JP2008085467A - 遠隔監視制御装置、及びそれを備えた空気調和システム、照明システム、ホームセキュリティシステム、家庭用電化機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】IPネットワークと接続するネットワーク接続インターフェース2と、監視制御対象の機器と接続する設備機器接続インターフェース3と、データの送受信バッファ7と、データの送受信を制御する送受信制御手段4とを備え、IPネットワークを介して監視制御パケットを送受信することにより、機器を遠隔監視制御する装置であって、送受信制御手段4は、ネットワーク接続インターフェース2が遠隔制御パケットを受信した際には、当該パケットを、1パケット受信単位毎に前記送受信バッファに格納するとともに、格納したパケットを、設備機器接続インターフェース3に逐次出力するように制御することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
ビル設備用の遠隔監視制御可能な集中コントローラはコントローラ1台に対し空気調和機などの設備機器が数十台接続可能であり、設備機器の制御機能とネットワークへの接続機能、設備機器の情報収集機能などを備える。さらに高機能なものでは、HTTPサーバ機能やGUI(Graphical User Interface)などを備えるものがある。
しかし、設備機器数台程度の小規模システムに対する遠隔監視制御を実現するにはオーバスペックであり、大型、高コストである。
IPネットワークと接続する第1インターフェースと、
監視制御対象の機器と接続する第2インターフェースと、
データの送受信バッファと、
データの送受信を制御する送受信制御手段とを備え、
IPネットワークを介して監視制御パケットを送受信することにより、機器を遠隔監視制御する装置であって、
前記送受信制御手段は、
前記第1インターフェースが遠隔制御パケットを受信した際には、
当該パケットを、1パケット受信単位毎に前記送受信バッファに格納するとともに、
格納したパケットを、前記第2インターフェースに逐次出力するように制御することを特徴とするものである。
これにより、遠隔監視制御装置の処理を行うマイクロプロセッサとして、メモリ容量が小さく、処理性能の低い安価なマイクロプロセッサを使用することが可能となるとともに、装置全体の小型化および低コスト化が可能となる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る遠隔監視制御装置の構成図である。
図1において、本実施の形態1に係る遠隔監視制御装置1は、設備機器10とネットワーク11とに接続されている。ネットワーク11は、例えばIPネットワークである。
遠隔監視制御装置1は、ネットワーク11に接続されている遠隔監視サーバ12の指示に基づき、設備機器10を遠隔監視制御する機能を提供する。
なお、設備機器10の例として、空気調和システムのリモートコントローラや、照明システムのリモートコントローラ、ホームセキュリティシステム、家庭用電化製品などがある。ここでは空気調和システムのリモートコントローラを想定する。
ネットワーク接続インターフェース2は、遠隔監視制御装置1がネットワーク11へ接続するためのインターフェースを提供する。
設備機器接続インターフェース3は、遠隔監視制御装置1が設備機器10へ接続するためのインターフェースを提供する。
送受信制御手段4は、遠隔監視に用いる設備機器10の各種データ(動作状態、各機器設定、消費電力量、消費電力量の時間変化など)を遠隔監視サーバ12へ送信するとともに、遠隔監視サーバ12が設備機器10を遠隔制御するための制御指令を受信する。
パケット形成手段5は、送信するデータを使用する通信手段に応じた通信プロトコルのパケットとして形成する。
パケット解析手段6は、受信したパケットに対して通信で使用するプロトコルに応じたヘッダ解析の実施と、制御指令を含んだパケットのペイロード部を設備機器へ転送する処理を行う。
送受信バッファ7は、パケットの送受信時に送受信するパケットを一時的に保持する。
また、「第2インターフェース」は、設備機器接続インターフェース3がこれに該当する。
イーサネット(登録商標)コントローラドライバ2aは、イーサネット(登録商標)コントローラ2bを制御するものである。イーサネット(登録商標)コントローラ2bは、デジタル信号と電気信号との変換を行うハードウェアである。
設備機器接続インターフェース3は、シリアルコントローラドライバ3aとシリアルコントローラ3bから構成される。
シリアルコントローラドライバ3aは、シリアルコントローラ3bを制御するものである。シリアルコントローラ3bは、デジタル信号と電気信号との変換を行うハードウェアである。
イーサネット(登録商標)コントローラドライバ2a、シリアルコントローラドライバ3a、送受信制御手段4、パケット形成手段5、及びパケット解析手段6は、マイクロプロセッサ22上に実装されるソフトウェアとして構成することができる。
送受信バッファ7は、マイクロプロセッサ22が有するRAM(Random Access Memory)上に構成することができる。
送受信制御手段4が通信パケットの送受信に使用する方法として、HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)、telnet、電子メールなどがある。
本実施の形態1においては、通信方法として電子メールを使用するものとする。
遠隔監視制御装置1と遠隔監視サーバ12とは、遠隔監視データおよび遠隔制御コマンドの送受信に際し、相互に直接接続して通信を行うのではなく、ネットワーク11に接続されたメールサーバ13を介して行う。
なお、使用するプロトコルはこれに限られるものではなく、電子メールの送受信に用いられる任意のプロトコルを用いることができる。例えば、受信に監視IMAP4(Internet Mail Access Protocol Version4)を用いてもよい。
