CN114078309B - 操作消防系统网络 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于操作消防系统网络的方法、设备和系统。一种方法包括：经由第一扩频因子在某一时间段内从定位在设施中的多个消防系统设备中的每个消防系统设备接收多个时隙维护消息；响应于该消防系统设备确定了火灾事件，从该多个消防系统设备中的消防系统设备接收事件消息，该事件消息经由第二扩频因子来发送；以及响应于接收到该事件消息而向该多个消防系统设备发送块致动消息，其中该块致动消息被配置为激活火灾警报。

Description

操作消防系统网络
技术领域
本公开整体涉及用于操作消防系统网络的设备、方法和系统。
背景技术
大型设施(例如，建筑物)，诸如商业设施、办公楼、医院等，可能具有可在紧急情况(例如，火灾)期间被触发以警告居住者撤离的消防系统。例如，消防系统可包括火灾控制面板和遍布设施(例如，在设施的不同楼层上和/或不同房间中)的多个火灾感测设备(例如，烟雾检测器)，这些火灾感测设备可感测在设施中发生的火灾并经由警报(例如，音频警报和/或视觉警报)向该设施的居住者提供火灾的通知。
消防系统的一些先前方法利用无线传感器网状网络。为了满足与消防系统相关联的时间敏感性和可靠性的需求，此类网络可采用确定性和/或时间同步系统(例如，时分多址(TDMA))系统。然而，由于此类系统的复杂性以及规划、设计、安装和/或维护它们所涉及的成本，这些系统可能无法扩展到更大的网络。其他不使用确定性或时间同步系统的方法在消防系统中的使用可能不够可靠。
附图说明
图1示出了根据本公开一个或多个实施方案的消防系统网络的框图。
图2示出了根据本公开一个或多个实施方案的另一消防系统网络的框图。
图3A是示出了根据本公开一个或多个实施方案的消防系统网络中的多个消息的图示。
图3B是示出了根据本公开一个或多个实施方案的消防系统网络中的多个消息的另一图示。
图4示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于操作消防系统网络的方法。
具体实施方式
本文描述了用于操作消防系统网络的设备、方法和系统。一种方法包括：经由第一扩频因子在某一时间段内从定位在设施中的多个消防系统设备中的每个消防系统设备接收多个时隙维护消息；响应于消防系统设备确定了火灾事件，从多个消防系统设备中的消防系统设备接收事件消息，该事件消息经由第二扩频因子来发送；以及响应于接收到事件消息而向多个消防系统设备发送块致动消息，其中该块致动消息被配置为激活火灾警报。
消防系统内通信的可靠性和时效性至关重要。例如，在许多情况下，法律或法规可能强制规定一定程度的可靠性。在某些司法管辖区，探测到火灾和致动警报之间的延迟限制可设置为10秒。因此，可采用确定性系统(例如，时分多址(TDMA)系统)来确保及时接收消防系统网络设备之间的通信。然而，由于此类系统的复杂性以及规划、设计、安装和/或维护它们所涉及的成本，这些系统可能无法扩展到更大的网络。
在其他应用中，无线网络通信通过非确定性系统(例如，使用远程广域网(LoRaWAN)协议技术)进行。例如，水或天然气计量应用可利用非确定性(例如，异步访问)通信，因为与在消防系统网络内传送的消息相比，所传送的消息数量相对较少并且对时间不是特别敏感。然而，异步访问系统为更大数量的节点(例如，1000个或更多)提供可扩展性，因为消息可分布在不同的信道(例如，频率)、带宽和/或扩频因子上。
本公开的实施方案可将TDMA的时隙结构的可靠性与LoRa的可扩展性有益效果相结合。换句话说，本公开的实施方案可在LoRa无线电部件上采用TDMA帧结构协议来创建可被称为“确定性LoRa”的内容。因此，本文的实施方案可支持消防系统网络中的大量节点(例如，1000个或更多个)，同时满足延迟需求。此外，与先前的方法相比，本文的实施方案可通过减少电池消耗来提高设备可操作性。
在消防系统网络中，传送不同类型的消息。这些不同类型的消息可使用不同的基本原理来发送。例如，两种不同类型的消息可被称为“心跳消息”和“事件消息”。
消防系统网络中的大部分正常通信业务可被称为“心跳消息”。这些周期性维护消息为由消防系统网络的消防系统设备中的每个消防系统设备发送到控制设备(例如，消防面板)的上行链路消息，这些上行链路消息通知控制设备消防系统设备处于活动状态并且正常操作。心跳消息可被认为是相对低优先级消息。其他上行链路消息包括事件消息。事件消息由已经确定或检测到紧急情况或事件(例如，火灾)的消防系统设备发送。事件消息可被认为是高优先级上行链路消息，但发生的频率显著低于心跳消息。
