JP2010268026A - 通信装置及び故障検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的なデータ伝送を行うことができる通信装置及び故障検出方法を提供すること
【解決手段】本発明にかかる通信装置１０は、送信データを生成するデータ生成手段１１を備えている。さらに、送信データを含むネットワークに送出可能な通信データを生成する通信データ生成手段１２を備えており、データ生成手段１１により生成された送信データと通信データ生成手段１２により生成された通信データを比較した結果に基づいて通信データ生成手段１２の故障を検出する診断手段１３とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は通信装置及び故障検出方法に関し、特に送信装置の故障検出に関する。

近年、自動車の制御系車載ＬＡＮ（Local Area Network）においてタイムトリガ型通信が用いられている。ここで、タイムトリガ型通信の具体例としてＦｌｅｘＲａｙについて説明する。タイムトリガ型のネットワークとは、予め定められた時刻範囲を１Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｅとしたときに、各ノードにそのＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ内で、一定時間の送信権を付与する。このようにして、各ノードは周期的に一定のタイムスロットのみで伝送を行うことで信頼性の高い多重アクセスを行うネットワーク方式を実現することができる。そのため、あらかじめ各ノードには、精密な設定が必要とされる。また、各ノードは一定時間に得ている送信権のみでデータ伝送を行うため、効率的な制御によるデータ伝送方法が望まれている。

また、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式が用いられるイベントドリブン型の通信も、制御系車載ＬＡＮもしくは一般的な通信において広く用いられている。イベントドリブン型通信とは、他のユーザやプログラムが実行した操作に対応して処理を行う通信である。この場合に、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いることにより、データを送信する際にデータの衝突を防止するため、一定の待ち時間を必要とする。このため、タイムトリガ型の通信同様、効率的な制御によるデータ伝送方法が望まれている。

特許文献１には、データを受信した際に、受信側のクロック情報を、データに含まれる送信側のクロック情報に同期させて処理する技術が開示されている。

特許文献２には、ＦｌｅｘＲａｙ通信において、信頼性を向上させるために受信フレームに誤りを検出した受信装置から、送信装置に対してエラー情報を確実に通知することで高い信頼性を確保する技術を開示している。

特開２００７−１５８５４３号公報 特開２００８−０２２０７１号公報

タイムトリガ通信においては、予め通信スケジュールという時間軸に沿った形での送受信スケジュールを立てておかなければならない。ここで、データを受信した受信ノードが、受信データの異常を検出した場合、受信ノードがエラー情報を通知する。この場合、受信ノードは、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ内に異常通知用タイムスロットを設ける必要がある。このように異常通知用タイムスロットを設けた場合、実際にデータの送受信を行うタイムスロットの割り当てが減少し、効率的なデータ伝送を行うことができないという問題がある。

また、イベントドリブン型の通信においても、受信ノードが異常を検出すると、送信ノードに対して異常通知を行う必要がある。受信ノードは、通信データ以外に異常通知のデータも伝送する必要があり、効率的なデータ伝送を行うことができないという問題がある。

本発明の実施の態様１にかかる通信装置は、送信データを生成するデータ生成手段と、前記送信データを含むネットワークに送出可能な通信データを生成する通信データ生成手段と、前記送信データと前記通信データを比較した結果に基づいて通信データ生成手段の故障を検出する診断手段とを備えるものである。

また、本発明の実施の態様２にかかる故障検出方法は、送信データを生成し、前記送信データを含むネットワークに送出可能な通信データを生成し、前記送信データと前記通信データを比較した結果に基づいて故障を検出することを備えることである。

また、本発明の実施の態様３にかかる通信装置は、Ｍ（Ｍは２以上の整数）以上の通信装置と同期して通信を行う通信装置のうち、同期状態を維持するよう制御する通信装置であって、他の通信装置に対して送信する同期フレームを生成する同期フレーム生成手段と、前記他の通信装置に対して送信する通信データを生成する通信データ生成手段と、前記通信装置の故障を検出した場合に、前記通信データのネットワークへの出力を中止するとともに、前記同期フレームをネットワークへ出力するように制御する診断手段とを備えるものである。

本発明では、データの送信時に送信データと当該送信データを含むネットワークに送出可能な通信データを比較し、データの送信に先立って故障検出を行う。つまり、データを受信した装置にて送信装置に関する故障検出を行う必要がないため、受信装置において異常検出用スロットを設ける必要がない。

