基于WSN網絡的新型燈光照明設施電纜防盜告警系統

　　摘 要：本文介紹了一種新型的基于WSN網絡的燈光照明設施電纜防盜告警系統，介紹了該系統的組成以及防盜原理，并介紹了其相對于傳統防盜系統的優勢。最后做出了總結。
　　關鍵詞：WSN 電纜防盜告警系統 燈光照明設施
　　中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　
　　1 引言
　　隨著各地經濟和交通的發展，近年來道路照明設施的規模及數量越來越大，但是燈光照明設施的防盜問題也日益嚴峻。但是傳統的電力線載波電纜防盜技術在實際應用中存在不足：(1)白天無法防盜，而白天恰恰是實際應用中電纜被盜關鍵時間段；(2)電纜防盜告警實時性較差，有時甚至產生誤報警。(3)電纜防盜告警可靠性不高，實際使用中誤報、漏報率大于5%。
　　為了解決傳統燈光照明防盜設施的不足，本文中提出了一種新型的基于WSN網絡的燈光照明設施電纜防盜告警系統。
　　2 無線傳感網WSN概述
　　WSN是wireless sensor network的簡稱，即無線傳感器網絡。無線傳感器網絡是由部署在監測區域內大量廉價小型或微型的各類集成化傳感器節點協作地實時感知、監測各種環境或目標對象信息，通過嵌入式系統對信息進行智能處理，并通過隨機自組織無線通信網絡以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端，從而真正實現“無處不在”理念。
　　WSN使用免費的2.4GHzISM頻段，物理層和數據鏈路層遵循IEEE802.15.4標準。ZigBee聯盟遵循IEEE802.15.4標準，并實現了WSN的網絡層協議，大大加速了WSN產業化進程。
　　ZigBee與其他的無線通信標準相比，適用于吞吐量較小，網絡建設投資小，網絡安全性高，不便于頻繁更換電源的場合。在工業控制領域利用傳感器基于ZigBee技術組成傳感器網絡，可以使得數據采集和分析變得方便和容易。ZigBee網絡用于傳感網絡的組建很重要的一點在于它的低功耗，其發射功率僅為0～3.6dBm；它的通信距離可達30～200m，增加放大功能可達到1km以上，具有能量檢測和鏈路質量指示能力，可以自動地對自身的發射功率進行調整，可以在保證通信鏈路質量的前提下最小地消耗能量。網絡功能是ZigBee最重要的特點，也是與其它無線局域網標準不同的地方。在網絡層方面，ZigBee的主要工作在于負責網絡機制的建立與管理，并具有自我組態與自我修復功能。完整的ZigBee協議套件由高層應用規范、應用會聚層、網絡層、以及數據鏈路層和物理層組成。
　　3 單燈電纜防盜告警系統
　　本文中新型電纜防盜告警系統采用基于WSN網絡的單燈電纜防盜組網，該系統主要由3部分組成：(1)監控中心：通過無線方式與路由網關設備進行通信，對通信數據進行場景數據分析、存儲，并以可視化方式實現人機交互及數據顯示，包括故障主動告警；(2)支路控制器：作為監控中心與單燈節點通信網關，采用WSN網絡與相應單燈節點智能組網，并通過無線方式與監控中心通信；(3)單燈防盜節點：自動檢測燈具、電纜等運行情況，并通過WSN網絡與路由網關進行通信，包括電纜被盜主動告警信息。
　　基于WSN網絡的電纜防盜主要技術指標為：檢測路數無限制；全天候24小時防控；誤報率<2%；報警準確率> 98%；整機工作環境溫度：-40℃～+70℃；檢測電纜長度不小于10Km；使用超級電容替代傳統充電電池。
　　4 電纜防盜原理
　　該防盜告警系統的電纜防盜原理為：
　　(1)將防盜設備安裝在電纜末端，在3相4線供電電路中，分別在ABC三相供電線路的其中兩相中安裝防盜設備，如在AB兩相中分別安裝防盜設備；
　　(2)系統正常運行情況下，供電電纜白天供電，單燈防盜設備實時監測供電電壓，通過檢測電纜供電電壓判斷電纜是否被盜；
　　(3)檢測到電纜被盜之后，單燈防盜設備主動上報到支路控制器，支路控制器將電纜被盜信息及時上傳到監控中心，實現電纜被盜及時告警；
　　(4)根據燈光照明系統特性，在運行過程中不同相供電支路同時出現開關跳閘的事件屬于小概率事件，現實中可認為不會發生。在本系統中，即根據不同相供電電壓同時出現故障來判斷電纜是否被盜，從而極大提高了電纜防盜告警的可靠性；
　　(5)檢測到電纜被盜后，單燈防盜設備通過ZigBee網絡主動上報到支路控制器。根據計算可以得出，采用ZigBee網絡傳輸告警信息的整體時延不超過500毫秒。根據燈光照明系統特性，從電纜被盜到檢測到相應信息，181毫秒可以滿足在第一時間發現電纜被盜，確保損失降到最小。所以該防盜告警系統擁有足夠好的防盜告警實時性。
　　4 優點
　　該新型防盜告警系統很好的解決了傳統電纜防盜系統存在的不足，擁有以下幾個方面的優點：
　　(1)白天防盜：傳統電纜防盜設備不支持供電電纜白天帶電，本發明中單燈防盜設備采用全天供電方式，完全可以解決傳統電纜防盜白天無法防盜弊端；
　　(2)電纜被盜上報時延大：傳統電纜防盜系統輪詢防盜設備，且通過主從方式實現，造成時間延遲大，本發明中采用ZigBee網絡，通過主動上報方式，實現電纜被盜信息及時上報，提高電纜被盜信息上報實時性；
　　(3)電纜被盜告警可靠性差：傳統電纜被盜在檢測、上報等多個環節造成誤報，本發明從檢測原理、上報方式等多個環節進行優化處理，極大提高電纜被盜告警可靠性和準確度。
　　5 結束語
　　通過以上分析可以看出，基于WSN網絡的燈光照明設施的新型電纜防盜告警系統，成功的解決了傳統電纜防盜系統中存在的不足，相信隨著該防盜系統在燈光照明設施中的應用，一定會大大減少燈光照明設施的盜竊問題，為國家減少不必要的經濟損失。
　　
　　參考文獻
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