本文的实施方案可采用媒体访问控制(MAC)层协议在多个信道上以时隙结构在消防系统网络内传送心跳消息。心跳消息可经由第一扩频因子(SF)(或经由第一扩频因子范围)来传送。心跳消息可通过组播和/或块确认来确认。当检测到事件诸如火灾时，可经由第二扩频因子(或经由第二扩频因子范围)来传送事件消息。例如，心跳消息可经由扩频因子7(SF7)来传送，并且事件消息可经由扩频因子12(SF12)来传送。事件消息的增大的扩频因子防止正在传送的心跳消息干扰事件消息，并且确保事件消息以增大的范围和可靠性(例如，最佳可能的可靠性)来发送。
通常，LoRa通信是随机访问，因此随着设备计数的增加，冲突的可能性变得越来越大。本公开的实施方案可经由LoRa无线电部件组织通信以获得LoRa和TDMA两者的有益效果。
如本文所用，“网络”可提供通信系统，该通信系统直接或间接地链接两个或更多个计算机和/或外围设备(例如，消防系统设备)，并且允许消防面板、网关和/或消防系统设备访问来自网络的其他设备的数据和/或资源。网络可允许用户与其他网络用户共享自己系统上的资源，并访问位于中心位置的系统或位于远程位置的系统上的信息。例如，网络可将多个计算装置连接在一起以形成分布式控制网络(例如，云)。
网络可提供到互联网和/或到其他实体(例如，组织、机构等)的网络的连接。用户可与启用网络的软件应用程序交互来发出网络请求，诸如获取数据。应用程序还可与网络管理软件通信，网络管理软件可与网络硬件交互以在网络上的设备之间传输信息。
在以下具体实施方式中，参考形成其一部分的附图。附图以举例说明的方式示出了可以实践本公开的一个或多个实施方案的方式。
这些实施方案被描述得足够详细，以使得本领域普通技术人员能够实践本公开的一个或多个实施方案。应当理解，可以利用其他实施方案并且可以作出机械、电气和/或过程改变而不脱离本公开的范围。
应当理解，可添加、交换、组合和/或消除本文各实施方案中所示的元件，以便提供本公开的多个另外实施方案。附图中提供的元件的比例和相对尺寸旨在示出本公开的实施方案，并且不应该是限制性的。
本文的附图遵循如下编号惯例：一个或多个第一位数字对应于附图编号，而其余数字标识附图中的元件或部件。在不同附图之间的类似元件或部件可通过使用类似的数字来标识。例如，104可引用图1中的元件“04”，并且图2中的类似元件可被引用为204。
如本文所用，“一个”或“几个”事物可指一个或多个这样的事物，而“多个”事物可指多于一个这样的事物。例如，“诸多部件”可指一个或多个部件，而“多个部件”可指多于一个部件。
图1示出了根据本公开一个或多个实施方案的消防系统网络的框图。图1中所示的网络可安装在设施102中并且可包括多个网关设备：第一网关设备104-1、第二网关设备104-2、第三网关设备103和第N网关设备104-N(统称为“网关104”)。网关104可与多个消防系统设备(消防系统设备A 106-1、消防系统设备B 106-2,…消防系统设备N 106-N)和面板108通信。
面板108可为火灾警报控制面板。面板108可从网络的其他设备发送和/或接收信息。面板108可监测网络的其他设备的操作完整性，并且可提供对设施102中的消防系统的自动控制。
面板108可包括存储器110和处理器112。存储器110可为可由处理器112存取以执行本公开的各种示例的任何类型的存储介质。例如，存储器110可为其上存储有计算机可读指令(例如，计算机程序指令)的非暂态计算机可读介质，这些计算机可读指令当由处理器112执行时，使得处理器112操作根据本公开的消防系统网络。例如，处理器112可执行存储在存储器110中的可执行指令，以进行以下操作：经由第一扩频因子在某一时间段内从定位在设施中的多个消防系统设备中的每个消防系统设备接收多个时隙维护消息；响应于消防系统设备确定了火灾事件，从多个消防系统设备中的消防系统设备接收事件消息，该事件消息经由第二扩频因子来发送；以及响应于接收到事件消息而向多个消防系统设备发送块致动消息，其中该块致动消息被配置为激活火灾警报。
存储器110可为易失性或非易失性存储器。存储器110还可为可移除(例如，便携式)存储器或不可移除(例如，内部)存储器。例如，存储器110可为随机存取存储器(RAM)(例如，动态随机存取存储器(DRAM)和/或相变随机存取存储器(PCRAM))、只读存储器(ROM)(例如，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和/或光盘只读存储器(CD-ROM))、闪存存储器、激光光盘、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储装置，和/或磁介质诸如磁带盒、磁带或磁盘，以及其他类型的存储器。
