談?wù)?.4G上的無線共存問題
2.4 GHz無線共存已經(jīng)存在至少20年了。真正的問題在于，不同的2.4 GHz無線技術(shù)滿足了同一設(shè)備的不同需求，因此必須要在同時(shí)運(yùn)行而不會(huì)出現(xiàn)明顯的性能退化。本文針對(duì)對(duì)WiFi，zigbee和thread，通過工業(yè)設(shè)計(jì)、協(xié)同管理以及2.4 GHz頻段物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的***實(shí)踐，嘗試探索共存技術(shù)。
在家庭自動(dòng)化控制器中添加WiFi有助于家庭物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增長，WiFi提供從家庭設(shè)備到互聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)的連接。 ABI Research的預(yù)測表明，平均而言，2017年的每個(gè)家庭控制器有不到7個(gè)設(shè)備的出貨量，但到2020年，這個(gè)數(shù)字將上升到每個(gè)家庭控制器平均控制10個(gè)設(shè)備[1]。 報(bào)告認(rèn)為更廣泛的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)市場(包括家庭自動(dòng)化) ，在預(yù)計(jì)2020年將發(fā)布的20億無線傳感器節(jié)點(diǎn)(WSN)中，七分之一的無線傳感器節(jié)點(diǎn)將包含WiFi[2]。
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與在家庭控制器中加入WiFi以及將家庭控制器與家庭網(wǎng)關(guān)/路由器的協(xié)作密切相關(guān)。
對(duì)WiFi共存策略的需求
圖1 | 智能家居控制器與設(shè)備之間的關(guān)系
如圖1所示，預(yù)計(jì)終端設(shè)備與控制器的比例將增加，這也意味著主控制器本身在 RF流量方面會(huì)變得更加忙碌，因?yàn)樗鼘⑻幚砀嗟亩它c(diǎn)(通過IEEE 802.15.4連接)和其他低功耗無線網(wǎng)絡(luò)。其結(jié)果是，這些控制器上低功率無線電的任務(wù)周期在不斷增加。有效的共存戰(zhàn)略必須確保對(duì)WiFi和其他無線電協(xié)議之間的干擾進(jìn)行管理，并盡量減少其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響。
過去，在家庭控制器中，WiFi和低功耗、低數(shù)據(jù)率無線電之間的共存策略，例如IEEE 802.15.4和zigbee，并不是一個(gè)很大的問題，研究集中在無線網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備之間的非托管共存，而不是設(shè)備內(nèi)部的無線搭配，如圖3所示。 對(duì)于數(shù)量有限的家庭控制器，一種簡單的機(jī)制就是讓一臺(tái)無線電發(fā)射時(shí)停止在另一臺(tái)無線電上的傳輸，很容易看出為什么這是到目前為止一個(gè)適用的方法:
- 以前大多數(shù)家庭自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)都是由自動(dòng)化系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的，其中Wi-Fi或以太網(wǎng)連接到云計(jì)算是一個(gè)輔助功能
- 家庭網(wǎng)關(guān)大多只有一個(gè)低功耗無線電以及WiFi
- 部署的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)總量相對(duì)較低
