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초대형 고층 건물의 방재 설비 성능 평가
작성자 : 관리자()   작성일 : 08.02.29   조회수 : 8159
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제1절 초대형 고층 건물의 방재 설비 성능 평가
1. 연구 개요
화재 안전 설비는 화재에 의한 빌딩 내의 인명과 재산의 손실을 최소화할 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 빌딩의 방화 설비 설계자는 다음의 다섯 가지 사항을 고려하여야 한다.
· 예방(Prevention): 각종 발화 물질의 관리를 통한 화재 예방
· 통신(Communication): 화재 발생 시 거주자들에게 화재 발생 사실 통보 및 건물내의 각종 방화설비 작동
· 탈출(Escape): 건물 내의 거주자들을 안전 지대로 신속히 대피
· 억제(Containment) 피해가 최소화되도록 불꽃, 연기, 열 등의 확산을 억제
· 소화(Extinguishment): 발화 지점을 신속히 소화
이러한 다섯 가지 사항 가운데 통신이 가장 핵심적인 역할을 수행한다고 할 수 있다. 왜냐하면 통신이 성공하는 경우에 탈출 및 소화 전략을 수행하여 화재에 대한 피해를 최소화할 수 있으나, 통신이 실패하는 경우에는 억제 전략 외에는 대안이 없기 때문이다.
본 과제에서는 방화 설비 설계 전략 가운데 통신에 해당하는 화재 감지 및 모니터링설비를 초대형 고층 건물에 구축하는 방안에 대한 연구를 수행하였다. 각종 관련 자료의 분석을 통하여 본 연구에서는 초대형 고층 건물에 적용 가능한 화재 감지 및 모니터링 설비의 기준 모델을 정립하였다. 이와 함께 정립된 모델의 타당성을 검증하기 위하여 화재 감지 및 모니터링 설비에 대한 시뮬레이션 모델을 개발하고, 시뮬레이션 분석 기법을 통하여 응답시간과 시스템 신뢰도에 대한 기능과 성능의 타당성을 실험적으로 검증하였다. 또한 시뮬레이션 모델을 이용한 화재 감지 및 모니터링 설비의 성능 평가 방법론을 제시하고, 초대형 고층 건물의 구축을 위한 기본 계획 및 실시 설계 단계에서 활용될 수 있도록 하였다.
본 연구에서 제시한 화재 감지 및 모니터링 설비 모델의 타당성을 검증하기 위하여서는 시뮬레이션 모델에 의한 실험과 실증 실험의 두 가지 방법을 생각할 수 있다. 이러한 두 가지 방법은 서로 장단점이 있다. 먼저 실증 실험은 정확한 분석 결과를 도출할 수 있는 반면에 실험 모델 구축을 위하여 많은 비용이 소모되는 동시에 모델의 변형에 대한 유연성이 크게 떨어지는 단점이 있다. 따라서 실증 실험은 다양한 조건에서의 실험 결과를 도출하는데 있어서 많은 비용과 노력이 소모된다. 이러한 단점을 보완할 수 있는 방법이 시뮬레이션 모델에 의한 실험이다. 시뮬레이션 모델은 화재 감지 및 모니터링 설비를 컴퓨터 내에 그대로 모델링한다. 따라서 모델을 개발하는데 있어서 시간과 노력이 필요하지만, 일단 모델이 완성되면 컴퓨터 프로그램의 실행만으로 다양한 조건하에서 실험 결과를 도출할 수 있다. 본 연구에서 제시한 화재 감지 및 모니터링설비의 타당성을 분석하기 위하여서는 시뮬레이션 모델의 결과 가지고 기본 분석을 하고, 실증 실험을 통하여 기본 분석을 보완하는 상세 분석을 하여야 할 것이다. 본 연구에서는 그러나 연구기간과 예산을 고려하여 시뮬레이션 모델에 의한 실험만을 수행 하는 것으로 연구 범위를 제한하였으며, 실증 실험을 통한 화제 감지 및 모니터링 설비 모델의 타당성 검증은 추후 후속 연구를 통하여 수행될 수 있기를 희망한다.
본 연구의 결과는 (i) 자료 조사를 통한 기술 정보 수집, (ii) 화재 감지 및 모니터링설비 요구사항 분석, (iii) 화재감지 및 모니터링 설비 기준 모델 정립, (iv) 화재 감지 및 모니터링 설비 시뮬레이션 모델 개발, (v) 개발된 시뮬레이션 모델을 사용한 설비기준 모델의 응답 시간 및 신뢰도 타당성 .검증의 다섯 가지 사항으로 구성된다
2. 자료 조사를 통한 기술 정보 수집
본 과제에서는 초대형 고층 건물에 적용 가능한 화재 감지 및 모니터링 설비 기준모델을 구성하기에 앞서 국내 ·외 문헌 자료를 분석하였다. 먼저 화재 감지, 신호 분석 및 경보 발생 등의 통신에 관련된 방화 설비의 특성에 대하여 분석하여, 이를 초대형고층 건물에 적용할 때 발생될 수 있는 문제점을 분석하였다. 또한 방화 설비 관련 규정을 분석하여 초대형 고층 건물의 화재 감지 및 모니터링 설비 기준 모델의 요구 사항을 설정하였으며, 현재 개발되어 사용중인 화재 감지 및 모니터링 설비를 분석하여 화재 감지 및 모니터링 설비 기준 모델을 개발하였다.
(가) 방화 통신 설비의 특성 분석
화재가 발생하면 가능한 한 이를 빨리 감지하여야 하는 것은 필수적이다. 일단 화재 발생이 감지되면 수동 또는 자동화된 수단에 의하여 방재 중앙 통제실과 화재 발생지역 거주자간에 통신이 반드시 필요하다. 방재 중앙 통제실에서는 통신에서 얻어진 정보를 통하여 거주자들을 미리 정해진 장소로 대피시키거나, 연기제어 시스템 또는 방화벽과 같은 자동화된 방재 시스템을 작동시키게 된다. 본 절에서는 방화 통신 설비의 핵심인 화재 감지, 신호 분석 및 경보 발생 장치의 특성에 대하여 기술한다.
① 화재 감지
화재 감지를 위한 센서로는 연기 감지기, 열 감지기 및 빛 감지기 등이 사용되며, 이 가운데 연기 감지기가 가장 널리 사용된다. 연기 감지기는 열 감지기보다 빨리 화재를 감지해 낼 수가 있다. 연기 감지기에는 크게 이온화를 이용하는 것과 광학적 특성을 이용하는 것으로 나눌 수 있다. 이온화 감지기(ionization chamber detector)는 작은 연기 입자에 가장 민감하고 초기 화재 발생에서 빠르게 반응한다. 광학적 감지기(optical detector)는 감지기의 헤드 내부에서 빛이 분산되어 통과되는 것에 의존하여 감지하며, 따라서 큰 연기 입자에 민감하다.