このとき、送受信制御手段4は、ネットワーク接続インターフェース2、設備機器接続インターフェース3、パケット生成手段5、パケット解析手段6、送受信バッファ7のそれぞれの制御を行う。
ネットワーク接続インターフェース2の制御では、送受信バッファ7上に構成されたパケットをネットワーク11上へ出力させ、ネットワーク接続インターフェース2が受信したパケットを送受信バッファ7に格納する処理を行う。
また、設備機器接続インターフェース3の制御では、送受信バッファ7上に格納された受信パケットの所定領域のデータを設備機器接続用インターフェース3を介して設備機器10に送信する処理と、設備機器10から得られた遠隔監視用データを送受信バッファ7の所定領域に順次コピーする処理を行う。
これらの処理は、基本的に各プロトコルに準拠した処理を行うものとする。たとえば、TCP層でのコネクションの確立や、フロー制御、再送処理などのTCPにおけるプロトコル処理およびTCP、IP、イーサネット(登録商標)パケットのヘッダ作成処理である。
TCPのコネクション確立のシーケンス処理に用いるパケットの作成と応答やARP(Address Resolution Protocol)によるアドレス解決の要求や応答の処理は、送受信制御手段4を用いずに、パケット形成手段5にて処理を行う。
ヘッダ部の解析では、パケットの宛先とエラーを判断し、同時にパケットの種類を判別する。
パケットが自分宛で且つエラーがなく、その種類が上位層つまりSMTPあるいはPOPのものであった場合は、送受信制御手段4を呼び出し、処理を移管し、TCP層以下のものであれば、必要に応じてパケット生成手段5を呼び出し、処理を移管し、受信パケットに応じた応答パケットの作成など、プロトコル処理を完了するための処理を行う。
受信メールがあった場合は、受信メール取得を行いながら、メール中の制御指令部分を設備機器10へ転送する。
このときの処理は、(1)TCP接続要求、(2)メールサーバ13からの応答、(3)TCP接続の確立、(4)POPコマンドの送信、(5)POPコマンドの応答、(6)メールの受信、(7)切断、の順で行われる。
上記(1)〜(7)それぞれのステップにおける、図1に示す遠隔監視制御装置1の各要素の動作を以下に示す。
送受信制御手段4は、メールサーバ13とのTCPレベルでの接続の確立をパケット形成手段5に依頼する。
バケット形成手段5は、TCPプロトコルに応じたメールサーバ13との接続確立のためのパケットを送受信バッファ7上に形成し、形成完了を送受信制御手段4に通知する。
送受信制御手段4は、パケット形成手段5から得られたパケット形成完了通知を受け、ネットワーク接続インターフェース2に対し、パケット送信要求を出す。
ネットワーク接続インターフェース2は、送受信制御手段4によるパケット送信要求により、送受信バッファ7に形成されたパケットを電気信号としてネットワーク11に送信する。
メールサーバ13は、遠隔監視制御装置1より送信された接続確立のためのパケットを受信し、その応答パケットを遠隔監視制御装置1宛に送信する。
メールサーバ13からの応答パケットは、ネットワーク接続インターフェース2により受信され、送受信バッファ7に格納される。
ネットワーク接続インターフェース2は、受信があったことを送受信制御手段4に通知する。
送受信制御手段4は、ネットワーク接続インターフェース2より受信通知を受け取ると、パケット解析手段6にパケットの解析を依頼する。
パケット解析手段6は、送受信バッファ7上の受信パケットのヘッダ部を解析し、エラーの判定と、宛先アドレス、ポートなどの取得を行う。
エラーパケットや、宛先アドレス又はポートに異常があるパケット(対応するものが存在しないなど)は破棄する。
受信パケットがメールサーバ13との接続確立のための応答パケットであった場合は、パケット形成手段5に通知し、応答パケットの形成を依頼する。
パケット形成手段5は、送受信バッファ7へのパケット形成と送受信制御手段4へのパケット形成完了通知、パケット形成完了通知による送受信制御手段4のネットワーク接続インターフェース2へのパケット送信要求出力、ネットワーク接続インターフェース2のネットワーク11へのパケット送信を行い、ネットワーク接続インターフェース2によるパケット受信と送受信バッファ7への格納、送受信制御手段4への受信通知、受信通知による送受信制御手段4のパケット解析手段6へのパケット解析依頼出力、を繰り返し実行し、遠隔監視制御装置1とメールサーバ13とのTCP接続を確立する。
パケット形成手段5は、TCP接続の確立後、送受信制御手段4へTCP接続確立を通知する。
送受信制御手段4は、TCP接続確立の通知を受け、POPプロトコルに従いPOPによるメールサーバ13への接続を行う。送受信制御手段4では、パケット形成手段5に対し、POP接続のためのPOPコマンドを含むパケットの形成を依頼する。
なお、POPはTCPの上位プロトコルであるため、パケット形成手段5はTCPパケットを形成する。
このとき、TCPパケットのペイロード部にPOPコマンドが入るが、POPコマンドとPOPの状態管理は送受信制御手段で行う。
パケット形成手段5は、前述したTCPの接続確立時と同様に、パケット形成完了後、送受信制御手段4へパケット形成完了を通知し、パケット形成完了通知による送受信制御手段4のネットワーク接続インターフェース2へのパケット送信要求出力、ネットワーク接続インターフェース2のネットワーク11へのパケット送信の流れで処理を行う。
POPコマンドの送信に対し、メールサーバ13よりTCPレベルあるいはPOPレベルでの応答として応答パケットが送信される。
応答パケット受信時は、TCP接続確立時のパケット受信時と同様に、ネットワーク接続インターフェース2によるパケット受信、送受信バッファ7への格納、送受信制御手段4への受信通知、受信通知による送受信制御手段4のパケット解析手段6へのパケット解析依頼出力、の流れで処理を行う。
