ZigBee网络在机场围界入侵报警系统中的设计与应用

《商场现代化》2012年9月（下旬刊）总第696

期引言

近年来航空客流量逐步加大，为了保证机场安全运行，我国许多大中型机场都提升了安全防范等级，安装了机场围界入侵报警系统。入侵报警系统由前端探测器、报警信号传输网络和监控平台等组成。探测器的功能主要是探测是否有人入侵机场围界，当有人入侵时探测器将报警信号通过信号传输网络发送到网络监控平台。

探测器的种类有很多，机场目前用到的有震动电缆、震动光缆、张力围栏、激光对射器、泄露电缆等，无论是采用哪种设备，它们都需要把探测到的入侵报警信号通过信号传输网络发送到监控平台，这样监控平台才能反应前端设备的状态。目前大部分信号传输网络都采用的是485总线或者CAN 总线，都属于有线通信网络。机场围界长度从几公里到几十公里，这种情况下采用有线通信方式，通信线缆是一笔敖贵的开销，而且也增加了施工的复杂程度。本文提出了一种基于Zigbee 技术的无线信息传输网络，即降低了成本又减小了施工难度。

一、ZigBee 技术简介

ZigBee 是基于IEEE802.15.4标准的低功耗网络协议。根据

这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

（1）ZigBee 协议栈

ZigBee 协议结构采用OSI 七层模型，在这个基础上可根据

应用的实际需要定义。ZigBee 通讯基础是IEEE802.15.4标准,该标准定义了物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)的标准;Zig -

Bee 联盟则定义了ZigBee 协议的网络层(NWK)、应用层(APL)

和安全服务规范。

（2）网络节点类型

ZigBee 网络节点的设备类型分为两种：全功能设备节点

（FFD ）和精简功能设备节点（RFD ）。全功能设备节点可担任三种网络角色：网络协调器，网络路由器或网络终端节点。全功能设备节点可以和精简功能设备节点进行通讯也可以和其它全功能设备节点进行通讯。精简功能设备节点只能和全功能设备节点进行通讯。精简功能设备节点只能作为网络终端节点。其主要是为了那些功能非常简单，通信数据量小，每次只需和全功能设备节点进行通讯的应用。精简功能设备节点的实现只需最小的资源和存储容量。

（3）网络拓扑结构

ZigBee 网络支持星型、树型和网状三种网络拓扑结构。对于

星型网络，整个网络由一个全功能设备节点担任网络协调器，负责网络的建立、初始化及维护，其它全功能设备节点和精简功能设备节点将直接与网络协调器进行通讯。对于树型或网状网络，网络由一个全功能设备节点担任网络协调器，负责建立、初始化和设置网络，但网络的扩展由全功能设备节点担任的路由器设备负责。

(4)技术特点

ZigBee 是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA 和GSM 网络。ZigBee 数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标

准的75m 到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

ZigBee 是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个

无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee 网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的

75m 无限扩展。传输速率每秒250kbps ，安全可靠，提供了数据完

整性检查及鉴权功能,加密算法采用AES-128,具体应用可灵活确定采用何种安全机制。

与CDMA 网或GSM 网不同的是，ZigBee 网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每片

ZigBee 芯片售价约1至2美元。

二、系统方案设计

机场围界入侵报警系统网络采用ZigBee 无线信息传输网络，信息传输网络由报警探测器配备的ZigBee 基站组成，在这个网络里所有的ZigBee 节点都是全功能节点，它们同时起到网络协调、网络路由和网络终端的作用。ZigBee 基站和报警探测器之接通过TTL 电平USART 连接，报警探测器将信息通过USART 发

ZigBee 网络在机场围界入侵报警系统中的设计与应用

■张

娟北京首都国际机场股份有限公司

［摘

要］安全是机场发展永恒的第一主题，是一切发展的前提，机场围界是保障飞行区飞行器等安全的重要屏障，当有非法入

侵时进行报警并进行及时处理。本文旨在阐述ZigBee 网络在机场围界入侵报警系统中的应用，对ZigBee 网络在机场围界入侵报警系统通信网络中的组网方式进行了研究和设计，同时进行了基于CC2530的网络节点的硬件设计。

［关键词］ZigBee 机场围界

入侵报警

设计

图1

系统网络通信图

241

期

一、引言

中国式财政体制的核心内涵是经济分权与垂直的政治治理体制的紧密结合。这是分析中国非生产性支出演进规律的背景。

我们的目的是想发现中国教科文卫支出比重是一直在降低还是存在一个先降低后提升的过程，这样一个过程的背后隐含着怎样的发展逻辑。

二、计量经济模型

对倒U型或U型曲线研究最著名的是库兹涅兹。他（1955）在《经济增长和收入不平等》中，对经济增长和收入分配不平等的关系做了开创性的研究，他认为，在经济增长的早期，收入分配不平等的情况会加剧，但在经济增长的后期，这种情况则会得到改善，即经济增长与收入分配不平等的关系遵循倒U型曲线。倒U 型假说自提出以来引发了持续的讨论，并产生了许多经济增长与相关经济问题的理论和经验研究成果，但是迄今为止，国内学者尚缺乏对教科文卫支出与经济增长之间的U型曲线关系进行研究。所以，本文试图填补这一领域的空白。

