Обзор беспроводных систем с возможностью реализации принципов динамической маршрутизации при передаче сигналов и команд от одного узла другому в интеллектуальных зданиях

23 декабря 2011 г. 11:16

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Обзор беспроводных систем с возможностью реализации принципов динамической маршрутизации при передаче сигналов и команд от одного узла другому в интеллектуальных зданиях

Интеллектуальное здание обеспечивает автоматическое управление и мониторинг инженерных систем. Для этой цели используются кабельные линии связи, радиоканалы, радиопередающие устройства, мобильная связь, интернет.

Алёшинцев А.В.

В комплекс жизнеобеспечения интеллектуального здания входят системы:

— защиты от проникновения;

— внешнего и внутреннего видеонаблюдения

— противопожарная (пожарные датчики, автоматические разбрызгиватели и т. д);

— другие системы (более подробно раскрыто в анализе (3)).

Предпосылки перехода к беспроводной системе 1 мая 2009 г.

вступил в силу Федеральный закон № 123-Ф3 'Технический регламент о требованиях пожарной безопасности", положениям которого должны соответствовать все без исключения объекты на территории России.

В соответствии со статьей 103: "Линии связи между техническими средствами автоматических установок пожарной сигнализации должны быть выполнены с учетом обеспечения их функционирования при пожаре в течение времени, необходимого для обнаружении пожара, выдачи сигналов об эвакуации в течение времени, необходимого для эвакуации людей, а также времени, необходимого для управления другими техническими средствами".

Живучесть во время пожара

Живучесть системы — это параметр, характеризующий способность системы пожарной сигнализации функционировать в процессе развития пожара в течение всего периода времени, необходимого для эвакуации людей из здания. Ранее в задачи систем пожарной сигнализации входило только обнаружение первичного очага возгорания, после чего предполагалась практически мгновенная и полная эвакуация людей. Однако на практике особенно при крупных пожарах, мгновенно вывести людей в безопасное место не получается.

Опыт российских и европейских специалистов показывает, что на все время, необходимое для эвакуации людей из зданий и помещений, нужно обеспечивать работоспособность:

• систем пожарной сигнализации;

• установок пожаротушения;

• систем оповещения людей о пожаре;

• систем вентиляции и кондиционирования, аварийной вентиляции, управления пожарным водопроводом;

• систем управления лифтами.

Данные требования отражены в "Техническом регламенте о требованиях пожарной безопасности".

Время, необходимое для достижения целей. Гднная шкала времени

время обнаружения нонораиия

^ '• ___время прнбьпия расчетов

Время О! нестойкости системы

Федеральный закон N>123

И

Свод правил СП5.13130*2009

О

Свод правил СПб.13130-2009

О

О

ГОСТ Р 53315 опжгммоеть - ГОСТ Р ЫЖ М) Л-21' 23- *5: • м. „*спр го«мим ГОСТ Р ММ *М32-1-2<-2-2'-«1 ГОСТ Р 53316

- юимюсл ГОСТ 17.1 М*4» . «оромо—а* ••гамосп ГОСТ Р ММ «07ЪЛ-Н-З

«ГОСТ Р 53315 Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний»

«ГОСТ Р 53316 Электрические шиты и кабельные линии. Сохранение работоспособности в условиях пожара. Методы испытаний».______________________

Т-Сотт, #9-2011

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Устройства большинства систем пожарной безопасности соединены между собой проводами и кабелями, но их соединение возможно и другим способом например с помощью волоконной оптики или радиоканала.

Но необходимо, чтобы все соединения нормально функционировали в условиях пожара.

Статм 51. Цель создания систем противопожарной защиты.

Целью является защита людей и имущества.

Обеспечивоется эвакуацией людей и тушением пожара.

Достигается надежностью и устойчивостью систем.

Федеральный закон №123.

Ст. 103. п. 2:

Линии связи между техническими средствами автоматических установок пожарной сигнализации должны быть выполнены с учетом обеспечения их функционирования при пожаре в течение времени, необходимого для обнаружения пожара, выдачи сигналов об эвакуации, в течение времени, необходимого для эвакуации людей, а также времени, необходимого для управления другими техническими средствами.

