CN103516924A - 基于开放标准无线协议的无线火灾系统 - Google Patents

Abstract

一种无线火灾探测监控系统包括控制单元，所述控制单元包括无线收发器和用来实施无线多跳通信协议的控制软件。提供电池供电监控设备的网络，以用于监控报警条件。每个监控设备包括用来实施与下列一项的无线通信协议的软件：控制单元和多个电池供电监控设备中的至少一个其它子部件；或者，多个电池供电监控设备中的至少两个其它部件，其中，选定的设备与至少一个子设备和至少一个父设备进行通信。无线多跳通信协议包括在监控设备被时间同步情况下的时分多址通信协议，并且控制单元和监控设备适于遵照IEEE802.11标准进行通信。

Description

基于开放标准无线协议的无线火灾系统

相关申请的交叉引用

不适用。

联邦政府赞助的研究或开发

不适用。

微缩胶片／版权参考

不适用。

技术领域

本申请涉及火灾监控和报警系统，并更特别地，涉及其中设备与系统控制单元(诸如火灾报警面板)无线通信的系统。

背景技术

已知有多种类型的监控和报警系统。在许多这样的系统中，诸如火灾、烟雾或气体探测器之类的模块通过有线介质、电缆耦合到例如控制单元或火灾报警面板。该系统总反映出与有线介质相关联的安装、运转和维护成本。

监控和火灾探测系统的示例在Tice的题目为“Multiple Sensor Apparatusand Method”的美国专利No.5,483,222号和Tice等人的题目为“Circuitry forElectrical Device in Multi-Device Communications System”的美国专利No.6,163,263号中找到，这些专利被转让给此处的受让人。

存在着降低安装和维护这种系统的成本的持续需求。由于例如重建或扩展监控区域，也存在着能够方便地且有效利用成本地修改这种系统的配置的持续需求。

响应这些需求，通过基于电池操作设备的网络开发无线火灾系统，已经降低了劳动成本和安装涉及的时间。这些无线火灾系统是基于低数据速率协议的，所述协议受带宽限制，导致降低的容量和增加的探测和激活时延。这些无线火灾系统不能支持在同一网络上支持语音疏散所需的附加通信。使用标准无线协议无线电可以有助于降低无线火灾设备的成本。然而，大多数基于标准的协议使用CSMA／CA信道接入协议，其不能提供在高容量，高数据生成网络中的确定性的性能。这些协议对于电池供电设备效率不高。

发明内容

无线火灾探测监控系统使用时分多址网状网络通信协议，该通信协议运行在基于开放标准高数据速率协议的无线设备的网状网络中。

概括地，公开了一种无线火灾探测监控系统，包括控制单元，其包括无线收发器和用来实施无线多跳通信协议的控制软件。提供用于监控报警条件的电池供电监控设备的网络。每个监控设备包括用来实施与下列一项的无线通信协议的软件：控制单元和多个电池供电监控设备中的至少一个其它子部件；或者，多个电池供电监控设备中的至少两个其它部件，其中，选定的设备与至少一个子设备和至少一个父设备通信。无线多跳通信协议包括在监控设备被时间同步的情况下的时分多址通信协议，并且控制单元和监控设备适于遵照IEEE802.11标准进行通信。

一个特征是，网状网络通信协议在监控设备的MAC层级，或监控设备的网络层级，或监控设备的应用层级处实施。通过使用本领域中公知的方法之一，将网络设备的时钟与主设备的时钟同步到期望的精确度。这些方法的任何一个可以通过使用健康的消息或其序列来实施。节点在刚发现后就被同步，并且稍后在取决于最坏情况的间隔处，时钟漂移。

另一个特征是，控制单元包括用于对监控设备进行时间同步的主时钟。监控设备可以交换健康的消息，以便彼此进行同步，并且与控制单元同步。每个监控设备可以发送健康消息到网状网络中其前一级的监控设备。每个监控设备可以发送时间同步消息到网状网络中它的下一级监控设备。

又一个特征是，监控设备被配置为在时隙基础上通过网络发射请求和响应到控制单元和网络中的其它监控设备。

又另一个特征是，监控设备在选定的时隙期间在预定的时间间隔内变为活动以接收传入的数据，并且当不在时间间隔内时，返回到不活动状态。

通过阅读包括所附权利要求和附图的整个说明书，其它的特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1A是无线火灾探测监控系统的框图；

