CN104702662B - 具有空闲模式和网关冗余的无线火情系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有空闲模式和网关冗余的无线火情系统。一种方法和装置，包括以下步骤：提供包括至少一个父节点和至少一个子节点的多个无线节点，控制面板通过主网关和该网关的无线子系统将指令发送到多个节点并从多个节点接收数据，主网关通过周期性地发送同步信号而同步多个节点，并且多个节点之一检测网关的故障并且对于只要多个节点之一检测到网关的故障就发送空闲同步信号。

Description

具有空闲模式和网关冗余的无线火情系统

技术领域

该领域涉及火情系统，并且更特别地涉及使用网状（mesh）网络的火情系统。

背景技术

火情检测系统通常是已知的。此类系统典型地基于分散遍及整个建筑物的许多火情检测器和至少一个报警设备的使用，所述至少一个报警设备警告建筑物的居住者存在火情。虽然每个火情检测器可连接到它自己的报警设备，但火情检测器典型地连接到共同的监控面板。这是有用的，因为需要将任何检测到的火情的通知发送到中央监控站。

然而，共同的监控面板的使用需要在面板和每个火情检测器以及每个报警设备之间建立和维护的连接。在过去，通过在每个火情检测器与监控面板之间以及在每个报警设备和监控面板之间安装至少两个线而建立连接。

最近的系统已经依赖于无线收发器的使用以降低安装成本。此类系统需要位于火情检测器、报警设备和中央监控面板的每一个中的收发器。

还有其它系统已经依赖于在一个或多个传感器内的无线收发器以中继来自网状网络中其它传感器的信号。虽然这些系统工作良好，但它们经常需要在无线设备之间的信号协调，该信号协调可被保持，即使网络上的一个或多个设备被关断。因此，存在对于控制此类系统的更佳的方法的需要。

附图说明

图1是根据图示的实施例的安全系统的简化框图；

图2是图1的安全系统的更详细的示例；

图3描绘图2的节点的父子关系；

图4描绘通过图2的节点的上游分组使用；

图5描绘通过图2的节点的下游分组使用；

图6描绘可由图1的系统使用的超帧；

图7描绘可由图1的系统使用的父子节点的布置；以及

图8描绘在主网关故障时图7的布置。

具体实施方式

虽然实施例可采取许多不同的形式，但在理解本公开将被视为其原理的范例以及实践它的最佳模式的情况下在附图中示出并且将在本文中详细描述其具体实施例。并不旨在对图示的具体实施例的限制。

图1是安全系统或更特别地是根据图示的实施例通常示出的火情检测系统10的简化框图。用来检测诸如来自受保护的区域12内的火情的威胁的许多火情输入设备14、16可以被包括在系统内。火情输入设备可分散遍及受保护的区域，并且可均包括火情检测器和手动呼叫点，该火情检测器操作以通过感测许多不同的火情相关的参数（例如烟雾、一氧化碳、热等）中的任何一个或多个而检测火情。

火情系统还可包括许多不同的报警设备20、22，其旨在火情情况下被激活以警告受保护的区域内的人们。报警设备可以是吸引注意并宣布火情存在的任何类型的音频和/或视觉设备。

针对火情指示而监控传感器的控制面板也可以包括在受保护的区域内。在这方面，位于至少一些或所有设备内的无线收发器24可用来将火情检测的通知发送到警报面板内的对应收发器。在检测到火情时，控制面板可激活报警设备中的一个或多个，并将指示火情的警报消息发送到中央监控站26。

一个或多个处理器装置（处理器）28、30可以被包括在控制面板内，其均在从非临时性计算机可读介质（存储器）32加载的一个或多个计算机程序34、36的控制下操作。正如本文所使用，对由计算机程序执行的步骤的引用也是对执行该步骤的处理器的引用。

在这方面，控制面板内的警报处理器可监控输入设备中每一个的状态。在检测到任何输入的激活时，警报处理器可激活报警设备中的一个或多个，并将警报消息发送到中央监控站。

图2是图1的火情检测系统的更详细的示例。如图2中所示出，控制面板可经由许多通信介质44、46耦合到传感器（14、16）和报警设备（20、22）。例如，控制面板可经由有线通信回路44、42和对应的通信模块38连接到至少一些传感器16-1、16-2、16-3和手动呼叫点16-4。类似地，控制面板可经由通信回路44、一个或多个网关18（例如18-1、18-2）和网状网络46耦合到其它传感器14-1、14-2、14-5、14-6、14-7和手动呼叫点14-3、14-4。