本発明により効率的なデータ伝送を行うことができる通信装置及び故障検出方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる通信装置の構成図である。 実施の形態１にかかるＦｌｅｘＲａｙフレームの構成図である。 実施の形態１にかかる通信装置のフローチャートである。 実施の形態２にかかる通信装置のフローチャートである。 実施の形態３にかかるネットワークシステムの図である。 実施の形態３にかかる通信装置の構成図である。 実施の形態３にかかる通信装置のフローチャートである。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる通信装置の構成を示している。

通信装置１０は、送信データ生成部１１と、通信データ生成部１２と、診断部１３と、バスガーディアン部１４と、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）１５を備えている。さらに、通信装置１０はネットワークバス１６を通じて他の通信装置１０＿１とデータの送受信を行う。

送信データ生成部１１は、通信相手に送信するデータを生成する。具体的には、ＦｌｅｘＲａｙのフレームを例にすると、ヘッダセグメントとトレーラセグメントを除いたペイロードセグメントのデータを生成する。生成したデータを通信データ生成部１２に出力する。

通信データ生成部１２は、ネットワークバス１６に送出可能な通信データを生成する。具体的には、送信データ生成部１１を用いて生成されたデータ（０〜２５４ｂｙｔｅ）に、ヘッダセグメント（５ｂｙｔｅ）と、トレーラセグメント（３ｂｙｔｅ）を付与したデータを生成する。

ここで、図２を用いてＦｌｅｘＲａｙのフレームフォーマットについて説明する。ヘッダセグメントはリザーブビット（１ｂｉｔ）と、ペイロードプリアンブルインジケータ（１ｂｉｔ）と、ヌルフレームインジケータ（１ｂｉｔ）と、同期フレームインジケータ（１ｂｉｔ）と、スタートアップフレームインジケータ（１ｂｉｔ）と、フレームＩＤ（１１ｂｉｔ）と、ペイロード長（７ｂｉｔ）と、ヘッダＣＲＣ（１１ｂｉｔ）と、サイクルカウンタ（６ｂｉｔ）から構成される。

ペイロードセグメントは、送信データ生成部１１が生成したデータから構成される。トレーラセグメントは、フレームのヘッダセグメントとペイロードセグメントのエラーをチェックするために、２４ｂｉｔのＣＲＣから構成される。

ここで、通信データ生成部１２は、ＦｌｅｘＲａｙを用いた通信を行わない場合には、使用する通信規格に沿ったデータを生成してもよい。例えばイーサネット（登録商標）を用いた通信の場合は、プリアンブル等を有するイーサネットフレームを生成することも可能である。

診断部１３は、送信データ生成部１１を用いて生成されたデータと、通信データ生成部１２を用いて生成された通信データを取得する。さらに、取得したデータを比較し、通信データ生成部１２に故障が生じているか否かの判断を行う。具体的には、送信データ生成部１１を用いて生成されたデータと、通信データ生成部１２を用いて生成された通信データのペイロードセグメントのデータを比較する。比較した結果、送信データ生成部１１を用いて生成されたデータと、通信データ生成部１２を用いて生成されたデータのペイロードセグメントのデータが同一である場合は、通信データ生成部１２に、故障は発生していないと判断することができる。また、比較したデータが異なっている場合には、通信データ生成部１２に故障が発生したと判断することができる。診断部１３は、通信データ生成部１２に故障が発生したと判断したときは、ＭＣＵ１５に対して、その旨の情報を出力する。

バスガーディアン部１４は、通信装置１０に割り当てられたタイムスロットにおいて、通信データ生成部１２が通信データをネットワークバス１６に送出しているか否かを確認している。具体的には、通信装置１０に割り当てられた送信タイミングではない時に、通信データをネットワークバス１６に送出しようとしている場合には、ネットワークバス１６へのデータの出力を停止する。

ＭＣＵ１５は、通信装置１０全体の制御を行う。具体的には、診断部１３から取得した故障情報に基づいて、装置全体の処理を中止しもしくは故障部分の切り離し等を実行する。

ネットワークバス１６には、複数の通信装置が接続されており、通信装置間の通信はネットワークバス１６を介して行われる。

次に、図３を用いて本発明の実施の形態１にかかる通信装置の処理の流れにつき説明する。

はじめに、診断部１３は、診断／非診断モードを選択する（Ｓ１０）。診断モードもしくは非診断モードは、データ通信が発生するたびに選択してもよいし、あらかじめ通信装置によって診断モード及び非診断モードを選択しておいてもよい。一定時間通信データ生成部１２の故障を検出しなかった場合に非診断モードを選択することでもよい。