图1B是可与图1A中的系统一起使用的输入设备的框图；

图1C是可与图1A中的系统一起使用的输出设备的框图；

图2是图1A中的系统的视图，图示了示例性的通信链路；

图3是与图2类似的视图，图示了替换的示例性的通信链路；

图4图示了MAC层网络和时分多址(TDMA)协议的通信栈实施方式；

图5是图示了网络层网状网络和TDMA协议的通信栈实施方式；

图6是图示了应用层网状网络和TDMA协议的通信栈实施方式；

图7是图2中的系统的视图，图示了时间同步和健康消息；

图8是图示了示例性TDMA通信帧的示意图；

图9是无线火灾探测监控系统的更详细的视图，图示了示例性的通信链路；以及

图10是图1中的系统的视图，图示了示例性的通信链路。

具体实施方式

无线火灾探测监控和报警系统并入了多跳时分多址(TDMA)通信协议。此处公开的监控系统使用TDMA网状网络通信协议，该协议运行在基于开放标准高数据速率协议的无线设备的网状网络上。无线设备可以使用(例如)IEEE802.11等进行通信。此处描述的IEEE802.11通信参考了遵照“IEEE Std.802.11-2007”的所需特征的通信。网络的设备是时间同步的以实现确定性的性能，并且以调度通信来减少功耗。根据接入无线堆栈层的实施方式和可用性，基于标准的TDMA网状网络通信的无线电设备可以在7层OSI参考模型中的MAC层级处、网络层级处、或应用层级处实施。

图1图示了示例性火灾探测监控系统10。系统10包括火灾报警控制面板，或控制单元12、多个输入设备16和多个输出设备20。系统10可以被安装在区域R中，以提供本领域技术人员可以理解的监控和报警指示功能。

控制单元12可以用一个或多个可编程处理器12a、接口电路12b、收发器和相关联的一根或多根天线12c以及控制软件12d来实施。控制软件12d可以被存储在计算机可读介质中并且由处理器12a执行以实施上述提及的通信协议。

多个输入设备16中的多个部件中的每个部件可以包括(不限于)火灾、烟雾或气体探测器16a，拉线开关16b和水流开关16c。多个输入设备16的多个部件均通过预定的时隙直接或间接地与控制单元12进行双向无线通信。

多个输出设备20中的多个部件中的每个部件可以包括(不限于)诸如警铃，报警喇叭20a的可听设备、诸如频闪观测器20b的视觉输出设备、诸如扬声器20c的语言型音频输出设备。多个输出设备20中的多个部件均通过预定的时隙直接或间接地与控制单元12进行双向无线通信。

图1B示出了无线输入设备16i的典型框图。设备16i具有外壳30。外壳30装载有环境状况传感器32，诸如(都不限于)：烟雾传感器、气体传感器、热传感器、火灾传感器、拉式火警箱、流量传感器等。该设备还可以实施多个环境传感器。环境输入设备32将状况指示输出信号耦合到控制电路34。控制电路34可以用一个或多个可编程处理器34a和相关联的控制软件34b来实施，所述控制软件34b可以被记录在计算机可读介质上。

将控制电路34耦合到RF收发器36，并且与其它模块和／或控制单元12进行双向通信。可用电池实施和／或来自外部源的电源38为所述设备供能。

图1C图示了输出设备20i的典型框图。设备20i具有外壳40，外壳40装载有输出换能器42。输出换能器42可以用诸如喇叭、铃铛或音响之类的非语言音频设备来实施。可替换地，换能器42可以用用于视觉输出的频闪观测器来实施，或用提供语言输出的扬声器来实施。输出设备可以包括多个视听指示元件，诸如：频闪观测器、扬声器、铃铛、音响等。混合设备可以具有一个或多个传感器以及一个或多个视听指示元件。

设备20i还可以包括控制电路44，其可以根据需要为输出换能器42供能。控制电路42可以用一个或多个可编程处理器44a和相关联的控制软件44b来实施，所述控制软件44b可以被存储在计算机可读介质上。