パケット解析手段6が受信したパケットがTCP層以下のものであった場合は、パケット形成手段5に処理を依頼し、POP層の応答が含まれている場合は送受信制御手段4に処理を依頼する。
その後それぞれの手段により必要に応じて送信パケットの形成と送信が行われる。
以上のような送信処理と受信処理を繰り返し実行し、POPの接続を確立する。
POP接続の確立後、POPの手順に従いメールボックスのメールを確認し、メールがある場合にそのメールの受信を行う。
メール受信時は、パケット解析手段6によるプロトコル処理後、送受信制御手段4において送受信バッファ7のペイロード部(メール本文部)を、設備機器接続インターフェース3を介して設備機器10へ送信する。
このとき、電子メールでは、メール本文の領域にメールサーバなどにより付加されるメールヘッダ部分が存在するが、送受信制御手段4にてメールヘッダ部を除去し、必要な制御指令部のみを設備機器10に送信するようにしてもよい。
メールヘッダを除去しない場合は、メール本文の全てを設備機器10に送信し、設備機器10側で制御指令部の取り出しを行うようにすればよい。あるいはメールサーバ13にてメールヘッダを除去するようにしてもよい。
また、送受信バッファ7から設備機器接続インターフェース3へデータを転送する際にMIME(Multipurpose Internet Mail Extension)による文字列データのデコードを実施してもよい。
遠隔制御コマンドを含んだ電子メールを受信した後は、接続時の処理と同様に、送受信制御手段4、パケット形成手段5、パケット解析手段6、送受信バッファ7、及びネットワーク接続インターフェース2を用いて、各プロトコルに応じた手続きによりPOPおよびTCPの切断を行う。
なお、パケット受信時において、TCP層のレベルで確認応答(ACK)パケットを送信しなければならないが、ネットワーク接続インターフェース2と設備機器接続インターフェース3との物理的な通信速度の差により、TCP層でのタイムアウト処理が発生しないように、確認応答パケットは、設備機器10へのデータ転送が完了した後に送信するようにする。
本発明においては、プロトコル設定、送受信バッファ7におけるデータ入出力、及びパケット解析と形成時のプロトコル処理において、ROMやRAMの容量を小型化するための工夫を行っている。
IPプロトコルでは、下位層の送信可能な最大パケットサイズを実現するためにパケットを最大パケットサイズで分割するIPフラグメンテーション機能がある。
しかし、本発明に係る遠隔監視制御装置1では、フラグメンテーション(分割)と再構築処理によるオーバヘッド削減と、マイクロプロセッサ22のRAM(=送受信バッファ7)使用量削減のため、プロトコル処理を実施するパケット形成手段5およびパケット解析手段6において、IPフラグメンテーションを行わないものとする。
また、IPフラグメンテーションを行わないようにするため、メールサーバ13とのTCP接続確立の際に、TCPオプション機能を使用し、オプションのMSS(Maximum Segment Size)を送受信バッファ7のサイズより小さくなるように設定する。
これにより、IPフラグメンテーション機能が実行されて、IP層でパケットが強制的に分割されることを防止できる。
遠隔監視サーバ12の送信した指令メールのサイズがMSSより大きい場合は、受信メールが複数のパケットに分割されて受信される。
このとき、遠隔監視制御装置1上で全ての分割パケットを受信し、再構築した後に設備機器10に送信するのではなく、1パケット毎にペイロード部の取り出しと設備機器10への送信を行い、受信パケットは送受信バッファ7以外に保持しないようにする。
一般的に、パーソナルコンピュータやワークステーションのような機器で用いられる通信プロトコルでは、OSI階層モデルに基づき、TCP、IP、イーサネット(登録商標)など階層的に分割され、送信時は上位層から下位層へと経由して順に処理され、パケットが形成される。
本発明に係る遠隔監視制御装置1では、TCP/IP層の上位層でSMTPおよびPOPプロトコルのように使用される条件が限定されていることから、パケット形成手段5において、OSI階層モデルを階層後とに分割して処理を行わず一括して送信パケットの生成を行う。
ここでの例では、TCP、IP、イーサネット(登録商標)のパケット生成に層を分割せずに一括して送信パケットの生成を行うものとする。
このように、RFCに示される全ての機能を実装しないようにすることで処理の簡略化とソフトウェアサイズの削減を行う。例えば、TCPにおいては状態管理など複雑な処理があるものの、上記のように実装することで、パケット生成(ヘッダ付与など)の一括処理が容易となる。
また、省略可能な機能の一例として、パケットの中継、アドレス変換、複数のネットワーク接続インターフェースへの対応、ICMP(Internet Control Message Protocol)によるネットワーク管理の一部機能、IPのオプション機能、IPフラグメント、輻輳回避、RTT(Round Trip Time)の計測があげられる。
必要な機能および省略可能な機能については、使用される環境やシステム条件、ハードウェア資源などにより適宜調整を行う。
また、遠隔監視制御装置1からメールサーバ13への遠隔監視データの送信の場合、ヘッダ部の送信の後、設備機器接続インターフェース3からデータを所定サイズごと(たとえば1バイトごと)に受信するとともにネットワーク接続インターフェース2へ逐次転送することで、送信パケットを送信してもよい。
一方、メールサーバ13から遠隔監視制御装置1へのメール受信の際は、受信パケットを遠隔監視制御装置1上に保持せず、受信したパケットの受信とともに逐次設備機器10へデータを転送する(たとえば1バイトごと)ようにしてもよい。
なお、この場合は、送受信バッファ7の容量をパケットサイズよりも小さくできるが、上述のように各インターフェースの速度が十分であれば、特段の問題はない。