Применение огнеупорных кабелей не гарантирует передачи сообщений о возгорании, особенно в случае частичного обрушения конструкций здания во время пожара. Единственный способ решения проблемы постоянного контроля за распространением огня — это применение многосвязанных систем, у которых есть резервные маршруты доставки тревожных сообщений о возгорании.

Простейшим примером применения принципа многосвязан-иости в системах охранной и пожарной сигнализации является использование кольцевых линии связи.У каждого устройства в кольце коэффициент многосвязанности равен двум, т.е. имеется один основной маршрут доставки сообщений и один резервный. Надежными и живучими являются беспроводные системы, применяющие алгоритмы динамической маршрутизации (каждый узел системы в случае повреждения основною канала связи может выбирать из десятка резервных маршрутов). Конечно, часть оборудования по мере развития пожара может выйти из строя, но то часть помещений, где еще нет открытого огня, будет под постоянным контролем, что позволит отслеживать динамику развития пожара и принимать адекватные управленческие решения [1].

Выводы

• Анализ законодательной базы в области обеспечения пожарной безопасности (ВБ 5839-1:2002 в Европе и ФЗ № 123 в России) показывает, что особое внимание необходимо уделять повышению параметра живучести систем пожарной безопасности.

• Выбор способа построения системы безопасности должен проводиться с учетом особенностей объекта, чтобы обеспечить стабильную работу системы не только при ее нормальном функционировании, но и в случое возникновения пожарю, ЧС и т.п.

• Современные беспроводные (радиоканальные) системы пожарной сигнализации обеспечивают раннее обнаружение возгорания и обладают повышенной живучестью в условиях развития пожара.

Что такое динамическая маршрутизация?

Рассмотрим опыт телекоммуникационных сетей: их принципиальное качество - "многосвязанность". Другими словами, сигнал из точки "А" в точку “В" может прийти больше чем по одному пути следования. Для этого применяются специальные устройства — маршрутизаторы — со встроенной системой автовыбора пути. Именно они позволяют сетям выполнять свои функции даже при выходе из строя узлов и каналов связи. В результате появляется

достаточное количество резервных обходных путей передачи информации...[2].

В системах охранной и пожарной сигнализации, как в проводном, ток и в беспроводном вариантах, это проблема не решалась. Для проводных систем ОПС это дорого, и дальше устройств отключения короткозамкнутых участков или использования кольцевых линий дело не пошло. В беспроводных системах таких задач не ставилось, так как в основном это были небольшие "любительские'' системы. Однако с появлением профессиональных беспроводных систем — появилась возможность реализовать принципы динамической маршрутизации передачи сигналов и команд от одного узла (в терминологии системы — радиорасширителя РЮП) другому. Следовательно, даже при потере связи между некоторыми радиоросширителями, система "выживет", используя резервные каналы передачи информации.

Например, на рисунке 1 представлен алгоритм отработки ситуации при потере связи между радиоросширителями в коттеджном поселке, оборудованном радиосистемой охранно-пожарной сигнализации . Радиоросширигель — координатор сети РРОП-КР №0 расположен на посту охраны, он получает информацию о состоянии всех устройств радиосистемы от дочерних РРОПов №1, 2 и 3. РРОП №2, помимо того, что контролирует свои дочерние устройства, ещё и ретранслирует сигналы от РЮП №5. Предположим, что произошла потеря связи между РЮП №5 и РРОП№2, соответственно, сигналы от РРОП №5 должны пойти другим маршрутом. В данном случае РРОП №5 может передавать сигналы через ближайшие к нему РЮП №4 и РЮП N-3. Оценив длину пути, качество связи и трафик доставки сигналов через РЮП №3 как минимальные, РЮП №5 принимает решение транслировать свои сигналы через этот радиорасширитель. Таким образом, самый дальний радиорасширитель №5 осуществил автоматический выбор маршрута доставки сигналов на пост охраны, и связь была восстановлена.