设备20i还可以包括耦合到控制电路44的RF收发器46。可以耦合到电池和／或电能的外部源以驱动换能器42的电源48还可以耦合到设备20i的其它电子组件。

如本文所述，系统10被配置为使得输入设备16和输出设备20在网状网络配置中彼此进行通信，并且与控制单元12进行通信，其中，每个这样的设备都用作彼此间对话以在大区域上分享网络连接的节点。

图2是与控制单元12通信的无线火灾设备50,51,52,53,54和55的网状网络的示例性通信链路的视图。火灾设备50-55可以是上面讨论的任何输入设备16或输出设备20，以及其它这样的设备。每个都被图示为网状网络中的节点。如图所示，第一设备50直接与控制单元12进行通信，第二设备51也一样。第二设备转而与第三设备52进行通信，所述第三设备转而与第四设备53进行通信。第四设备53与第五设备54和第六设备55两者都进行通信。显而易见的是，利用网状网络，设备50-55中的任何设备可以与任何其它设备进行直接通信，并且最终间接与控制单元12进行通信。

在图2的实施例中，控制单元12包括无线通信电路。如果控制单元12不包括无线通信，则系统10被修改为包括将控制单元12连接到火灾设备50-55的网状网络的网关56，如图3所示。

在每个输入设备16和20或者网关56(见图3)中的控制单元12使用开放标准高数据速率协议进行通信。图4、5和6图示了用于实施这个协议的不同设备通信栈架构。这图示了在常规的方式中在抽象层方面的通信系统的功能，其中，类似的通信功能被分组到逻辑层中。一层的实例为它的上一层实例提供服务，同时接收来自该层下方的服务。每个服务包括提供基础通信功能的物理层。每个服务包括形式为媒体存取控制(MAC)层的数据链路层。余下的层取决于所使用的特定协议，但是包括在TDMA层上面的最上面应用层，所述TDMA层实施用于为TDMA路由控制时隙实施方式的算法。

图4图示了在MAC层级为网状路由提供时间同步的实施方式。在更低的堆栈级处使用网状路由在路由节点处提供了更低的开销和更低的处理延迟。

然后，在MAC层中没有网状功能的实施方式中，堆栈的IP层或网络层可以实施TDMA和网状路由，如图5所示。最后，在IP或网络层不支持TCP路由的网络可以使用任何网络，并且在应用层实施TDMA和网状路由功能，如图6所示。因此，标准或公知的网状路由实施方式或者诸如801.11S之类的任何即将推出的基于标准的实施方式可以用于网状路由。

在示例性系统中，网关56或控制单元12运行针对网络的主时钟。所有的设备50-55使用诸如温度控制的晶体振荡器之类的精确的和优选的温度控制的时钟源，以减少时钟漂移量。如图7所示，设备50-55交换周期性的健康消息，以便彼此进行同步，并且与主时钟源进行同步。在网络上的精确同步可以通过使用频繁的健康消息交换，从而在网络上可以支持语音疏散和视听设备来实现。网络设备的时钟将通过使用本领域的公知方法之一来与主设备的时钟同步到期望的精确度。这些方法的任何一个可以通过使用健康消息或其序列来实施。节点在刚发现后就被同步，并且稍后在取决于最坏情况的间隔处，时钟漂移。

如图7所示，每个设备50-55在网状网络上发送健康消息，使得消息最终在控制单元12处被接收。时间同步消息源自控制单元12，并在网状网络上被传送到每个设备50-55。如对于网状网络常规的是，接收连续的时间同步消息的故障导致寻找用于后续通信的替换的路由节点。接收连续的健康消息的故障导致声明节点／链路故障。这两种故障导致网络重组，以便保持通信链路的完整和稳健。

图8图示了用于实施TDMA网状网络通信协议的通信超级帧60。超级帧60包括请求阶段62，流阶段64，响应阶段66和流阶段68。请求阶段62和响应阶段中的每个包括n个时隙。时隙的数量取决于系统中可用节点的数量。请求阶段用于级联从系统10中的最远节点到控制单元12的消息。响应阶段用于级联从控制单元12输出到设备50-55的消息。

