基于ZigBee技术的监狱人员定位系统的应用

　　目前的监狱人员定位管理，基本还停留在人工管理阶段，以监狱狱警巡查记录加摄像机监视报警方式进行管理，对于移动中的人员，信息更新慢，准确度不高。监狱人员位置信息采集主要靠狱警巡查然后手工记录完成，无法将实时位置和在押人员真正关联起来。

　　由于监狱人员定位管理水平不高，导致一系列恶性越狱事件未能及时被发现并制止，如呼和浩特的越狱事件，给社会造成极大危害。为防止越狱事件的再次发生，防止犯罪分子再次危害社会，建设监狱人员定位管理系统迫在眉睫。

　　ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，ZigBee技术具备功耗小、时延短、网络容量大和安全等优点，在短距离、低功耗、无线通信中具备特有的技术优势，ZigBee技术应用于小范围的基于无线通信的控制和自动化等领域.我们针对监狱设计了基于ZigBee技术的监狱人员定位系统。

2.ZigBee技术

　　2.1ZigBee技术简介

　　ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率(250kB/s)、低功耗、低成本、自组网、低复杂度、安全可靠、高扩展性的双向无线通信技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网（PersonalAreaNetwork，PAN）工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4ZigBee）技术标准，主要适用于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能。作为一种无线通信技术，ZigBee技术具有以下特点：

　　(1)低功耗:由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。

　　(2)成本低:ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5-2.5美元,并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

　　(3)时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

　　(4)网络容量大:一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络,而且网络组成灵活。

　　(5)可靠:采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

　　(6)安全:ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

　　2.2ZigBee技术在实现监狱人员定位功能中的优势

　　目前实现人员定位的技术很多，如GPS定位、手机基站定位、RFID定位、WIFI定位等。GPS定位与手机基站定位因需要类似手机终端，不便于管理，虽然定位功能不错，但并不适合监狱这一个管理严格的场所。RFID、WIFI、ZigBee技术都能很好的完成监狱人员定位功能，

　　ZigBee与WIFI采用同样的算法实现定位，但是WIFI设备的耗电量太大，设备需要频繁更换电池或充电，对人员定位功能有影响以及不方便管理；RFID与ZigBee相比，定位算法虽然不一样，但是在达到相同定位效果及密度的前提下，RFID设备的安装密度会远大于Zigbee设备，而且RFID采用的是有线传输需要布线，安装工程量都比较大。综上所述，ZigBee技术成本低、耗电小、传输可靠、实现复杂度以及应用适合度等优势，在目前常见的集中定位技术中更加适合于用以监狱人员定位系统的功能。

3.监狱人员定位系统的系统组成级工作原理

　　3.1系统组成

　　定位系统有软件系统和硬件系统组成，其中软件系统用于完成信息采集、识别、分析及其传输，硬件系统由地面监控计算机、传输适配器、射频基站、射频读卡器、射频身份卡和天线等组成，用于完成信息采集和识别，从而实现人员识别、定位的功能。软件系统和硬件系统共同支撑着整个系统的运行，并演绎出各种不同的功能应用。各硬件设备功能如下：

　　射频身份卡。具有唯一的全球眼ID，其内部储存着一个人员的信息，用来识别目标对象。射频身份卡分为干警用和犯人用2种，干警武警等人员使用的射频卡带有主动发送数据的按键，具有主动发信号让读卡器接收数据功能，用于值班人员定时上报所在位置，以防止人卡分离情况；犯人用射频卡安装与防插卸电子腕带上，由读卡器主动采取射频卡数据，不主动上传。

　　射频读卡器。根据监狱的定位要求，在每个定位点安装一个射频读卡器，射频读卡器能主动发送信号激活在定位范围内的射频卡上传射频卡数据，也可接收主动上传的干警射频身份卡数据。然后将数据通过ZigBee无线网络传至附近的射频基站。

　　射频基站。根据监狱的定位要求，将监狱分为几个定位区域，分别安装一个射频基站，用于接收射频读卡器上传的射频卡数据，并将数据传至人员定位系统，再由软件系统对数据进行识别、分析人员位置信息。

　　3.2工作原理

　　以满足监狱定位要求为目的，先将监狱划分几个区域，然后在每个区域内建设一个射频基站；然后在监狱周界围墙、建筑物内、各出入门禁处、监狱狱内活动场所等公共区域、监狱劳动场所、监狱押运车、巡更点等位置安装射频读卡器；最后给监狱的所有工作人员和犯人配发唯一的射频身份卡或电子腕带射频卡，工作人员的射频卡为主动式可以主动上传数据，犯人的为被动式需进入射频读卡器范围内并被激活后上传数据信息。射频读卡器的读取的数据通过ZigBee无线网络传输到人员定位系统，识别、分析出相关人员的具体位置。