열 감지기는 설정된 온도나 온도 상숭 비율에 반응하는 범용 감지기이다. 초기의 열 감지기는 팽창계수가 다른 바이메탈을 이용한 것이었다. 그러나 현재에는 열 변화에대한 전기 저항을 측정하는 열 감지기가 널리 사용된다. 열 감지기의 일반적인 동작 온도는 65℃로 설정되나, 이는 설치 환경에 따라 달라질 수 있다. 열 감지기를 동작시키기 위해서는 충분한 양의 열이 발생해야 한다는 것이 문제점이며, 이를 보상하기 위하여 온도가 갑자기 상승할 경우 작동하는 열 상승률 감지기가 개발되었다. 열 감지기는 특별히 먼지 입자가 많아 연기 감지기가 신뢰할 수 없다고 판단되는 곳이나 일상적으로 연기가 많이 발생되는 장소에 사용하기에 적당하다.
적외선 또는 자외선을 이용하는 빛 감지기는 화재로부터 나오는 화염을 탐지한다. 적외선 감지기는 연기 사이에서도 화재를 감지해 낼 수 있지만 연기가 없는 깨끗한 불꽃은 감지할 수 없다. 자외선 빛 감지기의 경우 자외선은 연기에 잘 투과되지는 않으나 화염만 발생하는 화재에는 민감하다.
② 신호 분석
감지기가 화재를 감지했다면 제어 패널에서는 감지 신호(signal)를 분석하여야 한다. 기존의 시스템에서는 감지기가 단순히 화재인지 아닌지에 대한 상태 신호만을 제공한다. 이런 방식으로 동작하는 화재 경고 감지 시스템을 ″conventional system″ 이라고 한다. 이와는 달리 최근에는 각각의 감지기로부터 전달되는 신호를 마이크로 프로세서를 통하여 분석함으로써 더욱 정확한 상황 분석과 발생 가능한 오류의 예견이 가능해졌으며, 이러한 시스템을 ″addressable system″이라고 한다.
다음의 그림 5.1에는 conventional system과 addressable system의 그림이 주어져 있다. 그림 5.1에서 보는 바와 같이 conventional system에서는 화재 지역(fire zone)에 화재 감지 및 경보 장치가 설치되어 있고 각각의 장비들은 전선으로 중앙의 제어 패널에 연결되어 있다. 화재가 발생하면 그 지역의 감지기는 전선을 통해 감지 신호를 제어패널에 전달한다. Convention system에서는 화재 발생시 화재가 발생한 위치만이 화재경보 패널에 전달되며, 이러한 경보가 오류에 의하여 발생되더라도 이를 확인하기 위하여서는 현장을 확인하는 수밖에 없다.
Addressable system은 마이크로프로세서를 사용하여 시스템을 제어한다. 감지기에서는 주기적으로 감지 신호가 전달되며, 마이크로프로세서에서는 현재 수신한 신호와 이전에 전달된 신호들을 비교, 분석함으로써 더욱 정확한 정보를 사용자에게 제공한다.Addressable system에서는 각각의 감지기가 주소 할당이 가능한 addressable 센서가 된다. 시스템의 각 요소는 모두 하나의 통신망에 연결되어 제어가 가능하게 되며, 시스템의 구성 요소들간에 신호를 전송하는데 걸리는 시간은 1~2초에 지나지 않는다. Addressable system의 초기 설치비용은 conventional system보다 높은 것은 사실이지만, 이러한 비용은 시스템의 성능과 신뢰성 및 유지 보수비용 등에 의하여 상쇄될 수 있다. 또한 방화 시스템을 보안 시스템이나 빌딩 관리 시스템 등의 다른 빌딩자동화 시스템들과 연계하여 전체 빌딩 시스템을 하나로 통합 관리할 수 있다.

③ 경보 발생
경보 신호는 거주자를 대피시키라는 신호이거나 또는 대피 준비를 하라는 경고 신호이다. 가장 일반적인 화재 경보 발생기능 벨이다. 이것은 모든 사람이 알아들을 수 있으며 그 소리가 건를 전 구역에 퍼진다는 장점이 있다. 이 소리는 간헐적으로 울렸다 끊겼다 하는 소리일 수도 있고 계속되는 소리일수도 있는데 각각은 경고와 대피를 나타낸다. 소음이나 어떤 이유에서 경고음을 들을 수 없는 사람들을 위하여 번쩍이는 불빛 같은 시각적인 신호가 필요하다
건물에서 화재가 발생하면 먼저 119 전화로 신고하여야 한다. 이는 사람이 직접 신고할 수토 있으나, 자동 장비가 사용되는 경우에는 ″back-up call′이 필요하다. 화재 경보 시스템은 미리 프로그래밍 된 절차에 의하여 각종 방화 시스템을 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 문 잠금 장치를 해제하거나, 환기 장치 또는 연기 추출 장치를 자동으로 동작시키고, 방화벽을 동작시키거나, 스프링클러와 같은 진화 장치를 자동으로 가동하고, 관련 직원들을 호출하는 동작을 수행할 수 있다.
(나) 초대형 고충 건물의 화재 감지 및 모니터링 설비
건축물의 필수적인 기능 가운데 하나는 인간을 자연적 또는 인위적 위험으로부터 보호하는 것이다. 그러나 위험은 건축물 자체에 내재할 수 있으며 그중 가장 특징적인 것이 화재위험이라 할 수 있다. 최근의 건축물에는 지하공간, 개방평면, 아트리움 등 새로운 형태의 건축공간이 적용되고 이에 따라 건축설비 시스템의 고기능화가 요구되면서 건물 내에 복잡한 공조 닥트, 파이프 샤프트 등이 설치되며, 또한 정보통신 기능의 도입으로 인하여 건물 내에 복잡한 통신망, 전선망 등이 설치된다. 이러한 설비들은 화재 발생의 가능성과 화재의 확산을 조장하는 요인이 되고 있다. 특히, 건축물이 초대형 고층화하면서 이러한 위험 요인이 크게 증가하며, 화재 발생에 대한 인명 및 재산 피해도 기하급수적으로 늘어난다. 초대형 고층 건물에서 화재에 대한 피해를 최소화하기 위하여서는 (i) 화재 발생을 신속하게 감지하고, (ii) 일단 화재가 발생하면 화재 상황을 실시간으로 모니터링하여 화재 진압에 신속하게 대응할 수 있는 체계가 갖추어져야 한다. 기존의 건축물에 사용되는 화재 감지 설비를 초대형 고충 건물에 바로 적용하는 데에는 다음과 같은 많은 문제점이 있다.
● 초대형 건물에는 수많은 화재 탐지 및 경보기가 건물 전체에 걸쳐 분산 설치되어야 한다. 따라서, 이러한 장비에서 생성되는 신호를 전달하기 위하여서는 엄청난 양의 배선(wiring)이 소요되며, 이에 대한 시중 및 관리에 많은 비용이 소요된다.
● 기존의 방식에서는 화재 감지 및 경보 신호가, 4-20 mA의 아날로그 신호로 전송되며 이러한 아날로그 신호는 노이즈에 매우 취약한 동시에 전송 거리에도 제한이 있다.
●기존의 방식에서는 배선이 거미줄처럼 복잡하게 설치되어 있어 시스템의 유지, 보수에 많은 비용과 노력이 소모된다. 즉, 화재 감지 및 경보 장치의 고장을 탐지하기가 매우 어려우며, 이의 보수도 용이하게 않아 설비 시스템의 신뢰도가 저하된다.