Динамическая маршрутизация между радиоросширителями позволяет организовать многосвязанную сетевую топологию с прокладкой маршрутов "по требованию". Но рисунке 2 представлена схема "многосвязанности" рассмотренной радиосистемы. Под "многосвязанностью" здесь понимается возможность передачи данных каждым источником через все множество узлов сети, функции которых выполняют радиорасширители. Маршру-

п У V* - *

Г\ \ У г;

2) ПОТЕРЯ

связи

Гк ^

Л ~'Л

3) ЗАПРОС О ПОМОЩИ

-п*-“ІІ

4) ВОССТАНОВЛЕНИЕ связи

и.

о Ч

~Ч-*

_Ъ

ь;

Рис. 1. Алгоритм отработки ситуации при потере связи

Т-Сотт, #9-2011

ft. ft. ft, ft. ft. ft.

VvC Vvb

Рис. 2. Схема “многоевязанности" радиосистемы

том в данном случав является последовательность участков ретрансляции пакета данных между радиорасширителями при передаче от удаленного радиорасширителя к радиорасширителю-координатору (КР-РРОП №0), расположенному на пульте охраны, и обратно.

В последние годы наблюдается устойчивый рост беспроводных систем безопасности, причем доля данного сегмента неуклонно возрастает. Несколько факторов, которые способствуют развитию такой тенденции.

В первую очередь заказчики все меньше времени отводят на реализацию проектов. Беспроводные системы имеют преимущество в сокращении времени монтажа. Второй фактор — это суммарная стоимость радиоканального оборудования и работ по монтажу, которая сравнима с проводными решениями для крупного или среднего объекта, а при определенном количестве зон становится даже меньше. Третьим фактором является надежность системы. Он особенно важен, когда речь идет о пожарной сигнализации и системах оповещения. Известно, что при развитии пожара проводные кабельные трассы подвержены прямой угрозе выхода из строя. В таких случаях нарушается

управление процессом эвакуации. Беспроводные каналы передачи данных и команд управления этому риску не подвержены.

В журнале "Системы безопасности" (№ 4, 2008) были опубликованы результаты испытаний радиоканальных систем охраны в жилом секторе недвижимости. Речь шла преимущественно о системах, которые позволяют организовать охрану локального объекта в жилом секторе, то есть в квартире, отдельно стоящем доме или гараже.

В данном тестировании приняли участие системы, которые могут быть установлены для защиты таких крупных объектов, как торговые и бизнес-центры, за в оды и значительные по площади складские территории, а также гаражные кооперативы и коттеджные поселки. Производители, которые дали свое соглосие на участие в тестировании своей продукции, широко известны на российском рынке и являются лидерами в области конструирования радиоканальных систем охраны.

Организация передачи извещений

Прежде чем перейти к вопросам передачи извещений, необходимо определиться с рядом терминов.

Во-первых, разделили объекты на два клосса. К одному классу отнесены объекты, которые располагаются на ограниченной территории (1-5 км2), но являются полностью независимыми. Примеры таких объектов: гаражные кооперативы, дачные или коттеджные поселки, торговые точки (группа распределенных

объектов, прокладка кабельных тросс между которыми затруднена). Другой класс — это единичные крупные объекты. Эго не общепринятая схема деления объектов, но она позволяет установить, для какого типа объектов лучше всего подходит та или иная система безопасности. Во-вторых, исходя из того, что рассматриваемые объекты характеризуются значительной протяженностью, а большинство радиоканальных извещателей имеют дальность передачи тревожного извещения на меньшие расстояния, разделено все оборудование на две группы. Введён термин "уровень", отражающий иерархию устройства в цепочке передачи тревожного извещения на пост охраны (ПЦН). Устройства первого уровня выполняют задачу сбора информации от радиоканальных извещателей в пределах одного объекта или части территории крупного единичного объекта. Фактически это традиционные ППКОП с внешними или встроенными приемниками. Устройства второго уровня служат для получения информации от устройств первого уровня с последующей ретрансляцией извещений на ПЦН. Для большинства систем это передатчики средней дальности.

В табл. 1 представлены участвовавшие в тестировании системы и указаны их "глобальные" параметры. Если устройство ППКОП первого уровня было способно принимать сигналы как от радиоканальных, так и от проводных извещателей, отмечено как "Радио/шлейф". Устройство второго уровня "paano/RS-485" отличается тем, что кроме радиоканальной передачи в нем возможно использование проводной шины данных. Количество зон и независимых разделов в росчете на 1 объект определяется характеристиками ППКОП первого уровня. Максимальное количество объектов/зон/разделов зависит от принимающего оборудования, которое размещается на ПЦН.

