基于WSN的工廠安防管理系統

摘要：從傳統報警系統的局限性出發，將入侵檢測技術與身份識別技術相結合，通過對同一時刻檢測的信號的辨析及入侵探測設備的發出信號來辨別非法入侵與合法進入。結合實際，設計一套基于無線傳感器網絡的人體探測、身份識別和定位應用于工廠等大型場所的智能安防監測系統。
關鍵詞：無線傳感器；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
隨著計算機技術、自控技術及現代通信技術的高速發展和多技術的融合，安防系統也逐漸趨于智能化發展，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，在于探測技術只能在分辨現場物理量的變化，不能清晰分辨“敵”我。與此同時現有系統一般均為點監控，無法實現面監控，對入侵人員出現的入侵位置無法精確定位和跟蹤。此外還存在施工周期長，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、簡潔、低耗的安防系統是今后的發展方向。
1．2 無線傳感器網絡的概念
無線傳感器網絡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通過無線通信形成的一個多跳的自組織網絡系統構成的網絡應用系統。各節點間連接是采用無線信道，采用對等、多跳通信方式，自組織網絡拓撲結構；傳感器節點間協同，協作感知、采集和處理網絡覆蓋區域里被監測對象的信息，通過對數據局部采集、預處理及節點間數據交換從而完成全局任務并發送給觀察者。
1．3 基于ZigBee技術的無線傳感器網絡
ZigBee是一種低速率、低功耗、短距離無線接入技術，是專為低速率傳感器和控制網絡設計的短距離無線通信技術無線網絡協議。與其他無線協議相比，由于具有路徑選擇、自動連結網絡及自我回復等主要功能，適和用于監控、控制與感測式網絡應用。ZigBee是一種經濟、安全、可靠的選擇。在自動化領域，ZigBee技術有助于改進安全性和訪問控制。
1．4 無線傳感器網絡定位算法分類
大多數無線傳感器網絡定位算法分為兩個步驟：第一步計算網絡中未知節點到信標節點的距離或角度。第二步，利用數學方法計算出未知節點的自身位置坐標。目前常用的未知節點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絡中未知節點到信標節點之間的距離或角度。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：到達時間、到達時間差、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間的距離或角度，一般數據相對準確，定位精度高，但對節點的硬件配置要求較高，易受外界環境因素的影響。不基于測距的方法是利用節點間的連通性和多跳路由信息交換等方法來估計節點間的距離或角度，受外界環境因素的影響小，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設計
2．1 建立基于WSN的工廠安防管理系統總模型
目前，安防監控技術飛速發展，在一些較大廠區，由于無線終端節點傳輸距離限制無法滿足工廠安防及監控的要求，因此可采用網絡協調器及多個路由節點，如圖1所示，路由節點與各終端節點組成子網，負責監控區域內的一部分，各子網間相互獨立，在終端節點上安裝各種傳感器，負責所需的測量，數據采集及確定所屬的路由節點。子網內的終端節點再同時與路由節點構成網絡，進行數據采集。首先給終端節點布置固定的位置，負責采集信息及發送信息到路由節點，此過程通過無線網絡實現。網絡協調器協調網絡中路由節點，與各路由節點進行通信，實現對工廠安防的網絡化管理；監控中心對系統全部功能進行管理，是整個安防管理及預警系統的數據中心及監控網絡的總控制臺。

以某個子網為例，組網成功后，終端節點處于休眠狀態；網絡協調器每隔一定時間發出一次指令，指令被路由節點接收后，先是傳遞給下一級路由節點，之后傳送給自身子網內的各終端節點。終端節點收到路由節點的指令后停止休眠，進行數據采集并將信息通過無線網絡傳送給路由節點；路由節點接收信息，傳送到上一級路由節點，多跳后傳遞到網絡協調器，數據到達網絡協調器后再由網絡協調器傳送到監測中心，監測中心負責對數據進行接收及建數據庫存儲等。監測中心的數據或某子網的實時工作情況管理者查詢后可制定相應的方案。通過這種方式，使預防警戒監控區域全部連接在一起，實現了監測面積的擴大，廠區的大型化和分區管理。