● 새로운 장비를 추가하거나 기존의 장비를 변경하기가 용이하지 않아 시스템의 유연성과 확장성이 저하되고, 스마트센서 등의 신기술의 도입이 어려워진다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 최근에 기술 선진국에서는, 통신망(communication network)에 첨단 기술을 이용한 화재 감지 및 모니터링 설비의 개발이 활발히 진행되고′있다. 화재 감지 및 모니터링 설비에 네트워킹 기술을 사용하면 하나의 링크를 여러 개의 방화 장비들이 공유하는 구조를 가지므로 장비들마다 따로 전송선을 설치하여야 하는 기존의 방식에 비하여 배선을 크게 감소시킬 수 있다. 또한,신호 전송에 디지털 신호를 사용함으로써 기존의 아날로그 신호에 비하여 외부의 노이즈에 의한 영향이 크게 감소된다. 네트워킹을 사용하는 화채 감지 및 모니터링 설비는 시스템의 유지 보수에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있다. 즉, 통신망의 양방향 통신 기능을 이용하여 화재 감지 및 경보 설비의 상태를 주기적으로 점검할 수 있으며, 이상이 발생하였을 경우에도 양방향 통신을 통하여 이를 on-line으로 조치시킬 수 있다 또한, 새로운 기능을 추가하거나 또는 불필요한 기능을 삭제하는 등의 시스템의 변형을 용이하게 수행할 수 있어 시스템의 유연성과 확장성이 증가된다. 초대형 고층 건물에서 화재를 신속하게 감지하고, 화재 발생 시 진압에 신속하게 대응하기 위하여서는 빌딩 내의 화재 관련 정보를 정확히 수집 및 처리하여야 한다. 통신망기술은 첨단의 방화 설비에 필연적으로 요구되는 핵심 기술이라 할 수 있다.
(다) 방화 설비 관련 규정
현재 국내에서는 건축법과 소방법을 통하여 방화계획, 피난시설 및 소방시설에 필요한 성능 기준과 최소한의 사양을 규정하고 있다. 그러나 이러한 법규정은 건축물의 특수한 상황을 고려하지 않고 모든 건축물에 획일적으로 적용되고 있고, 성능과 안정성평가에 대한 규정이 미비하여 초대형 고층 건물에 이러한 규정이 실효를 거둘 수 있을것인가에 대하여서는 매우 회의적이다. 이에 반하여 미국의 NFPA(National Fire Protection Association)에서는 건축물의 방화와 관련하여 상세한 code 및 standard를 규정하고 있다. NFPA에서도 초대형 고층 건물에 대한 별도의 규정은 없으나, 화재감지 및 모니터링 설비의 운용과 관련된 code로 NFPA 72 : National Fire Alarm Code가 있다. 본 과제에서는 NFPA를 통하여 code를 확보하여 이를 초대형 고층 빌딩 화재 감지 및 모니터링 설비의 모델 개발에 반영하였다.
(라) 화재 감지 및 모니터링 설비 구성
p. Stollard과 J. Abrahams이 공저한 Fire from first principle: A design guide to builiding fire safety(E ＆ FN SPON, 1995)를 비롯하여 internet을 통한 각종 문헌 조사에 의하면 기술선진국에서 가장 최근에 개발된 첨단의 방화 설비는 다음과 같은 장비들로 구성된다.
Fire Alarm Control Panel
Addressable Interface Devices
Batteries
Cabinets
fire Alarm Pull Stations
Smoke Detectors
Thermal Detectors
Audible and Visual Alarm Devices
Conduit
Wire and Cable
Annunciator Panels -
Alarm Transmitters and Peripheral Equipment
현재 기술선진국에서는 이미 통신망을 이용한 방화 시스템을 이미 상용화하고 있으며 가장 최근에 개발이 완료된 대표적인 제품들로는 다음과 같은 것들이 있다.
4120 Networked Fire Alarm System : Simplex에서 개발한 제품으로 독자적으로 개발한 통신망(proprietary network)에 각종 화재 감지기, 경보 장치, 제어 패널 및 사용자 인터페이스 장치를 접속한 제품이다. 응답 시간, 존속성 및 사용자 편의성의 요구 사항을 만족시키고 있으나, 독자적으로 개발한 통신망을 사용함으로써 타제품과의 상호동작성이 보장이 되지 않아 유연성이 떨어지는 제품이다
NOTIFIRENET, UniNet 4.0 : NOTIFIER에서 개발한 제품들로 역시 통신망에 각종 화재 감지 및 모니터링 장비들을 접속한 제품이다 통신망으로는NOTFIRENET 제품에서는 ARCNET을 사용하며 Uninet 4.0 제품에서는 Lonworks를 사용한다. ARCNET은 빌딩자동화 통신망의 표준인 BACnet에서 채택하고 있는 통신망이고, Lonworks는 빌딩자동화 시스템의 통신망으로 널리 사용되는 프로토콜이다. 따라서 Simplex 제품에 비하여 개방형 통신망을 사용함으로써 유연성에 대한 장점이있다.
MXL/LifeLINK NETWORK : Cerberus Pyrotronics에서 개발한 제품으로 Simplex 제품과 마찬가지로 독자적으로 개발한 LifeLINK라는 통신망을 사용하고 있으며 제품의 특성 또한 Simplex 제품과 유사하다
3. 화재 감지 및 모니터링 설비 요구사항 분석
초대형 고층 빌딩에 적용되는 첨단의 화재 감지 및 모니터링 설비는 기본적으로 다음의 네 가지 요구사항을 만족하여야 한다
●응답 시간(Response Time): 화재 경보 및 화재 진행 상황을 비롯하여 화재 진압에 필요한 각종 신호는 최단시간 내에 전달이 완료되어야 한다. NFPA의 규정에 의하면 화재 경고 신호 전달 시간을 90초 이내로 제시하고 있으나, 이는 너무 관대한 규정으로 초대형 고층 건물의 경우 실제 상황에서 심각한 문제를 야기할 수 있다. 실제로 네트워킹 시스템을 채택한 기술선진국의 첨단 방화 설비에서는 화재 경고 신호 전달시간을 1초 이내로 제한하고 있다.
●존속성(Survivability): 불의의 사고 또는 화재로 인하여 신호 전달 체계의 일부가 파손되어도 화재 경보 신호 및 화재 상황이 국부적 또는 전체적으로 전달되어야 한다. 또한 신호 전달 체계의 상황은 실시간으로 모니터링 되어야 하며, 파손된 부분은 최단시간 내에 복구가 완료되어야 한다.
●유연성(Flexibility): 첨단의 화재 감지 및 모니터링 시스템은 시스템의 추가, 삭제 및 변형이 용이하여야 하며, 또한 다른 vendor들로부터 제공되는 다양한 방화 관련장비들을 수용할 수 있어야 한다. 또한 공조 설비, 조명 설비, 전력 설비, 엘리베이터 설비 등의 빌딩자동화 설비들 간에 인터페이스도 용이하게 이루어져야 한다. 이를 위하여서는 화재 감지 및 모니터링 설비에 개방화된 시스템(open system)을 채택할 필요가 있다.