另外，尽管存储器110被示出为定位在面板108内，但本公开的实施方案不限于此。例如，存储器110还可定位在另一个计算资源的内部(例如，使得能够通过互联网或另一种有线或无线连接来下载计算机可读指令)。
本文的实施方案还可包括可执行特定功能的硬件、固件和/或逻辑。例如，一些实施方案包括电路。如本文所用，“逻辑”是执行本文所述动作和/或功能的替代或附加处理资源，其包括硬件(例如，各种形式的晶体管逻辑部件、专用集成电路(ASIC))，而不是存储在存储器中并且可由处理资源执行的计算机可执行指令(例如，软件、固件)。
尽管在图1所示的示例中示出了四个网关104，但本公开的实施方案不限于此。在一些实施方案中，网关104被相同地配置(例如，以提供分集和/或冗余)。在一些实施方案中，网关104被不同地配置。例如，网关104-1可被配置为经由特定的信道、扩频因子和/或带宽接收消息，并且网关104-2可被配置为经由相同或不同的信道、扩频因子和/或带宽接收消息。
网关104可与消防系统设备A 106-1、消防系统设备B 106-2和消防系统设备N106-N(有时统称为“设备106”)进行无线通信。网络100被配置为星形网络。因此，设备106中的每个设备与网关104直接通信。设备106可遍布设施102。设备106可定位在设施102的不同房间、侧厅、楼层和/或部分中。在一些实施方案中，诸如图1所示，消防系统设备106中并非全部都可与所有网关104通信。例如，如图所示，消防系统设备B 106-2与网关104-1、网关104-2和网关104-3通信，但可不与网关104-N通信。这种关系可反映存在于大型(例如，地理上扩展的)系统中的通信障碍和/或限制。
设备106可为被配置为确定与事件相关联的属性的感测设备(传感器)。如本文所提及的，事件是可能触发警报的事件。本公开以火灾为例进行了讨论，但应当注意，本文的实施方案不限于此。例如，事件可包括安全(例如，入侵)事件和其他事件。与消防系统相关联的传感器可包括气体(例如，一氧化碳、二氧化碳等)传感器、光电探测器、温度传感器和/或粒子探测器，以及其他类型的传感器。在一些实施方案中，设备106可包括致动器。如本文所提及的，致动器包括被配置为向人通知事件的设备或部件。在一些实施方案中，例如，致动器是指警报(例如，声音警报、汽笛、喇叭等)。在一些实施方案中，致动器是指视觉指示器(例如，灯、标牌等)。
图2示出了根据本公开一个或多个实施方案的另一消防系统网络的框图。与图1所示的系统(其可代表较大的安装)相比，图2所示的系统可为例如安装在较小设施中的系统的示例。
图2中所示的网络可安装在设施202中并且可包括单个网关设备204。网关204可与多个消防系统设备(消防系统设备A 206-1、消防系统设备B206-2,…消防系统设备N 206-N)通信。如图2所示，网关204可为面板208的一部分,也可结合到面板中。例如，在较小设施中，面板208的位置可适用于与系统的设备206中的每个设备进行无线通信。
图3A是示出了根据本公开一个或多个实施方案的消防系统网络中的多个消息的图示。如图3A所示，可针对本文的消息确定和/或设置时间段(在本文中称为“超帧”316)。在一些实施方案中，超帧316的持续时间小于30秒。消防系统设备中的每个消防系统设备可在超帧316期间具有一个确定性机会来发送数据分组(例如，心跳消息)。如先前所讨论的，心跳消息为上行链路消息(例如，向网关104和/或204发送上行链路，如前所述)并且可以是“非延迟关键的”。图3A示出了多个心跳消息：第一心跳消息322-1、第二心跳消息322-2和第三心跳消息322-3(统称为“心跳消息322”)。如先前所讨论的，根据本文的实施方案的消防系统网络可包括1000个或更多个设备，每个设备可在每个超帧316期间发送心跳消息。心跳消息322的确定性方案可减少(例如，防止)分组重叠。
心跳消息322可经由多个频率(在本文中有时称为“信道”)来发送。图3A中所示的示例包括八个信道，其中四个信道被示出：第一信道320-1、第二信道320-2、第七信道320-7和第八信道320-8。因此，可在给定时间实例传输八个心跳消息322，其中每个信道320传输一个心跳消息。
下行链路消息可在超帧316期间发送。根据本公开的下行链路消息可为块消息。换句话说，下行链路消息可从网关发送到所有多个消防系统设备。因此，网络内的通信可以是非对称的(例如，网关在给定时间实例接收八个消息，而在给定时间实例可能发送一个消息)。如图3A所示，下行链路消息可包括下行链路致动消息324(下文结合图3B讨论)和下行链路确认消息326。
