淺析無線網(wǎng)絡(luò)在樓宇消防報警系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性

李小杰（深圳市勝捷消防器材工程有限公司深圳518040）

秦毅（深圳市天智系統(tǒng)技術(shù)有限公司深圳518040）

淺析無線網(wǎng)絡(luò)在樓宇消防報警系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性

李小杰（深圳市勝捷消防器材工程有限公司深圳518040）

秦毅（深圳市天智系統(tǒng)技術(shù)有限公司深圳518040）

闡述了現(xiàn)有的有線自動報警系統(tǒng)的弊病和存在問題，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面分析了采用無線網(wǎng)絡(luò)自動報警系統(tǒng)的可靠性和可行性，提出了報警系統(tǒng)如何采用無線網(wǎng)絡(luò)，以及采用無線網(wǎng)絡(luò)后如何抗干擾的2個分類，還有消防報警系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定及其今后采用無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)報警技術(shù)控制技術(shù)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)ZigBee技術(shù)

近年來，隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸成熟，并在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如：工業(yè)控制與監(jiān)測、汽車感應(yīng)與檢測、城市路燈的控制與監(jiān)測，以及城市消防的報警與調(diào)度。樓宇建筑中的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用智能無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想自然就提出來了。

傳統(tǒng)的有線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)安裝費用較高，工期較長，安裝難度較大。而且工程質(zhì)量取決于施工單位的管理水平和管理過程以及施工人員的素質(zhì)，這樣很容易給樓宇的消防報警系統(tǒng)留下隱患。尤其是大廈的二次裝修或裝修整改中，往往給自動報警系統(tǒng)的線路帶來許多隱患，編碼也越來越雜亂，對日后的消防維護(hù)工作也造成很大的困難。

若我們將智能的無線網(wǎng)絡(luò)報警系統(tǒng)應(yīng)用于消防的自動報警系統(tǒng)當(dāng)中，將會大大地改善上述傳統(tǒng)的有線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)方式的種種弊端，并能給日后的維修保養(yǎng)帶來方便。

目前，深圳市從事ZigBee研究技術(shù)的天智系統(tǒng)技術(shù)有限公司等，研制開發(fā)的專利技術(shù)“ZigBee遙測，遙信，遙控方法”，可以為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)提供無線自組織網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)支持與服務(wù)。

1 關(guān)于Zig Bee標(biāo)準(zhǔn)的概況

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的雙向無線通訊國際標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee技術(shù)是由一個企業(yè)團體——ZigBee聯(lián)盟（ZigBee ALLIANCE）負(fù)責(zé)制定和推廣。世界五大工控公司：Honneywell、Johnson Controls、Trane、TAC、Siemens均是該組織成員，并且是積極的推動者。ZigBee聯(lián)盟現(xiàn)有220個企業(yè)成員，同時成立了若干個工作組，包括智能家居、樓宇自動化，致力于建筑物室內(nèi)安防與報警應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定。

ZigBee標(biāo)準(zhǔn)建立在《IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》之上。IEEE 802.15.4規(guī)定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型中的物理層和介質(zhì)訪問子層，其中物理層定義了3個許可的頻率波段，它們分別是2.4 GHz（最高傳輸速率250 KBPS），915MHz（最高傳輸速率200 kBPS）以及868MHz（最高傳輸速率200 kBPS）。

ZigBee規(guī)范在《IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上又增加了網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)用層。ZigBee支持星型、網(wǎng)狀和族樹狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最多可以擁有65 535個節(jié)點，每個節(jié)點的地址由ZigBee的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點負(fù)責(zé)分配。另外每個節(jié)點之間的傳輸范圍在30～100M之間，而且傳輸?shù)木嚯x還可以通過使用功率放大器和多跳自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到延伸。因此，ZigBee技術(shù)是適合于承載數(shù)據(jù)量較小的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)領(lǐng)域的。

2 關(guān)于三遙系統(tǒng)的概況

上述提及的“ZigBee遙測，遙信，遙控方法”組成的ZigBee三遙方案系統(tǒng)包括：無線探測器、組群控制器、中心控制設(shè)備以及監(jiān)控軟件等。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，通訊實時準(zhǔn)確，安裝費用低廉，維護(hù)簡單便捷，無需升級換代，不需租用公網(wǎng)，無需支付運行之費用。它是一套配合火災(zāi)自動報警系統(tǒng)使用的強大的智能控制系統(tǒng)，其功能不但可以收集探測器的運行數(shù)據(jù)（開/關(guān)和故障數(shù)據(jù)），還可以對探測器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.1 遙控

手動控制或根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間、周期以及預(yù)先設(shè)定的量化進(jìn)行控制（可用于報警系統(tǒng)的類比報警、預(yù)報警以及控制消防設(shè)備）。

2.2 遙測

測定各回路的各傳感器數(shù)據(jù)（可用于報警系統(tǒng)的巡檢與探測）。

2.3 遙信

接收各回路的開關(guān)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)故障信息（可用于報警系統(tǒng)的集中控制、中心控制與聯(lián)動控制）。