隨著家居自動(dòng)化變得越來越主流化，更多的家庭網(wǎng)關(guān)和接入點(diǎn)把低功耗無線電引入到WiFi網(wǎng)關(guān)。此外，除了WiFi之外，這些網(wǎng)關(guān)還可能有一個(gè)以上的低功耗無線電，并且在某些情況下，可以在一個(gè)網(wǎng)關(guān)中有多達(dá)3或4個(gè)2.4 GHz的無線電，使用藍(lán)牙和一個(gè)或兩個(gè)IEEE 802.15.4無線電(如 zigbee 和 Thread)。 因此，需要有管理的共存戰(zhàn)略，以確保所有無線電都能成功運(yùn)作。
2.4 GHz的ISM標(biāo)準(zhǔn)支持WiFi(IEEE 802.11 b/g/n)，zigbee和 Thread (IEEE 802.15.4)，藍(lán)牙和低耗電藍(lán)牙。這些不同的2.4 GHz無線電標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)并同步運(yùn)行，會(huì)降低一個(gè)或多個(gè)無線電的性能。 為了提高干擾的免疫性，2.4 GHz ISM 無線電標(biāo)準(zhǔn)中的每一項(xiàng)都支持一定程度的避免碰撞和 或消息重試能力。在低的數(shù)據(jù)吞吐率，低功率水平，和/或足夠的物理分離，這些2.4 GHz的 ISM 標(biāo)準(zhǔn)可以并存，對(duì)性能沒有重大影響。 然而，最近的客戶趨勢使得共存變得更加困難:
- 為例“擴(kuò)展范圍"而增加了WiFi傳輸功率等級(jí)
- +30 dBm 的WiFi AP現(xiàn)在很普遍
- Wi-Fi 吞吐量的日益增加
- 可達(dá)到的信噪比(SNR)，文件傳輸和/或視頻流的高吞吐量要求可能導(dǎo)致2.4 GHz ISM頻段內(nèi)的高Wi-Fi工作周期
- 將 Wi-Fi、 zigbee、線程和低耗電藍(lán)牙(BLE)集成到同一個(gè)設(shè)備中，用于網(wǎng)關(guān)功能(這種集成是家庭自動(dòng)化和安全應(yīng)用程序所需要的，并且使用低耗電藍(lán)牙更容易在端點(diǎn)運(yùn)行)
Wi-Fi 對(duì) zigbee 和 Thread 的影響
在全球范圍內(nèi)，Wi-Fi在2.4 GHz 頻帶上支持多達(dá)14個(gè)20/22 MHz 頻段，傳輸功率達(dá)到 +30 dBm。 同樣地，2.4 GHz的zigbee 和 Thread支持16個(gè)在5mhz 間距的非重疊2mhz帶寬頻道，傳輸功率可達(dá) +20 dBm。這些Wi-Fi和 zigbee/thread 通道映射如圖2所示。
圖2 | 802.15.4 和 802.11 b/g/n 通道映射 (全球)
實(shí)際可用的頻段因國家而異。例如，在美國，可以使用Wi-Fi的頻段1到11，而 zigbee頻道11到26也是可用的（盡管第25頻道和26頻道要求降低傳輸功率，以滿足FCC的要求）。
為了更好地理解 Wi-Fi 對(duì) zigbee 和 Thread 的影響，Silicon Labs測量了一個(gè)100% 工作周期的IEEE 802.11 n (MCS3,20mhz 帶寬)阻斷器在接收各種功率級(jí)傳輸?shù)腎EEE 802.15.4信息同時(shí)，在不同功率級(jí)傳輸信息。 下列三個(gè)圖顯示了共同通道、相鄰?fù)ǖ篮?quot;遠(yuǎn)程"通道的結(jié)果。 該測試應(yīng)用程序是利用一個(gè)基于EFR32MG1設(shè)備的測試應(yīng)用程序(NodeTest)和一個(gè)控制 DUT與 RF 測試設(shè)備的測試腳本。 由于這是一個(gè) IEEE 802.15.4的測試，與 Wi-Fi 阻塞Thread的結(jié)果相同。
圖3 | 100%工作周期的 802.11n 阻塞器與 802.15.4的共存信道
圖4 | 100%工作周期的 802.11n阻塞器與 802.15.4 的鄰居信道
圖5 | 100%工作周期的 802.11n阻塞器與 802.15.4 的遠(yuǎn)程信道
根據(jù)這三個(gè)圖，關(guān)于 Wi-Fi 對(duì) zigbee / thread 的影響的主要觀察結(jié)果是:
共存信道
- EFR32MG1可接收 ieee802.15.4信號(hào)，低于總 Wi-Fi 傳輸功率(100% 的工作周期)
