[实用新型]基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种矿山通讯技术，尤其是一种井下人员定位技术，具体地说是一种基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统。 

背景技术

Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词，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。Zigbee与蓝牙类似，是一种新兴的短距离，低功耗的近距离无线组网通讯技术。 

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网络数传模块质检可以互相通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。 

与移动通信的CDMA或GSM不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化数据传输而建立，因而，它具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器值直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可以在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。 

Zigbee自身的技术优势有： 

低功耗：在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周，WIFI可工作数小时。

低成本：通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码。 

低速率：Zigbee工作在250kbps的较低速率，分别提供250kbps（2.4GHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。 

近距离：传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3Km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的能力，传输距离将可以更远。 

短时延：zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms（毫秒），节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s（秒）、WIFI需要3s。 

⑥高容量：Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点。最多一个主节点可管理254个子节点；同事主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。 

高安全：Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定，使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES 128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。 

免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗（ISM），2.4GHz（全球）、915MHz(美国)和868MHz（欧洲）。 

Zigbee的频带： 

868MHz传输速率为20KB/S适用于欧洲。

915MHz传输速率为40KB/S适用于美国。 

 2.4GHz传输速率为250KB/S全球通用。 

由于此三个频带物理层并不相同，其各自信道带宽也不同，分别为0.6MHz，2MHz和5MHZ，分别有1个10个和16个信道。 

目前在井下人员定位系统中，定位方式均基于读卡器、识别卡模式，该技术的发展大致分为三代：近距离人工刷卡、远距离被动识别和远距离主动识别。 

第一代技术主要为较早以前高频和低频阅读设备（比如公交卡，门禁卡等）在井下的应用，由于其阅读范围大致为离开阅读器20cm之内，所以只能采取近距离人工刷卡的方式，佩戴射频卡的人员必须上前靠近阅读器才能被读取。第二代技术主要基于主要高频（433M，868M，915M等）阅读设备和无源射频卡的应用，其阅读范围可以达到10米左右，一般采取远距离被动识别方式，可以解决近距离人工刷卡方式的需要逐个扫描的问题。