超级帧为时间关键且高数据速率的应用提供支持。如在所参考的公布的申请中所公开的，系统10通过使用请求阶段和响应阶段来为时延敏感应用(诸如：火灾网络)使用专用的级联时隙。请求阶段62和响应阶段66之间的间隙包括流阶段64和68，其利用更长的时隙，以用于高带宽应用。流时隙可以是取决于路径的，并以ad hoc方式被确定。时隙还可以基于流通信的来源点和端点而被预先确定。例如，流阶段64和68可以用于额外的需要流音频或视频的应用。在请求阶段62和响应阶段66中发送时间关键的安全应用数据。

电池寿命管理通过当设备不希望与它们的前一级或后一级节点进行通信时使设备休眠来提供。每个节点总是针对时延敏感应用的级联时隙而醒来。节点在开始醒来之前接到高带宽数据流的通知，使得它们可以在更长的时隙期间保持苏醒。当流结束时，节点返回到省电模式，其中，它们仅在时延敏感应用的级联时隙中醒来。控制单元12可以是或者可以不是高数据速率流的一部分，所述高数据速率流允许形成最优路径来改善通信所需的网络通过量。

通过所建立的网络设备同时或者区域式进入发现模式，发现是可能的，在发现模式下剩余节点等待适当的时间以便新节点加入网络。发现模式可以周期性地或通过操作员指令而被调用。

图9图示了用于示例性的无线火灾探测监控系统10的通信的更详细的示例，所述无线火灾探测监控系统10包括流类型设备。所述系统包括如上面讨论的基础火灾探测设备70-73以及扬声器74和76。支持诸如视频摄像机78和80，HVAC控制器82和恒温器84之类的额外的应用。所有这些设备在网状网络中进行连接，所述网状网络提供如期望的通信路径。诸如语音疏散，视频监控和HVAC系统之类的应用是网状网络的一部分，并且可以利用流阶段64和68，见图8，如上所述。

因此，如本文所公开的，火灾探测监控系统在基于开放标准高数据速率协议的无线设备的网状网络上使用TDMA网状网络通信协议。TDMA网状网络通信提供时间同步以实现确定性的性能，并且以调度通信以减少功耗。基于开放标准高数据速率协议的无线设备的使用根据接入无线堆栈层的实施方式和可用性，允许通过在MAC层级、网络层级或应用层级处使用基于标准的网状网络通信的无线设备来实施该系统。

本文公开的无线环境监控和／或报警系统并入了多跳的时分多址(TDMA)通信协议。每个模块或设备(节点)可以在子节点的无线范围中与两个临近节点具有父子关系。将两个父节点与每个子节点相关联提供了通信中的冗余。这一般如下面讨论的图10所示。一些标准可能不允许同时将分组发射给两个父节点。在这样的情况下，子分组将分别被发射给两个父节点。诸如802.11的ad hoc模式之类的不同的模式可以用于实施来自每个设备的双连通性。

级联波通信协议以数据汇总原理工作。由第一传感器发射的分组仅具有它自己的数据。当第二传感器接收到该分组时，将它的数据附加到分组并发射给第三传感器。当分组达到火灾控制单元时，其装载有序列中所有传感器的数据。

例如，示例性的无线火灾系统可以包括100个设备。然后，相应的分组的大小可以是适当的以汇总所有100个设备的数据。每个时隙足够长以容纳最大大小的分组及其确认。本领域技术人员将理解设备的示例性数量、分组的大小或时隙的长度都不是本发明的限制。

为了能够进行有效的数据汇总而不增加消息时延，子节点在父节点之前被分配Tx时隙。因此，在父节点的Tx时隙期间子节点的数据在父节点处总是可用的，并且父节点可以汇总它自己的数据以及从它的子节点接收到的数据，并在单个分组中将数据一起发射。节点可以具有多个子节点。所有子节点的Tx时隙发生在父节点之前。父节点的分组包含从汇总了其自己的数据的所有其子节点接收到的数据或报警。

由于汇总，4个节点的数据到火灾面板12的发射仅需要4个时隙。在100个节点网络的情况下，它花费100个时隙以便所有节点的数据到达面板12。使用同样的协议，火灾面板12还可以发送数据到网络中的所有100个节点，该数据在100个时隙内到达所有的设备。对于从火灾面板12到设备的通信，节点的时隙分配是相反的。