- EM35x/EM358x 具有和無前端模塊(FEM)以提高信號(hào)可接收 IEEE 802.15.4信號(hào)，低于總體 Wi-Fi 傳輸功率(100% 的任務(wù)周期)
- IEEE 802.15.4的傳輸也會(huì)被阻礙，如果Wi-Fi的傳輸功率跳過 IEEE 802.15.4的 -75 dBm 清晰通道評(píng)估(CCA)閾值
相鄰信道
- 在 -35 dBm 或較弱的 Wi-Fi 傳輸功率(100% 的任務(wù)周期)時(shí)候，EFR32MG1可接收一個(gè)-80dbm 的IEEE 802.15.4信號(hào)
- 在 -38 dBm 或較弱 Wi-Fi 傳輸功率(100% 的工作周期)時(shí)，沒有FEM的EM35x/EM358x可以接收一個(gè)-80dbm IEEE 802.15.4信號(hào)，有FEM LNA時(shí)，可以到 -43 dBm 或更弱。
遠(yuǎn)程信道
- 在具有 -15dbm 或較弱的 Wi-Fi 傳輸功率(100% 的任務(wù)周期)時(shí)，EFR32MG1可接收一個(gè) -80dbm IEEE 802.15.4信號(hào)
- 在具有-22dbm 或較弱 Wi-Fi 傳輸功率(100% 的工作周期) 時(shí)，在沒有FEM的 EM35x/EM358x可以接收一個(gè) -80dbm IEEE 802.15.4信號(hào)，有FEM可以打動(dòng) -27 dBm 或更弱
在一個(gè)真實(shí)的環(huán)境中，Wi-Fi通常不是100% 的任務(wù)周期，只有在低 Wi-Fi SNR 條件下的文件傳輸或視頻流中才能接近100%。 在之前的三個(gè)圖中，EFR32MG1設(shè)備(或EM35x/EM358x) 接收的靈敏度隨著 Wi-Fi阻滯器的開關(guān)而變化。最終的結(jié)果是，當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉時(shí)，能夠獲悉較弱的信號(hào)，但是當(dāng)強(qiáng)大的 Wi-Fi 正在運(yùn)行(主動(dòng)傳輸)時(shí)就無法得到。
非托管共存
非托管共存依賴于無線協(xié)議的固有特性、簡單的配置工具或網(wǎng)絡(luò)管理。 在 Wi-Fi和其他物聯(lián)網(wǎng)無線電之間沒有具體的握手信號(hào)。 與附近的強(qiáng)Wi-Fi環(huán)境中，下面的非托管共存建議可以***限度地?cái)U(kuò)大 EFR32MG1或EM35x/EM358x信息接收成功。
實(shí)現(xiàn)頻率分離
IEEE 802.15.4在共存通道操作時(shí)，與100% 的工作周期 Wi-Fi會(huì)屏蔽大部分 IEEE 802.15.4信息，這種情況必須避免。 此外，EFR32MG1在"遠(yuǎn)程"信道情況下容許20分貝強(qiáng)的 Wi-Fi 信號(hào)。 通過***限度地提高Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和 IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)之間的頻率分離，可以提高網(wǎng)絡(luò)性能。
如果 Wi-Fi 和 IEEE 802.15.4在一個(gè)普通主機(jī)(MCU 控制兩個(gè)射頻)一起實(shí)現(xiàn)時(shí)，那么主機(jī)應(yīng)該盡量使頻率分離***化。 對(duì)于Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)，接入點(diǎn)(AP)建立了初始通道，在自動(dòng)通道配置中，可以使用 ieee802.11 h 引入的信道切換信道將網(wǎng)絡(luò)自由移動(dòng)到另一個(gè)信道，以調(diào)度信道的變化。
使用帶有20MHz頻段的 Wi-Fi