このように構成することで、メモリをさらに小型化することができる。
同様に、遠隔監視サーバ12から送信された遠隔監視指令を設備機器10が処理した結果を応答メールとして遠隔監視サーバ12宛メールサーバ13のメールボックスに送信する。
このときの処理は、(1)TCP接続要求〜TCP接続の確立、(2)SMTPコマンドの送信、(3)SMTPコマンドの応答、(4)メールの送信、(5)切断、の順で行われる。
上記(1)〜(5)それぞれのステップにおける、図1に示す遠隔監視制御装置1の各要素の動作を以下に示す。
送受信制御手段4は、所定間隔で設備機器接続インターフェース3を介して設備機器10に送信要求があるか否かを問い合わせた結果、設備機器10から送信要求ありの応答が得られた場合、あるいは設備機器10が設備機器接続インターフェース3を介して、遠隔監視制御装置1に送信要求を出力した場合、及び、遠隔監視サーバ12からの遠隔制御コマンドメールを受信し遠隔制御コマンドを設備機器10に送信後、機器からの結果応答を返信する場合に、SMTPを用いてメールサーバへ電子メールを送信する。
SMTPもPOPと同様にTCPの上位プロトコルであるので、前述したPOP接続前のTCP接続確立処理と同様の処理でTCP接続確立を行う。ここでのTCP接続確立時の流れは前述したものと同様であるため省略する。
TCP接続の確立後、パケット形成手段5は送受信制御手段4へTCP接続確立を通知する。TCP接続確立の通知を受け、送受信制御手段4はSMTPプロトコルに従いSMTPによるメールサーバ13への接続を行う。
送受信制御手段4では、パケット形成手段5に対し、SMTP接続のためのSMTPコマンドを含むパケットの形成を依頼する。
なお、SMTPはTCPの上位プロトコルであるため、パケット形成手段5はTCPパケットを形成する。
このとき、TCPパケットのペイロード部にSMTPコマンドが入るが、SMTPコマンドとSMTPの状態管理は送受信制御手段4で行う。
前述したTCPの接続確立時と同様に、パケット形成完了後、パケット形成手段5は送受信制御手段4へパケット形成完了を通知し、パケット形成完了通知による送受信制御手段4のネットワーク接続インターフェース2へのパケット送信要求出力、ネットワーク接続インターフェース2のネットワーク11へのパケット送信の流れで処理を行う。
SMTPコマンドの送信に対し、メールサーバ13よりTCPレベルあるいはSMTPレベルでの応答として応答パケットが送信される。
応答パケット受信時はTCP接続確立時のパケット受信時と同様に、ネットワーク接続インターフェース2によるパケット受信と送受信バッファ7への格納、送受信制御手段4への受信通知、受信通知による送受信制御手段4のパケット解析手段6へのパケット解析依頼出力、の流れで処理を行う。
パケット解析手段6が受信したパケットがTCP層以下のものであった場合は、パケット形成手段5に処理を依頼し、SMTP層の応答が含まれている場合は送受信制御手段4に処理を依頼する。
その後それぞれの手段により必要に応じて送信パケットの形成と送信が行われる。
以上のような送信処理と受信処理を繰り返し実行し、SMTPの接続を確立する。
SMTP接続の確立後、SMTPの手順に従いメール本文の送信を行うが、メールヘッダの送信後、遠隔監視データ送信のため、送受信制御手段4はパケット形成手段5に送受信バッファ7上にパケットヘッダの形成を依頼する。
その後、送受信制御手段4は、設備機器接続インターフェース3を介して設備機器10に遠隔監視データを要求する。
設備機器10は、送受信制御手段4からの遠隔監視データ要求に対し、設備機器接続インターフェース3を介して、遠隔監視データを遠隔監視制御装置1へ送信する。
遠隔監視制御装置1では、送受信制御手段4により、設備機器接続インターフェース3を介して送信された遠隔監視データを、送受信バッファ7に収められたメールヘッダ以降に順次追加し、送受信バッファ7がいっぱいになったところで、ネットワーク接続インターフェース2に指示を出し、パケットの送信を行う。
遠隔監視データがなくなるまで、パケット形成手段5による送受信バッファ7へのヘッダ作成、設備機器10への遠隔監視データ要求、設備機器10からの遠隔監視データの受信と送受信バッファ7への格納、ネットワーク接続インターフェースによるパケット送信を繰り返す。
このとき、設備機器10から受信した遠隔監視データを送受信バッファ7に格納する際に、MIMEによる文字列エンコード処理を実行してもよい。
遠隔監視データの送信完了後は、接続時の処理と同様に、送受信制御手段4、パケット形成手段5、パケット解析手段6、送受信バッファ7、ネットワーク接続インターフェース2を用いて、各プロトコルに応じた手続きによりSMTPおよびTCPの切断を行う。
このようにすることで、ネットワーク接続インターフェース2と設備機器接続インターフェース3とが同時にデータを受信することを極力避けるようにすることができる。
これにより処理能力の低いマイクロプロセッサに対して処理負荷の軽減を図ることが可能である。
暗号化・復号化手段8とエンコード・デコード手段9は、マイクロプロセッサ22上にソフトウェアとして、あるいは回路デバイスなどのハードウェアを用いて実装することができる。
暗号化に際しては、送信パケットを構築している最中に所定のサイズ毎に暗号化を実施し、送受信バッファ7上のデータを暗号化されたデータに置き換える。
復号化に際しては、送受信バッファ7に納められた受信パケットに対し復号化を行い送受信バッファ7に上書きするか、あるいは復号後に設備機器接続インターフェースに転送してもよい。
受信時は、受信パケットのペイロード部をデコードし、デコードしたものをそのまま設備機器接続インターフェース3を介して設備機器10に転送する。
図3において、メールサーバへの接続に関し、POP接続の場合をPOPサーバへの接続、SMTP接続の場合をSMTPサーバ接続としている。