●사용자 편의성(Ease Of USe): 화재 발생 경보 및 화재 진압에 신속하게 대처하기 위하여서는 사용자가 방화 설비를 쉽게 사용할 수 있도록 하여야 한다. 즉, Fire Alarm Control of Panel은 LCD, LED 및 스피커 등과 같은 시청각 방법을 통하여 화재 발생 상황을 전달하여야 하고, 방재 중앙 통제실의 오퍼레이터 스테이션은 Graphic Interface 및 Menu-Driven 방식 등을 통하여 신속하게 화재 상황에 대처할 수 있도록 하여야 한다.
4. 화재 감지 및 모니터링 설비 모델 정립
본 과제에서는 앞 절에서 언급한 화재 감지 및 모니터링 설비 요구사항을 만족시키는 초대형 고층 빌딩용 화채 감지 및 모니터링 설비의 모델을 제시한다. 본 과제를 통하여 제시되는 모델은 기본적으로 통신망 기술의 바탕 위에서 동작되며, 다음의 그림 5.2 에 기본적인 개념도가 주어져 있다. 그림에서 보면 각층에 산재한 화재감지기는 각 층마다 설치된 화재 경보 제어 패널에 연결되며, 이러한 화재 경보 ·제어 패널은 화재 감지 및 모니터링 네트워크를 통하여 방제 동안 통제실에 연결된다. 따라서 방재 중앙 통제실에서는 빌딩 내의 화재 발생 현황을 실시간으로 한눈에 파악할 수 있다. 네트워 킹을 사용하는 이러한 구조의 시스템에서는 설비에 소요되는 배선이 크게 감소되며, 모든 신호가 디지털로 전달되어 신호 전송의 신뢰도가 높아진다. 또한 시스템이 단순한 구조를 가짐에 따라 시스템의 유지, 보수가 용이해지고, 통신망의 양방향 통신 기능을 이용하여 모든 설비의 상태를 on-line으로 점검할 수 있어 시스템의 신뢰도가 크게 증가한다. 또한 이러한 네트워킹 구조는 시스템의 변형을 용이하게 하여 시스템의 유연성이 증대된다.

다음의 그림 5.3 에는 화재 감지 및 모니터링 설비의 구조가 나타나 있다. 그림에서보는 바와 같이 화재 탐지기, 화재 경보 제어 패널, 원격 LCD 지시기, 소방수용 전화,방재 중앙 통제실의 오퍼레이터 스테이션과 네트워크 관리 장치 등의 각종 설비들이 하나의 네트워크 시스템에 접속되어 있다.

그림 5.2 와 5.3 에서 제안된 화재 감지 및 모니터링 설비는 앞 절에서 주어진 화재 감지 및 모니터링 설비 요구사항에 대하여 존속성, 유연성 및 사용자 편의성은 다음과 같이 만족한다. 그러나 응답 시간에 대하여서는 시뮬레이션 모델을 통한 상세한 분석이 필요하다.
●존속성(Survivability) :본 연구에서 제안하는 모델에서는 화재 감지 및 모니터링 네트워크를 건물 내의 빌딩 자동화 네트워크들과 별도로 설치하여 시스템의 안전성을 향상시킨다. 또한, 화재 감지 및 모니터링 네트워크가 최소한 두 개가 동시에 동작되도록 하여 하나의 통신망에 이상이 발생하여도 다른 통신망이 back-up으로 동작될 수 있도록 한다. 또한 신뢰도가 높은 peer-to-peer 방식의 통신망을 사용함으로써 네트워크의 일부가 파손되어도 로컬 노드들 간에는 통신이 가능하도록 한다.
●유연성(Flexili): 본 연구에서 제안하는 모델에서는 화재 감지 및 모니터링 네트워크로 ASHRAE(American Society of Heating, Refregerating and Air-Conditioning Engineers)에서 빌팅자동화용 통신망의 표준으로 제정한 BACnet(Building Automation and Control network)을 사용한다[AWSI/ASHRAE, 1995]. BACnet에는 하부 통신망으로 여러 프로토콜들을 수용하고 있으나, 본 과제에서 제안하는 모델에서는 peer-to-peer 방식으로 동작되는 ARCNET을 사용한다[ANSI/ATA, 1992]. 개방형 표준 통신망을 사용하면 화재 감지 및 모니터링 시스템의추가, 삭제 및 변형이 용이해지며, 여러 vendor들로부터 제공되는 다양한 방화 관련 장비들을 수용할 수 있다. 또한 ARCNET을 사용하면 BACnet을 사용하는 건축물에서 공조 설비, 조명 설비, 전력 설비, 엘리베이터 설비 등의 다른 빌딩자동화 설비들 간에 인터페이스도 용이하게 이루어질 수 있다.
●사용자 편의성(Ease of Use): 본 연구를 통하여 제안하는 모델은 사용자가 화재발생 상황을 신속하게 파악하여 화재 상황에 대처할 수 있도록 하기 위하여 시스템을 쉽게 사용할 수 있도록 구현되어야 한다. 여기에는 각종 시각 및 청각 장치들이 포함될수 있으며, 특히 방재 중앙 통제실의 오퍼레이터 스테이션은 Graphic Interface 및 Menu-Driven 방식 등을 통하여 신속하게 화재 상황에 대처할 수 있도록 한다. 본 과제에서는 이러한 기능들을 실제로 구현하지는 않으나, 이러한 기능들은 모두 소프트웨어로 구현될 수 있다.
●응답 시간(Response Time): 초대형 고충 건물에서 화재경보 및 화재 진압에 필요한 각종 신호는 화재로 인한 피해를 최소화하기 위하여 최단시간 내에 전달되어야한다. 통신망 시스템에서 데이터 전송속도는 전송거리 및 접속된 노드 수에 직접적으로 비례한다. 따라서 전송속도를 단축시키기 위하여서는 전송 거리를 줄여야 하나, 초대형고층 건물에서는 신호전송 거리가 수 ㎞까지 증가할 수 있다. 전송 속도를 단축하면서 전송거리를 증가시키기 위하여서는 여러 개의 네트워크 시스템을 repeater를 이용하여 연결하여야 하나, 이러한 경우에 설비의 비용이 증가하는 동시에 repeater에서의 지연시간도 추가로 고려되어야 한다. 본 과제에서는 초대형 고층 건물에서 화재 경보 신호가 1초 이내에 전달되도록 하기 위하여 ARCNET의 전송 거리와 접속되는 노드의 수를 얼마로 제한하여야 할 것인가를 분석할 필요가 있으며, 이러한 사항은 화재 감지 및 모니터링 설비의 시뮬레이션 분석을 통하여 도출된다.
5. 화재 감지 및 모니터링 설비 시뮬레이션 모델 개발
본 절에서는 이미 기술되었던 화재 감지 및 모니터링 설비가 어떠한 방식으로 시뮬레이션 모델에 적용되었는지에 대하여 기술하고, 시뮬레이션 모델에 사용된 통신망의 특성을 간략히 기술하며, 각 장비별로 구현된 서비스와 각각의 특징에 대하여 소개한다.
