[原创]ZigBee在幼儿园中的应用探究 - 安防知识网

RFID和ZigBee是组建物联网的两项基础和核心技术，其中前者在物联网推广过程中出尽了风头。不过，在幼儿园儿童定位应用中，基于ZigBee协议的无线Mesh网络技术却更胜一筹！

　　教育部《幼儿园教育指导新纲要》明确指出：“幼儿园必须把保护幼儿的生命和促进幼儿的健康放在工作的首要位置。”

　　“校园安全无小事，幼儿园安全事更大”，因为它关系到千万个家庭的幸福，关系到社会的稳定，一旦发生意外事故或恶性案件，将造成恶劣的影响和难以挽回的损失。

　　幼儿年龄段的孩子自我安全意识薄弱，自我保护能力低，自我控制力差。幼儿段的孩子又活泼好动，对外界充满了好奇和探索欲望，面对危险缺乏基本的防范意识，最易出现危险和遭受意外伤害。管理者对幼儿在园内的实时跟踪、精确定位、危险预警、及时提醒以及灾害应急救援预案制定显得尤为重要。

　　幼儿园安全现状及精细化管理需求

　　当今国内正规幼儿园大都建设了独立的安防系统，通常涵盖闭路电视监控系统、防盗报警系统、出入口门禁控制系统等，这些系统在一定程度上提升了幼儿园的安全防范水平，但也存在着许多安全漏洞。

　　事后取证的作用强大，事先预防并及时发现问题的功能相对薄弱;

　　难以在紧急情况下快速找到幼儿;

　　易受自然灾害的影响，很难在快速应急救援中发挥作用。

　　引入射频识别(RFID)技术或ZigBee无线传感网络等物联网技术手段，构建网络化、信息化的智能安全管理系统，可实时定位幼儿位置，智能化自动监控、主动跟踪、提前预警幼儿安全风险，实现幼儿园安全的精细化管理，提高幼儿园安全管理的效率，构建更加安全的幼儿学习生活环境。

　　ZigBee还是RFID?

　　射频识别(RFID)技术和ZigBee无线网络技术是组建物联网的两项基础和核心技术。

　　RFID射频标签技术

　　RFID即射频识别技术，又称无线射频识别。常用的有低频(125k~134.2K)、高频(13.56Mhz)、超高频，微波等技术。RFID技术中所衍生的产品大概有三大类：无源RFID产品、有源RFID产品、半有源RFID产品。

　　RFID系统中的标签与读写器之间是一种主从关系，它们之间的通信完全依赖于RFID标签耦合或反射出的信号。而要通过这种通信方式来增加通信距离非常困难。因而，它们不得不在读写器上下工夫提高接收灵敏度，在发射天线上下工夫增大发射功率，以及增加发射接收的方向性。因而，不仅提高了成本，而且更加降低了它的安装和使用的灵活性。此外，当高频微波的发射功率过大时，不仅超出国家无委会的功率限制，还有可能对幼儿及教师身体带来伤害。

　　为了克服无源RFID产品的读取识别距离限制，远距离主动式有源RFID系统应运而生。该类系统在对目标的识别距离上，大大优于被动式RFID，但却存在一些明显缺陷。

　　系统的灵活性低：其读写器不仅需要固定位置安装，对RFID卡的方向和读写器天线的方向的匹配还有一定的要求;

　　供电问题：主动式RFID需要使用电池驱动，存在如何延长标签中电池使用寿命的问题;

　　易受干扰：现有RFID一般都使用窄带通信技术，当识别范围增大以后很容易受到外界的干扰;

　　可靠性和稳定性稍差：由于温度变化，晶振自身老化造成的晶振工作频率的偏差，以及可能存在的多径效应，多普勒效应等，都将使系统工作的可靠性和稳定性受到较大影响。

　　基于ZigBee的MESH网络标签技术

　　基于ZigBee协议的无线Mesh网络是一种拓展性强、易布建的低成本、多跳的自组织无线网络。

　　Mesh网络即“无线网格网络”,它是“多跳(multi-hop)”网络，是由ad-hoc网络发展而来。在下一代网络演进的过程中，无线网络是一个不可或缺的技术。无线Mesh网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点，任意的两个设备均可以保持无线互联。

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　　ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。

　　低成本。单一系统支持大量节点的组网，系统构建成本低;

　　低功耗、高效率。传感器工作只需要很少的能量，系统在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，以接力的方式将数据从一个网络节点传到另一个节点，通信效率非常高;

　　简单灵活。系统支持多种网络拓扑、低复杂度。不需要昂贵和体积庞大的读写器和读写天线系统，也不需要对射频标签的安装位置、被识别目标移动速度等设置各种限制;

　　抗干扰。系统采用直序扩频信噪比增益，快速、安全(ZigBee提供三级安全模式)。无环境干扰，以及可能的多径效应和多普勒效应问题的困扰;工作可靠性和稳定性优越。

　　应用安全性

　　基于ZigBee协议的无线Mesh网络基站一般采用免授权频段,其最大射频功率有严格的限制。一般家用的无线设备，其辐射功率一般需要低于200毫瓦。这样的设备在这一频段上一般直接满足电磁干扰性的要求。

　　幼儿安全定位系统中随身携带的射频标识卡射频辐射非常小。跟人们日常使用的手机相比，无线Mesh网络的射频辐射要远远小于人们日常接触的手机网络。

　　工作频率：2.4GHz―2.5GHzISM微波段;

　　识别距离：有效识别距离可达0-200m，可调节;

　　通讯速率：1024Kbps;

　　安全性：加密算法与安全认证，防止链路侦测;