目前，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，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(wú)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(jìng)爭(zhēng)性，它們均有基于各自優(yōu)點(diǎn)的應(yīng)用范圍。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求兩者同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)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(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題。
如果一個(gè)Wi-Fi設(shè)備和一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備相距不超過(guò)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(tái)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(wèn)題。與內(nèi)部干擾不同的是，外部干擾主要造成同一頻率時(shí)的傳輸問(wèn)題，可損壞數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。
共存問(wèn)題對(duì)于手機(jī)生產(chǎn)商和筆記本/平板電腦制造商來(lái)說(shuō)是一個(gè)熟悉的問(wèn)題。但是，這一問(wèn)題對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，往往是個(gè)新問(wèn)題。在設(shè)計(jì)內(nèi)有并置Wi-Fi設(shè)備和藍(lán)牙設(shè)備的系統(tǒng)時(shí)，一定要注意共存問(wèn)題。本文將討論共存中出現(xiàn)的問(wèn)題，解決這些問(wèn)題的方法，以及幫助兩種設(shè)備在近距離放置的同時(shí)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(wèn)題之前，先來(lái)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(lái)通過(guò)較寬的頻帶發(fā)射窄帶信號(hào)。擴(kuò)展頻譜有很多不同的優(yōu)點(diǎn)，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(guò)79個(gè)信道發(fā)射窄帶信號(hào)，發(fā)射時(shí)從一個(gè)信道跳至另一個(gè)信道。它使用2.402 GHz到2.48 GHz頻譜，并將之分為79個(gè)1-MHz的信道(見(jiàn)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(gè)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(hào)乘以一個(gè)高頻噪聲信號(hào)(+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(lái)獲得信號(hào)。在OFDM技術(shù)中，數(shù)據(jù)在信道頻率中經(jīng)過(guò)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(gè)信道按5 MHz劃分，共有14個(gè)Wi-Fi信道。
然而，一些國(guó)家不允許使用所有14個(gè)信道。例如，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)就只允許使用前11個(gè)信道。而且，在所有許可的信道中，只有三個(gè)信道是非重疊的，分別是信道1、信道6和信道11。美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(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(gè)40-MHz的非重疊信道。
Wi-Fi使用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA)沖突避免(CA)技術(shù)，來(lái)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(shí)，先由介質(zhì)訪問(wèn)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(jiàn)圖3)。否則，它會(huì)等待一段時(shí)間，時(shí)間長(zhǎng)短由一個(gè)隨機(jī)退避系數(shù)來(lái)決定。
退避期可以為從0到(在時(shí)隙中測(cè)得的)競(jìng)爭(zhēng)窗口(contention window(CW))值。由于兩臺(tái)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(lái)等待。DIFS等于一個(gè)短幀間間隔(SIFS)+2*時(shí)隙(SLOT)，此處的時(shí)隙是基本服務(wù)集(BSS)監(jiān)聽(tīng)傳輸所需的最短時(shí)間。退避值在每一個(gè)空閑退避時(shí)隙后遞減。在每次發(fā)送失敗/沖突后，競(jìng)爭(zhēng)窗口的值將翻倍，直到競(jìng)爭(zhēng)窗口最大值(CWMax)。
圖4顯示了當(dāng)一臺(tái)設(shè)備準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(gè)幀時(shí)，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(dòng)競(jìng)爭(zhēng)窗口。在退避計(jì)時(shí)器期限終止時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)。
當(dāng)周圍環(huán)境有非常強(qiáng)的干擾時(shí)(干擾來(lái)自雜訊或其它無(wú)線設(shè)備)，此方案會(huì)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(lái)盡量減少丟包。但是，由于降低數(shù)據(jù)速率會(huì)導(dǎo)致發(fā)送少量數(shù)據(jù)即需較長(zhǎng)時(shí)間，因此會(huì)使問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。
載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA)可有助于避免與大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的沖突。不過(guò)，如果網(wǎng)絡(luò)中存在載波偵聽(tīng)亦無(wú)法發(fā)現(xiàn)的隱藏節(jié)點(diǎn)，那么這些節(jié)點(diǎn)仍有可能導(dǎo)致沖突。為解決這一問(wèn)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(guò)程中，是無(wú)法檢測(cè)到?jīng)_突的，唯一能檢測(cè)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(diǎn)未能收到預(yù)期的回應(yīng)，則說(shuō)明出現(xiàn)了沖突。Wi-Fi使用請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送(RTS/CTS)協(xié)議來(lái)避免沖突。此協(xié)議可幫助多臺(tái)Wi-Fi設(shè)備共存于同一網(wǎng)絡(luò)。
（轉(zhuǎn)載）
