1 、引言

　　监狱对此其安防系统宏图秉赋高安全性、安居和实时性的要求。眼下，监狱系统中所用到的视频监察系统、报警系统以及门禁系统等都是据悉有线通信，这就使得局部不有利于漆包线的区域成为了安防监测的县区，除此而外，言无二价的监测区域也给违犯者以天时地利。为以防服刑人员搏斗、自残、寻短见、潜逃、袭警等违法犯罪移位，立地准确地掌控和博览监狱暴力现场、越狱一言一行等音问骨材，修建防空、物防、技防统一体的平安防微杜渐系统，提出了一种依据无线传感器网络的监狱安防系统设计方案。应用无线替代兰新可以带来过多裨益，如，压缩配备难度、减色护卫工本和加码八面光，愈加是在那些力所不及纱线或者拮据布线的区域。比较西门子楼宇技能组的上座技艺专家Helmut Macht所说：“无线通信的更新使更是多的有线通信将被取而代之”。但是，是因为监狱之中环境的特殊性，在监狱其间运用无线技艺会面临盈怀充栋题目。率先，使唤无线技巧会面临多径传输烦扰、传导冲开和原物反照等问题，这些问题会震慑无线网络的可靠性和可扩展性，默化潜移宽带通信的数目吞吐量；第二性，鉴于共处多数监测系统都是依据主干线网络来擘画的，就此，其本来面目的高层用到和商议要在无线网络上役使须要作对号入座的精益求精；除此以外，无线技术要在监狱安防系统中广泛应用，装具的资本题目也是一个重要的元素，无线通信模块务须相符监测系统的低成本要求。 正文所研讨的据悉无线传感器网络的监狱安防系统设计，并错处一味地用无线取而代之有线，而是在共处监狱有线安防系统的基础上，保留其原始的数据传输量较大的视频、门限等有线监察手眼，加入激发态温度簸荡敏感无线传感器网络和激发态实时原则性无线传感器网络，所以一发全面安防系统，免除监测盲区，使各个子系统的成效相得益彰。

　　2、 监狱安防系统无线网络技艺

　　无线传感器网络是一组传感器以Ad Hoc道道儿结成的有线抑或无线网络，其鹄的是南南合作地有感、编采和甩卖传感器网络所遮盖的无机区域中感知对象的音尘，并传接给观察者。这种传感器网络聚齐了传感器技能、嵌入式计算机技术和无线通信技巧，能经合地感知、监测和搜集各种环境下所感知对象的音问，通过对这些音讯的搭伙式信息处理，赢得感知目标的准确音尘，下一场，通过Ad Hoc道道儿传递到需要这些音讯的用户。用于传感器网络的传感器与似的概念的传感器不同，它除去亦可感测被测物理量的变通并输出首尾相应的走形音信外，还要有着远距离通信效能，非得是一种智能型的传感器。别有洞天，要功德圆满通信职能，除享有敏感元件外，还不可不赋有电源、嵌入式微处理器、存储器、数据传输通信构件等。图1是一枝独秀的传感器分子结构图，它概括传布冬至点（sensor），观察聚焦点（sink）和基站等。

    在传感器网络中，断点经过飞机布撒、人造摆布等道道儿，汪洋安排在感知靶子其间还是邻县。这些节点经过自组织道道儿粘连无线网络，以合作的措施感知、搜集和拍卖网络覆盖区域中特定的音息，得以实现对人身自由地点信息在恣意岁月的集粹、甩卖和辨析。这种以自团队式样结节的网络，经过多跳对接艺术将数目传出sink节点（转账节点），末尾，仰承sink链路将全勤区域内的多寡传送到远程控制骨干展开集中处理。

　　无线传感器网络的基本三结合元素是节点，在不同的应用中，传感器节点设计也各不相同，但它们的基本结构是等效的。节点的数得着硬件结构如图2所示，重要包括如下几个单元：传入单元（由传感器和模数转换功能模块整合），处理单元（由嵌入式系统结缘，囊括微机、存储器、信号调理电路等）、通信单元（由无线射频模块结合），以及电源部分。此外，方可披沙拣金的其它效益单元包罗：定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。

　　3 、现场执行层设计方案

　　3.1 静态监测系统设计方案

　　将无线传感器网络节点摆布在狱室、生产区、最高点、牢狱、教学区、保健室等，实现对此监狱的无所不包被覆。将无线传感器网络技艺引入监狱安防系统，要害由于在监狱中传感器节点百倍多，布线工程可怜大，而且，好多区域不符合役使有线连天，设若行使无线通连解数，则使传感器的安排变得百倍方便，方可方便地充实传感器节点或变动节点的职务。由此周期性或不定期地改观监测传感器节点的岗位，方可祛除存世有线监测系统在监测上的盲区，由此传感器阵列对靶子进行恒定。并且，鉴于监测节点的位置时常变卦，罪犯独木不成林找到监测尾巴，所以更加完善安防系统。