由于 Wi-Fi/IEEE802.11 n 使用 OFDM 子載波，這些子載波的第三階失真在 Wi-Fi 信道的兩邊延長了一個(gè)帶寬。 802.11 n 可以在20mhz 或40mhz 模式下運(yùn)行。 如果在40mhz 模式下操作，80兆赫ISM 頻段的40mhz 被 Wi-Fi 頻段消耗。 然而，每一段都可能受到第三階失真的影響。 這些三階失真可以阻斷IEEE 802.15.4接收機(jī)，是相鄰信道性能比遠(yuǎn)程通道性能差20分貝的主要原因。
在提出IEEE 802.11 n 的40 MHz 模式時(shí)，Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測到了與其他2.4 GHz ISM 設(shè)備的潛在問題。任何 Wi-Fi 站都可以在 HT 功能信息中設(shè)置"40 MHz 不容忍"位。 這個(gè)比特通知 Wi-Fi的接入點(diǎn)，其他2.4 GHz 的 ISM 設(shè)備正在使用，迫使整個(gè) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)處于20兆赫的狀態(tài)。
如果 Wi-Fi 和 IEEE 802.15.4在一個(gè)公共主機(jī)一起實(shí)現(xiàn)，那么主機(jī)應(yīng)該在關(guān)聯(lián)期間使用 Wi-Fi設(shè)置的"四十 MHz 不容忍"位，以迫使 Wi-Fi 處于20兆赫的狀態(tài)，以改善 IEEE 802.15.4性能。
如果應(yīng)用程序要求 Wi-Fi 在40mhz 模式下運(yùn)行，則必須在2.4 GHz 頻段的兩端設(shè)置 Wi-Fi信道和IEEE 802.15.4信道，使頻率分離***化。
增加天線隔離
最小化 ieee802.15.4 接收到的 Wi-Fi 信號(hào)強(qiáng)度，可以提高802.15.4的接收范圍。 例如，在100% Wi-Fi 工作周期的"遠(yuǎn)程"信道中，當(dāng) EFR32MG1輸入的 Wi-Fi 能量為 -15dbm 或以下時(shí)，可以收到 -80dbm IEEE 802.15.4 信息。 如果 Wi-Fi 傳輸功率級(jí)別為 + 10 dBm，在 Wi-Fi 發(fā)射機(jī)與 IEEE 802.15.4之間的天線隔離距離為25 dB 或更多，RF 輸入就足以總是接收 -80dbm 802.15.4信號(hào)。
- 增加天線隔離可以通過以下方式實(shí)現(xiàn):
- 增加天線之間的距離：在開放空間中，接收到的遠(yuǎn)場功率與1/r2成正比，其中 r 是天線之間的距離
利用天線的方向性：單極子天線沿著天線的軸線提供一個(gè)零，它可以直接指向 Wi-Fi 天線
使用 zigbee / thread 重試機(jī)制
IEEE 802.15.4規(guī)范需要在 MAC 層重試。 為了進(jìn)一步提高消息傳遞的穩(wěn)健性，協(xié)議棧要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(NWK)重試，包裝了 MAC 重試。 用戶應(yīng)用程序也可以利用 APS 重試，其中包含NWK 重試。
去除FEM（或 旁路 FEM LNA）
象EFR32MG1 SoC等設(shè)備可以提供近20 dBm 傳輸功率，在沒有外部FEM的情況下具有良好的接收靈敏度。 然而，許多其他IEEE 802.15.4使用外部FEM 增加傳輸功率到 + 20 dBm，以增加傳輸范圍(在允許這樣做的區(qū)域，如美國)。 附加的FEM獲得了增益也提高了靈敏度，但降低了在強(qiáng) Wi-Fi 存在下的性能。
為了獲得***的靈敏度，在強(qiáng)Wi-Fi 阻斷器存在時(shí)，要么消除FEM，要么在旁路模式下操作FEM LNA。 該建議是一種權(quán)衡，因?yàn)樵跊]有 Wi-Fi 阻斷器的情況下，可以通過FEM LNA 增益來提高靈敏度。
托管共存
Wi-fi 傳輸功率越來越高、無線網(wǎng)絡(luò)吞吐量在增加以及 Wi-Fi 和 IEEE 802.15.4集成的市場趨勢有以下影響:
優(yōu)點(diǎn)：
- 主機(jī)可以實(shí)現(xiàn) Wi-Fi 和 ieee802.15.4之間的頻率分離
