JP2012161025A - ケーブル診断装置及びケーブル診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】当初から抱えている有線ネットワークの故障を検知することができるとともに、複数の箇所で発生している故障を検知することができるケーブル診断装置及びケーブル診断方法を得ることを目的とする。
【解決手段】ＴＤＲ計測部１１により測定された差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂの値を３値に変換する３値変換部１３を設け、故障状況判別部１５が、インピーダンステーブル格納部１４により格納されているインピーダンステーブルを参照して、３値変換部１３により変換された３値から有線ネットワークにおける各箇所の故障状況を判別する。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えば、通信端末がケーブルに多点接続されている有線ネットワークの故障を診断するケーブル診断装置及びケーブル診断方法に関するものである。

通信端末がケーブルに多点接続されている有線ネットワークでは、ケーブルの状態が伝送品質に影響する。例えば、ケーブルの簡単な異常例としては、ショート（短絡）や断線（開放）がある。
反射パルスを用いて、ケーブルを診断する方法が、以下の特許文献１や特許文献２に開示されている。

即ち、特許文献１には、正常時におけるパルスの反射時間との差を確認することで、ケーブルの断線状態を判断する方法が開示されている。この方法は、ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法と呼ばれている。
ただし、特許文献１の場合には、人手による介在が必要であり、人為的な測定誤差を生じることがある。
また、特許文献２には、故障モードと仮想の故障位置を自動的に変更しながら、演算された反射波形と実測された反射波形とを自動的に比較し、一定条件の下で、反射波形が一致するときの故障モードと仮想の故障位置を表示することで、人手を介入することなく、故障位置を推定する方法が開示されている。
特許文献１，２では、ケーブルを診断する際に、正常時の状態と比較することを特徴としており、診断対象が初めから故障を抱えている場合を想定していない。また、複数の箇所で発生している故障は検知することができない。

特開平０１−１７６９５９号公報（第２頁、第１図） 特開平０２−２３４５２１号公報（第６頁、第１図）

従来のケーブル診断装置は以上のように構成されているので、診断対象である有線ネットワークが初めから故障を抱えている場合、当該故障を検出することができない課題があった。また、複数の箇所で発生している故障を検知することができない課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、当初から抱えている有線ネットワークの故障を検知することができるとともに、複数の箇所で発生している故障を検知することができるケーブル診断装置及びケーブル診断方法を得ることを目的とする。

この発明に係るケーブル診断装置は、差動信号線とシールド線からなるケーブルを用いて構成されている有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及び上記差動信号線を構成する２本の信号線に対するシングルエンドモードインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの値を３値に変換する３値変換手段と、有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及びシングルエンドモードインピーダンスの３値の組み合わせと有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係を記録している対応関係記録手段とを設け、故障状況判別手段が、対応関係記録手段に記録されている対応関係を参照して、３値変換手段により変換された３値から有線ネットワークにおける各箇所の故障状況を判別するようにしたものである。

この発明によれば、差動信号線とシールド線からなるケーブルを用いて構成されている有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及び上記差動信号線を構成する２本の信号線に対するシングルエンドモードインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの値を３値に変換する３値変換手段と、有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及びシングルエンドモードインピーダンスの３値の組み合わせと有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係を記録している対応関係記録手段とを設け、故障状況判別手段が、対応関係記録手段に記録されている対応関係を参照して、３値変換手段により変換された３値から有線ネットワークにおける各箇所の故障状況を判別するように構成したので、当初から抱えている有線ネットワークの故障を検知することができるとともに、複数の箇所で発生している故障を検知することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるケーブル診断装置により診断される有線ネットワークを示す構成図である。 図１の有線ネットワークが簡単化されたπ型差動伝送路を示すモデリング図である。 この発明の実施の形態１によるケーブル診断装置を示す構成図である。 インピーダンステーブルに記録されている４つのインピーダンスの組み合わせと有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係を示す説明図である。 ４つのインピーダンスの組み合わせと故障数との対応関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるケーブル診断装置の処理内容を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるケーブル診断装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるケーブル診断装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるケーブル診断装置により診断される有線ネットワークを示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるケーブル診断装置により診断される有線ネットワークを示す構成図である。
図１において、ケーブル診断装置１は通信端末６，７，８がケーブル２に多点接続されている有線ネットワークの故障を診断するＴＤＲ計測器である。
ケーブル２は、信号線３ａ及び信号線３ｂからなる差動信号線と、１本のシールド線４とから構成されており、その差動信号線の終端には、例えば、抵抗値ＲｔΩの終端抵抗５が接続されている。
通信端末６，７，８はケーブル２に多点接続されて、各種の情報を送受信する端末である。