(가) 화재 감지/모니터링 설비 시뮬레이션 모델
아래 그림 5.4는 본 연구에서 제지한 초고층 건물의 화재 감지 및 모니터링 설비 기준 모델에 대응하는 시뮬레이션 모델의 구성을 비교하여 보여준다. 그림 5.4 (a)의 설비 기준 모델에서 각 층은 화재 감지 패널과 다수의 화재 감지기, 액튜에이터 설비들로 구성된다. 이러한 설비 모델은 그림 5.4 (b)와 같이 한 층에 화재 감지 패널이 설치되고 각각의 감지기, 액튜에이터 설비들이 MS/TP 네트워크를 통하면 ·화재 감지 패널에 연결된 시뮬레이션 모델로 모델링 된다. 또한 그림 5.4의 (a)에서 각 층에 존재하는 화재 감지 패널은 이중화된 화재 감지 및 모니터링 네트워크에 연결되어 전체 화재 감지 및 모니터링 설비 시스템을 구성하는데, 이는 각 층에 설치된 화재 감지 패별이 이중화된 ARCNE 네트워크를 통하여 연결되는 것으로 모델링 된다.
마지막으로 방재 중앙 통제실은 화재 감지 및 모니터링 네트워크의 종단에 연결되어 모든 설비 시스템을 모니터링 및 관리하게 되는데, 이는 그림 5.4의 (b)에서 중앙 제어 장비가 이중화된 ARCNET 네트워크의 종단에 설치되어 화재 감지 패널들을 관리하고 모니터링 하는 모델로 모델링 된다.
화재 감지/모니터링 설비 기준 모델에 대응하는 시뮬레이터는 다양한 상황에서 실제 시스템의 반응을 예측할 수 있도록 한다. 시뮬레이터는 정상적으로 시스템이 동작하는 경우, 특정 노드에 고장이 발생하는 경우, 그리고 매체가 단절된 경우의 시스템 응답 성능을 예측할 수 있도록 한다.
시스템이 정상적으로 동작하는 상황에서는 화재의 발생을 감지하고 이를 보고하는데 소요되는 화재보고 지연시간과, 특정 노드의 고장을 감지하고 이를 중앙 제어 장비로 보고하는데 소요되는 고장보고 지연시간을 측정한다. 또한 특정 노드의 고장이 화재보고에 미치는 영향을 분석할 수 있다 그리고 파일 업로드/다운로드 서비스의 발생 주기와 이로 인한 화재보고 지연시간의 종가를 분석하여 적절한 업로드/다운로드 서비스의 수행 주기를 결정할 수 있도록 하며, 화재로 인하여 네트워크의 일부가 파손될 경우, back-up 네트워크를 초기화하여 다시 시스템을 동작시키는데 소요되는 초기화 지연시간을 예측할 수 있다. 이와 함께 시스템이 설치되는 노드의 수와 화재보고 지연시간의 관계를 분석하여, 노드 수에 따라 적절하게 네트워크 파라미터를 결정할 수 있도록 한다.

본 연구에서는 화재 감지 및 모니터링 설비의 시뮬레이션 모델을 제작하기 위하여 이산사건 시스템 모델링 도구인 ARENA를 사용하였다.
(나) 통신망
본 과제에서는 초대형 고층 건물의 화재 감지 및 모니터링 설비 기준 모델에BACnet에서 하부 계층 프로토콜로 지원하는 ARCNET과 MS/TP를 적용하였다. 본 절에서는 이들 통신망에 대하여 간략하게 기술한다.
① BACnet
BACnet은 미국의 AWSI/ASHRAE standard 135를 말하는 것으로, 1995년에 ANSI와 ASHRAE에 의해 채택된 빌딩 자동화용 통신 프로토콜의 표준이다. BACnet개발 과정에서 가장 중요시하였던 부분은 개방성, 즉 서로 다른 제조 업체에서 만든 자동화 장비들간에 상호동작성(interoperability)을 보장하는 것이었다. 이는 BACnet의 하위 계층에서 기존의 빌딩자동화 시스템에서 이미 사용되고 있는 대부분의 LAN을 수용함으로써 가능해 졌다. 즉, 다양한 LAN 프로토콜을 지원함으로써 시스템 구축에 더 많은 유연성을 제공해 주었다. 또한 빌딩자동화 시스템 구축의 유연성을 제공하기 위해 상위계층에서는 Object-Oriented 개넘을 도입하였다. 즉, 표준화된 통신객체(object)를 정의하고, 모든 데이터는 이 통신객체 내의 property들을 이용해 표현하도록 한 것이다. 이렇게 정의된 통신객체를 이용해 장비들 간에 정보를 교환함으로서, 서로 다른 제조업체에서 만든 제품 상호간에도 원활한 통신이 가능하게 되었다. BACnet에서는 또한 응용 계층에서 제공하는 통신서비스들도 표준화하고 있다. 따라서 BACnet의 특징은 (i)여러 종류의 LAN 기술사용, (ii) 표준화된 18가지 통신객체의 정의, (iii) 통신객체를 통한 자료의 표현과 공유, 그리고 (iv) 표준화된 5가지 범주의 32가지 통신 서비스 등으로 요약할 수 있다

BACnet은 그림 5.5에 나타난 바와 같이 OSI 7계층 가운데 4계층만을 가지는 구조로 되어 있다. BACnet에서는 통신에 반드시 필요한 기능만을 네트워크 계층 이하 하부계층에서 수행하도록 하고, OSI의 기능 가운데 상당 부분을 응용계층(Application layer)에 넘겨 놓고 있다. 물리계층과 데이터 링크계층에서 사용되는 여러 종류의 LAN들에 대한 개략적인 특징이 표 5.1에 요약되어 있다.

네트워크 계층은 하위 계층의 여러 LAN들을 연결하여, 이들간에 데이터 교환을 가능하도록 하는 계층이다. BACnet은 네트워크 주소와 노드 주소를 이용하여 각 device들의 주소를 충합 네트워크 내에서 유일(unique)하게 지정한다. 각각의 network들은 router에 의해 연결된다. BACnet에서는 두 device 사이에는 반드시 하나의 경로만이 존재해야 한다는 제한을 두고 있으며, 이 제한에 의해 router는 최적의 경로를 찾는 기능을 가질 필요가 없어지므로 네트워크 계층의 구조가 간단해 진다.
BACnet의 응용 계층에서는 빌딩자동화 관경에서 필요로 하는 18종류(예를 들어, Analog Input,· Analog Output, Binary Input, Binary Output, File 등)의 통신객체를 정의하고 있으며, 각각의 통신객체들은 다시 여러 가지 다른 propety들로 구성되어 있다. 사용자가 작성하는 응용 프로그램들은 이러한 통신객체와 propety에 접속함으로서 정보에 접근할 수 있으며, 따라서 모든 BACnet device들은 오직 통신객체를 통해서만 통신 서비스의 수행이 가능하다. BACnet에 접속되는 device는 이러한 통신객체들 가운데 필요한 것들만을 포함하여 응용 계층을 구성한다.
BACnet의 응용계층에서는 또한 발딩자동화 시스템의 구동에 필요한 통신서비스를 제공한다. BACnet에서 제공하는′통신서비스는 크게 다음과 같이 다섯개의 범주로 나뉘어진다.