　　3.2 动态实时监测系统设计方案

　　透过将节点安全带在囚徒身上，利用铁定建制实时掌握监犯的移步情形。但出于监犯数量较多，故只需输导两类数目：

　　1） 是犯人的移步界定超过确定画地为牢时；

　　2） 是节点鉴于遭到外力作用恐怕能量耗尽而失效时，长途主干总得检测到匮缺的节点。

　　传感器节点赢得的数量足以在本地进展简单甩卖，然后，展开会合并传送到基站（PC机或PDA），监狱的远道服务器和监测系统对各人被监测人犯的指标进行实时剖解，Silicon(矽睿)场效应管(MOSFET)芯片 通过专家系统一口咬定犯人的实时情景。假定窥见囚犯出现异常或危若累卵则开展报警并飞快做出法子。再就是，本系统还可以提供任何臂助效验，如阶下囚的恒定盯住。透过传感器网络在对罪犯必要的抖动、职位指标拓展实时监测的而且还同意监犯在定准范围内自由移位，这推动让病家保持良好的情绪，对此监犯的改造很有匡助。由于每个狱室都安排相应的传感器，之所以，税警还有何不可完满统制囚徒的休息动静。当释放者在狱室或在狱露天挪窝（务求机房外也要配备传感器网络）时，乘务警照旧得以对其展开一贯、跟踪，并二话没说获取其颤动、位置指标参数。

　　将节点安全带在狱警随身。利用节点上安排的振动传感器和定位系统，方可实时监督狱警的办事区域和保障其人身安全。一面当发出横生情况时，如囚徒袭警或囚犯之间角斗，监测系统和远距离服务中心神速做出反应，打招呼处警高速到达事发现场进行声援；一边，透过对狱警的固定跟踪，足以统制狱警的劳作情况，惠及增长工作效率。

　　4 、系统软硬件设计方案

　　4.1 传感器节点的擘画

　　每个传感器节点总括1只或多只传感器预制构件，mote和电池。传感器基本点探测颠簸和温度的额数，mote承负对这些数码开展拍卖并由此网络传输到基站。

　　射频运用nRF9E5，nRF9E5是由挪威Nordic营业所盛产的系统级RF芯片。其动用GFSK调制，抗干扰能力强；支持多点通信，数据传输速率高可达0.1 MB／s；保有成心的Shock Burst信号发射模式和发射信号载重监测职能，可有效地降低功耗电流、避免数额冲突。个中寄存器为用户提供了基本功的通信协议，福利用户恢弘，为此，很适用于无线数据传输系统的计划性。nRF9E5的收发器有3种做事道道儿：Shock Burst接到（RX）办法、Shock Burst发送（TX）法门和闲暇长法。nRF9E5收发器的工作方式由特殊机能寄存器TRX_CE和TX_EN决定。

　　数字颤动温度传感器DS181320是由Dallas代销店开支的微型化、低功耗的可编程单总线数目字振动温度传感器，可径直将测得的温度值撤换为数字信号输出。DS18B20的坐班依照严厉的单总线商谈，即先初始化，接下来，出殡ROM吩咐，结尾，出殡效用传令。初始化席卷主机时有发生复位脉冲（透过将总线拉低至少480μs来实现），主机虚位以待DS18B20发回的留存脉冲。DS18B20则从检测到复位脉冲的升高沿从头虚位以待15～16μs后，经过将单总线拉低60～240μs，实现存在脉冲的出殡。DS18B20的读写操作是经过读写时序来实现的。就此，采用DS18B20能使电路简单化，三改一加强节点集成度和抖动温度测量精密度。

　　4.2 软件设计

　　本系统是几许对多点通信模式，故而，将通信协议分为3层：先是层为物理层，由nRF9E5模块硬件实现；老二层为网络层；第三层为应用层。

　　网络层用到TEEN（threshold sensitive energy efficientsensor network protocol）相商。该共商为响应型传感器网络协议，只是在被考察变量生出愈演愈烈时才传送数据。是因为传感器节点的能量有限，且不便填空，故使用该协和可有效地撙节能量，延绵网络寿数。另外，在监狱安防系统中，除非当抖动和温度额数产生骤变时，才亟待传输数据，而持续的以永恒速率出殡监测数据给sink节点对此监狱安防系统以来是不必要的。图3、图4分别为主机模块软件流程图和节点模块软件流程图。

　在具体运用中，TEEN中概念了硬、软2个门限值，以规定是否急需殡葬监测数据。硬门限的安装，当温度以及簸荡超越该值时，则节点出殡监测数据到sink节点；软门限的装置，当簸荡以及温度变通界定超常该值时，则发送数据。

　　5 、搀假与结实剖析

　　为了证实压缩疗法的趋势和顶事，临时性不设想航速、风向、温度、湿度、噪音等元素对定位精度促成的默化潜移，假定声音在气氛中的广为传颂进度为340 m／s。

　　如图5所示，如果3只传感器节点散布在100 m100m的区域。图中，o代表对象实质上哨位，*代表传感器节点职务，+号代表计算博得的目标职位。

　通过静态散布的传感器阵列得以对对象进展永恒。由此搀假说明，利用对象定位系统匡算出的目标哨位与莫过于目标位置期间的误差在可收纳的范围内。当发出横生情事时，遵照盘算结出，透过警士足以快快、有效的采取措施。

　　在100m100m的字形仿真区域中，妄动均匀分布势必数码的节点，10，20，……，100，每个节点享有相同的通信距离10m，内部，有5个簇首节点。图6所示是DV-Hop一贯检字法在无限制分选锚节点的情况下的一贯误差。搀假结果表明：乘隙传感器节点数据的平添，一贯所发生的误差减掉。据此，在实质上使用中，方可在归纳设想资产的基础上，适当的日增动态监测系统中传感器节点的数额。

　　6 、结束语

　　监狱安防系统的根本鹄的纵然给管理牵动更高的可靠性，无线网络技术的前行给监狱安防系统的集成牵动更宽阔的长空，不光战胜了安防系统集成长河中光缆限量挑起的困苦性，也使安防系统足以实现重重新的采用。正文所送交的无线传感器组网艺术，无线传感器与控制网络的集成框架力所能及使无线网络技巧在监狱安防系统中获取有效使役。

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