次に、送信データ生成部１１及び通信データ生成部１２は、生成したデータを診断部１３に出力する（Ｓ１１）。ここで、診断部１３は通信データ生成部１２に故障が生じているか否かを判断するため、送信データ生成部１１及び通信データ生成部１２が生成したデータは、異なる経路を通じて診断部１３に出力されることが好ましい。つまり、送信データ生成部１１が生成したデータは、通信データ生成部１２を経由せずに診断部１３に出力されることが好ましい。

次に、診断部１３は、診断モードの選択状況を確認する（Ｓ１２）。診断モードとして「非診断モード」を選択している場合には、ネットワークバス１６へ出力するデータとして、通信データ生成部１２から送信されたデータを選択し（Ｓ１５）、選択したデータをネットワークバス１６へ出力する（Ｓ１６）。

次に、診断モードとして「診断モード」を選択している場合、診断部１３は、通信データ生成部１２を用いて生成された通信データから、ペイロードセグメントのデータを抽出する（Ｓ１３）。

次に、診断部１３は、通信データ生成部１２を用いて生成された通信データから抽出したペイロードセグメントのデータと、送信データ生成部１１を用いて生成されたデータを比較する（Ｓ１４）。比較した結果両方のデータが一致する場合は、通信データ生成部１２に故障は発生していないと判断し、ネットワークバス１６へ出力するデータとして、通信データ生成部１２を用いて生成された通信データを選択し（Ｓ１５）、選択したデータをネットワークバス１６へ出力する（Ｓ１６）。比較した結果両方のデータが一致しない場合は、通信データ生成部１２から取得したデータをネットワークバス１６へ出力しない（Ｓ１７）。

次に、診断部１３は、通信データ生成部１２から取得したデータをネットワークへ出力しない場合は（Ｓ１７）、ＭＣＵ１５に通信データ生成部１２に故障が発生していることを通知する（Ｓ１８）。

次に、データをネットワークバス１６へ送出（Ｓ１６）後もしくは診断部１３が、ＭＣＵ１５に対して通信データ生成部１２に故障が発生している旨の通知（Ｓ１８）後、ＭＣＵ１５は、次の送信データがあるか否かを確認する（Ｓ１９）。次の送信データがある場合は、Ｓ１１の処理へ戻り、次の送信データがない場合は処理を完了する。

以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる通信装置では、データを送信する際に、通信データ生成部にて生成されたデータに誤りが無いか否かを確認することにより、データを受信する受信装置側で送信装置側の故障検出を行う必要がなくなる。つまり、受信装置は、送信装置に対して故障検出情報を通知するためのスロットを用意する必要がないため、データ送受信するための通信用スロットを減少させることなく、効率的にデータ伝送を行うことができる。

（実施の形態２）
次に、図４を用いて実施の形態２にかかる通信装置の処理の流れにつき説明を行う。なお、通信装置は、図１の通信装置と同様であるため、説明を省略する。診断部１３は、診断／非診断モードを選択（Ｓ２０）後、通信データ生成部１２の故障検出許容回数を設定する（Ｓ２１）。故障検出許容回数とは、診断部１３が故障検出許容回数を超えて通信データ生成部１３の故障を検出した場合には、通信データ生成部１２に故障が発生したと判断し、ネットワークバス１６へのデータ出力を中止する。故障検出許容回数を下回る回数の故障検出であれば、通信データ生成部１２が生成したデータをネットワークバス１６へ出力する。

Ｓ２２乃至Ｓ２７までは、図３におけるＳ１１乃至Ｓ１６の処理と同様であるため、説明を省略する。

次に、送信データ生成部１１を用いて生成されたデータと、通信データ生成部１２を用いて生成された通信データのペイロードセグメントのデータが一致しない場合（Ｓ２５）、累積された故障検出回数が、故障検出許容回数以内かどうかを確認する（Ｓ２８）。故障検出許容回数を超えている場合は、通信データ生成部１２が生成したデータをネットワークバス１６へ出力しない（Ｓ２９）。

次に、診断部１３は、ＭＣＵ１５に通信データ生成部１２が異常であることを通知する（Ｓ３２）。

累積された故障検出回数が、故障検出許容回数を超えていない場合は、通信データ生成部１２が生成した通信データをネットワークバス１６へ出力する（Ｓ３０）。次に、異常カウント値を加算する（Ｓ３１）。