在公开的实施例中，总的帧时间对应于示例性的两个第二间隔。在这个时间间隔期间，数据可以从最远级的设备横越到面板12，并且从面板12返回到最远级的设备。因此示例性的从设备到面板12以及从面板返回到设备的往返端到端的时延将是大约2秒。在数据在每一级处横越时，汇总数据并且将汇总的数据转移到下一级。

在请求阶段62期间，信息从设备(诸如16a-1)横越到面板12。将用于发送例如报警／数据／状态消息的时隙分配给每个设备。每个模块或设备可以报告它的状态。探测器或输入设备可以报告报警、数据和其它事件消息。

请求阶段可以被划分成预定的数量(例如100)的时隙，以便以1到100的顺序容纳每个设备的请求Tx时隙。在这个阶段中，在相应的子节点的时隙内，每个父节点将接收来自它的子节点的数据，并且将子节点的数据和它自己的数据汇总，并接着在它的请求Tx时隙内，发射到它的父节点。这个可以从图10中示出的示例网络来理解。在这个示例中，具有时隙93和91的设备可以同时接收来自具有时隙90的子节点的数据。然后，具有时隙93，91的每个设备可以将子节点的和它自己的数据汇总，并发送该合成数据到其相应的父节点。具有时隙94的父设备接收来自93和91的数据并发送到其父节点95和96等，直到它到达火灾面板12。

在响应阶段66期间，来自面板12的消息到达诸如16b-1之类的设备。在响应阶段的时隙分配是在请求阶段的时隙分配的镜像。在请求阶段中，面板12具有最后的时隙，而在响应阶段中，面板12具有最先的时隙。火灾面板节点在它的请求Tx时隙期间节点发射时钟信标，而响应Tx时隙是用来将面板的数据发射到网络中的设备。

响应阶段可以被划分为100个示例性的响应阶段时隙，以容纳每个设备的响应Tx时隙。在响应阶段中的时隙分配与请求阶段的时隙分配相反。面板12得到第一个时隙，靠近面板12的节点得到较低编号的时隙，并且远离面板12的节点得到较高编号的时隙。由于这个时隙分配，建立了从面板12朝向设备的级联数据流。通过减掉请求阶段时隙编号来计算在响应阶段中的时隙编号，所述请求阶段时隙编号是由GSM分配的。在这个阶段中，每个节点在他的父节点的响应Tx时隙内从其父节点接收汇总的数据，处理它自己的数据，然后在它自己的响应Tx时隙内，广播所述数据到它的子节点。例如，具有时隙99的设备将在它的父节点的响应Tx时隙内，从具有时隙100的其父节点(即面板12)接收汇总的数据，处理它自己的数据，并接着在它自己的响应Tx时隙内，广播所述数据到它的子节点。子节点98和97接收这个数据，处理它们自己的数据，并广播到它们的子节点等等，直到汇总的分组到达网络的所有设备。

请求和响应阶段的所有时隙，优选地但不是必须地，具有相等的持续时间。

除了长分组和ACK的播送中时间，请求Tx时隙的持续时间具有死区时间，以用于容忍发射器和接收器的最坏情况下的时钟漂移。为了避免由于这个漂移引起的分组丢失，考虑最坏情况下的漂移，一个或多个接收器节点可以在发射器可以开始发射的时隙中的最早时间之前保持打开。发射器在它开始发射之前还需要等待，使得最坏漂移的接收器节点可以接收它的分组。在时间时隙中用于漂移容忍所需的时间取决于最坏情况下发射器和接收器可能的漂移。时隙持续时间还包括在标准协议中定义的信道接入时间。例如，在802.11中，信道接入时间将是帧间间隔、回推算法和重试算法和计数的函数。时隙持续时间将包括这些参数的的最坏情况的组合造成的持续时间。