各メールサーバへの接続、データの送受信、メールサーバとの切断時における遠隔監視制御装置1の各要素の動作は前述した受信時の動作および送信時の動作と同様である。そのため、以下の説明ではこれらの説明を省略する。
設備機器10の遠隔監視動作を開始する。遠隔監視制御開始時のリトライ回数は0にクリアする。
(STP2)
遠隔監視サーバ12からの遠隔制御コマンドメール確認までの時間が経過したか否かを判定する。判定の結果時間が経過していたらSTP3に進む。時間が経過していない場合はSTP22に進む。
(STP3)
POPサーバと接続し、STP4に進む。
(STP4)
POPサーバ上の遠隔監視制御装置1あての受信メールを確認し、メールがあった場合はSTP5に進む。メールがなかった場合はSTP16に進む。
(STP5)
メールの受信とともに遠隔制御コマンド部を設備機器10へ送信し、STP6へ進む。
(STP6)
POPサーバから切断し、STP7に進む。
(STP7)
メールの取得と設備機器10への送信が成功したかを判断し、成功した場合はSTP8に進む。失敗の場合はSTP17に進む。
(STP8)
SMTPサーバと接続し、STP9に進む。
(STP9)
設備機器10から遠隔制御コマンドに対する応答を取得し、メールとしてSMTPサーバに送信しSTP10に進む。
(STP10)
SMTPサーバから切断し、STP11に進む。
(STP11)
メール送信が成功したかを確認し、成功した場合STP12に進む。メール送信に失敗した場合はSTP17に進む。
(STP12)
POPサーバと接続し、STP13に進む。
(STP13)
POPサーバ上の処理の完了した受信メールの削除を行い、STP14に進む。
(STP14)
POPサーバから切断し、STP15に進む。
(STP15)
リトライ回数をクリアし、STP22に進む。
(STP16)
POPサーバと切断し、STP22に進む。
(STP17)
リトライ回数のチェックを行い、リトライ回数が所定値以下であれば、STP21に進む。リトライ回数が所定値を超えた場合は、STP18に進む。
(STP18)
SMTPサーバに接続し、STP19に進む。
(STP19)
リトライ回数が超過したことをエラーメールとして送信し、STP20に進む。
(STP20)
SMTPサーバから切断し、STP12へ進む。
(STP21)
リトライ回数をクリアし、STP3に戻る。
(STP22)
設備機器10への問い合わせ時間が経過したか否かを判断する。問い合わせ時間が経過していた場合は、STP23へ進む。問い合わせ時間が経過していなかった場合は、STP2に戻る。
(STP23)
設備機器10への遠隔監視データの送信要求があるか否かの問い合わせを実行し、STP24に進む。
(STP24)
送信要求があった場合は、STP25に進む。送信要求がなかった場合は、STP2へ戻る。
(STP25)
SMTPサーバへの接続を行い、STP26へ進む。
(STP26)
遠隔監視データを設備機器10から取得し、メールとして送信し、STP27へ進む。
(STP27)
SMTPサーバから切断し、STP2へ戻る。
このときは、DHCPやDNSは下位層プロトコルにUDPプロトコルが必要となるため、パケット形成手段5およびパケット解析手段6にUDPプロトコルを実装する。
送受信バッファ7を送信時と受信時で共有化し、また、送受信データを全てバッファに蓄えず逐次インターフェースへ転送するようにしたので、ソフトウェアで使用するRAM容量(=送受信バッファ7の容量)を削減することが可能となる。
これにより、装置全体の小型化や低コスト化を図ることができる。
TCPのMSS(Maximum Segment Size)オプションを用いて、ネットワーク接続インターフェース2が送受信するパケットサイズが、送受信バッファ7の容量よりも小さくなるようにしたので、IPフラグメンテーションの発生を抑制し、プロトコル処理が複雑化することを回避できる。
さらには、送受信バッファ7のサイズは、ネットワーク接続インターフェース2と設備機器接続インターフェース3との速度差に基づき、1パケット分のデータの送受信処理に費やす時間が各プロトコルのタイムアウト時間などの時間的制約により通信に問題が生じないサイズに調整されているので、RAMを小容量化したことによる通信制限が発生することはない。
遠隔監視制御に用いる通信手段として、通信手順が簡易でソフトウェア負荷の低い電子メールを用いるものとした。これにより、遠隔監視制御装置1における主な機能は、設備機器10が受信する遠隔制御コマンドの電子メールからの取り出し機能と、設備機器10が送信する遠隔監視データのメールパケットへの変換機能となる。
このため、通信プロトコル処理以外に必要となる遠隔監視制御装置1に必要なアプリケーションソフトウェアはデータ変換のためのアプリケーションのみとなり、簡易な構成で実現でき、ソフトウェア負荷を低減することが可能となる。
したがって、マイクロプロセッサ22は処理能力の低い小型のものを採用でき、装置全体の小型化や低コスト化を図ることができる。
パケット形成および解析において、プロトコルのOSI階層に沿って処理するのではなく、複数の階層の処理を一括して行うこととし、さらに必要最低限のプロトコル機能を実装することとしたので、通信処理に用いるプロトコル処理が簡略化され、ソフトウェアの負荷を軽減することができるとともに、ソフトウェアが使用するROMサイズを削減することが可能となる。
メールサーバ13への遠隔制御コマンドメールの確認処理と、設備機器10への遠隔監視データの有無の問い合わせとを、遠隔監視制御装置1が主体的に行い、それらの処理が同時に発生しないようにしたので、遠隔監視制御装置1の処理負荷を低減することが可能となる。
負荷状態に応じて監視制御パケットの送信または受信の間隔を調整するので、ROMやRAMを小容量化しても、マイクロプロセッサ22の処理能力を超過してしまうようなことはない。
