1.引言

　　目前的監獄人員定位管理，基本還停留在人工管理階段，以監獄獄警巡查記錄加攝像機監視報警方式進行管理，對于移動中的人員，信息更新慢，準確度不高。監獄人員位置信息采集主要靠獄警巡查然后手工記錄完成，無法將實時位置和在押人員真正關聯起來。

　　由于監獄人員定位管理水平不高，導致一系列惡性越獄事件未能及時被發現并制止，如呼和浩特的越獄事件，給社會造成極大危害。為防止越獄事件的再次發生，防止犯罪分子再次危害社會，建設監獄人員定位管理系統迫在眉睫。

　　ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，ZigBee技術具備功耗小、時延短、網絡容量大和安全等優點，在短距離、低功耗、無線通信中具備特有的技術優勢，ZigBee技術應用于小范圍的基于無線通信的控制和自動化等領域.我們針對監獄設計了基于ZigBee技術的監獄人員定位系統。

2.ZigBee技術

　　2.1ZigBee技術簡介

　　ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率(250kB/s)、低功耗、低成本、自組網、低復雜度、安全可靠、高擴展性的雙向無線通信技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。ZigBee的基礎是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區域網（PersonalAreaNetwork，PAN）工作組的一項標準，被稱作IEEE802.15.4ZigBee）技術標準，主要適用于自動控制和遠程控制領域，支持地理定位功能。作為一種無線通信技術，ZigBee技術具有以下特點：

　　(1)低功耗:由于ZigBee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算,ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設備望塵莫及的。

　　(2)成本低:ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,估計很快就能降到1.5-2.5美元,并且ZigBee協議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。

　　(3)時延短:通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短,典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms,活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。

　　(4)網絡容量大:一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備,一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡,而且網絡組成靈活。

　　(5)可靠:采取了碰撞避免策略,同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式,每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。

　　(6)安全:ZigBee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證,采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。

　　2.2ZigBee技術在實現監獄人員定位功能中的優勢

　　目前實現人員定位的技術很多，如GPS定位、手機基站定位、RFID定位、WIFI定位等。GPS定位與手機基站定位因需要類似手機終端，不便于管理，雖然定位功能不錯，但并不適合監獄這一個管理嚴格的場所。RFID、WIFI、ZigBee技術都能很好的完成監獄人員定位功能，

　　ZigBee與WIFI采用同樣的算法實現定位，但是WIFI設備的耗電量太大，設備需要頻繁更換電池或充電，對人員定位功能有影響以及不方便管理；RFID與ZigBee相比，定位算法雖然不一樣，但是在達到相同定位效果及密度的前提下，RFID設備的安裝密度會遠大于Zigbee設備，而且RFID采用的是有線傳輸需要布線，安裝工程量都比較大。綜上所述，ZigBee技術成本低、耗電小、傳輸可靠、實現復雜度以及應用適合度等優勢，在目前常見的集中定位技術中更加適合于用以監獄人員定位系統的功能。

3.監獄人員定位系統的系統組成級工作原理

　　3.1系統組成

　　定位系統有軟件系統和硬件系統組成，其中軟件系統用于完成信息采集、識別、分析及其傳輸，硬件系統由地面監控計算機、傳輸適配器、射頻基站、射頻讀卡器、射頻身份卡和天線等組成，用于完成信息采集和識別，從而實現人員識別、定位的功能。軟件系統和硬件系統共同支撐著整個系統的運行，并演繹出各種不同的功能應用。各硬件設備功能如下：

　　射頻身份卡。具有唯一的全球眼ID，其內部儲存著一個人員的信息，用來識別目標對象。射頻身份卡分為干警用和犯人用2種，干警武警等人員使用的射頻卡帶有主動發送數據的按鍵，具有主動發信號讓讀卡器接收數據功能，用于值班人員定時上報所在位置，以防止人卡分離情況；犯人用射頻卡安裝與防插卸電子腕帶上，由讀卡器主動采取射頻卡數據，不主動上傳。

　　射頻讀卡器。根據監獄的定位要求，在每個定位點安裝一個射頻讀卡器，射頻讀卡器能主動發送信號激活在定位范圍內的射頻卡上傳射頻卡數據，也可接收主動上傳的干警射頻身份卡數據。然后將數據通過ZigBee無線網絡傳至附近的射頻基站。

　　射頻基站。根據監獄的定位要求，將監獄分為幾個定位區域，分別安裝一個射頻基站，用于接收射頻讀卡器上傳的射頻卡數據，并將數據傳至人員定位系統，再由軟件系統對數據進行識別、分析人員位置信息。

　　3.2工作原理

　　以滿足監獄定位要求為目的，先將監獄劃分幾個區域，然后在每個區域內建設一個射頻基站；然后在監獄周界圍墻、建筑物內、各出入門禁處、監獄獄內活動場所等公共區域、監獄勞動場所、監獄押運車、巡更點等位置安裝射頻讀卡器；最后給監獄的所有工作人員和犯人配發唯一的射頻身份卡或電子腕帶射頻卡，工作人員的射頻卡為主動式可以主動上傳數據，犯人的為被動式需進入射頻讀卡器范圍內并被激活后上傳數據信息。射頻讀卡器的讀取的數據通過ZigBee無線網絡傳輸到人員定位系統，識別、分析出相關人員的具體位置。