李小杰（深圳市胜捷消防器材工程有限公司深圳518040）

秦毅（深圳市天智系统技术有限公司深圳518040）

浅析无线网络在楼宇消防报警系统中应用的可行性

李小杰（深圳市胜捷消防器材工程有限公司深圳518040）

秦毅（深圳市天智系统技术有限公司深圳518040）

阐述了现有的有线自动报警系统的弊病和存在问题，从技术和经济两方面分析了采用无线网络自动报警系统的可靠性和可行性，提出了报警系统如何采用无线网络，以及采用无线网络后如何抗干扰的2个分类，还有消防报警系统的标准与规范的制定及其今后采用无线网络的发展方向。

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近年来，随着计算机技术、控制技术和无线通信技术的飞速发展，无线自组织网络技术逐渐成熟，并在多个领域得到广泛应用，如：工业控制与监测、汽车感应与检测、城市路灯的控制与监测，以及城市消防的报警与调度。楼宇建筑中的火灾自动报警系统采用智能无线网络的设想自然就提出来了。

传统的有线火灾自动报警系统安装费用较高，工期较长，安装难度较大。而且工程质量取决于施工单位的管理水平和管理过程以及施工人员的素质，这样很容易给楼宇的消防报警系统留下隐患。尤其是大厦的二次装修或装修整改中，往往给自动报警系统的线路带来许多隐患，编码也越来越杂乱，对日后的消防维护工作也造成很大的困难。

若我们将智能的无线网络报警系统应用于消防的自动报警系统当中，将会大大地改善上述传统的有线火灾自动报警系统方式的种种弊端，并能给日后的维修保养带来方便。

目前，深圳市从事ZigBee研究技术的天智系统技术有限公司等，研制开发的专利技术“ZigBee遥测，遥信，遥控方法”，可以为火灾自动报警系统提供无线自组织网络的技术支持与服务。

1 关于Zig Bee标准的概况

ZigBee标准是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的双向无线通讯国际标准。ZigBee技术是由一个企业团体——ZigBee联盟（ZigBee ALLIANCE）负责制定和推广。世界五大工控公司：Honneywell、Johnson Controls、Trane、TAC、Siemens均是该组织成员，并且是积极的推动者。ZigBee联盟现有220个企业成员，同时成立了若干个工作组，包括智能家居、楼宇自动化，致力于建筑物室内安防与报警应用标准的制定。

ZigBee标准建立在《IEEE 802.15.4技术标准》之上。IEEE 802.15.4规定了开放式系统互联参考模型中的物理层和介质访问子层，其中物理层定义了3个许可的频率波段，它们分别是2.4 GHz（最高传输速率250 KBPS），915MHz（最高传输速率200 kBPS）以及868MHz（最高传输速率200 kBPS）。

ZigBee规范在《IEEE802.15.4技术标准》的基础上又增加了网络层、安全层和应用层。ZigBee支持星型、网状和族树状的网络拓扑结构。在每一个ZigBee网络中最多可以拥有65 535个节点，每个节点的地址由ZigBee的网络协调节点负责分配。另外每个节点之间的传输范围在30～100M之间，而且传输的距离还可以通过使用功率放大器和多跳自组织网络结构得到延伸。因此，ZigBee技术是适合于承载数据量较小的火灾自动报警系统领域的。

2 关于三遥系统的概况

上述提及的“ZigBee遥测，遥信，遥控方法”组成的ZigBee三遥方案系统包括：无线探测器、组群控制器、中心控制设备以及监控软件等。该系统运行稳定可靠，通讯实时准确，安装费用低廉，维护简单便捷，无需升级换代，不需租用公网，无需支付运行之费用。它是一套配合火灾自动报警系统使用的强大的智能控制系统，其功能不但可以收集探测器的运行数据（开/关和故障数据），还可以对探测器进行远程控制。

2.1 遥控

手动控制或根据预先设定的时间、周期以及预先设定的量化进行控制（可用于报警系统的类比报警、预报警以及控制消防设备）。

2.2 遥测

测定各回路的各传感器数据（可用于报警系统的巡检与探测）。

2.3 遥信

接收各回路的开关状态，网络故障信息（可用于报警系统的集中控制、中心控制与联动控制）。

上述的三遥系统方案控制范围组网灵活，可以分层次设定管理，智能运行对火灾报警系统实行远程控制，实时采集探测器各项工作参数，形成报表，以供管理和检查。报警时可以及时报出探测位置和具体数据，供值班人员分析处理；可以控制回路的屏蔽状态，并在消防中心随时调整；可以远程调整报警类别以及报警级别。具有防雷、防干扰的多重保护，运行安全可靠。