これにより、小規模空気調和システムなどの小規模システムに対して、小型で安価な遠隔監視制御機能を追加することが可能となる。
また、小規模なシステムが用いられる小規模店舗や個人住宅に対してもADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)などの安価な通信手段が使用可能となり、機器の低コスト化だけでなく、遠隔監視制御にかかる通信費を抑えることも可能となる。
このため、設備機器と遠隔監視制御装置とを別構成とし、必要に応じて、遠隔監視制御機能を付加することで、遠隔監視制御無しの時のシステムのコストを抑えることが可能となる。
また、後から遠隔監視制御の要求があった場合であっても、後付で遠隔監視制御装置を追加することが可能であり、柔軟な設置が可能となる。
図4は、本発明の実施の形態2に係る遠隔監視制御装置の構成図である。
図4に示す本実施の形態2に係る遠隔監視制御装置1は、図1に示す実施の形態1における遠隔監視制御装置1と基本的な構成は同様であるが、ネットワーク接続インターフェースが異なる。
なお、図4において図1と同じ番号の構成要素は同一要素を示すため、ここでは説明を省略する。
ネットワーク接続インターフェース14は、インターフェースに接続されるUSB機器の制御とデジタル信号を電気信号に変換するためのハードウェアであるUSBホストコントローラ14bと、USBホストコントローラ14bを制御するためのソフトウェアであるUSBホストドライバ14aとからなる。
なお、USBホストドライバ14aには、接続されるUSB機器15を制御するためのUSB機器用ドライバソフトウェアも含まれるものとする。
本実施の形態2に係る遠隔監視制御装置では、設備機器10に接続した後、ネットワーク接続インターフェース14に接続するUSB機器15を頻繁に変更することは想定していないため、限定されたUSB機器15に対応したUSBホストドライバ14aのみの搭載であっても問題となることはほとんどない。
図5において、通信手段は無線ではなく有線となり、電話回線やISDN(Integrated Services Digital Network)回線により電話局17と接続され、ISP(Internet Service Provider)などを経由してネットワーク11へ接続される。
また、ネットワーク接続インターフェース14として、USBではなく直接接続可能なシリアルインターフェースとしてもよい。
このように、ネットワーク接続インターフェース14をシリアルインターフェースとした場合は、遠隔監視制御装置1は2つのシリアルインターフェースを持つこととなる。
ネットワーク接続インターフェース14をUSBインターフェースとしたので、イーサネット(登録商標)ケーブルの設置されていない場所であっても、USB機器15に無線通信が可能なものを採用することで、ネットワーク11への接続が可能となる。
また、一つの無線通信手段を実装するのではなく、USBとしたので、PCにおけるUSB機器の普及を背景に、実使用環境に応じた通信手段の選択が可能となり、遠隔監視制御装置の設置の自由度を向上させることが可能となる。
また、上記のように遠隔監視制御装置上に搭載するUSBホストドライバは接続されるUSB機器のみとすることにより、必要とされるROMあるいはRAM容量の削減を図ることが可能となる。
図6は、本発明の実施の形態3に係る遠隔監視制御装置1の構成例である。
本実施の形態3に係る遠隔監視制御装置1は、図1におけるマイクロプロセッサ22のようなハードウェアにより構成される要素を、FPGA(Field Programmable Gate Array)あるいはCPLD(Complex Programmable Logic Device)のようなプログラム可能デバイス上に構成した点が、実施の形態1と異なる。
図6において、図1に示した遠隔監視制御装置1の要素で同じ番号の要素は同じものを示している。このため、処理動作についても同じである。このためこれらについてはここでの説明は省略する。
図1と異なる要素として、プログラム可能デバイス20と、プログラム可能デバイス20上に構成されたプロセッサコア部21がある。
また、プログラム可能デバイス20内のパケット形成手段5と、パケット解析手段6と、送受信バッファ7とは、ハードウェアとして構成される。
パケット形成手段5の処理において、宛先アドレスやプロトコル番号、チェックサム導出、CRC(Cyclic Redundancy Check)導出などの固定処理や演算処理などのハードウェア処理に適した処理はハードウェアとして構成し、プロトコルの状態管理や、処理シーケンスの管理などソフトウェアに適した処理はソフトウェアで構成する。
パケット解析手段6の処理において、宛先アドレスやプロトコルのチェック、チェックサムのチェックやCRCのチェックなどのハードウェアに適した処理はハードウェアとして構成し、通信プロトコル上の状態チェック、可変領域の確認などのソフトウェアに適した処理はソフトウェアで構成する。
また、ハードウェアを用いることで、ソフトウェア処理負荷の削減と、遠隔監視制御装置1の処理性能の改善を行う。
図7において、図6と異なる点は、イーサネット(登録商標)コントローラ2bとシリアルコントローラ3bについても、プログラム可能デバイス20上に構成した点である。
図7に示すように、イーサネット(登録商標)コントローラ2bをプログラム可能デバイス20上に構成することで、ハードウェア構成の追加によりイーサネット(登録商標)コントローラ2b内の送受信バッファをプロセッサコア部21から直接アクセス可能とすることもできる。
これにより、イーサネット(登録商標)コントローラ2b中の送受信バッファを遠隔監視制御装置1の送受信バッファ7と共用することが可能となる。また、送受信バッファ7をイーサネット(登録商標)コントローラ2bの送受信バッファとして用いてもよい。
図7と図8の相違点は、遠隔監視制御装置1の要素として、暗号化・復号化手段8とMIMEによる文字列エンコード・デコード手段9とを加えたものである。
