IP-based protocols : for fire alarm systems

Abstract

Systeme der Gebäudeautomation beschäftigen sich mit der automatischen Steuerung von Anlagen und Systemen der technischen Gebäudeausrüstung, wie beispielsweise Heizungs-, Lüftungsund Klimatechnik, Beleuchtung und Verschattung. Sicherheitsrelevante Funktionen in Gebäuden werden von Systemen der Gebäudeautomation in der Regel nicht übernommen, aber über Systeme der Managementebene (z.B. Leitstandzentralen) integriert. Insbesondere Brandmeldeanlagen bilden eigenständige Systeme. Die Aufgabe der darin vorkommenden Brandmeldezentrale besteht darin, alle Informationen der angeschlossenen Peripherie auszuwerten und entsprechend darauf zu reagieren. Mehrere solcher Brandmeldezentralen können zu einem hierarchischen Netzwerk zusammengefasst werden. Dies wird derzeit häufig mit proprietären Lösungen realisiert, wie auch im Falle jener Systemlösung ersichtlich ist, die zurzeit von Schrack Seconet angeboten wird. Die Motivation dieser Diplomarbeit ist, diese proprietäre Lösung in die Welt von Ethernet (IP) überzuführen. Einige Vorteile einer solchen Lösung sind die Verwendung von günstigen off-the-shelf Komponenten, die Benutzung von schon bestehender Infrastruktur und das Erreichen einer einfacheren Anbindung an bestehende Managementsysteme der Gebäudeautomation.<br />Am Ende der Arbeit soll ein Protokollstack basierend auf IP evaluiert werden, der alle Anforderungen von derzeit gültigen Normen und Vorschriften erfüllt. Das entsprechende Protokoll soll Anforderungen für Brandmeldeanlagen erfüllen, wie sie in relevanten nationalen und internationalen Normen festgehalten sind.<br />Der erste Schritt besteht in einem intensiven Literaturstudium aller relevanten internationalen und nationalen Normen. Parallel dazu erfolgt eine Analyse der derzeitigen Realisierung von Schrack Seconet. Darauf aufbauend folgt eine Zusammenfassung aller Anforderungen, die für ein Protokoll zur Vernetzung von Brandmeldezentralen gelten. Als nächster Schritt folgt ein Blick auf den derzeitigen Stand sicherheitskritischer Kommunikation in der Industrieautomation.<br />IP-basierende Systeme werden analysiert und auf ihre Verwendbarkeit im Brandmeldebereich hin untersucht. Basierend auf diesen Erkenntnissen folgt das Design eines modularen IP-basierenden Kommunikationsstacks.<br />Abgeschlossen wird die Arbeit durch eine proof-ofconcept Implementierung, die die Funktionsweise des Kommunikationsprotokolls demonstrieren soll.<br />

The tasks of building automation systems are automatic control of heating, ventilation and airconditioning and lighting/shadowing.<br />Building automation systems do not cover any safety relevant functionality. The task of a fire alarm system is the collection and evaluation of all connected peripheral devices. Several fire alarm systems can be connected to a hierarchical network. Since no standard protocol exists for this interconnection, every vendor offers proprietary solutions.<br />The aim of this thesis is to replace the proprietary solution by a state of-the-art IP based protocol. Some advantages would be the usage of off-the-shelf components, the usage of existing network infrastructure and an easy integration into management systems. The goal of this thesis is an IP-based protocol stack that fulfills all requirements based on relevant national and international standards and guidelines.<br />The first step will be to analyze all the relevant standards and guidelines. This will be followed by the analysis of the current solution offered by Schrack Seconet, followed by a summary of all the requirements for such a protocol. Furthermore, some state-of-the-art IP-based solutions will also be analyzed. Each protocol will be checked against the requirements defined in the previous step. Once this has been completed, the next step is the design of a protocol stack, that fulfills all requirements to connect fire alarm systems. The final part of the thesis is a proof-of-concept implementation, that shows basic functionality of possible future IP-based fire alarm systems.