Ｓ３１もしくはＳ３２以降の処理は図３のＳ１９と同様であるため説明を省略する。

以上説明したように、本発明の実施の形態２にかかる通信装置では、通信データ生成部の故障を検出した場合に、即座に故障と特定するのではなく、あらかじめ定めた故障検出回数を超えて故障が検出された場合に、故障と特定する。これにより、通信装置が故障をしていなくても起こりうる通信データの生成異常が起きた場合に、通信装置を故障と特定しないことにより、通信装置をネットワークバスから切り離す等の対応を行う必要がなく、円滑なデータ伝送を実現することができる。

（実施の形態３）
次に、図５を用いて本発明の実施の形態３にかかる通信装置のネットワークシステム構成について説明する。ネットワークシステムは、通信装置１００と、通信装置１１０と、通信装置１２０と、通信装置１３０と、ネットワークバス２００を備えるものである。

ここで、通信装置の台数は任意に決定されるものとする。タイムトリガ型通信においては、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ内で、各通信装置は周期的に一定のタイムスロットのみで伝送を行うため、ネットワーク全体で同期をとる必要がある。また、ネットワーク全体で定期的に同一の処理を行うような通信を行うような場合においても、ネットワーク全体で同一の時刻を用いるべく、同期をとる必要がある。このような場合に、通信装置の中から代表ノードと呼ばれるノードを決定し、代表ノードから各ノードへ送信される同期フレームによりネットワークの同期が確保される。そのため、例えば代表ノードを通信装置１００とした場合に、通信装置１００は同期フレーム生成部１０１を有する。また、他の通信装置１１０、１２０、１３０は、同期フレーム取得部１０２を有する。同期フレーム生成部１０１で生成された同期フレームは、一定周期毎にネットワークバス２００に出力される。通信装置１１０、１２０、１３０の同期フレーム取得部１０２は、ネットワークバス２００に出力された同期フレームを取得することでネットワーク全体の同期をとることができる。

次に、図６を用いて本発明の実施の形態３にかかる通信装置１００（代表ノード）の構成について説明する。通信装置１００は、同期フレーム生成部１０１と故障検出部１０４を備えている。その他の構成については、図１と同様であるため説明を省略する。

故障検出部１０４は、代表ノードではない通信装置から、代表ノードである通信装置１００の障害に起因するエラー信号を取得することにより、故障を検出する。もしくは、送信データ生成部１０２から取得した送信データと通信データ生成部１０３から取得した通信データのペイロードセグメントが一致しない場合に故障を検出してもよい。故障検出部１０４は、故障検出情報を診断部１０５に出力する。

同期フレーム生成部１０１は、一定周期毎に同期フレームを生成する。同期フレーム生成部１０１は、ＭＣＵ１０７からクロックを取得し、同期フレームを生成する。同期フレーム生成部１０１は、生成した同期フレームを、診断部１０５に出力する。

診断部１０５は、故障検出情報を取得した場合に、通信データ生成部１０３により生成された通信データのネットワークバス２００への出力を中止する。但し、診断部１０５は、同期フレーム生成部１０１により生成された同期フレームを、継続してネットワークバス２００へ出力する。また、診断部１０５は、ＭＣＵ１０７に対して、通信装置１００に故障が発生していることを通知する。また、診断部１０５は、あらかじめ定められた回数を超えた故障検出情報を取得した場合には、通信装置１００に故障が発生していると判断し、同期フレームをネットワークバス２００へ出力することを中止する。

ＭＣＵ１０７は、診断部１０５から故障情報を取得した場合に、代表ノードの変更を行う。具体的には、ＭＣＵ１０７は、通信装置１１０に対して、代表ノードを変更する旨の信号を出力する。通信装置１１０は、代表ノードを変更する旨の信号を取得した場合、同期フレームを生成し、ネットワークバス２００へ出力する。通信装置１１０から同期フレームを取得した通信装置１００のＭＣＵ１５は、同期フレーム生成手段１０１に対して、同期フレーム生成の中止を通知する。これにより、代表ノードは通信装置１００から通信装置１１０に変更することが可能である。

次に、図７を用いて本発明の実施の形態３にかかる通信装置の処理の流れにつき説明を行う。

初めに、故障検出部１０４は、通信装置１００の故障を検出する（Ｓ４０）。具体的には、代表ノードではない通信装置から、代表ノードである通信装置１００の障害に起因するエラー信号を取得することにより、故障を検出する。もしくは、送信データ生成部１０２から取得した送信データと通信データ生成部１０３から取得した通信データのペイロードセグメントが一致しない場合に故障を検出してもよい。故障を検出した故障検出部１０４は、診断部１０５へ故障検出情報を出力する。

