基于WSN的工廠安防管理系統(tǒng)

摘要：從傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)的局限性出發(fā)，將入侵檢測(cè)技術(shù)與身份識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)同一時(shí)刻檢測(cè)的信號(hào)的辨析及入侵探測(cè)設(shè)備的發(fā)出信號(hào)來(lái)辨別非法入侵與合法進(jìn)入。結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)一套基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體探測(cè)、身份識(shí)別和定位應(yīng)用于工廠等大型場(chǎng)所的智能安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器；安防系統(tǒng)；人體探測(cè)；身份識(shí)別

1 引 言
1．1 基于WSN的身份識(shí)別技術(shù)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自控技術(shù)及現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展和多技術(shù)的融合，安防系統(tǒng)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(tǒng)中。但現(xiàn)有安防系統(tǒng)還存人體探測(cè)精度低、存在誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象。究其原因，在于探測(cè)技術(shù)只能在分辨現(xiàn)場(chǎng)物理量的變化，不能清晰分辨“敵”我。與此同時(shí)現(xiàn)有系統(tǒng)一般均為點(diǎn)監(jiān)控，無(wú)法實(shí)現(xiàn)面監(jiān)控，對(duì)入侵人員出現(xiàn)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(zhǎng)，監(jiān)控設(shè)備大、復(fù)雜，能耗高，不靈活。因此，高探測(cè)精度，明辯雙方，智能、簡(jiǎn)潔、低耗的安防系統(tǒng)是今后的發(fā)展方向。
1．2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型智能的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。各節(jié)點(diǎn)間連接是采用無(wú)線信道，采用對(duì)等、多跳通信方式，自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；傳感器節(jié)點(diǎn)間協(xié)同，協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域里被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)局部采集、預(yù)處理及節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)交換從而完成全局任務(wù)并發(fā)送給觀察者。
1．3 基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
ZigBee是一種低速率、低功耗、短距離無(wú)線接入技術(shù)，是專為低速率傳感器和控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的短距離無(wú)線通信技術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。與其他無(wú)線協(xié)議相比，由于具有路徑選擇、自動(dòng)連結(jié)網(wǎng)絡(luò)及自我回復(fù)等主要功能，適和用于監(jiān)控、控制與感測(cè)式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。ZigBee是一種經(jīng)濟(jì)、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)安全性和訪問(wèn)控制。
1．4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法分類
大多數(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法分為兩個(gè)步驟：第一步計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離或角度。第二步，利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的自身位置坐標(biāo)。目前常用的未知節(jié)點(diǎn)自身位置坐標(biāo)的算法已基本成熟，現(xiàn)階段研究在于如何求出網(wǎng)絡(luò)中未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離或角度。常用計(jì)算定位的方法分為基于測(cè)距的和不基于測(cè)距的。在基于測(cè)距的算法中典型方法有四種：到達(dá)時(shí)間、到達(dá)時(shí)間差、到達(dá)角度和接收信號(hào)強(qiáng)度指示的算法等。這些測(cè)量方法測(cè)量了節(jié)點(diǎn)間的距離或角度，一般數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確，定位精度高，但對(duì)節(jié)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(cè)距的方法是利用節(jié)點(diǎn)間的連通性和多跳路由信息交換等方法來(lái)估計(jì)節(jié)點(diǎn)間的距離或角度，受外界環(huán)境因素的影響小，對(duì)硬件要求不高，這種方法更多的得到人們的使用。不基于測(cè)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，但存在著一定的誤差。

2 基于WSN的工廠安防管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 建立基于WSN的工廠安防管理系統(tǒng)總模型
目前，安防監(jiān)控技術(shù)飛速發(fā)展，在一些較大廠區(qū)，由于無(wú)線終端節(jié)點(diǎn)傳輸距離限制無(wú)法滿足工廠安防及監(jiān)控的要求，因此可采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器及多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，如圖1所示，路由節(jié)點(diǎn)與各終端節(jié)點(diǎn)組成子網(wǎng)，負(fù)責(zé)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的一部分，各子網(wǎng)間相互獨(dú)立，在終端節(jié)點(diǎn)上安裝各種傳感器，負(fù)責(zé)所需的測(cè)量，數(shù)據(jù)采集及確定所屬的路由節(jié)點(diǎn)。子網(wǎng)內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)再同時(shí)與路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。首先給終端節(jié)點(diǎn)布置固定的位置，負(fù)責(zé)采集信息及發(fā)送信息到路由節(jié)點(diǎn)，此過(guò)程通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中路由節(jié)點(diǎn)，與各路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠安防的網(wǎng)絡(luò)化管理；監(jiān)控中心對(duì)系統(tǒng)全部功能進(jìn)行管理，是整個(gè)安防管理及預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的總控制臺(tái)。

以某個(gè)子網(wǎng)為例，組網(wǎng)成功后，終端節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器每隔一定時(shí)間發(fā)出一次指令，指令被路由節(jié)點(diǎn)接收后，先是傳遞給下一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，之后傳送給自身子網(wǎng)內(nèi)的各終端節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)收到路由節(jié)點(diǎn)的指令后停止休眠，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并將信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送給路由節(jié)點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)接收信息，傳送到上一級(jí)路由節(jié)點(diǎn)，多跳后傳遞到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器后再由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器傳送到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收及建數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等。監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)或某子網(wǎng)的實(shí)時(shí)工作情況管理者查詢后可制定相應(yīng)的方案。通過(guò)這種方式，使預(yù)防警戒監(jiān)控區(qū)域全部連接在一起，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)面積的擴(kuò)大，廠區(qū)的大型化和分區(qū)管理。