如上讨论的，时隙可以从1到100进行编号，其中，默认地将第100时隙编号指派给火灾面板，第99号指派给接下来部署的设备，第98号指派给接下来的设备等等。随着得到时隙编号，加入到网络的新设备(除了面板12)还可以被指定用于冗余连通性的两个父设备，可以与父设备直接通信并且在它的无线电范围内。如果要求更大的冗余，可以为每个节点指定多于两个的父节点。父节点的数量和时隙的数量仅仅是示例性的，并不是对本发明的限制。

火灾面板12可以被指定最高的时隙编号，例如，时隙编号100，接下来部署的设备将具有时隙编号99和作为100的父设备(仅仅一个可用的父设备)。第三设备将具有时隙编号98以及父设备将是99和100。第四设备将具有时隙编号97，并且基于信号强度等等，父设备可以是98，99，100这些设备中的任意2个。

网络在每个帧60的请求阶段期间支持长度小于或等于长度分组的一个分组的级联波通信。如之前讨论的，这个分组可以用于装载针对面板的汇总的传感器数据／状态和报警，或它可以用于从输入／输出设备向火灾面板发送单独的消息。请求阶段Tx时隙用于发射没有汇总的时隙分配请求消息。设备可以向面板发送长度小于或等于长分组的任何其它定制的应用级消息。，这些分组通过使用之前讨论的级联波协议由网络设备转播到面板。

虽然在响应阶段进行通信，但是可以从父节点发送多个单播消息，以到达子节点。在这种配置中，在响应阶段，每个节点将被分配多个Tx和Rx时隙。将存在接收时隙，其将用于接收来自每个父节点的数据，并且单独的Tx时隙将用于发送单播数据到对应的子节点。

在替换的处理中，每个父节点将面板的分组作为多播分组发射到所有其子节点。父节点的响应Tx时隙用于发射数据到子节点。所有的子节点将在这个时隙内收听父节点。如果从父节点接收分组失败，节点选择性地收听具有后面时隙的其它父节点。这两种选择之一可以基于通信和电池寿命要求来实施。

可以看出的是，端到端通信延迟(即对激活延迟的探测)是网络中设备的最大数量的函数。这是由于时隙大小是长分组大小的函数，并且长分组需要容纳来自网络中的所有设备的数据。对激活延迟的探测是由监管机构定义的，监管机构在一些国家可以是非常严格的。可以以如下方式使网络适应端到端延迟：所述网络可以通过对于给定的端到端延迟自动地定义网络大小来适应需求。

在这种情况下，告知面板节点总的最大网络大小(容量)或网络上最大的可允许端到端延迟两者之一。在前者情况下，操作者必须人工计算容量并使用用户接口馈送给面板。在后者情况下，面板确定帧持续时间、时隙大小和时隙的数量，其可以根据端到端延迟要求被容纳在请求和响应阶段。等于请求和响应阶段时隙的数量的网络容量以如下方式来计算：

a)帧大小＝可允许的端到端廷迟，

b)请求阶段持续时间=响应阶段持续时间=1／2x(帧大小-沉默阶段持续时间)。

此处沉默阶段持续时间对于给定的面板实施方式是常数。

c)时隙的数量=容量=请求阶段持续时间/(最大分组大小+时隙开销)；

此处，时隙开销包括Tx时隙的所有的时间分量(诸如：漂移补偿时间，ACK接收时间等等)和其它分组发射时间。时隙开销对于给定的实施方式是常数。

d)最大分组大小=(容量.时间.每节点有效负载大小)+报头+报尾。

此处报头和报尾大小是常数。

通过同时求解步骤c和步骤d中的等式来获得容量。

针对计时器报时信号分辨率调整时隙持续时间，使得所有的节点可以基于时隙持续时间被同步以进行操作。

网络节点需要知道网络容量，以便使用适当的时隙大小以及请求-响应阶段持续时间。网络容量在试运行前被配置到所有节点。容量被存储在所有节点的非易失性存储器中，以便在正常操作期间使用。容量自适应网络的所有节点具有根据给定的容量计算时隙大小、请求-响应阶段持续时间和超级帧持续时间的能力。

容量自适应网络的操作与基础网络类似，除了面板12将网络大小保持在限制内。当网络达到容量限制时，面板告知网络节点对具有容量已满消息的新节点做出应答。这个消息告知新的节点不要尝试加入网络。如果可用的话，还可以通过在新的设备上以及火灾面板用户接口上使用预定义的LED闪烁序列，来告知用户这个错误。因此在网络达到预估容量之后，阻止新的节点进入网络。