- 協(xié)同定位的 Wi-Fi 可以將 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)制到20 MHz 的帶寬
- Wi-fi 和 IEEE 802.15.4可以在2.4 GHz 的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)中傳輸和接收
缺點(diǎn):
- 更高的 Wi-Fi 傳輸功率需要更大的天線隔離
- 更高的 Wi-Fi 吞吐量會(huì)導(dǎo)致更高的 Wi-Fi 工作周期
- 天線隔離受到設(shè)備大小的限制(只有15-20分貝的隔離并不罕見)
假設(shè)頻率分離實(shí)現(xiàn)了"遠(yuǎn)程"信道情況，Wi-Fi 只使用20 MHz 帶寬，+ 30 dBm Wi-Fi 傳輸功率級(jí)為100% 的任務(wù)周期，需要45 dB 天線隔離才能接收 -80dbm IEEE 802.15.4信息。 這在小型設(shè)備中通常不可能實(shí)現(xiàn)同時(shí)配備 Wi-Fi 和 IEEE 802.15.4。
托管共存利用了 Wi-Fi 和 IEEE 802.15.4之間的通信，以協(xié)調(diào)每個(gè)無線電對(duì)2.4 GHz ISM 頻段的傳輸和接收。 Silicon Labs實(shí)施了一個(gè)與支持分組流量仲裁（PTA）的Wi-Fi 設(shè)備兼容的SoC 協(xié)調(diào)方案[4]。 這種基于PTA的協(xié)調(diào)使 EFR32能夠在接收信息或想要發(fā)送消息時(shí)向Wi-Fi發(fā)出信號(hào)。當(dāng) Wi-Fi 設(shè)備意識(shí)到 EFR32 SoC 需要2.4 GHz 的 ISM 頻段時(shí)，任何 Wi-Fi 傳輸都可以延遲，提高了zigbee/thread消息的可靠性。
支持 PTA 的硬件選項(xiàng)
在 IEEE 802.15.2(2003)第6條中描述了 PTA，是一個(gè)建議，而不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[4]。 802.15.2最初討論了 IEEE 802.11 b 和 IEEE 802.15.1(藍(lán)牙經(jīng)典)之間的共存問題，但并沒有描述一個(gè)精確的硬件配置。 但是，IEEE 802.15.2建議 PTA 實(shí)現(xiàn)考慮以下內(nèi)容(以大寫字母表示的 PTA 命令) :
- 從 IEEE 802.11 b 到 PTA 的 TX REQUEST 和來自 IEEE 802.15.1到 PTA 的 TX REQUEST
- TX CONFIRM 從PTA到IEEE 802.11 b 和 TX CONFIRM 從 PTA 到 IEEE 802.15.1
- 來自兩個(gè)無線的STATUS信息
- 目前及未來的TX/RX頻率
- TX/RX開始和持續(xù)時(shí)間的未來預(yù)期
- 數(shù)據(jù)包分組類型
- 優(yōu)先級(jí)(固定、隨機(jī)或基于 QoS)
在考慮無線電狀態(tài)，傳輸/接收和頻率時(shí)，IEEE 802.15.2描述了干擾的可能性，如圖7所示。
圖6| IEEE 802.15.22.4 GHz ISM 協(xié)同無線電干擾可能性
對(duì)于非托管共存的頻率分離建議對(duì)于托管共存也是必要的:
- IEEE 802.15.2的"In-Band"等效于共存通道(對(duì)共存頻道的IEEE 802.15.4， Wi-Fi有較大影響）
- IEEE 802.15.4 “Out-of-Band” 既包括鄰近信道，也包括遠(yuǎn)程通道(遠(yuǎn)程信道對(duì)鄰近信道的改善約20分貝)
因此，對(duì)于托管共存，建議繼續(xù)實(shí)施所有的非托管共存建議:
- 頻率分離
- 在20MHz頻段內(nèi)操作Wi-Fi
- 天線隔離
- zigbee/Thread 重試機(jī)制
- 旁路FEM LNA