図１の有線ネットワークを簡単にモデリングすると、図２に示すように、２つの電源１０１，１０２と、５つのパーツ１０３〜１０７と、それらのパーツ１０３〜１０７を繋ぐ線路１００とからなるπ型差動伝送路と見なすことができる。
図２において、電源１０１はプラス電圧のステップ波を出力する電源であり、１０１ａは電源１０１の内部抵抗である。
電源１０２はマイナス電圧のステップ波を出力する電源であり、１０２ａは電源１０２の内部抵抗である。

電源１０１の内部抵抗１０１ａは、伝送線路パーツ１０３、終端抵抗パーツ１０７及び伝送線路パーツ１０４を介して、電源１０２の内部抵抗１０２ａと繋がっている。
また、伝送線路パーツ１０３及び終端抵抗パーツ１０７はグラウンド接続パーツ１０５と繋がっており、伝送線路パーツ１０４及び終端抵抗パーツ１０７はグラウンド接続パーツ１０６と繋がっている。
さらに、電源１０１，１０２及びグラウンド接続パーツ１０５，１０６は、線路１００によってグラウンドと接続されている。
なお、正常状態では、伝送線路パーツ１０３，１０４は短絡状態（抵抗値が０Ω）、グラウンド接続パーツ１０５，１０６は開放状態（抵抗値が∞Ω）であり、終端抵抗パーツ１０７は抵抗値がＲｔΩであり、差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆを測定するときは、電源１０１ａからはプラス電圧のステップ波を出力し、内部抵抗１０１ａ、線路パーツ１００、伝送線路パーツ１０３及び線路パーツ１００を通り、終端抵抗パーツ１０７まで到達する。一方、電源１０２ａからはマイナス電圧のステップ波を出力し、内部抵抗１０２ａ、線路パーツ１００、伝送線路パーツ１０４及び線路パーツ１００を通り、終端抵抗パーツ１０７まで到達する。

図３はこの発明の実施の形態１によるケーブル診断装置を示す構成図である。
図３において、ＴＤＲ計測部１１は図１の有線ネットワークの差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、信号線３ａに対するシングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ及び信号線３ｂに対するシングルエンドモードインピーダンスＺ３ｂを測定する測定機器である。なお、ＴＤＲ計測部１１はインピーダンス測定手段を構成している。
ケーブル診断部１２は３値変換部１３、インピーダンステーブル格納部１４及び故障状況判別部１５から構成されており、有線ネットワークの故障を診断する。

３値変換部１３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ＴＤＲ計測部１１により測定された差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂの値を３値（０値、∞値、Ｎ値（０，∞以外の正の値））に変換する処理を実施する。なお、３値変換部１３は３値変換手段を構成している。
インピーダンステーブル格納部１４は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂの３値の組み合わせと、有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係を記録しているインピーダンステーブルを格納している。なお、インピーダンステーブル格納部１４は対応関係記録手段を構成している。

故障状況判別部１５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、インピーダンステーブル格納部１４により格納されているインピーダンステーブルを参照して、３値変換部１３により変換された３値から有線ネットワークにおける各箇所の故障状況（故障の発生箇所、故障種別）を判別する処理を実施する。なお、故障状況判別部１５は故障状況判別手段を構成している。

図４はインピーダンステーブルに記録されている４つのインピーダンスの組み合わせと有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係を示す説明図である。
図４において、インピーダンスの欄の０，∞，Ｎはインピーダンスを表す３値であり、Ｎは０，∞以外の正の値を表している。
パーツ１０３〜１０７の欄の“０”は故障ではない短絡状態、“∞”は故障ではない開放状態を示し、“開放”は断線故障、“短絡”は短絡故障を示している。

４つのインピーダンスが３値を取る場合、３の４乗（＝８１）通りのインピーダンスの組み合わせがあるが、これらの組み合わせの中で、実際に取りうるパターンは１１通りであるため、図４には、１１通りのインピーダンスの組み合わせが記録されている。
ここで注意したいのは、例えば、４つのインピーダンスの全てが∞値の場合、図４の例では、伝送線路パーツ１０３だけが故障（開放）である旨を表しているが、これに断定できるわけではなく、例えば、終端抵抗パーツ１０７が開放である可能性がある。

図４より、Ｎｏ．１のインピーダンスパターンである場合、考えられるネットワークの故障状況は３通りであり、Ｎｏ．３８のインピーダンスパターンである場合、考えられるネットワークの故障状況は１通りのみである。
また、Ｎｏ．３９のインピーダンスパターンである場合、考えられるネットワークの故障状況は８通りであり、途中を省略して、図４の最終行であるＮｏ．８１のインピーダンスパターンである場合、考えられるネットワークの故障状況は２１通りである。
これらの考えられるネットワークの故障状況を足し合わせると、全部で４８通りになる。