Конфигурация системы

В табл. 2 даны характеристики основных элементов каждой системы. Архитектура каждой представленной системы имеет свои особенности. Наиболее близки в этом отношении системы "Контур" и "Астра-РИ/РИ-М". Для обеих систем цепочку передачи извещений можно изобразить следующим образом, радиока-нальный извещатель — ППКОП — внешний передатчик — приемник — контроллер — пульт/компьютер.

Метод передачи: однонаправленный, с тестовыми посылками. Но есть и существенные различия. В системе "Контур" ПЦН получает детализацию по каждой зоне/радиоизвещателю. В системе "Астра-РИ/РИ-М" возможно получение извещений на уровне логических разделов. Фактически (по аналогии с проводными системами) "Контур" является адресной системой, а "Астра"

- системой с "коллективными" радио канальными зонами. В системе RS-200 нет устройств первого уровня. Все ППКОП являются проводными приборами малой емкости, за исключением RS-

200TP-RB:

данный прибор имеет встроенный приемник для роботы с 4-кнопочными брелоками управления. Преимущества системы RS-200: во-первых, устройства "Альтоники" могут быть дополнены рещиоканальными извещателями от сторонних производителей

— с помощью автономных приемников; во-вторых, все объектовые приборы RS-200 можно отнести к приборам второго уровня, так как они имеют встроенный передатчик средней дальности, а один приемник RS-200PN позволяет организовать охрану 600 объектов. Устройствами первого уровня в системе Pyronix МХ-NET являются любые ППКОП серии Matrix, которые принимают сигналы от радиоизвещателей на шинные приемники MX-RIX8W. К это — му же уровню относятся радиоретрансляторы РУО 1, ко-

ю

T-Comm, #9-2011

торые обеспечивают беспроводной канал связи между шинными устройствами (например, клавиатуры управления, приемники и тд.) и контрольной панелью. Устройства второго уровня РУ02 совместно с сетевыми концентраторами МХ-485/4 формируют беспроводной аналог 1&-485 шины. Следует отметить, что РУ01 и РУ02 производства компании 'ТриАл" - не один, а два модуля (един из них является передатчиком, а другой — приемником). Система "Стрелец" имеет древовидную структуру. Каждый РРОП этого "дерева" является устройством 1 -го и 2-го уровней одновременно, а "корневой" РРОП может выполнять функцию ПЦН. Ранее в системе "Стрелец" применялась статическая маршрутизация передачи извещений. То есть существовала жесткая схема прохождения сигналов от одного РРОП к другому. В случае выхода из строя промежуточного узла (например, в случае пожара), от "дерева" отсекалось целая "ветвь". В новой модификации система "Стрелец" использует динамическую маршрутизацию пере-

дачи извещений. Теперь каждый РРОП в случае потери связи с первоначально заданным узлом может передать извещение через другие РРОП системы. Причем выбор нового маршрута будет произведен автоматически, исходя из количества учостков нового пути и качества прохождения радиосигналов на этих участках Для построения только пожарной сигнализации на крупном объекте используются сети панелей ',Радуга-240" (64 прибора) на проводной шине РБ-485. К одному прибору "Рсщуга-240" подключается до 800 адресно-аналоговых радиоизвещателей с использованием радиорасширителей РРП-240.

