監(jiān)獄對于其安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有高安全性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性的要求。目前，監(jiān)獄系統(tǒng)中所采用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)以及門禁系統(tǒng)等都是基于有線通信，這就使得一些不便于布線的區(qū)域成為了安防監(jiān)測的盲區(qū)，另外，一成不變的監(jiān)測區(qū)域也給犯罪分子以可乘之機(jī)。為預(yù)防服刑人員斗毆、自殘、自殺、越獄、襲警等違法犯罪活動，及時(shí)準(zhǔn)確地掌控和調(diào)閱監(jiān)獄暴力現(xiàn)場、越獄行為等信息資料，構(gòu)筑人防、物防、技防三位一體的安全防范體系，提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)獄安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。采用無線代替有線可以帶來諸多好處，如，減小部署難度、降低維護(hù)成本和增加靈活性，尤其是在那些不能布線或者不便布線的區(qū)域。正如西門子樓宇技術(shù)組的首席技術(shù)專家Helmut Macht所說：“無線通信的創(chuàng)新使越來越多的有線通信將被取代”。然而，由于監(jiān)獄內(nèi)部環(huán)境的特殊性，在監(jiān)獄內(nèi)部采用無線技術(shù)會面臨很多問題。首先，采用無線技術(shù)會面臨多徑傳輸干擾、傳輸沖突和障礙物反射等問題，這些問題會影響無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可擴(kuò)展性，影響寬帶通信的數(shù)據(jù)吞吐量;其次，由于現(xiàn)有絕大多數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)都是基于有線網(wǎng)絡(luò)來設(shè)計(jì)的，因此，其原有的高層應(yīng)用和協(xié)議要在無線網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用必須作相應(yīng)的改進(jìn);另外，無線技術(shù)要在監(jiān)獄安防系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，設(shè)備的成本問題也是一個(gè)重要的因素，無線通信模塊必須適合監(jiān)測系統(tǒng)的低成本要求。 本文所研究的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)獄安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并不是一味地用無線代替有線，而是在現(xiàn)有監(jiān)獄有線安防系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，保留其原有的數(shù)據(jù)傳輸量較大的視頻、門限等有線監(jiān)控手段，加入靜態(tài)溫度振動敏感無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)實(shí)時(shí)定位無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而更加完善安防系統(tǒng)，消除監(jiān)測盲區(qū)，使各個(gè)子系統(tǒng)的功能相得益彰。

2、 監(jiān)獄安防系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一組傳感器以Ad Hoc方式組成的有線或者無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理傳感器網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并傳遞給觀察者。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)集中了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)，能協(xié)作地感知、監(jiān)測和采集各種環(huán)境下所感知對象的信息，通過對這些信息的協(xié)作式信息處理，獲得感知對象的準(zhǔn)確信息，然后，通過Ad Hoc方式傳送到需要這些信息的用戶。用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器與一般概念的傳感器不同，它除了能夠感測被測物理量的變化并輸出相應(yīng)的變化信息外，還要具備遠(yuǎn)程通信功能，必須是一種智能型的傳感器。另外，要完成通信功能，除具有敏感元件外，還必須具有電源、嵌入式微處理器、存儲器、數(shù)據(jù)傳輸通信部件等。圖1是典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，它包括傳感節(jié)點(diǎn)(sensor)，觀測節(jié)點(diǎn)(sink)和基站等。

在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通過飛機(jī)布撒、人工布置等方式，大量部署在感知對象內(nèi)部或者附近。這些節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的信息，可以實(shí)現(xiàn)對任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)間的采集、處理和分析。這種以自組織形式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，通過多跳中繼方式將數(shù)據(jù)傳回sink節(jié)點(diǎn)(中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn))，最后，借助sink鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行集中處理。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成元素是節(jié)點(diǎn)，在不同的應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也各不相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)是一樣的。節(jié)點(diǎn)的典型硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括如下幾個(gè)單元：傳感單元(由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成)，處理單元(由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括微處理器、存儲器、信號調(diào)理電路等)、通信單元(由無線射頻模塊組成)，以及電源部分。此外，可以選擇的其他功能單元包括：定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。