在審查現(xiàn)有的PTA實(shí)現(xiàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)PT 的主要實(shí)現(xiàn)已經(jīng)被許多制造商集成到許多 Wi-Fi 設(shè)備中，但并不是所有的 Wi-Fi 設(shè)備都支持 PTA。 圖7顯示了支持藍(lán)牙的最常見的Wi-Fi/PTA實(shí)現(xiàn)。
圖7| 典型的 Wi-Fi/ 藍(lán)牙 PTA 實(shí)現(xiàn)
三線 PTA
常見的 PTA 配置的一個(gè)例子是圖7所示的3線配置。 在這種情況下，PRIORITY信號(hào)與REQUEST和GRANT一起使用，表示正在接收或傳送高優(yōu)先級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的消息。當(dāng)接收請求時(shí)，Wi-Fi /PTA設(shè)備將這一外部優(yōu)先級(jí)請求與內(nèi)部 Wi-Fi 優(yōu)先級(jí)進(jìn)行比較，后者可能是高/低或高/中/低，并可選擇藍(lán)牙或 Wi-Fi (注: 優(yōu)先權(quán)可以作為靜態(tài)或時(shí)間共享(增強(qiáng))優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn))。
- 靜態(tài): 在傳輸或接收操作的REQUEST期間，PRIORITY 不是很高就是很低
- 共享時(shí)間: 在REQUEST 聲明后，PRIORITY不是高就是低，但在接收操作期間切換到低，在傳輸操作期間高
由于IEEE 802.15.4 時(shí)相對(duì)較低的 RF 任務(wù)周期，靜態(tài)優(yōu)先權(quán)總是可以在 Wi-Fi/PTA輸入中與在2線模式下操作的 EFR32 PTA 輸入始終可以斷言靜態(tài)優(yōu)先權(quán)。 這樣就釋放了EFR32上的 GPIO 引腳，并且消除了電路板的痕跡。
在Silicon Labs的測試中：
在活動(dòng)的 Wi-Fi 中，網(wǎng)絡(luò)建立成功
- PTA功能大大提高了802.15.4的網(wǎng)絡(luò)簡歷成功。 在遠(yuǎn)程信道的用例，改進(jìn)最顯著
- 由于網(wǎng)絡(luò)的建立使用了廣播、非 ack 消息，所以沒有吞吐量流量的健壯性好
- 在遠(yuǎn)程信道上表現(xiàn)***，但當(dāng)與Wi-Fi共存或相鄰信道時(shí)，則會(huì)退化
- 當(dāng) Wi-Fi 主要在高頻工作周期傳輸時(shí)受到的影響***
MAC在活動(dòng)的 Wi-Fi 中重試
- PTA功能大大減少了802.15.4 MAC 重試; 當(dāng) CoEx zigbee 傳輸時(shí)，重試幾乎被消除了
- 即使啟用了 PTA 功能，MAC 還是要重試:
- 在遠(yuǎn)程信道上減少最多，但當(dāng)與Wi-Fi 共存或相鄰信道時(shí)會(huì)降級(jí)
- 當(dāng) CoEx zigbee 主要在高 Wi-Fi RF 任務(wù)周期接收時(shí)受到的影響***
活動(dòng) Wi-Fi 期間的消息失敗
- PTA特性大大降低了802.15.4消息失敗。 當(dāng) CoEx zigbee 正在傳輸而不是與 Wi-Fi 共存信道時(shí)，消息失敗幾乎消失了
- 即使啟用了 PTA 功能，消息仍會(huì)丟失
- 在遠(yuǎn)程信道上減少最多，但當(dāng)與 Wi-Fi 共存或相鄰?fù)ǖ罆r(shí)會(huì)降級(jí)
- 當(dāng) CoEx zigbee 主要在高 Wi-Fi RF 任務(wù)周期接收時(shí)受到的影響***
圖8顯示了一個(gè)由Silicon Labs進(jìn)行的測試結(jié)果，并強(qiáng)調(diào)了 PTA 在啟用時(shí)，在 Wi-Fi 存在下對(duì) zigbee 消息失敗率的正面影響。 通過重新啟用 APS (如下圖2所示的測試中禁用) ，消息失敗會(huì)進(jìn)一步減少。
圖8 | 消息失敗(%) : CoEx Wi-Fi流->遠(yuǎn)程Wi-Fi&遠(yuǎn)程zigbee ->CoEx zigbee RX 流
結(jié)論
