关于控制网络相集成实现监狱安防系统的设计方案

监狱对于其安防系统设计具有高安全性、稳定性和实时性的要求。目前，监狱系统中所采用的视频监控系统、报警系统以及门禁系统等都是基于有线通信，这就使得一些不便于布线的区域成为了安防监测的盲区，另外，一成不变的监测区域也给犯罪分子以可乘之机。为预防服刑人员斗殴、自残、自杀、越狱、袭警等违法犯罪活动，及时准确地掌控和调阅监狱暴力现场、越狱行为等信息资料，构筑人防、物防、技防三位一体的安全防范体系，提出了一种基于无线传感器网络的监狱安防系统设计方案。采用无线代替有线可以带来诸多好处，如，减小部署难度、降低维护成本和增加灵活性，尤其是在那些不能布线或者不便布线的区域。正如西门子楼宇技术组的首席技术专家Helmut Macht所说：“无线通信的创新使越来越多的有线通信将被取代”。然而，由于监狱内部环境的特殊性，在监狱内部采用无线技术会面临很多问题。首先，采用无线技术会面临多径传输干扰、传输冲突和障碍物反射等问题，这些问题会影响无线网络的可靠性和可扩展性，影响宽带通信的数据吞吐量;其次，由于现有绝大多数监测系统都是基于有线网络来设计的，因此，其原有的高层应用和协议要在无线网络上应用必须作相应的改进;另外，无线技术要在监狱安防系统中广泛应用，设备的成本问题也是一个重要的因素，无线通信模块必须适合监测系统的低成本要求。 本文所研究的基于无线传感器网络的监狱安防系统设计，并不是一味地用无线代替有线，而是在现有监狱有线安防系统的基础上，保留其原有的数据传输量较大的视频、门限等有线监控手段，加入静态温度振动敏感无线传感器网络和动态实时定位无线传感器网络，从而更加完善安防系统，消除监测盲区，使各个子系统的功能相得益彰。

2、 监狱安防系统无线网络技术

无线传感器网络是一组传感器以Ad Hoc方式组成的有线或者无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理传感器网络所覆盖的地理区域中感知对象的信息，并传递给观察者。这种传感器网络集中了传感器技术、嵌入式计算机技术和无线通信技术，能协作地感知、监测和采集各种环境下所感知对象的信息，通过对这些信息的协作式信息处理，获得感知对象的准确信息，然后，通过Ad Hoc方式传送到需要这些信息的用户。用于传感器网络的传感器与一般概念的传感器不同，它除了能够感测被测物理量的变化并输出相应的变化信息外，还要具备远程通信功能，必须是一种智能型的传感器。另外，要完成通信功能，除具有敏感元件外，还必须具有电源、嵌入式微处理器、存储器、数据传输通信部件等。图1是典型的传感器网络结构图，它包括传感节点(sensor)，观测节点(sink)和基站等。

在传感器网络中，节点通过飞机布撒、人工布置等方式，大量部署在感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。这种以自组织形式构成的网络，通过多跳中继方式将数据传回sink节点(中转节点)，最后，借助sink链路将整个区域内的数据传送到远程控制中心进行集中处理。

无线传感器网络的基本组成元素是节点，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一样的。节点的典型硬件结构如图2所示，主要包括如下几个单元：传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)，处理单元(由嵌入式系统构成，包括微处理器、存储器、信号调理电路等)、通信单元(由无线射频模块组成)，以及电源部分。此外，可以选择的其他功能单元包括：定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。