●Alarm and Event Services device의 상태나 통신객체의 값이 변했음을 알리는 서비스
●File Access Services File을 읽거나 써넣는 서비스
●Object Access Services 통신객체에 접속하여 그 값들을 바꾸거나 읽어오는 서비스
●Remote Device Management Services 원격지 device의 관리를 위해 사용되는 서비스
●Virtual Terminal Services device 간에 가상 터미널 세션을 설정 및 해제하는 서비스
본 연구에서 제시하는 초대형 고층 건물의 화재 감지 및 모니터링 설비 기준 모델에서는 시스템의 유연성을 확보하기 위하여 BACnet을 적용하였다.
② ARCNET
본 연구에서는 초대형 고층 빌딩의 화재 감지 및 포니터링 설비의 back-bone 통신망으로 ARCNET을 선정하였다. 앞에서 언급한 바와 같이 빌딩자동화 통신망인 BACnet은 데이터 링크 계층에서 여러 통신 프로토콜을 수용한다. 이들 가운데 Ethemet과 LonTalk는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)라는 통신 방식을 채택하고 있는데, 이러한 통신 방식에서는 데이터 전송이 주어진 시간 내에 완료되어야 하는 실시간 통신의 요구사항을 만족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 또한, MS/TP와 PTP 방식을 전송 속도가 너무 느려 실시간 데이터 전송에 적합하지 않다. ARCNET은 최대 2.5 Mbps의 전송 속도를 가지며, token-passing 방식으로 동작되어 전송되는 데이터의 최대 지연시간을 예측할 수 있어 경보 및 모니터링과 같은 실시간데이터의 전송에 적합한 프로토콜이다 또한, 네트워크 내의 모든 스테이션들이 동등한 권한으로 데이터를 전송하는 peer-to-peer 방식으로 동작되어 통신망의 일부가 파손되어도 자동으로 통신망이 재설정되어 스테이션들 간에 국부적 통신이 가능하다. ARCNET은 개방형 프로토콜로 빌딩자동화 시스템의 공조 설비, 조명 설비, 전력 설비, 엘리베이터 설비 등의 다른 간에 인터페이스도 용이하게 이루어질 수 있다.
ARCNET는 OSI 계층 구조 가운데 물리 계층과 데이터 링크 계층만으로 구성된다. 데이터 링크 계층에서 채택하고 있는 토큰-패싱 방식에서는 토큰이라는 특수한 형태의 프레임이 네트워크 내의 각 스테이션을 차례로 방문하여 데이터 권한을 부여하는 방식이다. 토큰은 논리 링(logical ring)을 따라 전달되며, 이러한 토큰전달 패턴을 토큰루프라고 한다. 토큰 루프는 통신망 초기화 과정에서 자동으로 설정이 되며 station이통신망에 새로 들어오거나 혹은 빠져나갈 때 동작으로 재설정된다. 토큰은 가장 높은주소를 가지는 active station에서 가장 낮은 주소를 가지는 active station으로 주소의 크기에 따라 순서대로 전달이 된다. ARCNET의 MAC(Medium Access Control) 계층에서는 다음과 같은 기능들을 수행한다.
●네트워크 초기화 기능
●토큰 실종 감지
●스테이션 주소 인식
●프레임 생성
●FCS(Frame Check Sequence) 생성과 확인
●토큰 재생성과 인식
●새 스테이션의 추가와 삭제 ′
●스테이션 오류 복구
③ MS/TP . (Master - Slave/Token- Passing )
본 연구에서 제시하는 초대형 고충 건물의 화재 감지 및 모니터링 설비 기준 모델에서는 각 층에 설치된 화재 감지 패널과 건물 내 곳곳에 산재해 있는 감지기 · 액튜에이터들 사이의 통신을 위해 MS/TP 통신망을 사용한다. MS/TP 프로토콜은 EIA-485를 물리계층으로 하는 토큰 패싱 방식의 데이터 링크 프로토콜이다. 이 프로토콜은 BACnet의 하부계층으로 사용하기 위하여 제작된 프로토콜로서 단순한 기능의 장비를 저가로 제작하는데 효율적이다. MS/TP 프로토콜을 사용하는 장비는 크게 두 가지 부류로 나뉘게 된다. 하나는 마스터 노드이고 다른 하나는 슬레이브 노드이다. 마스터 노드는 토큰을 수신하여 슬레이브 노드들을 폴링하고 지정된 동작을 수행한 후 토큰을 다른 마스터 노드로 넘기게 된다. 이에 반해 슬레이브 노드는 자신이 직접 프레임을 전송하지 못하고 마스터 노드로부터 폴링을 받았을 때만 이를 전송할 수 있다. 본 연구에서 제시하는 화재 감지 및 모니터링 설비 기준 모델에서는 시스템의 가격을 낮추면서 유연성을 확보하기 위하여 MS/TP를 국부 통신망(Local Network)으로 선정하였다.
(다) 통신망 시뮬레이션 모델
지금까지 본 연구에서 제시된 화재 감지 및 모니터링 시스템 모델과 이러한 시스템의 네트워크 성능을 검증하기 위한 시뮬레이션 모델의 구성을 비교하여 보였고 각 통신망의 특성에 대하여 간략하게 기술하였다. 본 절에서는 화재 감지 및 모니터링 설비 시스템을 구성하는 화재 감지 패널, 중앙 제어 장비, 그리고 감지기 및 액튜에이터 모듈들이 어떻게 시뮬레이션 모델로 모델링 되었는지에 관한 내용 을 기술한다.
본 연구에서는 시뮬레이션 모델 제작 도구로 이산 사건 시스템 모델링 도구인 통하여 제작된 시뮬레이션 모델은 다양한 화재 조에 맞추어 쉽게 변형이 가능하도록 하기 위하 작하였다. 즉, 설비 모델을 개발하는데 ARENA를 사용하였다. 본 연구를 감지 및 모니터링 설비 모델의 구여 각 설비들을 모두 하나의 템플릿으로 필수적인 ARCNET과 MS/TP 마스터, 슬레이브 통신망 기능을 하는 템플릿을 기본적으로 제작하고, 이들을 사용하여 실제 화재 감지 및 모니터링 기능을 수행하는설비인 화재 감지 패널, 중앙 제어 장비, 감지기 및 액튜에이터에 대한 템플릿 모델을 개발하였다. 이러한 템플릿 형태의 모델은 필요에 따라 이미 제작된 템플릿을 수정 없이 사용하여 다른 종류의 화재 감지 및 모니터링 설비에 대한 시뮬레이션모델을 개발할 수 있기 때문에, 시뮬레이션 모델의 확장성을 증가시킨다.