下行链路确认消息326可被发送到消防系统设备。超帧316可被分成多个微帧318。微帧318可为超帧的一部分(例如，持续时间为一秒)。下行链路确认消息326可在每个微帧318的末尾发送，确认在微帧318期间所接收的心跳消息。
图3B是示出了根据本公开一个或多个实施方案的消防系统网络中的多个消息的另一图示。在任何情况下，消防系统设备都可对其自身进行重新配置以递送事件消息。事件消息的大小可超过心跳消息322。例如，在一些实施方案中，事件消息的大小可为5字节，而心跳消息322的大小可为3字节。在一些实施方案中，事件消息的大小可在4字节和6字节之间，而心跳消息322的大小可在2字节和4字节之间。然而，需注意，本公开的实施方案不限于此。如图3B所示的示例所示，例如，第一事件消息328-1在微帧318期间经由第二信道320-2来发送，并且第二事件消息328-2在微帧318期间经由第八信道320-8来发送。第一事件消息328-1和第二事件消息328-2在本文中可统称为“事件消息328”。事件消息328可由同一消防系统设备发送。事件消息328可由不同的消防系统设备发送。
发送事件消息328的设备可与网络时间对准，以避免在超帧316的每个时隙中分配相对短的时间量。如先前所讨论的，事件消息328可经由比心跳消息322更高的扩频因子来发送。在一些实施方案中，每个事件消息328可在不同频率信道上重复发送(例如，重复三次)。在一些实施方案中，事件消息328可在每个微帧318重复发送(或尝试发送)。在一些实施方案中，事件消息328可使用经由每个微帧中的专用下行链路时隙发送的块事件确认消息(例如，以类似于经由下行链路确认消息326确认心跳消息322的方式)来确认。
例如，当消防系统设备已经接收到下行链路致动消息324时，它可引起警报或频闪的致动。当消防系统设备已经接收到下行链路致动消息324时，它可使用下行链路致动消息324的单独确认来回复控制设备。这样的单独确认可经由例如第二组8个上行链路频率中的一个或多个上行链路频率来发送，并且可与网络时间对准，以避免在超帧318的每个时隙中分配相对短的时间量。
图4示出了根据本公开的一个或多个实施方案的用于操作消防系统网络的方法430。方法430可例如由LoRa网关(诸如本文所述的那些)实现。在框432处，方法430包括经由第一扩频因子在某一时间段内从定位在设施中的多个消防系统设备中的每个消防系统设备接收多个时隙维护消息。可根据TDMA协议来接收可被称为“心跳消息”的维护消息，如前所述。
在框434处，方法430包括响应于消防系统设备确定了火灾事件而从多个消防系统设备中的消防系统设备接收事件消息，该事件消息经由第二扩频因子来发送。该事件消息可独立于TDMA协议来接收。例如，可经由ALOHA信道接收事件消息。在一些实施方案中，事件消息的大小可超过周期性维护消息的大小。
在框436处，方法430包括响应于接收到事件消息而向多个消防系统设备发送块致动消息，其中该块致动消息被配置为激活火灾警报。在一些实施方案中，可在接收到事件消息的特定时间段(例如，10秒)内发送块致动消息。火灾警报可为音频警报(例如，汽笛)。火灾警报可为视觉警报(例如，闪光灯)。
尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但所属领域的技术人员将了解，经计算以实现相同技术的任何布置可替代所展示的特定实施方案。本公开旨在覆盖本公开的各种实施方案的任何和所有修改或变化。
应当理解，以上描述是以说明而不是限制的方式给出的。通过阅读以上描述，上述实施方案的组合以及本文未特别描述的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。
本公开的各种实施方案的范围包括使用上述结构和方法的任何其他应用。因此，应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等价物的全部范围来确定本公开的各种实施方案的范围。
在上述具体实施方式中，出于简化本公开的目的，在附图中示出的示例实施方案中将各种特征组合在一起。该公开方法不应被解释为反映本公开的实施方案需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。
相反，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施方案的所有特征。因此，以下权利要求在此并入到具体实施方式中，其中每条权利要求作为单独的实施方案独立存在。

