WLAN对ZigBee传感器网络的干扰问题研究

• 作 者: 朱晨
• 机 构: 山东大学
• 出 处: 山东大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: ZigBee WLAN 千扰

在移动互联网和物联网迅猛发展的背景下,越来越多的短距离无线通信设备出现在日常生活中,很大程度上解决了密集用户最后十米的接入问题。ISM 2.4GHz是唯一在全球范围内免费开放的频段,基于IEEE802.15.4标准的ZigBee技术和无线局域网WLAN都是在ISM 2.4GHz频段上广泛应用的无线技术。随着近年来2.4GHz频段上的无线设备日益增多,该频段日益拥挤,不同系统间的干扰也日益严重。由于WLAN的带宽和功率都比ZigBee的大得多,对于WLAN系统而言,ZigBee的干扰可以忽略不计;相反在WLAN的干扰下,ZigBee系统性能会严重下降。通信频谱资源的有限性不能满足无线需求的快速增长,如何充分利用无线资源降低不同系统间的干扰成为研究热点,本文结合理论和实验分析了近距离情况下,WLAN干扰对ZigBee系统性能的影响。本文首先简要介绍了 IEEE802.11b协议和IEEE802.15.4协议的技术特点,以及物理层和MAC层规范,接着介绍了 ZigBee技术的体系结构、网络拓扑。接下来分析了 ZigBee系统自身抗干扰性,主要是IEEE802.15.4采用的CSMA/CA机制、CCA、接收端的能量检测等。针对WLAN对ZigBee性能的干扰是基于分析模型的,本文介绍了两种干扰分析模型,以及WLAN干扰下ZigBee系统性能的变化,包括误码率、分组错误率、延时、吞吐量、ZigBee组网等。本文总结了 WLAN对ZigBee干扰的物理层和MAC层多种干扰检测方法,在判定干扰程度的基础上,通过频分复用、时分复用、空间复用的方法合理调度时间、空间、频谱等无线资源以改进WLAN和ZigBee的共存问题。针对ISM频段内WLAN对ZigBee的干扰问题,本文通过实验检测了实际应用环境中ZigBee的通信质量。实验结果验证了 ZigBee的分组错误率与WLAN发射功率、工作信道以及距离之间的相关性,WLAN的干扰可以使ZigBee分组错误率高达90%。本文为ZigBee研究抗干扰性能提供了颇有价值的理论和实验依据。