目前，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備呈指數(shù)級增長，使得可用頻段的繁忙度大大高于以往。Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee均工作在無授權(quán)限制的2.4-GHz (2.4 GHz —2.4835 GHz)工業(yè)、科技和醫(yī)學(xué)(ISM)頻段。藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)兩者之間幾乎不存在競爭性，它們均有基于各自優(yōu)點的應(yīng)用范圍。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求兩者同時出現(xiàn)在一個網(wǎng)絡(luò)中，還有些應(yīng)用甚至要求兩者共存于同一系統(tǒng)中。如果處理不當(dāng)，這種共存有時會導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。
如果一個Wi-Fi設(shè)備和一個藍(lán)牙設(shè)備相距不超過2米，則這種情況稱為“并置”。這種情況下產(chǎn)生的干擾被視為內(nèi)部干擾。如兩臺設(shè)備并非并置，則干擾被視為外部干擾。內(nèi)部干擾可使彼此接收器的接收能力飽和，從而導(dǎo)致通訊問題。與內(nèi)部干擾不同的是，外部干擾主要造成同一頻率時的傳輸問題，可損壞數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。
共存問題對于手機(jī)生產(chǎn)商和筆記本/平板電腦制造商來說是一個熟悉的問題。但是，這一問題對于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者來說，往往是個新問題。在設(shè)計內(nèi)有并置Wi-Fi設(shè)備和藍(lán)牙設(shè)備的系統(tǒng)時，一定要注意共存問題。本文將討論共存中出現(xiàn)的問題，解決這些問題的方法，以及幫助兩種設(shè)備在近距離放置的同時仍能正常工作的最佳做法。
在我們深入探討藍(lán)牙或Wi-Fi的共存問題之前，先來了解一下它們?nèi)绾问褂?.4GHz頻段。藍(lán)牙和Wi-Fi使用擴(kuò)展頻譜技術(shù)來通過較寬的頻帶發(fā)射窄帶信號。擴(kuò)展頻譜有很多不同的優(yōu)點，其中包括增強(qiáng)的抗干擾能力和更高的安全性。
藍(lán)牙
藍(lán)牙使用跳頻技術(shù)通過79個信道發(fā)射窄帶信號，發(fā)射時從一個信道跳至另一個信道。它使用2.402 GHz到2.48 GHz頻譜，并將之分為79個1-MHz的信道(見圖1)。藍(lán)牙低能耗技術(shù)(BLE)使用2-MHz的信道間隔，共有40個信道。
Wi-Fi
按照802.11b標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi使用直接序列展頻技術(shù)(DSSS)，而其它版本(如802.11n)則使用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)變。在DSSS技術(shù)中，窄帶信號乘以一個高頻噪聲信號(+1和-1的偽隨機(jī)序列)后再發(fā)送。在接收端，使用同樣的偽隨機(jī)序列來獲得信號。在OFDM技術(shù)中，數(shù)據(jù)在信道頻率中經(jīng)過多載波調(diào)制。信道帶寬根據(jù)Wi-Fi技術(shù)規(guī)范的版本不同而有所差異。幾乎所有的版本都用到了20 MHz帶寬的信道(802.11b有22 MHz的信道)。每個信道按5 MHz劃分，共有14個Wi-Fi信道。
然而，一些國家不允許使用所有14個信道。例如，美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)就只允許使用前11個信道。而且，在所有許可的信道中，只有三個信道是非重疊的，分別是信道1、信道6和信道11。美國電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)的802.11n還允許.4 GHz頻帶中的40 MHz信道，這導(dǎo)致只剩下一個40-MHz的非重疊信道。
Wi-Fi使用載波偵聽多路訪問(CSMA)沖突避免(CA)技術(shù)，來防止與其它使用同一頻帶的設(shè)備產(chǎn)生沖突。當(dāng)Wi-Fi設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，先由介質(zhì)訪問控制(MAC)檢查信道是否空閑。如果發(fā)現(xiàn)信道未被占用，即發(fā)送數(shù)據(jù)(見圖3)。否則，它會等待一段時間，時間長短由一個隨機(jī)退避系數(shù)來決定。
退避期可以為從0到(在時隙中測得的)競爭窗口(contention window(CW))值。由于兩臺設(shè)備不太可能采用同一退避期，所以反復(fù)出現(xiàn)沖突的幾率降到了最低。首先，設(shè)備等待信道空閑，然后根據(jù)分布式協(xié)調(diào)幀間間隙(DIFS)來等待。DIFS等于一個短幀間間隔(SIFS)+2*時隙(SLOT)，此處的時隙是基本服務(wù)集(BSS)監(jiān)聽傳輸所需的最短時間。退避值在每一個空閑退避時隙后遞減。在每次發(fā)送失敗/沖突后，競爭窗口的值將翻倍，直到競爭窗口最大值(CWMax)。
圖4顯示了當(dāng)一臺設(shè)備準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)信道繁忙的情況。如圖所示，當(dāng)發(fā)送器2想要發(fā)送一個幀時，發(fā)送器1正占用著信道。發(fā)現(xiàn)信道忙碌后，發(fā)送器2將等待，直到信道空閑，然后等待SIFS，再啟動競爭窗口。在退避計時器期限終止時，發(fā)送數(shù)據(jù)。
當(dāng)周圍環(huán)境有非常強(qiáng)的干擾時(干擾來自雜訊或其它無線設(shè)備)，此方案會導(dǎo)致Wi-Fi的效能受到很大影響。Wi-Fi還需適應(yīng)因干擾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)速率變化。如果丟包嚴(yán)重，它將調(diào)整為較低的數(shù)據(jù)速率來盡量減少丟包。但是，由于降低數(shù)據(jù)速率會導(dǎo)致發(fā)送少量數(shù)據(jù)即需較長時間，因此會使問題進(jìn)一步復(fù)雜化。
載波偵聽多路訪問(CSMA)可有助于避免與大多數(shù)節(jié)點的沖突。不過，如果網(wǎng)絡(luò)中存在載波偵聽亦無法發(fā)現(xiàn)的隱藏節(jié)點，那么這些節(jié)點仍有可能導(dǎo)致沖突。為解決這一問題，Wi-Fi使用了沖突避免技術(shù)。在Wi-Fi設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，是無法檢測到?jīng)_突的，唯一能檢測并避免沖突的方法，就是(發(fā)送后)等待預(yù)期的回應(yīng)。如發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點未能收到預(yù)期的回應(yīng)，則說明出現(xiàn)了沖突。Wi-Fi使用請求發(fā)送/清除發(fā)送(RTS/CTS)協(xié)議來避免沖突。此協(xié)議可幫助多臺Wi-Fi設(shè)備共存于同一網(wǎng)絡(luò)。
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