Выводы

Система "Астра-РИ/РИ-М" успешно решает задачу защиты небольших объектов (например, дачных домиков), когда их количество не превышоет сотни и расположены эти объекты в прямой видимости от поста охраны, на расстоянии не более 2-2,5 км от

Таблица 1

Параметры систем, участвовавших в тестировании

Организация передачи извещений 118-200 Контур Ругопіх МХ-N£1 Астра-РИ/РИ-М Стрелец

Группа распределенных объектов на оіраниченной территории

Устройства уровня 1 шлейфы |Ч.|ИО шлейфы радио-шлейфы радио радио шлейфы

Устройства уровня 2 радио радио радио ролио/мровол радио шлейфы

Количество объектов на 1 ПЦН 300/600 500** 124 96 16/1792*** *

Количество зон/ шлейфов на 1 объект 4/5 60 32 192

Количество разделов на объекте 1 1 4 8* 16

Детализация извещения на ПЦН объект/зона зона зона раздел зона

Единичный крупный объект на ограниченной тер питории (тип 2

Устройства уровня 1 шлейфы ралии шлейфи радио шлейфы радио радио

Устройства уровня 2 радио КЧ-4К5 радио КЯ*4&5> радио радио прокол радио КЧ-

Количество независимых разделов на 1 ПЦН 300/600 255***/500** 4% 768 256/500****

Детализация извещения на НЦН зона зона зона раздел зона

Количество зон/шлейфов 1500/3000 1000 30000 3968 768 5ІГ5І200'***

Макс. количество радиоизвещателей - 30 000 1984 18 432 51251 200* •••

• Через систему Астра-РМ

Дальность действия

* Радиоудднннтсль шины Маїгіх РУ01 (КИЬ^Е).

Т-Сотт, #9-2011

Характерне!ики радиоканала уровня 1 1«- 200 Контур Ругопіх МХ-\ЕТ Астра- РИ/РИ-М Стрелец

Дальность

Дальность в прямой видимости (извещатеди). м - 190 150-160 250 520-630

Дальность в здании (извещатели). м - 40—60 35—40 50—80 50—80

Дальность в прямой видимости (доп. устр.). м - - 850— 950* - 80

Кол-во полученных сигналов . 10 10 10 10

Таблица 2

11

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Таблица 3

Дальность действия

ЧХюрудование РРО РР! Штатная антенна Коллинеар мая антенна Направлен ная антенна Коллннсарная антенна + усилитель Направленная антенна + усилитель

Штатная антенна 0,6 Км I Км 1,5 Км 2 Км 4 Км

Коллннсарная антенна 1,5 Км 2,5 Км 3,5 Км 7 Км

Направленная антенна 6 Км 7 Км 10 Км

Коллинеарная антенна + усилитель 6 Км 9 Км

Направленная антенна + усилитель 14 Км

ПО’АТЛАС И»'

ж

ЫЩ W

пользуя стандартный протокол в одной или в нескольких средах. При этом устройства реализуют функции датчиков, приводов и/или контроллеров и не требуют наличия шлюзов трансляции или управляющих контроллеров. С применением специальной микросхемы Neuron Chip- 500.

Протокол LonTalk

Одной из главных составляющих технологии Lon Works является открытый протокол LonTalk, описываемый 7-уровневой сетевой моделью взаимодействия открытых систем OSI.

Протокол LonTalk не опирается на определенную реализацию физического уровня и обеспечивает передачу данных по самым различным каналам связи с использованием разнообразных методов кодирования. Более подробно про данную технологию, а также другие современные разработки систем и технологий распространенные в: Великобритании, Австралии, Азии, США и Европе приводится в обзоре [4].

Литература

1 Зькое В .И. Комментарии к положениям ФЗ №123. Живучесть систем противопожарной защиты — журнал Системы безопасности www.seculeck.ru2009.

2 Левчук М.С Динамическая маршрутизация в профессиональной

беспроводной системе сигнализации и оповещения. Журнал Грани

безопасности N*5 (53) 2008 www.slTelelz.ru.

3 Алёимнцев АЗ. Анализ проблем возникающих при внедрении интеллектуальных зданий. Труды Московского технического университета связи и информатики: — М.: “ИД Медиа Паблишер", 2008. — Т1. — 508 с.

4 Алёшинцев ABV Халсдоэе ПА Обзор основных технологий, используемых при построении "Интеллектуального здания" Научно-технический журнал - T-Comm Спецвыпуск по итогам 3-й отраслевой науч. Конф. "Технологии информационного общества", 2009 г. (Ч.-2).

5 Волгин AJL Тестирование — Беспроводные системы ОПС для крупных объектов — журнал Система безопасности 2008 www.seculeck.ru.

T-Comm, #9-2011

13