暗号化・復号化手段8は、送受信バッファ7に収められたデータに対して暗号化・復号化の処理を行う。
暗号化に際しては、送信パケットを構築している最中に所定のサイズ毎に暗号化を実施し、送受信バッファ7上のデータを暗号化されたデータに置き換える。
復号化に際しては、送受信バッファ7に納められた受信パケットに対し復号化を行い送受信バッファ7に上書きするか、あるいは復号後に設備機器接続インターフェース3に転送してもよい。
受信時は、受信パケットのペイロード部をデコードし、デコードしたものをそのまま設備機器接続インターフェース3を介して設備機器10に転送する。
このように、遠隔監視制御装置1にプログラム可能デバイス20を用いる場合は、暗号化・復号化手段8や文字列のエンコード・デコード手段9をハードウェアとして構成してもよい。
遠隔監視制御装置における処理のハードウェアとソフトウェアの分担による最適化が可能となり、装置全体の小型化が可能となる。また、ソフトウェアで行っていた処理の一部でハードウェア処理に適した処理をハードウェアで実行するようにしたことにより、遠隔監視制御装置の処理能力の向上が可能となる。
サイズの小さいプロセッサコア部21を搭載した、処理能力の低いプログラム可能デバイス20を用いることが可能となる。
また、プロセッサコア部21が使用するROM、RAMサイズも小さくてすむことから、より小型で安価なプログラム可能デバイス20が使用可能となり、遠隔監視制御装置1の小型・低コスト化が可能となる。
これにより、プログラム可能デバイス20上に必要なサイズを低減することが可能となり、より小型で安価なプログラム可能デバイス20を使用することが可能となり、遠隔監視制御装置1の小型・低コスト化が可能となる。
このため、ソフトウェア資源の継続使用や、遠隔監視制御装置の長期に渡る市場供給が可能となる。
図9は、本発明に係る遠隔監視制御装置を用いた空気調和システムの構成例を示すものである。
図9において、1は遠隔監視制御装置、10は設備機器(空気調和システム)、11はネットワーク、12は遠隔監視サーバ、13はメールサーバである。
設備機器10は、空気調和システムリモートコントローラ10a、空気調和機室内機10b、空気調和機室外機10cからなる。
図9に示す空気調和システムでは、空気調和システムの、動作状態、異常情報、冷媒漏洩情報、使用電力量などの遠隔監視情報を、遠隔監視制御装置1を介して、メールサーバ13の遠隔監視サーバ12宛てのメールボックスにメールとして送信する。
遠隔監視制御装置1が所定の間隔でメールサーバ13へ自分宛のメールを確認し、メールがあった場合に受信し、設備機器10へ制御コマンド部を送信し、設備機器10は遠隔監視制御装置1から転送された遠隔制御コマンドを判断して、各機器の操作を行う。
以上のようにして、図9に示す空気調和システムの遠隔監視制御が行われる。
図10は、本発明に係る遠隔監視制御装置を用いた照明システムの構成例を示すものである。
図10において、1は遠隔監視制御装置、10は設備機器(照明システム)、11はネットワーク、12は遠隔監視サーバ、13はメールサーバである。
設備機器10は、照明システムリモートコントローラ10d、照明機器10e、照度センサ10fからなる。
図10に示す照明システムでは、照明システムの、動作状態、異常情報、照度情報、使用電力量などの遠隔監視情報を遠隔監視制御装置1を介して、メールサーバ13の遠隔監視サーバ12あてのメールボックスにメールとして送信する。
遠隔監視制御装置1が所定の間隔でメールサーバ13へ自分宛のメールを確認し、メールがあった場合に受信し、設備機器10へ制御コマンド部を送信し、設備機器10は遠隔監視制御装置1から転送された遠隔制御コマンドを判断して、各機器の操作を行う。
以上のようにして、図10に示す照明システムの遠隔監視制御が行われる。
図11は、本発明に係る遠隔監視制御装置を用いたホームセキュリティシステムの構成例を示すものである。
図11において、1は遠隔監視制御装置、10は設備機器(ホームセキュリティシステム)、11はネットワーク、12は遠隔監視サーバ、13はメールサーバである。
設備機器10は、ホームセキュリティシステムコントローラ10g、カメラ10h、人感センサ10i、火災センサ10j、警報装置10kとからなる。
図11に示すホームセキュリティシステムではカメラ10hからの画像情報や、人感センサ情報、火災センサ情報などの遠隔監視情報を遠隔監視制御装置1を介して、メールサーバ13の遠隔監視サーバ12宛のメールボックスにメールとして送信する。
異常発生時(不審者の侵入や火災など)を検知した場合は警報を鳴らすとともに、情報を遠隔監視サーバ12へ送付する。
遠隔監視制御装置1が所定の間隔でメールサーバ13へ自分宛のメールを確認し、メールがあった場合に受信し、設備機器10へ制御コマンド部を送信し、設備機器10は遠隔監視制御装置1から転送された遠隔制御コマンドを判断して、各機器の操作を行う。
以上のようにして、図11に示すホームセキュリティシステムによる遠隔監視制御が行われる。
図12は、本発明に係る遠隔監視制御装置を用いた家庭用電化機器の構成例を示すものである。
図12において、1は遠隔監視制御装置、10は設備機器(家庭用電化機器)、11はネットワーク、12は遠隔監視サーバ、13はメールサーバである。
設備機器10は、ここでは家庭用電化機器10mであり、たとえば、ルームエアコン、給湯器、太陽光発電機、換気扇、冷蔵庫、電子レンジ、ジャー炊飯器、テレビ・ビデオなどのオーディオビジュアル機器である。
図12に示す家庭用電化機器では、機器動作状態、各種設定、異常情報などの遠隔監視情報を遠隔監視制御装置1を介して、メールサーバ13の遠隔監視サーバ12あてのメールボックスにメールとして送信する。
