СОВМЕСТНАЯ РАБОТА WI-FI И ZIGBEE В ДИАПАЗОНЕ 2,4 ГГЦ: ПРОБЛЕМЫ, МЕХАНИЗМЫ СОСУЩЕСТВОВАНИЯ И РЕШЕНИЯ

COEXISTENCE OF WI-FI AND ZIGBEE IN THE 2.4 GHZ BAND: CHALLENGES, COEXISTENCE MECHANISMS, AND SOLUTIONS

Daria Romanova

master's student, Department Radio Engineering and Communications, Volga state University of Technologies,

Russia, Yoshkar-Ola

Alexey Zyev

candidate of Sciences in Engineering, associate professor, Volga state University of Technologies,

Russia, Yoshkar-Ola

АННОТАЦИЯ

Wi-Fi и Zigbee — популярные беспроводные технологии, применяемые в умных домах и работающие в диапазоне 2,4 ГГц. Их одновременное использование может вызывать взаимные помехи из-за частотного перекрытия. В статье анализируются причины конфликтов, различия в архитектуре и предлагаются практические решения для обеспечения стабильной совместной работы обеих технологий.

ABSTRACT

Wi-Fi and Zigbee are widely used wireless technologies in smart home systems, both operating in the 2.4 GHz band. Their simultaneous use can lead to mutual interference due to frequency overlap. This article analyzes the causes of such conflicts, highlights architectural differences, and presents practical solutions to ensure stable coexistence of both technologies.

Ключевые слова: Wi-Fi, Zigbee, 2,4 ГГц, интерференция, умный дом, беспроводная связь, перекрытие каналов, mesh-сеть.

Keywords: Wi-Fi, Zigbee, 2.4 GHz, interference, smart home, wireless communication, channel overlap, mesh network.

Частотный план и перекрытие каналов

Каналы Wi-Fi в диапазоне 2,4 ГГц

Стандарт IEEE 802.11b/g/n определяет использование 13 каналов (в РФ) шириной 20 МГц, где центральные частоты начинаются с канала 1 (2412 МГц) и заканчиваются каналом 13 (2472 МГц). Из-за ширины в 20 МГц соседние каналы сильно перекрываются. Обычно используют каналы 1, 6 и 11, чтобы минимизировать перекрытие.

Каналы Zigbee

Стандарт IEEE 802.15.4, на котором основан Zigbee, определяет 16 каналов в диапазоне 2,4 ГГц, начиная с канала 11 (2405 МГц) до канала 26 (2480 МГц). Ширина одного канала — 2 МГц, и они распределены через каждые 5 МГц, что позволяет легко избежать перекрытия при правильной настройке.

Перекрытие частот

На диаграмме видно (можно вставить схему), что Wi-Fi канал шириной 20 МГц перекрывает сразу 4–5 Zigbee-каналов. Например: Wi-Fi канал 1 (центр 2412 МГц) перекрывает Zigbee каналы 11–14, Wi-Fi канал 6 (2437 МГц) перекрывает Zigbee каналы 15–18, Wi-Fi канал 11 (2462 МГц) перекрывает Zigbee каналы 21–24.

Таким образом, все Zigbee-каналы, кроме 25 и 26, могут попасть под влияние Wi-Fi.

Механизмы сосуществования и архитектурные различия

Различия в цели и дизайне

• Wi-Fi предназначен для передачи больших объёмов данных: видео, интернет-трафика, облачных сервисов. Он использует широкие каналы, мощные передатчики и сложную модуляцию.
• Zigbee ориентирован на низкую скорость, высокую надёжность и энергоэффективность. Его устройства работают на мощности до 1 мВт, передают короткие пакеты и находятся в спящем режиме большую часть времени.

Механизмы управления коллизиями

Обе технологии используют схему CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Однако есть важные различия:

• Wi-Fi работает с постоянной передачей и чаще занимает канал.
• Zigbee «слушает эфир» и ждёт освобождения канала, что делает его уязвимым к заглушению Wi-Fi.

Примеры помех

• При размещении Zigbee-координатора рядом с Wi-Fi роутером Zigbee-устройства могут терять связь или работать с большими задержками.
• Если канал Zigbee перекрывается активным Wi-Fi, потери пакетов увеличиваются, что критично для автоматизации (например, умный свет может не включаться вовремя).

Стратегии минимизации помех

1. Выбор канала Zigbee вручную

Выбор Zigbee каналов 15, 20, 25 или 26 позволяет минимизировать влияние Wi-Fi: канал 25 (2475 МГц) и 26 (2480 МГц) находятся вне зоны основных Wi-Fi-каналов, каналы 15 и 20 могут оказаться между Wi-Fi 1, 6 и 11, если они настроены правильно

2. Перемещение устройств

Физическое расстояние между Wi-Fi роутером и Zigbee-координатором уменьшает уровень прямого сигнала и позволяет избежать перегрузки приёмника.

3. Использование Zigbee-устройств с адаптацией по каналу

Некоторые Zigbee-координаторы (например, работающие на базе Zigbee2MQTT или устройств Tuya/Deconz) могут автоматически сканировать эфир и выбирать наименее загруженный канал при старте сети.

4. Использование mesh-сети Zigbee

Mesh-сеть с роутерами Zigbee может компенсировать локальные потери сигнала и позволить трафику обойти помехи, обеспечивая надёжность.

5. Перенос Wi-Fi устройств на 5 ГГц

Если оборудование поддерживает двухдиапазонный Wi-Fi (2,4 и 5 ГГц), перенос части устройств на 5 ГГц может существенно разгрузить эфир на 2,4 ГГц и улучшить стабильность Zigbee.

Список литературы:

1. Difference between Zigbee and Wi-Fi [электронный ресурс] – Режим доступа. — URL: https/www.geeksforgeeks.org/difference-between-zigbee-and-wi-fi/ (дата обращения 07.03.2025)
2. Чем различаются технологии ZigBee и Wi-Fi [электронный ресурс] – Режим доступа. — URL: https://blog.rt.ru/b2c/chem-razlichayutsya-tekhnologii-zigbee-i-wi-fi.htm?ysclid=m9bly956ty327161103 (дата обращения 14.03.2025)
3. Зигби против. Z-волна против. Wi-Fi [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://www.ledyilighting.com/ru/zigbee-vs-z-wave-vs-wifi/ (дата обращения: 20.02.2025)