그리고 모든 시뮬레이션 모델은 모두 통신망 기능을 수행하는 통신망 계층과 서비스를 처리하는 응용 계층의 두 계층으로 분리하여 개발하였다. 이러한 계층 구조는 공통적으로 사용되는 ARCNET과 MS/TP 통신망의 기능을 수정하지 않고 개발된 모델에 새로운 서비스를 쉽게 추가하여 시뮬레이션 할 수 있도록 한다. 또한 실제 화재 감지 및 모니터링 설비 시스템은 노드의 고장이나 통신망의 단절과 같이 정상적이지 못한 조건하에서 동작하게 될 수 있다. 이러한 비정상적인동작 환경하에서 시스템의 응답 성능을 정확하게 분석하기 위하여, 본 연구를 통하여 개발된 시뮬레이션 모델은 실제 통신망의 동작과 동일하게 동작하도록 제작하였고 통신망의 모든 에러 복군 및 통신망 재 설정 기능을 구현하였다
다음에는 본 연구를 통하여 개발된 화재 감지 및 모니터링 설비 시뮬레이션 모델을 구성하는 각 설비의 템플릿 모델에 대하여 기술한다.
① 중앙 제어 장비
중앙 제어 장비는 방재 중앙 통제실에 위치하며, 오퍼레이터가 하나의 단말기를 사용하여 건물 내 모든 화재 상황을 파악할 수 있도록 모니터링 기능을 제공한다. 또한 현재 건물 내에 발생한 화재 경보 상황과 설치된 설비의 고장 여부 등을 알아내어 화재 감지 및 모니터링 설비에 대한 관리를 가능하게 해 준다. 중앙 제어장비는 이중화된 ARCNET 네트워크를 통하여 각 층에 설치된 화재 감지 패널들과 통신을 한다.
중앙 제어 장비는 시스템의 모든 관제점과 제어점에 대해 접근 가능하여야 하므로, 시스템을 구성하는 설비의 구성이 변경되거나 위치가 변경될 때· 마다 동작 방식이 달라지게 된다. 예를 들어 특정 구역의 화재 발생 시 동작시켜야 하는 액튜에이터 모듈의 주소는 시스템의 구성에 따라 달라지게 된다. 이러한 경우 모든 모델을 수정하는 것은 상당히 비효율적인 작업이 아닐 수 없다. 따라서 본 연구에서는 중앙 제어 장비 시뮬레이션 모델을 실계 통신 프로토콜과 같이 계층 구조로 제작하여 하부의 통신 관련 모델의 수정 없이 다양한 서비스의 구현이 가능하게 하였다. 그림 5.6은 중앙 제어 장비 모델의 계층 구조를 보여준다.

그림 5.6과 같이 중앙 제어 장비의 시뮬레이션 모델을 계층화함으로서 하부ARCNET 통신 계층 모델의 수정 없이 중앙 제어 장비 응용 프로그램 모델의 수정만으로 다양한 설비 시스템에 시뮬레이션 모델을 변형 적용할 수 있도록 하였다.응용 프로그램 모델은 ARENA에서 제공하는 다양한 논리 블럭들을 사용하여 구성할 수 있으며, 필요에 따라 본 연구에서 정의하지 않은 서비스를 추가로 정의하고 사용하는 것이 가능하다. 중앙 제어 장비는 다음과 같은 통신 서비스를 수행한다.
·화재 감지 패널로부터 화재 감지 신호를 전달받아 적절한 액튜에이터를 동작시키는 서비스
·화재 감지 패널로부터 주기적인 업로드 서비스 요구를 받아 이를 처리하는 서비스
·비주기적으로 필요에 의하여_특정 패널의 데이터 베이스를 변경하는 다운로드 서비스 (비주기적 서비스를 발생시킬 수 있는 모듈을 별도로 개발하였다)
이러한 서비스에 사용는 프레임의 구조는 ARCNET 프레임 구조를 따랐으며 응용 계층에서 사용되는 데이터의 구조는 BACnet에서 사용되는 데이터 구조를 적용하였다. 다음 그림 5.7은 중앙 제어 장비 모델의 설정 창을 보여준다.

중앙제어 장비는 ARCNET을 통하여 시스템에 연결되어 있다. 따라서 중앙 제 위한 통신 파라미터를 설정어 장비의 설정 창에는 ARCNET을 사용하여 통신하기하여야 한다. 각 파라미터의 의미는 다음과 같다.
ID : ARCNET 노드의 번호를 의미한다. 1부터 256번까지 설정이 가능하다. 실제로ARCNE 규정에는 0에서 255번 노드까지 할당이 가능하도록 되어 있지만 시뮬레이션 도구인 ARENA의 내부적인 문제로 0번은 사용할 수 없으므로 1부터 256번까지 할당하도록 하였다. TIP(Timer, Identifier Precedence) 타이머는 그 길이가 Kx(255-lD)+0.3㎲로서 ID 크기에 따라 그 길이가 달라지게 된다. 실제 규정과는 달리 모델에서 ID가 1씩 크므로 타이머의 길이를 보정하여 줄 필요가 있다. 따라서 시뮬레이션 모델에서는 TIP 타이머의 길이를 K×(256-lD)0.3㎲ (K=146㎲)로 계산하여 원래 규정과 동일하도록 하였다.
PREVID, NEXTID : 하나의 화재 감지 패널은 서로 버스 형태의 네트워크에 연결되어 있다. PREVID, NEXTID 파라미터는 자신과 직접 연결된 다른 화재 감지패널의 ID를 설정하여 화재 감지 패널간의 버스 네트워크를 연결해 주는 파라미터이다. 본 모델에서는 화재 감지 패널이 연결된 순서에 따라 순서대로 ID를 갖도록 설정하였다.
ONTIME : 중앙 제어 장비가 초기화 되는 시간이다. 이 시간은 일반적으로 시뮬레이션 시작 시간인 0.0초 이지만, 특정 상황을 시뮬레이션 할 때 사용할 수 있도록 이 파라미터를 설정하였다. 만일 ONTIME 항목이 0.0초로 설정되지 않는다면, 중앙 제어 장비는 ONTIME 항목에 설정된 시간에 초기화되게 된다.
LEFT_BRKI, RIGHT_BRKI 이 파라미터는 중앙 제어 장비의 좌(하위)측과 우(상위)측의 네트워크가 물리적으로 단절되는 시간을 나타낸다. 이 항목이 0.0초이면네트워크의 단절은 발생하지 않는다. 만일 이 항목이 0.0초가 아니면, 지정된 시간에 네트워크가 물리적으로 단절되게 된다
LEFT_BRK2, RIGHT_BRK2 중앙 제어 장비는 이중화된 ARCNET 네트워크에 접속하여 동작한다. 이 파라미터는 보조 네트워크가 물리적으로 단절되는 시간을 나타내며 LEFT_BRKI, RIGHT_BRKI 파라미터와 동일한 기능을 갖는다.
PROPAGAT10N : 노드와 노드 사이에서 전기적인 신호의 신호 전달 지연시간 (propagration delay)을 초 단위로 나타내며, 리피터의 수나 ARCNET 노드 수에 의해 약간씩 달라진다.
LEFT_END, RIGHT_END : 이 파라미터는 네트워크 양 끝단의 터미네이션을 설정하는 것으로, 이 값이 1로 설정되는 경우는 노드가 네트워크상에서 물리적으로 마지막 노드일 경우이다. LEFT_END는 하위 ID쪽을 의미하고 RIGHT_END는 상위 E 쪽을 의미한다.
