ZigBee技術(shù)在槍支定位系統中的應用
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們的生命財產(chǎn)安全和社會(huì )的穩定都會(huì )帶來(lái)極大的威脅。因此，如何實(shí)現對槍支的定位、管理是亟待解決的問(wèn)題。由于GPS技術(shù)在實(shí)現定位時(shí)存在功耗大，成本高，可擴展性差等局限性，針對這一情況，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的槍支定位系統。通過(guò)該系統在監區、營(yíng)區等小區域范圍內掌握槍支當前所處位置，當有異常情況發(fā)生時(shí)，及時(shí)發(fā)出報警信號，以便執勤人員能夠快速、及時(shí)、準確地做出反應。
1 ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )概述
1．1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
無(wú)線(xiàn)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點(diǎn)，通過(guò)自組織通信形成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應用領(lǐng)域內實(shí)現復雜的大范圍監測和跟蹤。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )通常包括傳感器節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)和管理節點(diǎn)。傳感器節點(diǎn)通常是一個(gè)嵌入式系統，在對所監測到的信息進(jìn)行初步處理之后，以多跳中繼的方式將其傳送給匯聚節點(diǎn)，然后經(jīng)衛星、互聯(lián)網(wǎng)、或是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )等途徑到達最終用戶(hù)所在的管理節點(diǎn)。匯聚節點(diǎn)位置固定，終端用戶(hù)可通過(guò)管理節點(diǎn)對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行管理和配置，發(fā)布監測任務(wù)或是收集回傳數據。其系統架構如圖1所示。
1．2 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介
ZigBee技術(shù)是一種面向自動(dòng)化和無(wú)線(xiàn)控制的低速率、低功耗、低價(jià)格的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )方案。它的通信速率要求低于藍牙，由電池供電設備提供無(wú)線(xiàn)通信功能。ZigBec支持mesh網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，其無(wú)線(xiàn)設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(lài)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(kāi)放頻段，已有多種無(wú)線(xiàn)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頻技術(shù)。同時(shí)，PHY的直接序列擴頻技術(shù)允許設備無(wú)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(zhuān)利費的。
網(wǎng)絡(luò )容量大 一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )最多可容納254個(gè)從設備和一個(gè)主設備，一個(gè)區域內可以同時(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)設備信道接入時(shí)延為15ms。
安全 ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，采用AES-128加密算法。
可靠 采用了碰撞避免機制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數據時(shí)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個(gè)發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息。
由于ZigBee技術(shù)發(fā)展日趨成熟，國內外對無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)的研究也越來(lái)越深入，且ZigBee技術(shù)支持地理定位功能，可以及時(shí)獲取目標節點(diǎn)位置，以實(shí)現對移動(dòng)目標的動(dòng)態(tài)監測。本文積極借鑒當前關(guān)于ZigBee技術(shù)的理論研究成果，構建了槍支定位系統。
2 槍支定位系統設計
2．1 總體規劃
如圖2所示，在該系統中，將槍支放置的區域劃分為監區、營(yíng)區、警戒區。其中，監區、營(yíng)區、警戒區是預定的監控區域(圖2虛線(xiàn)框所示范圍)，均為安全區域；虛線(xiàn)框以外的區域為非安全區域。若槍支在預定監控區域內活動(dòng)，則認為是正常的，不發(fā)出報警信號；反之若脫離監控區域，則認為異常，此時(shí)發(fā)出報警信號。在構建該系統時(shí)可以在不改變武警部隊已有監控網(wǎng)絡(luò )的基礎上進(jìn)行更新，繼續使用部隊現有的三級網(wǎng)。
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