1.引言
目前的監(jiān)獄人員定位管理，基本還停留在人工管理階段，以監(jiān)獄獄警巡查記錄加攝像機監(jiān)視報警方式進行管理，對于移動中的人員，信息更新慢，準確度不高。監(jiān)獄人員位置信息采集主要靠獄警巡查然后手工記錄完成，無法將實時位置和在押人員真正關聯起來。
由于監(jiān)獄人員定位管理水平不高，導致一系列惡性越獄事件未能及時被發(fā)現并制止，如呼和浩特的越獄事件，給社會造成極大危害。為防止越獄事件的再次發(fā)生，防止犯罪分子再次危害社會，建設監(jiān)獄人員定位管理系統(tǒng)迫在眉睫。
ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，ZigBee技術具備功耗小、時延短、網絡容量大和安全等優(yōu)點，在短距離、低功耗、無線通信中具備特有的技術優(yōu)勢，ZigBee技術應用于小范圍的基于無線通信的控制和自動化等領域.我們針對監(jiān)獄設計了基于ZigBee技術的監(jiān)獄人員定位系統(tǒng)。
2.ZigBee技術
2.1ZigBee技術簡介
ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率(250kB/s)、低功耗、低成本、自組網、低復雜度、安全可靠、高擴展性的雙向無線通信技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。ZigBee的基礎是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區(qū)域網（PersonalAreaNetwork，PAN）工作組的一項標準，被稱作IEEE802.15.4ZigBee）技術標準，主要適用于自動控制和遠程控制領域，支持地理定位功能。作為一種無線通信技術，ZigBee技術具有以下特點：
(1)低功耗:由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算,ZigBee設備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備望塵莫及的。
(2)成本低:ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,估計很快就能降到1.5-2.5美元,并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。
(3)時延短:通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短,典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms,活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應用。
(4)網絡容量大:一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備,一個區(qū)域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡,而且網絡組成靈活。
(5)可靠:采取了碰撞避免策略,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙,避開了發(fā)送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式,每個發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發(fā)。
(6)安全:ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證,采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。
2.2ZigBee技術在實現監(jiān)獄人員定位功能中的優(yōu)勢
目前實現人員定位的技術很多，如GPS定位、手機基站定位、RFID定位、WIFI定位等。GPS定位與手機基站定位因需要類似手機終端，不便于管理，雖然定位功能不錯，但并不適合監(jiān)獄這一個管理嚴格的場所。RFID、WIFI、ZigBee技術都能很好的完成監(jiān)獄人員定位功能，
ZigBee與WIFI采用同樣的算法實現定位，但是WIFI設備的耗電量太大，設備需要頻繁更換電池或充電，對人員定位功能有影響以及不方便管理；RFID與ZigBee相比，定位算法雖然不一樣，但是在達到相同定位效果及密度的前提下，RFID設備的安裝密度會遠大于Zigbee設備，而且RFID采用的是有線傳輸需要布線，安裝工程量都比較大。綜上所述，ZigBee技術成本低、耗電小、傳輸可靠、實現復雜度以及應用適合度等優(yōu)勢，在目前常見的集中定位技術中更加適合于用以監(jiān)獄人員定位系統(tǒng)的功能。
3.監(jiān)獄人員定位系統(tǒng)的系統(tǒng)組成級工作原理
3.1系統(tǒng)組成
定位系統(tǒng)有軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)用于完成信息采集、識別、分析及其傳輸，硬件系統(tǒng)由地面監(jiān)控計算機、傳輸適配器、射頻基站、射頻讀卡器、射頻身份卡和天線等組成，用于完成信息采集和識別，從而實現人員識別、定位的功能。軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)共同支撐著整個系統(tǒng)的運行，并演繹出各種不同的功能應用。各硬件設備功能如下：
射頻身份卡。具有唯一的全球眼ID，其內部儲存著一個人員的信息，用來識別目標對象。射頻身份卡分為干警用和犯人用2種，干警武警等人員使用的射頻卡帶有主動發(fā)送數據的按鍵，具有主動發(fā)信號讓讀卡器接收數據功能，用于值班人員定時上報所在位置，以防止人卡分離情況；犯人用射頻卡安裝與防插卸電子腕帶上，由讀卡器主動采取射頻卡數據，不主動上傳。
射頻讀卡器。根據監(jiān)獄的定位要求，在每個定位點安裝一個射頻讀卡器，射頻讀卡器能主動發(fā)送信號激活在定位范圍內的射頻卡上傳射頻卡數據，也可接收主動上傳的干警射頻身份卡數據。然后將數據通過ZigBee無線網絡傳至附近的射頻基站。
射頻基站。根據監(jiān)獄的定位要求，將監(jiān)獄分為幾個定位區(qū)域，分別安裝一個射頻基站，用于接收射頻讀卡器上傳的射頻卡數據，并將數據傳至人員定位系統(tǒng)，再由軟件系統(tǒng)對數據進行識別、分析人員位置信息。
3.2工作原理
以滿足監(jiān)獄定位要求為目的，先將監(jiān)獄劃分幾個區(qū)域，然后在每個區(qū)域內建設一個射頻基站；然后在監(jiān)獄周界圍墻、建筑物內、各出入門禁處、監(jiān)獄獄內活動場所等公共區(qū)域、監(jiān)獄勞動場所、監(jiān)獄押運車、巡更點等位置安裝射頻讀卡器；最后給監(jiān)獄的所有工作人員和犯人配發(fā)唯一的射頻身份卡或電子腕帶射頻卡，工作人員的射頻卡為主動式可以主動上傳數據，犯人的為被動式需進入射頻讀卡器范圍內并被激活后上傳數據信息。射頻讀卡器的讀取的數據通過ZigBee無線網絡傳輸到人員定位系統(tǒng)，識別、分析出相關人員的具體位置。
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