Reliable IP based communication for fire alarm systems

Abstract

Feuer hat heute wie früher ein hohes Schadenspotential und stellt daher eine große Bedrohung für Menschen und Gebäude dar. Im Mittelalter patrouillierten Brandwachen in den Straßen, um die Bewohner der Stadt im Falle eines Feuers zu warnen. Die Brandwachen wurden mit dem Aufkommen moderner Technologien durch automatische Systeme ersetzt. Diese Systeme verwendeten anfänglich analoge Technologien. Für moderne Gebäude sind diese aber nicht mehr ausreichend, und komplexe digitale Feueralarm-Systeme sind notwendig. Brandschutz ist ein kritischer Bereich, von dem Menschenleben abhängen. Daher existieren internationale und nationale Standards, die Brandschutzbestimmungen reglementieren. Neben verpflichtenden baulichen Maßnahmen ist oft der Einsatz eines automatischen Brandmeldesystems vorgeschrieben. Diese Standards definieren Anforderungen im Bereich der Sicherheit und der Zuverlässigkeit. Mit der wachsenden Popularität des Internets wurden die entsprechenden Technologien auch im Bereich der Gebäudetechnik eingesetzt. Diese Technologien erfüllen die von den Brandmeldestandards geforderten Eigenschaften aber nicht vollständig. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der zuverlässigen IP-basierten Kommunikation im Bereich der Brandmeldesysteme. Ein Kommunikationssystem dieser Art muss den in den Stan- dards definierten Anforderungen genügen. Zusätzlich ist es wünschenswert, möglichst viele konventionelle Technologien und Komponenten zu verwenden. Die vorliegende Arbeit fasst die in den Standards gestellten Anforderungen solcher Kommunikationssysteme zusammen. Außerdem werden die Eigenschaften bestehender Netzwerkkomponenten analysiert, um diese für neue Konzepte verwenden zu können. In der Folge werden verschiedene hierfür mögliche Ansätze diskutiert. Der aussichtsreichste Ansatz wird genauer untersucht. Die Machbarkeit wird mithilfe einer Proof of Concept Implementierung nachgewiesen.

Fire and their threats for humans and buildings are still important issues for modern civilizations. In medieval times fire guards patrolled on the streets to save citizens in case of a fire. With the upcoming digital technologies human fire guards were replaced by automatic systems. At first analog or discrete small scale systems were used. However, for today’s buildings more complex digital fire alarm systems are required. Since fire protection is a critical domain, there are different international and national standards. Beside construction regulations the deployment of an automatic fire alarm system is often demanded. The requirements of these standards mainly address safety and security aspects. With the increasing popularity of the Internet according network technologies were used in the domain of building technologies. However, generally used network technologies do not satisfy the safety requirements of fire alarm standards. This thesis focuses on reliable IP based communication systems which are aimed to be used in the fire alarm domain. Such systems have to satisfy respective normative constraints. Additionally, it is desirable that conventional network technologies and components are used. Fire alarm systems shall even be integrated into existing installations. This thesis works out the requirements for communication systems to satisfy the according standards. In order to be able to propose new concepts the properties of available network components are discussed. Subsequently, different approaches addressing these requirements are discussed and evaluated. Based on this, the most promising approach is examined in detail. The feasibility of this concept is shown by a prototype implementation.