在这方面，网关18可操作以将设备编码（例如地址）从无线电域内使用的射频（rf）协议翻译成回路协议，该回路协议继而合并由通信回路上的控制面板识别的通信回路地址。在这方面，由网状网络使用的协议可基于许多不同的rf协议中的任一个（例如由Honeywell, Inc.开发的级联波通信协议）。该rf协议提供可靠的确定性冗余通信系统，其在高通信量场景中在不拥塞图2的网络的情况下进行操作。

通常，网状46基于一系列的父/子关系而形成通信网络。基本的网络元素被称为节点，而网络根元素（节点0）被称为网关或主节点18。每个节点可经由全双工链路连接到地理上邻近的节点，使得每个设备能够管理在两个网络边界的方向上的通信（例如从其子到根，反之亦然）。

每个父节点从其子接收数据，并将此类数据分组连同其自己的信息转发回网关。每个子从其父接收数据，并将此类数据分组转发到其后代。这样，每个节点也可被认为是中继器。

每个子可具有多达两个父以保证冗余和可替换路径，以完成从网关和到网关的数据传输。这样，即使节点故障，总是存在能够完成通信链的另一个节点。除网关以外的每个节点可具有多达4个子。网关可具有等于网络上存在的节点的最大数量的子的数量。

图3中示出网状网络46的简化布置。图3突出节点14、18、20之间的父子链路。

为了避免消息冲突，图2中的节点可在时分多址（TDMA）格式下操作。在这方面，每个节点可被分配成在重复帧和超帧的预定时隙内操作。

通常，设备14、18、20的通信协议在被称为数据聚合的原理下操作。图4描绘本原理的示例。图4示出网关和4个节点，其中每个节点使用TDMA格式和数据聚合将其数据发送到网关。

如图4中示出，通过“节点A”发送的分组位于距网关最远的边界上。节点A首先发送分组，其中分组仅包含它自己的数据。当分组被“节点B” 接收时，如果有的话，节点B的处理器在分组的末尾（在报尾（footer）之前）附加其数据，并将分组转发到它的父节点。当分组到达网关时，它包含所有4个节点的数据。

为了在不增加消息等待时间的情况下实现数据的高效聚合，以距网关的距离的次序、以关于使得子节点总是在它们的父之前发送的这样一种方式分配被TDM网状网络使用的发送时隙Tx。因此，在父的Tx时隙之前或期间，子节点的数据在父节点处总是可用的。这允许父的处理器将它自己的数据与从其子节点接收的数据聚合，并在单个分组中一起发送该数据。在图4中，网络节点B是节点A的父，节点C是节点B的父，等等。

作为聚合的结果，图4的四个节点的数据传输仅需要如图4中所示出的4个时隙。在32个节点网络的情况下，它将仅采用针对所有节点的数据的32个时隙来到达网关，并且因此对于控制面板可用。

控制面板还可使用相同的协议将数据发送到如图5中所示出的每个网络节点。在该情况下，聚合的消息由设备根据父子层次中它的状态来接收。因此，节点D在网关的传输时隙期间接收聚合的分组，而节点A在节点B的传输时隙期间接收消息。在每种情况下，在将数据的剩余部分转发到其各自的子节点之前，父节点的处理器剥去旨在用于父的数据。

在注册期间，每个节点可包括编程，以遵照与注册相关的作为父和子的预定的一组规则。首先（如上所提出），网关只能具有最多32个子节点。不是网关的任何节点只能具有最多4个子。不是网关的节点只能具有最多两个父。子的时隙号总是大于父的时隙号（这样做的影响是：节点不能同时是相同节点的父和子）。

图7描绘节点的可能布置。正如可能指出的，网关是节点0并且具有两个子（即节点1和节点2）。

一旦已经建立网关和节点之间的链路，有必要维持节点之间的同步性以便避免冲突。这可经由通过网关广播的周期地发送的同步消息来完成。

此外，为了维持同步性，同步消息还可为节点提供用于识别帧和超帧内的每个时隙及其位置之间的关系的基础。在这方面，每个超帧可包括6个阶段，包括其中将数据从节点发送到网关的两个请求阶段、其中数据从网关转到节点的一个响应阶段和其中没有通过介质发送数据的三个静默（silence）阶段。每个请求和响应阶段可由静默阶段分离，如图6中所示出。