Claims (10)

1.一种消防系统，所述消防系统包括：
多个消防系统设备(106,206)，所述多个消防系统设备定位在设施(102,202)中，其中所述多个消防系统设备(106,206)中的每个消防系统设备被配置为经由第一扩频因子发送确定性时隙维护消息(322)；
LoRa网关设备(104,204)，所述LoRa网关设备与所述多个消防系统设备(106,206)无线通信，所述LoRa网关设备被配置为接收所述确定性时隙维护消息(322)；
其中，响应于所述多个消防系统设备(106,206)中的消防系统设备(106,206)确定火灾事件：
所述消防系统设备(106,206)被配置为经由第二扩频因子发送事件消息(328)，其中所述第二扩频因子相对于所述第一扩频因子增大；
所述LoRa网关设备(104,204)被配置为响应于从所述消防系统设备(106,206)接收到所述事件消息(328)而向所述多个消防系统设备(106,206)发送块致动消息(324)；以及
所述消防系统设备(106,206)中的每个消防系统设备被配置为响应于接收到所述块致动消息(324)而激活火灾警报。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述事件消息(328)的大小超过所述确定性时隙维护消息(322)的大小。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述确定性时隙维护消息(322)中的每个确定性时隙维护消息在2字节和4字节之间，并且其中所述事件消息(328)在4字节和6字节之间。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述消防系统设备(106,206)被配置为经由所述第二扩频因子周期性地重新发送所述事件消息(328)。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个消防系统设备(106,206)包括多个光电检测器、多个温度传感器和多个粒子探测器。
6.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括与所述多个消防系统设备(106,206)无线通信的另一LoRa网关设备(104,204)，所述另一LoRa网关设备被配置为接收所述确定性时隙维护消息(322)；
其中，响应于所述多个消防系统设备(106,206)中的所述消防系统设备(106,206)确定火灾事件：
所述消防系统设备(106,206)被配置为经由第二扩频因子发送事件消息(328)；
所述LoRa网关设备(104,204)和所述另一LoRa网关设备(104,204)各自被配置为响应于从所述消防系统设备(106,206)接收到所述事件消息(328)而向所述多个消防系统设备(106,206)发送块致动消息(324)；以及
所述消防系统设备(106,206)中的每个消防系统设备被配置为响应于从所述LoRa网关设备(104,204)接收到所述块致动消息(324)或从所述另一LoRa网关设备(104,204)接收到所述块致动消息(324)而激活火灾警报。
7.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括与所述多个消防系统设备(106,206)无线通信的不同LoRa网关设备(104,204)，所述不同LoRa网关设备被配置为接收所述确定性时隙维护消息(322)，其中所述LoRa网关设备(104,204)和所述不同LoRa网关设备(104,204)被配置为接收不同扩频因子的消息。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述消防系统设备(106,206)被配置为通过多个信道(320)经由所述第二扩频因子重复地发送所述事件消息(328)。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述消防系统设备(106,206)中的每个消防系统设备被配置为响应于接收到所述块致动消息(324)而发送单独的确认消息。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述消防系统设备(106,206)中的每个消防系统设备被配置为经由与用于发送所述确定性时隙维护消息(322)的一组信道(320)不同的一组信道(320)发送所述单独的确认消息。
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