ZigBee技術(shù)在槍支定位系統(tǒng)中的應(yīng)用
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們的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)的穩(wěn)定都會(huì)帶來極大的威脅。因此，如何實(shí)現(xiàn)對槍支的定位、管理是亟待解決的問題。由于GPS技術(shù)在實(shí)現(xiàn)定位時(shí)存在功耗大，成本高，可擴(kuò)展性差等局限性，針對這一情況，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的槍支定位系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)在監(jiān)區(qū)、營區(qū)等小區(qū)域范圍內(nèi)掌握槍支當(dāng)前所處位置，當(dāng)有異常情況發(fā)生時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，以便執(zhí)勤人員能夠快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地做出反應(yīng)。
1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
1．1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network，WSN)是由低成本、低功耗的微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過自組織通信形成的無線網(wǎng)絡(luò)，是一種全新的信息獲取平臺(tái)，可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍監(jiān)測和跟蹤。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，在對所監(jiān)測到的信息進(jìn)行初步處理之后，以多跳中繼的方式將其傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，然后經(jīng)衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)、或是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等途徑到達(dá)最終用戶所在的管理節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)位置固定，終端用戶可通過管理節(jié)點(diǎn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和配置，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)或是收集回傳數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
1．2 ZigBee技術(shù)簡介
ZigBee技術(shù)是一種面向自動(dòng)化和無線控制的低速率、低功耗、低價(jià)格的無線網(wǎng)絡(luò)方案。它的通信速率要求低于藍(lán)牙，由電池供電設(shè)備提供無線通信功能。ZigBec支持mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其無線設(shè)備工作在公共頻段上(全球2．4 GHz，美國915 MHz，歐洲868 MHz)。采用ZigBee技術(shù)的產(chǎn)品可以在2．4 GHz上提供250 Kb／s(16個(gè)信道)、在915 MHz提供40 Kb／s(10個(gè)信道)和在868 MHz上提供20 Kb／s(1個(gè)信道)的傳輸速率。傳輸范圍依賴于輸出功率和信道環(huán)境，介于10～100m之間，一般在30 m左右。
由于ZigBee使用的是開放頻段，已有多種無線通信技術(shù)使用。因此為避免被干擾，各個(gè)頻段均采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。同時(shí)，PHY的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)允許設(shè)備無需閉環(huán)同步。
ZigBee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)包括有：
功耗低 由于ZigBee的傳輸速率低，估算2節(jié)普通5號干電池可使用6個(gè)月到2年。成本低 模塊的初始成本估計(jì)在6美元左右，很快就能降到1．5～2．5美元之間，且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。
網(wǎng)絡(luò)容量大 一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
時(shí)延短 通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。設(shè)備搜索時(shí)延典型值為30ms，休眠激活時(shí)延典型值是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。
安全 ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法。
可靠 采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。
由于ZigBee技術(shù)發(fā)展日趨成熟，國內(nèi)外對無線傳感器技術(shù)的研究也越來越深入，且ZigBee技術(shù)支持地理定位功能，可以及時(shí)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置，以實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。本文積極借鑒當(dāng)前關(guān)于ZigBee技術(shù)的理論研究成果，構(gòu)建了槍支定位系統(tǒng)。
2 槍支定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 總體規(guī)劃
如圖2所示，在該系統(tǒng)中，將槍支放置的區(qū)域劃分為監(jiān)區(qū)、營區(qū)、警戒區(qū)。其中，監(jiān)區(qū)、營區(qū)、警戒區(qū)是預(yù)定的監(jiān)控區(qū)域(圖2虛線框所示范圍)，均為安全區(qū)域；虛線框以外的區(qū)域?yàn)榉前踩珔^(qū)域。若槍支在預(yù)定監(jiān)控區(qū)域內(nèi)活動(dòng)，則認(rèn)為是正常的，不發(fā)出報(bào)警信號；反之若脫離監(jiān)控區(qū)域，則認(rèn)為異常，此時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。在構(gòu)建該系統(tǒng)時(shí)可以在不改變武警部隊(duì)已有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新，繼續(xù)使用部隊(duì)現(xiàn)有的三級網(wǎng)。
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