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和發(fā)展，越來越多的Wi-Fi網(wǎng)關(guān)將增加藍(lán)牙、zigbee、Thread和其他無線協(xié)議，以便與家庭和建筑物中的連接設(shè)備進(jìn)行通信。 此外，隨著家庭和智能建筑系統(tǒng)越來越多地增加云連接，越來越多的家庭控制器會(huì)將 Wi-Fi添加到現(xiàn)有的低功耗無線設(shè)備上。 因此，包括 Wi-Fi 和其他2.4 GHz 協(xié)議的網(wǎng)關(guān)/控制器類型設(shè)備的數(shù)量將大幅增加，其中包括低耗電藍(lán)牙(BLE)和 IEEE 802.15.4-based zigbee 和 Thread。
配置強(qiáng)大的 Wi-Fi 會(huì)對(duì)對(duì) IEEE 802.15.4性能產(chǎn)生重大影響。 通過非托管和托管的共存技術(shù)，可以提高具有共存 Wi-Fi的性能。非托管共存包括:
- 實(shí)現(xiàn)頻率分離
- 使用帶有20兆赫頻帶的 Wi-Fi
- 增加天線隔離
- 使用 zigbee / thread 重試機(jī)制
- 去除FEM或旁路FEM LNA
隨著市場趨勢朝向更高的 Wi-Fi TX 功率、更高的 Wi-Fi 吞吐量以及將 Wi-Fi 和 IEEE 802.15.4集成到同一個(gè)設(shè)備中，單靠非托管技術(shù)可能是不夠的，因此需要一個(gè)托管共存的解決方案。 即使有一個(gè)托管共存的解決方案，所有非托管共存的方案仍然是必要的。
當(dāng)使用 PTA 時(shí)，性能有了很大的改善:
改善組網(wǎng)的成功率
- 但是，網(wǎng)絡(luò)的形成利用了廣播信息，這些信息沒有重試
- 如果可能的話，在加入IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備中，通過臨時(shí)減少 Wi-Fi 流量，可以進(jìn)一步提高組網(wǎng)的成功率 #### 大幅減少M(fèi)AC重試
- 減少消息延遲
- 提高端節(jié)點(diǎn)電池壽命
- 頻率分離仍然很重要，因?yàn)?**的管理共存性能是為了"遠(yuǎn)程"通道
大幅減少消息失敗
- 即使在高 Wi-Fi 的工作周期，IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)仍在運(yùn)行。
本文編譯自http://www.embedded-computing.com/embedded-computing-design/driving-wi-fi-zigbee-and-thread-coexistence-in-the-2-4-ghz
參考文獻(xiàn):
[1] ABI Research (2015), “Home Automation Systems Market Data 2Q 2015”
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[3] Thonet, G., Allard-Jacquin, P., Colle, P. (2008), “zigbee – Wi-Fi Coexistence: White Paper and Test Report”.
[4] 1. IEEE (2003), “802.15.2: IEEE Recommendation for Information Technology – Telecommunications and information exchange between systems – Local and metropolitan area networks – Specific requirements Part 15.2: Coexistence of Wireless Personal Area Networks with Other Wireless Devices Operating in Unlicensed Frequency Bands”, IEEE
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