遠隔監視制御装置1が所定の間隔でメールサーバ13へ自分宛のメールを確認し、メールがあった場合に受信し、設備機器10へ制御コマンド部を送信し、設備機器10は遠隔監視制御装置1から転送された遠隔制御コマンドを判断して、各機器の操作を行う。
以上のようにして、図12に示す家庭用電化機器の遠隔監視制御が行われる。
Claims (19)
- IPネットワークと接続する第1インターフェースと、
監視制御対象の機器と接続する第2インターフェースと、
データの送受信バッファと、
データの送受信を制御する送受信制御手段とを備え、
IPネットワークを介して監視制御パケットを送受信することにより、機器を遠隔監視制御する装置であって、
前記送受信制御手段は、
前記第1インターフェースが遠隔制御パケットを受信した際には、
当該パケットを、1パケット受信単位毎に前記送受信バッファに格納するとともに、
格納したパケットを、前記第2インターフェースに逐次出力するように制御することを特徴とする遠隔監視制御装置。 - 前記送受信制御手段は、
前記第2インターフェースが監視制御対象の機器より監視データを取得した際には、
当該監視データを、1パケット送信単位毎に前記送受信バッファに格納するとともに、
格納したパケットを、前記第1インターフェースに逐次出力するように制御することを特徴とする請求項1に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信制御手段は、
前記第1インターフェースが送受信するパケットのサイズが、
前記送受信バッファの容量よりも小さくなるように制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信バッファの容量を、
前記第1インターフェースが送受信するパケットのサイズよりも小さくしたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信バッファの容量は、
前記第1インターフェースと前記第2インターフェースの速度差を原因とする通信タイムアウトが発生しない容量としたことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信制御手段は、
監視制御パケットの送受信に必要な各OSI階層の通信プロトコルのうち、
いずれか複数の階層をまとめて一括処理するように制御することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信制御手段は、
TCPのMSS(Maximum Segment Size)オプションを用いて、
前記第1インターフェースが送受信するパケットのサイズを制御することを特徴とする請求項6に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信制御手段は、
監視制御パケットの送受信を行う際の通信プロトコルとして、
電子メールプロトコルを用いるように制御することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の遠隔監視制御装置。 - 通信プロトコルを処理するための機能として、
電子メールを用いて監視制御パケットの送受信を行うために必要な最小限度の機能を備えたことを特徴とする請求項8に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信制御手段は、
所定間隔で監視制御パケットの送信または受信を行い、かつ、
パケットの送信と受信が同時に発生しないように、送受信タイミングを制御することを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の遠隔監視制御装置。 - 前記送受信制御手段は、
負荷状態に応じて監視制御パケットの送信または受信の間隔を調整するように制御することを特徴とする請求項10に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記第1インターフェースをUSBインターフェースとし、
単一のUSB機器に対応したUSBホストドライバのみを搭載したことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の遠隔監視制御装置。 - 通信プロトコル処理、送信データのエンコード、受信データのデコード、データ暗号化・復号化処理、エラーチェック処理のうち、少なくともいずれか1つの処理を、プログラム可能デバイス上に実装したことを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の遠隔監視制御装置。
- 前記第1インターフェースを前記プログラム可能デバイスと一体化して構成し、
前記送受信バッファと、前記第1インターフェースが有するバッファとを、
前記プログラム可能デバイス上で共通化したことを特徴とする請求項13に記載の遠隔監視制御装置。 - 前記第1インターフェースに接続する機器に応じて、
前記第1インターフェースの接続仕様を切り替えることを特徴とする請求項14に記載の遠隔監視制御装置。 - 請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の遠隔監視制御装置を搭載したことを特徴とする空気調和システム。
- 請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の遠隔監視制御装置を搭載したことを特徴とする照明システム。
- 請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の遠隔監視制御装置を搭載したことを特徴とするホームセキュリティシステム。
- 請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の遠隔監視制御装置を搭載したことを特徴とする家庭用電化機器。
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