基于WSN的工廠(chǎng)安防管理系統

摘要：從傳統報警系統的局限性出發(fā)，將入侵檢測技術(shù)與身份識別技術(shù)相結合，通過(guò)對同一時(shí)刻檢測的信號的辨析及入侵探測設備的發(fā)出信號來(lái)辨別非法入侵與合法進(jìn)入。結合實(shí)際，設計一套基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的人體探測、身份識別和定位應用于工廠(chǎng)等大型場(chǎng)所的智能安防監測系統。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器；安防系統；人體探測；身份識別

1 引 言
1．1 基于WSN的身份識別技術(shù)
隨著(zhù)計算機技術(shù)、自控技術(shù)及現代通信技術(shù)的高速發(fā)展和多技術(shù)的融合，安防系統也逐漸趨于智能化發(fā)展，并逐漸將電子地圖、多媒體、管理和控制軟件逐步引入到系統中。但現有安防系統還存人體探測精度低、存在誤報、漏報現象。究其原因，在于探測技術(shù)只能在分辨現場(chǎng)物理量的變化，不能清晰分辨“敵”我。與此同時(shí)現有系統一般均為點(diǎn)監控，無(wú)法實(shí)現面監控，對入侵人員出現的入侵位置無(wú)法精確定位和跟蹤。此外還存在施工周期長(cháng)，監控設備大、復雜，能耗高，不靈活。因此，高探測精度，明辯雙方，智能、簡(jiǎn)潔、低耗的安防系統是今后的發(fā)展方向。
1．2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的概念
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是一種由部署在監測區域內大量的微型智能的傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò )系統構成的網(wǎng)絡(luò )應用系統。各節點(diǎn)間連接是采用無(wú)線(xiàn)信道，采用對等、多跳通信方式，自組織網(wǎng)絡(luò )拓撲結構；傳感器節點(diǎn)間協(xié)同，協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域里被監測對象的信息，通過(guò)對數據局部采集、預處理及節點(diǎn)間數據交換從而完成全局任務(wù)并發(fā)送給觀(guān)察者。
1．3 基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
ZigBee是一種低速率、低功耗、短距離無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，是專(zhuān)為低速率傳感器和控制網(wǎng)絡(luò )設計的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。與其他無(wú)線(xiàn)協(xié)議相比，由于具有路徑選擇、自動(dòng)連結網(wǎng)絡(luò )及自我回復等主要功能，適和用于監控、控制與感測式網(wǎng)絡(luò )應用。ZigBee是一種經(jīng)濟、安全、可靠的選擇。在自動(dòng)化領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)有助于改進(jìn)安全性和訪(fǎng)問(wèn)控制。
1．4 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )定位算法分類(lèi)
大多數無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )定位算法分為兩個(gè)步驟：第一步計算網(wǎng)絡(luò )中未知節點(diǎn)到信標節點(diǎn)的距離或角度。第二步，利用數學(xué)方法計算出未知節點(diǎn)的自身位置坐標。目前常用的未知節點(diǎn)自身位置坐標的算法已基本成熟，現階段研究在于如何求出網(wǎng)絡(luò )中未知節點(diǎn)到信標節點(diǎn)之間的距離或角度。常用計算定位的方法分為基于測距的和不基于測距的。在基于測距的算法中典型方法有四種：到達時(shí)間、到達時(shí)間差、到達角度和接收信號強度指示的算法等。這些測量方法測量了節點(diǎn)間的距離或角度，一般數據相對準確，定位精度高，但對節點(diǎn)的硬件配置要求較高，易受外界環(huán)境因素的影響。不基于測距的方法是利用節點(diǎn)間的連通性和多跳路由信息交換等方法來(lái)估計節點(diǎn)間的距離或角度，受外界環(huán)境因素的影響小，對硬件要求不高，這種方法更多的得到人們的使用。不基于測距的典型算法有質(zhì)心算法、DV-Hop算法等多種。這些算法成本低、效率高，但存在著(zhù)一定的誤差。

2 基于WSN的工廠(chǎng)安防管理系統設計
2．1 建立基于WSN的工廠(chǎng)安防管理系統總模型
目前，安防監控技術(shù)飛速發(fā)展，在一些較大廠(chǎng)區，由于無(wú)線(xiàn)終端節點(diǎn)傳輸距離限制無(wú)法滿(mǎn)足工廠(chǎng)安防及監控的要求，因此可采用網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器及多個(gè)路由節點(diǎn)，如圖1所示，路由節點(diǎn)與各終端節點(diǎn)組成子網(wǎng)，負責監控區域內的一部分，各子網(wǎng)間相互獨立，在終端節點(diǎn)上安裝各種傳感器，負責所需的測量，數據采集及確定所屬的路由節點(diǎn)。子網(wǎng)內的終端節點(diǎn)再同時(shí)與路由節點(diǎn)構成網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行數據采集。首先給終端節點(diǎn)布置固定的位置，負責采集信息及發(fā)送信息到路由節點(diǎn)，此過(guò)程通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現。網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器協(xié)調網(wǎng)絡(luò )中路由節點(diǎn)，與各路由節點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現對工廠(chǎng)安防的網(wǎng)絡(luò )化管理；監控中心對系統全部功能進(jìn)行管理，是整個(gè)安防管理及預警系統的數據中心及監控網(wǎng)絡(luò )的總控制臺。

以某個(gè)子網(wǎng)為例，組網(wǎng)成功后，終端節點(diǎn)處于休眠狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器每隔一定時(shí)間發(fā)出一次指令，指令被路由節點(diǎn)接收后，先是傳遞給下一級路由節點(diǎn)，之后傳送給自身子網(wǎng)內的各終端節點(diǎn)。終端節點(diǎn)收到路由節點(diǎn)的指令后停止休眠，進(jìn)行數據采集并將信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳送給路由節點(diǎn)；路由節點(diǎn)接收信息，傳送到上一級路由節點(diǎn)，多跳后傳遞到網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器，數據到達網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器后再由網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器傳送到監測中心，監測中心負責對數據進(jìn)行接收及建數據庫存儲等。監測中心的數據或某子網(wǎng)的實(shí)時(shí)工作情況管理者查詢(xún)后可制定相應的方案。通過(guò)這種方式，使預防警戒監控區域全部連接在一起，實(shí)現了監測面積的擴大，廠(chǎng)區的大型化和分區管理。