また、パーツ１０３〜１０７のうち、終端抵抗パーツ１０７は、通常（ＲｔΩ）の状態、短絡状態及び開放状態の３状態があり、伝送線路パーツ１０３，１０４及びグラウンド接続パーツ１０５，１０６は、短絡状態と開放状態の２状態があるため、図５に示すように、３×２×２×２×２＝４８通りのネットワークの故障状況が考えられる。
しかし、これらのうち、４つのインピーダンスが取りうるパターンは、前述の通り、１１種類であるため、ネットワークの故障状況も代表的な１１個を図４に列挙している。

次に動作について説明する。
図６はこの発明の実施の形態１によるケーブル診断装置の処理内容を示すフローチャートである。
ＴＤＲ計測部１１は、有線ネットワークの差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、信号線３ａに対するシングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ及び信号線３ｂに対するシングルエンドモードインピーダンスＺ３ｂを測定する（ステップＳＴ１）。
なお、差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ及び信号線３ａ，３ｂに対するシングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂを測定する際には、図２に示すように、電源１０１，１０２が設置されるが、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを測定する際には、電源１０２の代わりに、電源１０１と同じく、プラス電圧のステップ波を出力する電源が設置される。

３値変換部１３は、ＴＤＲ計測部１１が差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂを測定すると、その差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂの値を３値（０値、∞値、Ｎ値（０，∞以外の正の値））に変換する（ステップＳＴ２）。

例えば、インピーダンスの値が、０に近い正の閾値Ｔｈより小さければ、そのインピーダンスの値を０値に変換する。
インピーダンスの値が、ＴＤＲ計測部１１で測定可能な最大値であれば、そのインピーダンスの値を∞値に変換する。
インピーダンスの値が、０に近い正の閾値Ｔｈ以上であって、ＴＤＲ計測部１１で測定可能な最大値より小さければ、そのインピーダンスの値をＮ値に変換する。

故障状況判別部１５は、３値変換部１３が差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂの値を３値に変換すると、インピーダンステーブル格納部１４により格納されているインピーダンステーブルを参照して、それらのインピーダンスの３値から有線ネットワークにおける各箇所の故障状況（故障の発生箇所、故障種別）を判別する（ステップＳＴ３）。
即ち、故障状況判別部１５は、インピーダンステーブルに記録されている１１種類のインピーダンスの組み合わせの中で、３値変換部１３により変換された３値の組み合わせに対応する組み合わせを探索して、その組み合わせに対応する故障状況を特定する。

例えば、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが“Ｎ”、差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆが“Ｎ”、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａが“０”、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ｂが“Ｎ”であれば、グラウンド接続パーツ１０５が短絡の故障であると判別する。
また、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが“∞”、差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆが“∞”、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａが“０”、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ｂが“∞”であれば、伝送線路パーツ１０４が断線故障（開放）であると同時に、グラウンド接続パーツ１０５が短絡故障であると判別する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、有線ネットワークの差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、信号線３ａに対するシングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ及び信号線３ｂに対するシングルエンドモードインピーダンスＺ３ｂを測定するＴＤＲ計測部１１と、ＴＤＲ計測部１１により測定された差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂの値を３値に変換する３値変換部１３と、差動モードインピーダンスＺｄｉｆｆ、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍ、シングルエンドモードインピーダンスＺ３ａ，Ｚ３ｂの３値の組み合わせと有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係が記録されているインピーダンステーブルを格納しているインピーダンステーブル格納部１４とを設け、故障状況判別部１５が、インピーダンステーブル格納部１４により格納されているインピーダンステーブルを参照して、３値変換部１３により変換された３値から有線ネットワークにおける各箇所の故障状況を判別するように構成したので、当初から抱えている有線ネットワークの故障を検知することができるとともに、複数の箇所で発生している故障を検知することができる効果を奏する。なお、人手による介在が不要であるため、人為的な測定誤差を生じることもない。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２によるケーブル診断装置を示す構成図であり、図において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
故障情報記録部１６は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、故障状況判別部１５により判別された故障の発生箇所と故障種別を示す故障情報を記録する。なお、故障情報記録部１６は故障情報記録手段を構成している。

上記実施の形態１では、故障状況判別部１５が、インピーダンステーブル格納部１４により格納されているインピーダンステーブルを参照して、３値変換部１３により変換された３値から有線ネットワークにおける各箇所の故障状況を判別するものを示したが、故障状況判別部１５により判別された故障の発生箇所と故障種別を示す故障情報を故障情報記録部１６に記録するようにしてもよい。