库兹涅兹的倒U型假说关注的是在经济增长的不同阶段收入分配不平等曲线具有的特性，因此，倒U型曲线函数仅涉及经济增长一个解释变量，如果引入多个解释变量，反而违背了他的原本思想。虽然我们要研究的是正U型曲线，但是U型与倒U型的差距就是一个二次项的符号不同。所以，关于教科文卫支出和GDP之间的U型假说的实证分析，我们设定的基本模型中被解释变量仅为人均GDP，具体形式为：

lnU it=α+β1lnGDP it+β2(lnGDP it)2+εit

i=1,2,3……，t=1，2，3……

其中：U it表示i省在t年的人均教科文卫支出，GDP it表示i省在t 年的人均GDP,εit为(n×1)阶正态分布的误差项向量。为了满足线性化估计的需要，并消除异方差的影响，在处理数据前对所有原始数据进行自然对数处理。

中国教科文卫支出演进的

U型规律

■熊苍玮华南师范大学经济与管理学院

[摘要]本文利用1987年到2009年中国科教文卫教科文卫支出的数据对教科文卫支出的演进规律进行实证分析，发现中国教科文卫支出存在正U型规律，随着经济的增长，教科文卫支出先下降后上升，呈现抛物线形状。这种情况的出现可能主要是因为在地方竞争的条件下，地方政府为了GDP会增加生产性的公共支出，造成公共支出的偏差，但是为了持续增加GDP，地方政府也会被动或主动的改善环境、增加教科文卫支出，以适应产业升级等需要。

[关键词]教科文卫支出U型曲线地方政府竞争■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■送到ZigBee基站，再由ZigBee无线网络将数据发送到网关，通过网关将ZigBee网络的信息传送到机场内部有线网上，最后传送到报警监控平台。三、基于CC2530的网络节点设计(1)网络节点方案设计本设计无线通信模块采用CC2530芯片外加射频前端放大电路CC2591,用来放大输出功率,大大简化了射频电路的设计。两个LED状态显示灯用来显示通信模块的工作以及通信状态，有线通信接口采用TTL电平USART接口，和报警探测器做通信。(2)主要芯片性能CC2530是德州仪器(TI)日前推出的完整的用于2.4GHz IEEE802.15.4/RF4CE/ZigBee的第二代片上系统解决方案。它结合了高性能的2.4GHz直接序列扩频射频收发器和一个高性能低功耗的8051微控制器,用于搭建功能健全价格低廉的网络节点。CC2591是TI公司推出的一款高性能、低成本的RF前端模块,集成了开关、电感器、平衡/不平衡网络、匹配网络、PA功率放大器等功能。可将输出功率提高+22dBm,接收灵敏度提高+6dB。CC2591可与TI公司的所有2.4GHzRF收发器直接连接,大大改善了RF性能,用极少的外围电路实现高输出功率。(3)网络节点电路设计网络节点电路图主要由CC2530以及外围电路组成，如图5所示。晶体Y2和电容C4、C5组成震荡电路，为CC2530的51内核提供始终电路。LED指示灯D1、D2是?ZigBee通信状态指示等。数字IO口P0_0-P0_4连接射频功率放大模块的数字接口，CC2530的天线端连接CC2530的模拟接口，通过信号放大后ZigBee的通信距离从75米扩大到了将近1km。四、结束语本文是笔者对ZigBee网络在机场围界报警系统中应用的设计方案的拙见，在介绍ZigBee网络相关知识的基础上,以CC2530模块为硬件基础,外加CC2591功放模块,进行ZigBee通信模块的设计。如何完善机场围界的安全需全民航工作者的共同努力，欢迎阅提出宝贵的意见和建议。参考文献:[1]IEEE Std802.15.4-2003.Wireless Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks(LR-WPANs)［S］.New York,USA：The Institute of Electrical and Electronics Engineers,Inc.,2003.5.[2]ZigBee-Specification V1.0［Z］.USA：ZigBee Alliance,Inc.,2005.6.[3]SWRS081B–APRIL2009–REVISED FEBRUARY2011.作者简介：张娟(1975年)，女，北京市人，2010年毕业于中国民航大学交通运输工程专业，硕士研究生，工程师，从事民航机场工程项目管理工作。

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