上述的三遙系統(tǒng)方案控制范圍組網(wǎng)靈活，可以分層次設(shè)定管理，智能運行對火災(zāi)報警系統(tǒng)實行遠(yuǎn)程控制，實時采集探測器各項工作參數(shù)，形成報表，以供管理和檢查。報警時可以及時報出探測位置和具體數(shù)據(jù)，供值班人員分析處理；可以控制回路的屏蔽狀態(tài)，并在消防中心隨時調(diào)整；可以遠(yuǎn)程調(diào)整報警類別以及報警級別。具有防雷、防干擾的多重保護(hù)，運行安全可靠。

3 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在樓宇火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的應(yīng)用

據(jù)美國著名的市場研究機構(gòu)ABI的預(yù)測表明，ZigBee無線裝置的產(chǎn)品在近兩年來具有很大的市場，其巨大的發(fā)展空間在于其技術(shù)上的明顯優(yōu)勢以及其市場的明確定位。一些專家認(rèn)為，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的應(yīng)用將勢不可擋。無線網(wǎng)絡(luò)將是有線網(wǎng)絡(luò)有益的補充和擴充，甚至替代。

在樓宇火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中使用ZigBee技術(shù)，其無線網(wǎng)絡(luò)的框架是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（如圖1所示），使用一定數(shù)量的ZigBee路由器節(jié)點即可覆蓋整個樓宇內(nèi)部區(qū)域。而且節(jié)點數(shù)量越多，系統(tǒng)就越可靠，非常適合超高層建筑和大型建筑。另外，由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有自配置的功能，增加新的結(jié)點時或重新對節(jié)點進(jìn)行布置時將十分方便，尤其是樓宇在使用之后的消防工程整改及擴容。而無線網(wǎng)絡(luò)的邊緣是星型結(jié)構(gòu)，大量內(nèi)建的ZigBee無線裝置傳感器或者執(zhí)行器被接入網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器使用普通的干電池就可以工作2～3年的時間。

圖1 ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)框架

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的，無需線纜介質(zhì)。在樓宇火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得報警系統(tǒng)的組件具有可移動性，它能快速方便地解決和使用有線布線方式所不容易實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通問題，無線網(wǎng)絡(luò)的信號可以覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個位置，極大地方便了樓宇的功能更改以及消防整改工程。這些具有可移動性的報警系統(tǒng)的組件包括：報警主機、警鈴、感溫探測器、感煙探測器、手動報警按扭、模塊、區(qū)域控制器等。

通常在智能樓宇的有線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，施工周期長，對周邊環(huán)境有影響的往往是綜合布線系統(tǒng)。采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最大的優(yōu)勢就是可以免去其大量的工作，具有低廉的安裝費用。

4 關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在樓宇火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)用4中的抗干擾問題

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈合是用來抗干擾的。我們把來自自然界的各種干擾因素，如汽車、無線電源、發(fā)電機房、配電房、電梯房、風(fēng)機等分為兩類：

4.1 移動物體的干擾

即物理學(xué)中的“多普勒效應(yīng)”，其原理是外界物體移動引起電磁波環(huán)境發(fā)生變化，從而影響無線網(wǎng)絡(luò)的通訊效果。而我們的ZigBee組網(wǎng)技術(shù)利用的是密集組網(wǎng)技術(shù)，也就是說電磁環(huán)境變化使得某些鏈接效果變差，卻使得另一些鏈接效果變好。而通訊的過程有多條路徑，所以整體來看沒有影響。

4.2 電磁波干擾

所有電器產(chǎn)生的電磁波與ZigBee都不在同一頻道，因此沒有干擾。而且，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等模塊組成。ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使得支持ZigBee的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)自動形成有組織、有結(jié)構(gòu)、自形成、自恢復(fù)的網(wǎng)絡(luò)。由于使用了ADHOC的自動組網(wǎng)技術(shù)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建免除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的繁瑣的配置過程。任何新加入網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點設(shè)備只要處于無線通訊范圍內(nèi)，都可以自動加入已有網(wǎng)絡(luò)，并自動形成信息路由路徑，將信息傳到有效接收者。同時，在節(jié)點設(shè)備硬件成本足夠低的情況下，這些節(jié)點可以組建成為一個高冗余的網(wǎng)絡(luò)，從而保證網(wǎng)絡(luò)強大的出錯自恢復(fù)能力。

5 結(jié)論

天智系統(tǒng)技術(shù)有限公司研發(fā)的無線智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，憑借對國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的深刻領(lǐng)悟，結(jié)合現(xiàn)有的無線公網(wǎng)的便利，可以為消防這個領(lǐng)域提供應(yīng)用服務(wù)；并且積累了全方面、全過程的開發(fā)經(jīng)驗，覆蓋了IEEE802.15.4MAC，ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。組織開發(fā)中心可根據(jù)客戶的需求，選用適宜的組件，定制開發(fā)。該系統(tǒng)構(gòu)思新穎、設(shè)計科學(xué)。其先進(jìn)性、可靠性、科學(xué)性在消防領(lǐng)域可以有所作為，能實現(xiàn)消防報警自動化、管理網(wǎng)絡(luò)化，使人民生命財產(chǎn)的安全得到及時保護(hù)，從而實現(xiàn)智能消防、科技消防。

筆者相信，不遠(yuǎn)的將來，無線網(wǎng)絡(luò)消防自動報警系統(tǒng)技術(shù)將是一種趨勢和方向。■

2011-01-08