在每个请求阶段期间，分配到较大时隙索引号的节点首先发送，并且在响应阶段期间，分配到较小时隙索引号的节点首先发送。例如，图4示出：节点A具有时隙索引号5，因此它在请求阶段中首先发送。类似地，图5示出节点D具有时隙索引号1，因此它在响应阶段中首先发送到其它节点。

在正常操作期间，网络经由周期地发送的广播消息而保持同步，所述周期地发送的广播消息源自网关并且由每个父节点转发到其子节点。网络的每个节点保持活动，用于广播同步消息或其它消息的接收，但是可能在消息之间进入睡眠。例如，只有在存在从父接收消息的可能性的情况下或者在它需要将消息发送到它们的子的情况下，每个节点才将在适当的时隙醒来，从而最小化功耗。通过在不活动的时段期间进入睡眠（即关闭），每个节点的平均功耗在微安数量级或者是数十微安。

当网关断电（例如由于维护原因）时，传统网络的节点中的每一个检测同步消息的缺乏并进入特殊工作模式（称为恢复模式），其中每个节点尝试重新建立与网关的通信。恢复模式需要用于消息的接收和发送的每个节点的连续操作，并且涉及大量的功耗。恢复模式继续，直到同步消息再次由网关重新开始为止，这导致数十毫安的消耗，大大地降低每个节点的电池寿命。在许多情况下，如果网关不重新开始操作，每个节点的电池可能在几天之内耗尽。

在图示的实施例的情况下，节点中的一个或多个包括空闲控制程序，该空闲控制程序在节点的处理器上执行并且针对同步消息而监控系统。例如，空闲检测程序在分配给网状网络的时隙1的节点内执行。在该情况下，分配给时隙1的节点（节点1）是所有其它节点的祖先（ancestor），意味着：通过它的子和其它后代，它与网络的所有节点连接。因为分配给时隙1的节点是所有其它节点的祖先，当节点1的空闲控制程序检测到网关不起作用时，空闲控制程序开始将特殊同步消息（如图8中所示出的空闲同步消息）发送到其后代。该消息由所有的其它节点（如上所述）接收，从而维持网络同步。在节点1和每个子节点内执行的空闲控制程序的部件抑制节点1和子节点的所有的其它功能（例如警报通信），而同时仍然允许节点1向所有的网络元素提供同步，只要网关是关闭的。该节点驱动的低功率模式可被称为“空闲模式”。这样，所有的节点将吸收相同的电流，好像网关正在正确地操作。

当网关返回到正常操作时，网关搜索来自网络元素的现有的同步消息，所述网络元素典型地是节点1。一旦接收，网关与空闲同步消息同步，并且开始发送占优势的“官方”同步消息。作为响应，节点1检测来自网关（其父）的同步消息，并停止发送空闲同步消息。相反，节点1开始转发网关同步消息。每个子节点检测网关同步消息，并从空闲模式切换到正常工作模式。

使用该方法，节点通过切换到空闲模式而适应于网关的关闭。在该状态中，网关可以几天（或更多天）保持无动力，而不影响节点的电池寿命。

在另一个图示的实施例的情况下，可提供主网关的备用网关。备用网关可由火情法规（或业务规则）指定或简单指定以增加可靠性。然而，备用网关的问题是提供一种机制，以对正常操作透明的方式激活和去激活（deactivate）备用网关。在图示的实施例的情况下，通过在主网关故障的情况下检测从节点1发送的空闲同步消息而完成备用网关的激活和去激活。

用与主网关相同的软件和配置来编程备用网关。在主网关和备用网关之间不存在任何差异，除了备用网关包括备用控制程序。

当最初激活时，开始网络登记的命令将被发送到仅一个网关（主网关）。备用网关将在连续发送/接收模式中初始化，将与网络同步，并且然后进入睡眠模式。备用网关将周期地重新激活（不时地醒来）重新同步（检查其同步）及网络的状态。

如果网络的状态是正常的，备用网关将保持不活动，除了维持与来自主网关的同步消息的同步。可替换地，如果备用网关检测到来自节点1的空闲同步消息，则备用网关假设主网关的角色，从而控制网络，好像它是主要的父节点。

备用网关可以仍然完全控制网络，直到主网关再次返回到正常操作为止。在该情况下，主网关可与备用网关同步，并且开始发送优先于备用网关的同步消息的主网关的官方同步消息。备用网关可检测来自主网关的占优势的同步，并重新开始其备用状态。

