淺析無線網絡在樓宇消防報警系統中應用的可行性

李小杰（深圳市勝捷消防器材工程有限公司深圳518040）

秦毅（深圳市天智系統技術有限公司深圳518040）

淺析無線網絡在樓宇消防報警系統中應用的可行性

李小杰（深圳市勝捷消防器材工程有限公司深圳518040）

秦毅（深圳市天智系統技術有限公司深圳518040）

闡述了現有的有線自動報警系統的弊病和存在問題，從技術和經濟兩方面分析了采用無線網絡自動報警系統的可靠性和可行性，提出了報警系統如何采用無線網絡，以及采用無線網絡后如何抗干擾的2個分類，還有消防報警系統的標準與規范的制定及其今后采用無線網絡的發展方向。

火災自動報警系統無線網絡報警技術控制技術ZigBee標準ZigBee技術

近年來，隨著計算機技術、控制技術和無線通信技術的飛速發展，無線自組織網絡技術逐漸成熟，并在多個領域得到廣泛應用，如：工業控制與監測、汽車感應與檢測、城市路燈的控制與監測，以及城市消防的報警與調度。樓宇建筑中的火災自動報警系統采用智能無線網絡的設想自然就提出來了。

傳統的有線火災自動報警系統安裝費用較高，工期較長，安裝難度較大。而且工程質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，這樣很容易給樓宇的消防報警系統留下隱患。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，對日后的消防維護工作也造成很大的困難。

若我們將智能的無線網絡報警系統應用于消防的自動報警系統當中，將會大大地改善上述傳統的有線火災自動報警系統方式的種種弊端，并能給日后的維修保養帶來方便。

目前，深圳市從事ZigBee研究技術的天智系統技術有限公司等，研制開發的專利技術“ZigBee遙測，遙信，遙控方法”，可以為火災自動報警系統提供無線自組織網絡的技術支持與服務。

1 關于Zig Bee標準的概況

ZigBee標準是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據率、低成本的雙向無線通訊國際標準。ZigBee技術是由一個企業團體——ZigBee聯盟（ZigBee ALLIANCE）負責制定和推廣。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聯盟現有220個企業成員，同時成立了若干個工作組，包括智能家居、樓宇自動化，致力于建筑物室內安防與報警應用標準的制定。

ZigBee標準建立在《IEEE 802.15.4技術標準》之上。IEEE 802.15.4規定了開放式系統互聯參考模型中的物理層和介質訪問子層，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規范在《IEEE802.15.4技術標準》的基礎上又增加了網絡層、安全層和應用層。ZigBee支持星型、網狀和族樹狀的網絡拓撲結構。在每一個ZigBee網絡中最多可以擁有65 535個節點，每個節點的地址由ZigBee的網絡協調節點負責分配。另外每個節點之間的傳輸范圍在30～100M之間，而且傳輸的距離還可以通過使用功率放大器和多跳自組織網絡結構得到延伸。因此，ZigBee技術是適合于承載數據量較小的火災自動報警系統領域的。

2 關于三遙系統的概況

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

2.1 遙控

手動控制或根據預先設定的時間、周期以及預先設定的量化進行控制（可用于報警系統的類比報警、預報警以及控制消防設備）。

2.2 遙測

測定各回路的各傳感器數據（可用于報警系統的巡檢與探測）。

2.3 遙信

接收各回路的開關狀態，網絡故障信息（可用于報警系統的集中控制、中心控制與聯動控制）。

上述的三遙系統方案控制范圍組網靈活，可以分層次設定管理，智能運行對火災報警系統實行遠程控制，實時采集探測器各項工作參數，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據，供值班人員分析處理；可以控制回路的屏蔽狀態，并在消防中心隨時調整；可以遠程調整報警類別以及報警級別。具有防雷、防干擾的多重保護，運行安全可靠。

3 無線網絡技術在樓宇火災自動報警系統中的應用

據美國著名的市場研究機構ABI的預測表明，ZigBee無線裝置的產品在近兩年來具有很大的市場，其巨大的發展空間在于其技術上的明顯優勢以及其市場的明確定位。一些專家認為，無線網絡技術在火災自動報警系統中的應用將勢不可擋。無線網絡將是有線網絡有益的補充和擴充，甚至替代。

在樓宇火災自動報警系統中使用ZigBee技術，其無線網絡的框架是網狀結構（如圖1所示），使用一定數量的ZigBee路由器節點即可覆蓋整個樓宇內部區域。而且節點數量越多，系統就越可靠，非常適合超高層建筑和大型建筑。另外，由于網狀網絡結構具有自配置的功能，增加新的結點時或重新對節點進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。而無線網絡的邊緣是星型結構，大量內建的ZigBee無線裝置傳感器或者執行器被接入網絡，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技術的無線網絡框架

無線網絡技術是利用電磁波在空氣中發送和接收數據的，無需線纜介質。在樓宇火災自動報警系統中采用無線網絡技術，使得報警系統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的網絡聯通問題，無線網絡的信號可以覆蓋區域內任何一個位置，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、區域控制器等。

通常在智能樓宇的有線網絡建設中，施工周期長，對周邊環境有影響的往往是綜合布線系統。采用無線網絡技術最大的優勢就是可以免去其大量的工作，具有低廉的安裝費用。

4 關于無線網絡技術在樓宇火災自動報警系統應用4中的抗干擾問題

ZigBee網絡的自組織、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、發電機房、配電房、電梯房、風機等分為兩類：

4.1 移動物體的干擾

即物理學中的“多普勒效應”，其原理是外界物體移動引起電磁波環境發生變化，從而影響無線網絡的通訊效果。而我們的ZigBee組網技術利用的是密集組網技術，也就是說電磁環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

所有電器產生的電磁波與ZigBee都不在同一頻道，因此沒有干擾。而且，ZigBee網絡協議由物理層、數據鏈路層、網絡層、應用層等模塊組成。ZigBee網絡技術可以使得支持ZigBee的火災自動報警系統自動形成有組織、有結構、自形成、自恢復的網絡。由于使用了ADHOC的自動組網技術，無線傳感網絡的組建免除了傳統網絡的繁瑣的配置過程。任何新加入網絡中的節點設備只要處于無線通訊范圍內，都可以自動加入已有網絡，并自動形成信息路由路徑，將信息傳到有效接收者。同時，在節點設備硬件成本足夠低的情況下，這些節點可以組建成為一個高冗余的網絡，從而保證網絡強大的出錯自恢復能力。

5 結論

天智系統技術有限公司研發的無線智能網絡技術，憑借對國際、國內標準及規范的深刻領悟，結合現有的無線公網的便利，可以為消防這個領域提供應用服務；并且積累了全方面、全過程的開發經驗，覆蓋了IEEE802.15.4MAC，ZigBee網絡層、應用層。組織開發中心可根據客戶的需求，選用適宜的組件，定制開發。該系統構思新穎、設計科學。其先進性、可靠性、科學性在消防領域可以有所作為，能實現消防報警自動化、管理網絡化，使人民生命財產的安全得到及時保護，從而實現智能消防、科技消防。

筆者相信，不遠的將來，無線網絡消防自動報警系統技術將是一種趨勢和方向。■

2011-01-08