3 无线网络技术在楼宇火灾自动报警系统中的应用

据美国著名的市场研究机构ABI的预测表明，ZigBee无线装置的产品在近两年来具有很大的市场，其巨大的发展空间在于其技术上的明显优势以及其市场的明确定位。一些专家认为，无线网络技术在火灾自动报警系统中的应用将势不可挡。无线网络将是有线网络有益的补充和扩充，甚至替代。

在楼宇火灾自动报警系统中使用ZigBee技术，其无线网络的框架是网状结构（如图1所示），使用一定数量的ZigBee路由器节点即可覆盖整个楼宇内部区域。而且节点数量越多，系统就越可靠，非常适合超高层建筑和大型建筑。另外，由于网状网络结构具有自配置的功能，增加新的结点时或重新对节点进行布置时将十分方便，尤其是楼宇在使用之后的消防工程整改及扩容。而无线网络的边缘是星型结构，大量内建的ZigBee无线装置传感器或者执行器被接入网络，这些传感器使用普通的干电池就可以工作2～3年的时间。

图1 ZigBee技术的无线网络框架

无线网络技术是利用电磁波在空气中发送和接收数据的，无需线缆介质。在楼宇火灾自动报警系统中采用无线网络技术，使得报警系统的组件具有可移动性，它能快速方便地解决和使用有线布线方式所不容易实现的网络联通问题，无线网络的信号可以覆盖区域内任何一个位置，极大地方便了楼宇的功能更改以及消防整改工程。这些具有可移动性的报警系统的组件包括：报警主机、警铃、感温探测器、感烟探测器、手动报警按扭、模块、区域控制器等。

通常在智能楼宇的有线网络建设中，施工周期长，对周边环境有影响的往往是综合布线系统。采用无线网络技术最大的优势就是可以免去其大量的工作，具有低廉的安装费用。

4 关于无线网络技术在楼宇火灾自动报警系统应用4中的抗干扰问题

ZigBee网络的自组织、自愈合是用来抗干扰的。我们把来自自然界的各种干扰因素，如汽车、无线电源、发电机房、配电房、电梯房、风机等分为两类：

4.1 移动物体的干扰

即物理学中的“多普勒效应”，其原理是外界物体移动引起电磁波环境发生变化，从而影响无线网络的通讯效果。而我们的ZigBee组网技术利用的是密集组网技术，也就是说电磁环境变化使得某些链接效果变差，却使得另一些链接效果变好。而通讯的过程有多条路径，所以整体来看没有影响。

4.2 电磁波干扰

所有电器产生的电磁波与ZigBee都不在同一频道，因此没有干扰。而且，ZigBee网络协议由物理层、数据链路层、网络层、应用层等模块组成。ZigBee网络技术可以使得支持ZigBee的火灾自动报警系统自动形成有组织、有结构、自形成、自恢复的网络。由于使用了ADHOC的自动组网技术，无线传感网络的组建免除了传统网络的繁琐的配置过程。任何新加入网络中的节点设备只要处于无线通讯范围内，都可以自动加入已有网络，并自动形成信息路由路径，将信息传到有效接收者。同时，在节点设备硬件成本足够低的情况下，这些节点可以组建成为一个高冗余的网络，从而保证网络强大的出错自恢复能力。

5 结论

天智系统技术有限公司研发的无线智能网络技术，凭借对国际、国内标准及规范的深刻领悟，结合现有的无线公网的便利，可以为消防这个领域提供应用服务；并且积累了全方面、全过程的开发经验，覆盖了IEEE802.15.4MAC，ZigBee网络层、应用层。组织开发中心可根据客户的需求，选用适宜的组件，定制开发。该系统构思新颖、设计科学。其先进性、可靠性、科学性在消防领域可以有所作为，能实现消防报警自动化、管理网络化，使人民生命财产的安全得到及时保护，从而实现智能消防、科技消防。

笔者相信，不远的将来，无线网络消防自动报警系统技术将是一种趋势和方向。■

2011-01-08