通常，系统包含一种方法，该方法包括以下步骤：提供包括至少一个父节点和至少一个子节点的多个无线节点；控制面板通过主网关和该网关的无线子系统将指令发送到多个节点并从多个节点接收数据；主网关通过周期地发送同步信号而同步多个节点；以及多个节点之一检测网关的故障并对于只要多个节点之一检测到网关的故障就发送空闲同步信号。

可替换地，该系统包括：多个无线节点，其包括至少一个父节点和至少一个子节点；主网关；以及控制面板，该控制面板通过主网关和该网关的无线子系统将指令发送到多个节点并从多个节点接收数据，其中主网关通过周期地发送同步信号而同步多个节点，并且其中多个节点之一检测网关的故障并且对于只要多个节点之一检测到网关的故障就发送空闲同步信号。

可替换地，该系统包括：多个无线节点，其包括至少一个父节点和至少一个子节点；主网关，其将多个无线节点中的每一个同步到主网关；控制面板，其通过主网关和该网关的无线子系统将指令发送到多个节点并从多个节点接收数据，并且其中多个节点之一检测网关的故障并且对于只要多个节点之一检测到网关的故障就发送空闲同步信号；以及备用网关，其在检测到空闲同步信号时同步多个节点并代替主网关在多个无线节点之间交换消息。

从前述内容中将观察到可在不脱离其精神和范围的情况下实现许多变化和修改。将理解的是：并不旨在或应当推断关于本文图示的特定装置的限制。当然，旨在由所附权利要求覆盖如落入权利要求的范围内的所有此类修改。

此外，附图中描绘的逻辑流程不需要示出的特定次序或顺序次序以达到期望的结果。可从所述流程中提供其它步骤，或者可从所述流程中消除步骤，并且其它部件可被添加到所述实施例或从所述实施例中去除。

Claims (12)

1.一种用于具有空闲模式和网关冗余的无线火情系统的方法，包括：

提供包括至少一个父节点和至少一个子节点的多个无线节点；

控制面板通过与主网关的有线连接和该主网关的无线子系统将指令发送到多个节点并从多个节点接收数据；

主网关通过周期地发送同步信号而同步多个节点到网络中；

多个节点之一检测该主网关的故障，并且对于只要多个节点之一检测到该主网关的故障就发送空闲模式同步信号；以及

连接到该控制面板的备用网关，该备用网关初始化并与该网络同步，并且然后进入睡眠模式；

该备用网关检测来自多个节点之一的空闲模式同步信号并假设该主网关的角色；以及

在检测到来自该主网关的占优势的同步信号时，该备用 网关恢复其备份状态，

其中在该主网关和备用网关之间不存在任何差异，除了该备用网关包括备用控制程序。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：空闲模式同步信号抑制来自多个节点中的另一个的消息通信量。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：备用网关通过发送第二同步信号而同步多个节点。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括：一个节点检测来自备用网关的第二同步信号并同步到备用网关。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：备用网关在多个节点中的至少一些和控制面板之间交换消息。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：多个无线节点将其本身布置到网状网络中。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：多个节点在时分多路复用（TDM）格式下与主网关通信。

8.如权利要求1所述的方法，其中多个节点和主网关作为安全系统操作。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：多个节点中的至少一些检测火情并通过主网关将检测报告给控制面板。

10.一种用于具有空闲模式和网关冗余的无线火情系统的装置，包括：

多个无线节点，其包括至少一个父节点和至少一个子节点；

主网关；

具有与主网关的有线连接的控制面板，其中该控制面板通过主网关和该主网关的无线子系统将指令发送到多个节点并从多个节点接收数据，其中主网关通过周期地发送同步信号而同步多个节点到网络中，并且其中多个节点之一检测主网关的故障并且对于只要多个节点之一检测到主网关的故障就发送空闲模式同步信号；以及

连接到该控制面板的备用网关，其中在该主网关和备用网关之间不存在任何差异，除了该备用网关包括备用控制程序，该备用网关初始化并与该网络同步，并且然后进入睡眠模式，在检测到来自多个节点之一的空闲模式同步信号时，该备用网关假设该主网关的角色，以及在检测到来自该主网关的占优势的同步信号时，该备用 网关恢复其备份状态。

11.如权利要求10所述的装置，进一步包括：多个无线节点中每一个的处理器，其抑制来自节点的消息通信量。

12.如权利要求10所述的装置，进一步包括：备用网关的处理器，其通过发送第二同步信号而同步多个节点。

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