在另外一个实施例中，网络的容量可以动态地适应网络设备的数量，以给出最佳可能的端到端延迟性能。当在给定的网络中节点的数量小于配置的容量时，面板可以通过配置接近实际节点的数量的网络容量来优化网络性能。如果容量为n的网络具有n-10个节点，面板将网络配置为容量为n-10的网络。通过配置网络以在当前的容量下工作，减少了这些隐式寻址字段的长度，并因此也减少了分组的长度。减少的分组的大小减少了节点的功耗，由此改善了电池寿命。

减少的分组的大小导致减少的时隙大小和减少的帧持续时间。等于帧持续时间的端到端时延对于当前节点的数量也得到优化。这种自适应容量网络的时延优于全容量网络。

面板协调这个动态容量自适应过程。它总是跟踪当前相关联节点的数量，并且选定比当前网络中节点数量更高的下一个容量步骤。容量步骤是预定义的，以便具有实际可能的时隙和帧持续时间。例如，网络可以以5的倍数使用容量步骤。当网络包括7个节点时，它将被适应于具有10的容量。当网络中节点的数量达到10时，容量将被动态改变为15。

当面板12动态地改变容量时，在响应阶段期间它通过发送广播的“容量改变”命令消息，来向网络中所有建立的节点告知新的容量。这个消息也装载有效的超级帧数量。所有建立的网络的节点计算对应于新容量的时隙和帧持续时间，并开始根据所指示的帧来使用它们。

为了帮助新加入的节点来了解当前网络容量，用于时间同步的健康或其它消息的时间同步字段包括指示当前网络容量的字段。新的节点相应地配置时隙大小和帧持续时间，并在与网络保持同步的同时完成余下相关联的步骤。

在试运行阶段结束时，这通过使用用户接口或其它来指示，面板12检查节点的数量以便首次让网络适应当前的大小。从这一刻起，在每次添加和移除一个或多个节点后，基于网络中所得的节点的数量，动态地将容量改变为下一个更高或更低的等级。

动态自适应容量网络的操作与以上所述的基础网络类似，除了面板12根据当前网络中节点的数量来使自己适应容量，并还将网络大小保持在限制内。

在所指示的帧的开始时，如面板使用“容量改变”所命令的，网络中的所有节点改变容量。

当网络达到容量限制时，面板12告知网络节点用“容量已满”消息响应新节点。这个消息告知新的节点不要尝试加入网络。如果可用的话，还通过在新的设备上以及火灾面板用户接口上使用预定义的LED闪烁序列，来告知用户这个错误。由此阻止新的节点进入网络。

本领域技术人员将了解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，当前的无线网络可以包括有线监控系统或为有线监控系统的一部分。类似地，输入设备的数量或类型以及输出设备的数量和类型都不是对本发明的限制。

本领域技术人员将理解的是，对于公开的实施例的特征和组件的具体形式可以进行很多可能的修改，同时保持在本文公开的概念的精神的范围内。相应地，对于本文公开的实施例的具体形式的限制不应该被解读到权利要求书，除非明确记载在权利要求书中。虽然上文已经详细描述了一些实施例，但是其它的修改是可能的。例如，附图中描绘的逻辑流不要求示出的特定顺序，或相继顺序，以实现令人满意的结果。根据描述的流，可以提供其它步骤，或可以删除步骤，并且可以将其它组件添加到描述的系统中，或可以从描述的系统中移除组件。其它实施例可以在下面权利要求书的范围内。虽然本发明是参考火灾系统来进行阐述的，但是它可以用于任何具有类似通信需求的应用。

Claims (21)

1.一种无线火灾探测监控系统，包括：

控制单元，其包括无线收发器和用来实施无线多跳通信协议的控制软件；以及

多个电池供电监控设备，其中，每个设备包括用来实施与下列一项的所述无线通信协议的软件：所述控制单元和所述多个电池供电监控设备中的至少一个其它子部件；或者，所述多个电池供电监控设备中的至少两个其它部件，其中，选定的设备与至少一个子设备和至少一个父设备进行通信，