ITT :이 파라미터는 노드가 처음 시작할 때 토큰을 발생시킬지 여부를 설정하는 파라미터이다. ARCNET은 모든 노드가 동작을 시작하면 자동으로 네트워크를 초기화하여 토큰을 발생시킨다. 하지만, 이러한 과정에는 지연시간이 소요된다. 토큰이 안정적인 상태로 순환하는 상태에서의 시스템 성능을 알아보고자 하는 경우와 같이 특별히 토큰 재설정 과정을 생략하고 시뮬레이션을 수행할 때 사용할 수 있도록 하였다.
② 화재 감지 패널
화재 감지 패널은 각 층에 한대씩 설치되며, 각각의 단일 감지기와 액튜에이터들로부터 수집한 정보를 바탕으로 각 층의 화재 및 설비의 상태를 모니터링한다. 또한 화재의 발생이나 설비의 고장과 같이 오퍼레이터의 확인이 필요한 사건을 중앙 제어 장비로 알린다.
화재 감지 패널은 ARCNET을 사용하여 패널간 통신을 수행하고, MS/TP를 사용하여 감지기와 액튜에이터를 폴링한다. 따라서 이종의 프로토콜을 동시에 사용하고 이들 사이의 통신이 가능하도록 하여야 한다. 이를 위하여 화재 감지 패널 역시 계층 구조로 구현하였다. 그림 5.8은 화재 감지 패널 모델의 계층 구조를 보여준다.

그림 5.8에서 알 수 있듯이 화재 감지 패널은 ARCNET과 MS/TP 마스터 노드의 알고리듬이 시뮬레이션 모델로 구현되었다. 그리고 이 두 프로토콜을 연결하여 완전한 서비스를 수행할 수 있는 화재 감지 패널 응용 계층 프로그램 모델을 가지고 있다. 따라서 중앙 제어 장비 모델과 마찬가지로, 필요에 따라 본 연구에서 정의하지 않은 서비스나 제어 알고리듬을 구현할 수 있으며 이러한 경우 통신 계층모델은 변경되지 않는다.
화재 감지 패널은 본 연구에서 개발한 시뮬레이션 모델중 핵심이 되는 모델이며다음과 같은 통신 서비스를 수행한다.
감지기, 액튜에대터 모듈을 주기적으로 플링 하는 서비스
패널과 패널에 연결된 모듈에 이상이 없을 경우 주기적으로 중앙 제어장비에 이를 보고하는 서비스
화재 발생 시 이를 감지기 모듈로부터 전달받아 중앙 제어 장비에 알리는 비주기적 서비스
중앙 제어 장비의 명령에 의하여 액튜에이터를 동작시키거나 멈추는 서비스
감지기나 액튜에이터 모듈의 고장을 판단하고 이를 중앙 제어 장비에 알리는 서비스
중앙 제어 장비로 자신의 데이터 베이스를 주기적으로 업로드하는 서비스
중앙 제어 장비로부터 비주기적으로 다운로드 서비스 요구를 받고 자신의 데이터베이스를 갱신하는 기능
화재 감지 패널은 ACT PANEL과 DUMMY PANEL의 두 가지 모델로 구현되었다. ACT PANEL 모델은 ARCNET과 MS/TP 프로토콜이 모두 구현되어 있으며, 실제 화재가 발생하는 층에 적용하여 네트워크 시스템의 성능을 평가할 수 있도록 하는 모델이다. 이에 반하여 DUMMY PANEL 모델은 화재가 발생하지 않는 층에 적용하여 정상 상태를 계속 유지하며 ARCNET을 통하여 주기적으로 보고 및 업로드 서비스를 수행하는 모델이다. ACT PANEL 모델과 같이 두 개의 프로토콜이 내부에 구현되어 있는 모델은 모델 크기가 크며, 내부에서 발생되는 이벤트가 다른 모델에 비하여 많기 때문에 많은 시뮬레이션 시간을 소요하게 된다. 따라서 시뮬레이션 싱황에 따라 두 모델을 조합하여 전체 시뮬레이션 모델을 제작할 수 있도록 하였다.
아래의 그림 5.9는 화재 감지 패널의 파라미터 설정 창을 보여준다.

화재 감지 패널도 중앙 제어 장비와 마찬가지로 ARCNET 프로토콜을 사용한다. 따라서 중앙 제어 장비와 동일한 방법으로 ARCNET 파라미터를 설정할 수 있다. 그림 5.9에서 좌측 열에 나타나는 파라미터들은 모두 ARCNET 관련 파라미터이고, 각각의 내용은 중앙 제어 장비의 경우와 동일하다.
그림 5.9의 우측 열에 나타나는 파라미터는 ARCNET을 통하여 화재 감지 패널이 주기적으로 전달하는 서비스 프레임을 스케듈링 하는 파라미터이다. 각 파라미터의 의미는 다음과 같다.
START_TIME : 화재 감지 패널은 MS/TP 네트워크를 통하여 감지기와 액튜에이터 모듈을 주기적으로 폴링한다. 그리고 화재나 모듈의 고장등과 같은 특별한 이벤트가 발생하지 않은 경우 주기적으로 정상 상태를 중앙 제어 장비로 보고한다. 이 파라미터는 현재 화재 감지 패널이 모니터링 하는 지역에 이상이 없음을 보고하는 프레임의 최초 생성 시간을 의미한다.
REPORT_CYCLE : 이상 없음을 보고하는 보고 주기를 결정하는 파라미터이다.
FRAME_LENGTH : 이상 없음을 보고하는 서비스 프레임의 길이를 설정하는 파라미터이다. 서비스 프레임은 시스템 구성에 따라 변경될 수도 있으므로 각 화재감지 패널마다 이 파라미터를 서로 다르게 설정할 수 있도록 하였다.
UP_START : 화재 감지 패널은 주기적으로 자신의 데이터베이스를 중앙 제어장비로 업로드하여 시스템 데이터 베이스를 갱신한다. 이러한 서비스가 처음 시작되는 시간을 이 파라미터에 설정한다.
UP_CYCLE : 화재 감지 패널의 업로드 서비스 수행 주기를 초 단위로 설정한다.
SYSINFO_LENGTH : 업로드 서비스는 한번의 서비스로 수행될 수 없다. 그 이유는 하나의 화재 감지 패널이 관리하는 여러 관제점 및 제어점의 모든 정보가 하나의 프레임으로 구성될 수 없을 만큼 크기 때문이다. 따라서 업로드 서비스는 여러 번의 서비스 프레임을 사용하여 수행되게 되는데, 이중 시스템 정보를 전달하는 서비스 프레임의 길이를 이 파라미터에 설정한다.
SENSORINFO_LENGTH : 업로드 서비스 프레임 중 센서 정보를 전달하는 프레임의 길이를 이 파라미터에 설정한다.
ACTINFO_LENGTH : 업로드 서비스 프레임 중 액튜에이터 정보를 전달하는 프레임의 길이를 이 파라미터에 설정한다.
ZONEINFO_LENGTH : 업로드 서비스 프레임 중 화재 감지 패널이 관리하는 지역의 구역 정보를 전달하는 프레임의 길이를 이 파라미터에 설정한다
POINTINFO_LENGTH : 업로드 서비스 프레임 중 감
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