故障状況判別部１５により判別された故障の発生箇所と故障種別を示す故障情報を故障情報記録部１６に記録することにより、例えば、有線ネットワークにおいて、複数回故障が発生した場合に、故障情報記録部１６に記録されている故障情報を参照することで、有線ネットワークにおける故障の発生頻度などを把握することが可能になる。
図７には図示していないが、故障情報記録部１６に記録されている故障情報を参照して、有線ネットワークにおける故障の発生頻度を特定する発生頻度特定部を実装するようにしてもよい。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるケーブル診断装置を示す構成図であり、図において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
故障報知部１７は故障状況判別部１５の判別結果が、有線ネットワークのいずれかの箇所で故障が発生している旨を示していれば（故障情報記録部１６に記録された最新の故障情報が、有線ネットワークのいずれかの箇所で故障が発生している旨を示している場合を含む）、故障が発生している旨を報知する処理を実施する。なお、故障報知部１７は故障報知手段を構成している。

上記実施の形態２では、故障状況判別部１５により判別された故障の発生箇所と故障種別を示す故障情報を故障情報記録部１６に記録するものを示したが、故障状況判別部１５の判別結果が、有線ネットワークのいずれかの箇所で故障が発生している旨を示していれば、故障報知部１７が、故障が発生している旨を報知するようにしてもよい。
具体的には、故障報知部１７は、故障状況判別部１５の判別結果が、有線ネットワークのいずれかの箇所で故障が発生している旨を示していれば、例えば、アラームの鳴動や照明の点灯を行うことで、故障が発生している旨を観測者に知らせるようにする。
これにより、観測者は、有線ネットワークにおいて、故障が発生している旨を知ることができる。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、ケーブル診断装置１がケーブル２に接続されているものを示したが、図９に示すように、ケーブル診断装置１が、ケーブル２に接続されている通信端末６内に組み込まれており、その通信端末６がケーブル診断装置１における故障状況判別部１５の判別結果を他の通信端末７，８や別の装置などに送信するようにしてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ ケーブル診断装置、２ ケーブル、３ａ，３ｂ 信号線、４ シールド線、５ 終端抵抗、６，７，８ 通信端末、１１ ＴＤＲ計測部（インピーダンス測定手段）、１２ ケーブル診断部、１３ ３値変換部（３値変換手段）、１４ インピーダンステーブル格納部（対応関係記録手段）、１５ 故障状況判別部（故障状況判別手段）、１６ 故障情報記録部（故障情報記録手段）、１７ 故障報知部（故障報知手段）、１００ 線路、１０１，１０２ 電源、１０１ａ，１０２ａ 内部抵抗、１０３，１０４ 伝送線路パーツ、１０５，１０６ グラウンド接続パーツ、１０７ 終端抵抗パーツ。

Claims (6)

1. 差動信号線とシールド線からなるケーブルを用いて構成されている有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及び上記差動信号線を構成する２本の信号線に対するシングルエンドモードインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、上記インピーダンス測定手段により測定されたインピーダンスの値を３値に変換する３値変換手段と、上記有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及びシングルエンドモードインピーダンスの３値の組み合わせと上記有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係を記録している対応関係記録手段と、上記対応関係記録手段に記録されている対応関係を参照して、上記３値変換手段により変換された３値から上記有線ネットワークにおける各箇所の故障状況を判別する故障状況判別手段とを備えたケーブル診断装置。
2. 故障状況判別手段は、有線ネットワークにおける各箇所の故障状況として、故障の発生箇所と故障種別を判別することを特徴とする請求項１記載のケーブル診断装置。
3. 故障状況判別手段により判別された故障の発生箇所と故障種別を示す故障情報を記録する故障情報記録手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のケーブル診断装置。
4. 故障状況判別手段の判別結果が、有線ネットワークのいずれかの箇所で故障が発生している旨を示していれば、故障が発生している旨を報知する故障報知手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のケーブル診断装置。
5. インピーダンス測定手段、３値変換手段及び故障状況判別手段が、ケーブルに接続されている通信端末内に組み込まれており、上記通信端末が上記故障状況判別手段の判別結果を送信することを特徴とする請求項１記載のケーブル診断装置。
6. インピーダンス測定手段が、差動信号線とシールド線からなるケーブルを用いて構成されている有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及び上記差動信号線を構成する２本の信号線に対するシングルエンドモードインピーダンスを測定するインピーダンス測定処理ステップと、３値変換手段が、上記インピーダンス測定処理ステップで測定されたインピーダンスの値を３値に変換する３値変換処理ステップと、故障状況判別手段が、上記有線ネットワークの差動モードインピーダンス、コモンモードインピーダンス及びシングルエンドモードインピーダンスの３値の組み合わせと上記有線ネットワークにおける各箇所の故障状況との対応関係を記録しているテーブルを参照して、上記３値変換処理ステップで変換された３値から上記有線ネットワークにおける各箇所の故障状況を判別する故障状況判別処理ステップとを備えたケーブル診断方法。

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