其中，无线多跳通信协议包括在所述监控设备被时间同步的情况下的时分多址通信，并且所述控制单元和所述监控设备适于遵照IEEE802.11标准进行通信。

2.如权利要求1所述的无线火灾探测监控系统，其中，每个子设备包括实施与下列一项的所述协议的软件：两个父设备，或者一个父设备和所述控制单元。

3.如权利要求2所述的无线火灾探测监控系统，其中，所述子设备包括用来在所述各自的父设备的发射时隙之前在时隙基础上发射消息的软件。

4.如权利要求2所述的无线火灾探测监控系统，其中，所述设备包括用来在时隙基础上向至少两个父设备发射消息的软件，并且其中，如果一个父设备失败，则继续向另外一个父设备发射，并且其中，如果所述一个父设备失败，则寻找替代的父设备。

5.如权利要求2所述的无线火灾探测监控系统，其中，汇总来自不同子设备的信息并发射到各自的父设备。

6.如权利要求2所述的无线火灾探测监控系统，其中，接收来自各自父设备的命令，分离这些命令并发送到各自的子设备。

7.如权利要求1所述的无线火灾探测监控系统，其中，在监控设备的MAC层处实施通信协议。

8.如权利要求1所述的无线火灾探测监控系统，其中，在监控设备的网络层处实施通信协议。

9.如权利要求1所述的无线火灾探测监控系统，其中，在监控设备的应用层处实施通信协议。

10.如权利要求1所述的无线火灾探测监控系统，其中，设备包括用来在时隙基础上向至少两个父设备发射响应的软件。

11.如权利要求7所述的无线火灾探测监控系统，其包括调整时隙持续时间或分组大小中的至少一个的电路。

12.如权利要求11所述的无线火灾探测监控系统，其中，所述多个电池供电监控设备中的多个部件包括接收和重播所述帧到所述多个电池供电监控设备中的其它部件的电路。

13.如权利要求12所述的无线火灾探测监控系统，其中，至少一些所述帧包括针对所述多个电池供电监控设备的多个部件的请求部分，所述多个电池供电监控设备中的至少一些部件包括响应在请求部分中的探测器具体请求的第二电路。

14.如权利要求13所述的无线火灾探测监控系统，其中，汇总来自不同子探测器的报警／状态信息并发射到各自的父设备。

15.如权利要求14所述的无线火灾探测监控系统，其中，接收来自各自父设备的命令，拆分这些命令并发送到各自的子设备。

16.如权利要求1所述的无线火灾探测监控系统，其中，至少一些所述设备在选定的时隙期间在预定的时间间隔内变为活动，以接收传入的数据，并且当不在预定的时间间隔内时，返回不活动状态。

17.如权利要求1所述的无线火灾探测监控系统，其中，所述监控设备在选定的时隙期间在预定的时间间隔内变为活动，以接收传入的数据，并且当不在预定的时间间隔内时，返回低功率状态。

18.一种无线火灾探测监控方法，包括：

提供控制单元，其包括无线收发器和用来实施无线多跳通信协议的控制软件；以及

提供多个电池供电监控设备，其中，每个设备包括用来实施与下列一项的所述无线通信协议的软件：所述控制单元和所述多个电池供电监控设备中的至少一个其它子部件；或者，所述多个电池供电监控设备中的至少两个其它部件，其中，选定的设备与至少一个子设备和至少一个父设备进行通信，

其中，所述无线多跳通信协议在所述监控设备被时间同步的情况下实施时分多址通信，并且所述控制单元和所述监控设备适于遵照IEEE802.11标准进行通信。

19.如权利要求18所述的无线火灾探测监控方法，其中，所述子设备在各自的父设备的发射时隙之前在时隙基础上发射消息。

20.如权利要求18所述的无线火灾探测监控方法，其中，所述设备在时隙基础上向至少两个父设备发射消息，并且其中，如果一个父设备失败，则继续向另外一个父设备发射，并且其中，如果一个父设备失败，则还寻找替代的父设备。

21.如权利要求18所述的无线火灾探测监控方法，其中，汇总来自不同子设备的信息并发射到各自的父设备。

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