次に、診断部１０５は、故障検出情報を取得したことにより、通信データ生成部１０３で生成した通信データをネットワークバス２００へ出力しないことを決定する（Ｓ４１）。

次に、通信装置が代表ノードであるか否かの判断を行う（Ｓ４２）。代表ノードでない場合には、通信装置１００に故障が発生していることをＭＣＵ１５に通知する（Ｓ４７）。通信装置が代表ノードである場合、故障検出許容回数が予め定められた故障検出許容回数範囲内であるか否かを確認する（Ｓ４３）。故障検出許容回数範囲を超えている場合は、通信装置に故障が発生していると判断し、ネットワークバス２００へ同期フレームの出力を行わない（Ｓ４４）。故障検出許容回数を超えていない場合、同期フレーム生成部１０１を用いて生成された同期フレームはネットワークバス２００へ出力され（Ｓ４５）、診断部１３は、故障カウント値を加算する（Ｓ４６）。

Ｓ４４又はＳ４６の次に、通信装置に故障が発生していることをＭＣＵ１０７に通知する（Ｓ４７）。

次に、ＭＣＵ１０７は、代表ノードの変更を行う（Ｓ４８）。具体的には、ＭＣＵ１０７は、通信装置１１０に対して、代表ノードを変更する旨の信号を出力する。通信装置１１０は、代表ノードを変更する旨の信号を取得した場合、同期フレームを生成し、ネットワークバス２００へ出力する（Ｓ４９）。通信装置１１０から同期フレームを取得した通信装置１００のＭＣＵ１０７は、同期フレーム生成手段１０１に対して、同期フレーム生成の中止を通知する。これにより、代表ノードは通信装置１００から通信装置１１０に変更することが可能である。

以上説明したように、本発明の実施の形態３にかかる通信装置を用いることにより、故障検出許容回数が越えるまでは、同期フレームを継続してネットワークバス２００へ出力することができるため、通信データ生成部の故障検出と同時に、ネットワーク全体の同期が損なわれることはない。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 通信装置
１１ 送信データ生成部
１２ 通信データ生成部
１３ 診断部
１４ バスガーディアン部
１５ ＭＣＵ
１６ ネットワークバス
２１ 送信データ生成部
２２ 通信データ生成部
２３ 故障検出部
２４ 診断部
２５ バスガーディアン部
２６ 同期フレーム出力部
２７ ＭＣＵ
３０ ネットワークバス
１００ 通信装置（代表ノード）
１０１ 同期フレーム出力部
１０２ 同期フレーム取得部
１１０、１２０、１３０ 通信装置
２００ ネットワークバス

Claims (8)

1. 送信データを生成する送信データ生成手段と、
   前記送信データを含むネットワークに送出可能な通信データを生成する通信データ生成手段と、
   前記送信データと前記通信データを比較した結果に基づいて通信データ生成手段の故障を検出する診断手段とを備える通信装置。
2. 前記診断手段は、前記送信データと、前記通信データに含まれる前記送信データに対応するデータを比較した結果に基づいて通信データ生成手段の故障を検出することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記診断手段は、前記通信データ生成手段の故障を検出した場合、前記通信データを前記ネットワークへ出力しないことを特徴とする請求項１又は２記載の通信装置。
4. 前記診断手段は、前記通信データ生成手段の故障検出回数が予め定められた回数を上回る場合に前記通信データ生成手段を故障と特定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 他の通信装置と同期状態を維持するために用いられる同期フレームを生成する同期フレーム生成手段をさらに備え、
   前記診断手段は、前記通信データ生成手段の故障を検出した場合、前記通信データを前記ネットワークへ出力することを中止するとともに、前記同期フレームを前記ネットワークへ出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 送信データを生成し、
   前記送信データを含むネットワークに送出可能な通信データを生成し、
   前記送信データと前記通信データを比較した結果に基づいて故障を検出することを備える故障検出方法。
7. Ｍ（Ｍは２以上の整数）以上の通信装置と同期して通信を行う通信装置のうち、同期状態を維持するよう制御する通信装置であって、
   他の通信装置に対して送信する同期フレームを生成する同期フレーム生成手段と、
   前記他の通信装置に対して送信する通信データを生成する通信データ生成手段と、
   前記通信装置の故障を検出した場合に、前記通信データのネットワークへの出力を中止するとともに、前記同期フレームをネットワークへ出力するように制御する診断手段とを備える通信装置。
8. 送信データを生成するデータ生成手段をさらに備え、
   前記診断手段は、前記送信データと前記送信データを含む通信データを比較した結果に基づいて通信データ生成手段の故障を検出することを特徴とする請求項７に記載の通信装置。

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