些频段，不同国家对于公众频段2.4GHz的分频不尽相同，例如中国支持1-13个信道，欧洲支持1-13信道，美国支持1-11信道，日本支持1-14信道。

那么如此嘈杂的无线环境中如何避免信号间的干扰呢？我们今天以zigbee为例，简单学两招。

既然我们定义了多个信道，每个信道工作在不同的频点，那么我们在复杂环境下进行通道合理分配。在同一工作区域内的相邻网络，使用不同的信道，载波频率不同，进而避免了相互干扰导致通讯效率降低。

模块工作在不同的物理通道上，就可以直接实现将其它非同一网络中的节点信号拒之门外，两个网络互不干扰，物理实现划分网段的效果。

图6  zigbee直接屏蔽不同信道信号

可万一现场信号多，通道不方便设置呢？别怕，再学一招。

我们都知道zigbee协议使用了一个16位的个域网标志符来标识一个网络，即为PanID。所有节点PanID唯一，一个网络互相通信的节点，PanID必须相同，用来控制 zigbee路由器和终端节点要加入哪个网络。

由此亦可知，PanID是软件层面实现同一区域内网络间的隔绝，硬件底层是将所有通讯节点信号都进行了接收，可谓是“来者不拒”。

而后利用软件程序对接收的数据发送节点PanID进行处理，滤除非同一PanID节点发上来的数据，实则“关门打狗”，进而实现有效的数据接收。

图7  节点只与相同PanID节点通讯

上面这两点是我们在设计zigbee无线通讯时非常重要的配置参数，也是最有效的避免网络间互相干扰的方式。除了这两点外，用户想保证数据稳定性更高，则需要进一步在应用层实现数据协议定义，这就看各位大神的自由发挥喽。

ZLG致远电子基于NXP JN516x无线微控制器开发的一系列低功耗、高性能zigbee模块，提供界面化的配置工具，方便用户直接进行参数配置设置。

图8  ZLG致远电子zigbee配置工具

通常情况下，我们Wi-Fi路由器默认的信道是“6”或者是“自动”，这在单一的无线网络环境中可以正常使用，但如果处于多个无线网络的覆盖范围内，无线路由器都使用默认的信道“6”，肯定会产生冲突的，影响无线网络的性能。

所以，回去把你家里的Wi-Fi换个信道试试，也许上（kan）网（pian）更爽哦。