無(wú)線網(wǎng)絡(luò)干擾嚴(yán)重

作為短距離無(wú)線技術(shù)的3大主角，藍(lán)牙，Zigbee，WiFi自面世以來(lái)就備受器重，由于在技術(shù)、成本、能耗、簡(jiǎn)便性等多方面的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展勢(shì)頭很快。

目前，WiFi已成為家庭和辦公環(huán)境無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳€，幾乎所有的智能手機(jī)、平板、PC都采用WiFi進(jìn)行高速信息交互。藍(lán)牙速率相對(duì)較慢，但能耗更低，通常用于連接用于連接個(gè)人周邊的外圍設(shè)備，比如無(wú)線耳機(jī)、打印機(jī)、掃描儀等。而Zigbee是一種發(fā)送和接受數(shù)據(jù)量少，能耗低、電池壽命長(zhǎng)的協(xié)議，在家庭自動(dòng)化、醫(yī)療保健以及其他行業(yè)設(shè)備中應(yīng)用較廣泛。

然而，藍(lán)牙，Zigbee，WiFi都是采用2.4GHZ頻段，因此3者之間的干擾也很嚴(yán)重。此外，不同標(biāo)準(zhǔn)制式的WiFi接入點(diǎn)過(guò)多過(guò)密，也容易相互產(chǎn)生干擾。這兩個(gè)原因嚴(yán)重影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速及可靠穩(wěn)定性。

能量脈沖技術(shù)消除無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)干擾

不過(guò)好消息來(lái)了!密歇根大學(xué)科學(xué)教授 Kang Shin 和他的助手在去年7月推出了GapSense系統(tǒng)，通過(guò)讓W(xué)iFi、藍(lán)牙，Zigbee發(fā)送特殊的能量脈沖作為交通管制信號(hào)，避免無(wú)線設(shè)備信號(hào)傳輸沖突，克服同一頻段內(nèi)的信號(hào)干擾問(wèn)題。Shin 表示，無(wú)論傳送端與發(fā)射端采用哪種無(wú)線協(xié)議，都能解決傳輸信號(hào)干擾的問(wèn)題。

為了有效避免沖突，藍(lán)牙，Zigbee，WiFi等3個(gè)無(wú)線協(xié)議都采用了一種機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)刻只有一個(gè)信號(hào)在傳輸。但很不幸的是，這3種機(jī)制不盡相同，并且這3種技術(shù)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)互通。

大致上，這3種技術(shù)遵循CSMA(載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn))的原理。CSMA是一種允許多個(gè)設(shè)備在同一信道發(fā)送信號(hào)的協(xié)議，其中的設(shè)備監(jiān)聽(tīng)其它設(shè)備是否忙碌，只有在線路空閑時(shí)才發(fā)送。會(huì)出現(xiàn)的一種極端情況是，當(dāng)碰撞達(dá)到16次以后，自動(dòng)放棄發(fā)送。因此，CSMA無(wú)法從根本上避免干擾，這3種無(wú)線技術(shù)的干擾也經(jīng)常發(fā)生。

尤其是WiFi與Zigbee的相互干擾更為嚴(yán)重。我們知道，Zigbee 的底層標(biāo)準(zhǔn)把2.4 GHz 的ISM頻段劃分為16 個(gè)信道，每個(gè)信道帶寬為2 MHz。而WiFi 將該頻段劃分為11 個(gè)直擴(kuò)信道，系統(tǒng)可選定其中任一信道進(jìn)行通信，信道帶寬為22 MHz,所以11 個(gè)信道有重疊，無(wú)重疊的信道最多只有3 個(gè)。顯而易見(jiàn)，假定WiFi 系統(tǒng)工作在任一信道，則Zigbee 和其信道頻率重疊的概率為1/4。當(dāng)Zigbee 和WiFi 同時(shí)使用相同頻段通信時(shí)，產(chǎn)生帶內(nèi)有色噪聲干擾，導(dǎo)致傳輸分組沖突。

另外，WiFi與WiFi之間的干擾也非常嚴(yán)重。隨著WiFi標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，為了提高容量和傳輸速率，新的WiFi標(biāo)準(zhǔn)較上一代都采用更寬的信道。例如，當(dāng)802.11b設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)通知WiFi網(wǎng)絡(luò)去分配帶寬為10MHZ子信道。而此時(shí)，采用40MHZ子信道帶寬的802.11n設(shè)備正好也有數(shù)據(jù)包發(fā)送，而此時(shí)它卻不知道8.2.11b的設(shè)備有發(fā)送需求，此時(shí)，對(duì)80.2.11n設(shè)備而言，80.211b設(shè)備就成為了“隱藏終端”，因此兩設(shè)備的數(shù)據(jù)包極容易相互沖突。

要想讓這些不同的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)頻譜的協(xié)調(diào)，Shin和他的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新的通信機(jī)制---GapSense技術(shù)。GapSense采用了一系列由空白間隔開(kāi)的能量脈沖，通過(guò)監(jiān)測(cè)2.4GHz頻帶上的脈沖能量、長(zhǎng)短脈沖之間的差距來(lái)避免信號(hào)沖突。

新技術(shù)還能有效降低能耗 普及有望

據(jù)悉，GapSense使用的是虛擬載波檢測(cè)(virtual carrier sensing)方式，以確定何時(shí)可進(jìn)行清晰干凈的信號(hào)傳輸，而不必考慮所采用的是哪一種通信協(xié)議，因此可以明顯改善不同類型設(shè)備之間的干擾。例如在一個(gè)WiFi，藍(lán)牙和ZigBee共存的無(wú)線辦公網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，ZigBee和WiFi之間的沖突碰撞概率為45%，而采用GapSense技術(shù)后，經(jīng)測(cè)試，碰撞減少了8%。同時(shí)，“隱藏終端”的問(wèn)題也從40%減少到幾乎為零。

此外，GapSense技術(shù)它將更快時(shí)脈速度的WiFi發(fā)射器以及傳送喚醒信號(hào)的低速單元隔離開(kāi)來(lái)，從而使其能趕上預(yù)期出現(xiàn)的資訊封包，而無(wú)需等候與監(jiān)聽(tīng)信號(hào)，因此能耗也減少了44%。

GapSense技術(shù)的采用涉及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及WiFi接入點(diǎn)的固件與驅(qū)動(dòng)的更新，大多數(shù)的廠商目前還做不到這一點(diǎn)，因此，這項(xiàng)新技術(shù)可能不得不等待時(shí)機(jī)來(lái)普及。目前，密西根大學(xué)正在及尋求商業(yè)合作伙伴，助力將GapSense技術(shù)推向市場(chǎng)。