Vensi威士丹利智能提供多协议网关冲突解决方案

应用背景

智能家居中控网关为了接入家居产品供应商不同的通信方式设备,比如蓝牙的洗衣机、zigbee的窗帘控制器等,家居网关需要具有Wi-Fi、Zigbee和蓝牙、lora等多种通信协议,另外几乎每个家庭中都会有WiFi路由器,工作频段处于2.4Ghz ISM 频段,易出现冲突导致通信不正常。

图表 1 频谱重叠图

本文提供了多协议共存解决方案可以将运行时产生的性能退化降到最低。

多协议共存的挑战

Wi-Fi、Zigbee和蓝牙等多个 2.4 GHz 技术同时运行,会发生一个无线电的信号干扰相邻无线电信号的现象,导致消息传输失败等干扰现象;会降低无线性能,更多消息重试。这些问题导致设备响应度降低,功耗增加。

协议虽然有不同调制制式、频率、带宽,但频谱耦合重叠严重;一种协议会受到来自其他协议的不期望的噪声影响。

如果接收信号强度弱于其他协议带来的噪声影响,导致信号可能接收失败。

协议共存在一个设备中,难于隔离;另外WiFi信号强度可达30dbm,高清视频大流量导致WiFi带宽占用大。直接增大了协议冲突风险。

当wifi临通道信号强于IOT设备发出的信号时,网关Zigbee、蓝牙信号接收功能阻断;

Zigbee采用CCA(Clear Channel Assessment)获取优先发送通道时,如果射频能量检测大于-75dbm是将阻止Zigbee发送。

Zigbee、蓝牙收到高能量wifi影响,接收灵敏度将降低;

网关端冲突解决方案

影响

指令响应变差、延迟或丢失反馈; 丢失蓝牙连接;重试导致蓝牙设备电池寿命降低。

解决措施

2.1频率分离

尽可能使zigbee通道频率远离wifi通道;采用低功耗蓝牙通道

2.2天线隔离

Zigbee、蓝牙与wifi天线间尽可能 远离或隔离。

2.3.wifi采用20Mhz带宽而不是40Mhz带宽。

2.4. 采用重发机制。

2.5. 低功耗蓝牙频率建议

采用低、中、高频率通道。另外一种方法是动态配置通道一避开其它协议占用的通道。

2.7 分时协调激活发射器

PTA (包冲突仲裁)机制进行解决。采用基于 IEEE 802.15.2 包传输仲裁 (PTA) 而设计,实现协调方案,有效减少无线干扰。使用可协调 2.4GHz 带宽访问以实现传输和接收目的的信令系统,能够分隔不同无线电,从而共存提高无线性能。在收到和传输消息前就发信号给 Wi-Fi 设备。一旦 Wi-Fi 设备发现 zigbee 请求,就会延迟 Wi-Fi 传输,从而提高 zigbee的消息可靠性。

无分时协调的 IoT 网络

有分时协调 PTA 的 IoT 网络

设备端冲突解决方案

1.影响

通讯延迟、丢失反馈、降低电池寿命;

高重发率,CCA重试延迟增大。

2.解决措施

2.1频率分离

尽可能使zigbee通道频率远离wifi通道;采用低功耗蓝牙通道。

2.2.wifi采用20Mhz带宽而不是40Mhz带宽。

2.3. 采用重发机制。

2.4. 低功耗蓝牙频率建议

采用低、中、高频率通道。另外一种方法是动态配置通道以避开其它协议占用的通道。

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