JP2015222850A - 通信データ監視装置およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】定周期通信の時間に関する情報を容易に把握することのできる通信データ監視装置およびシステムを提供する。【解決手段】通信データ監視装置１０は、画像化部１５を備え、画像化部１５は、解析部１２が解析したデータを一定の時間周期で連続的に切り出し、切り出した周期内における開始時刻を横軸の一端に、その周期内における終了時刻を横軸の他端に割り当て、縦軸に、切り出した周期を時間経過にしたがい順に割り当て、解析したデータに基づき生成される画像を、横軸と縦軸で示される二次元平面上に描画して表示部１４に表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、通信伝送路を伝搬する通信データを取得し解析して表示する、通信データ監視装置およびシステムに関する。

図８に一般的な通信データ監視装置１００の構成を示す。図８に示すように、通信データ監視装置１００は、通信伝送路２００を伝搬する通信データを取得し解析して表示する装置であり、通信データ取得部１０１と、解析部１０２と、蓄積部１０３と、表示部１０４と、により構成される。上記構成において、通信データ取得部１０１が、図示省略した機器間で互いに通信を行うために必要な通信伝送路２００から伝搬する通信データを取り込み、解析部１０２が、取り込んだデータを、例えば、解読し、あるいはシーケンスの解析等を行い、蓄積部１０３に蓄積する。そして、表示部１０４が、蓄積部１０３に蓄積された解析後の通信データを文字情報等に変換して表示する。

通信機器の開発を行う場合、通信伝送路２００を実際に伝搬する通信データを取得して可視化する通信データ監視装置１００を使用する場合が多い。通信状態を可視化するために、通信データをそのまま表示するか、通信データを解析した結果得られる情報を文字で表示するか、あるいは、通信シーケンスを解析して図等により表示する方法が一般的に用いられている。

例えば、特許文献１に、機器間で送受信されるデータのフレーム情報等を解析し、その解析結果を時間的な推移として図で表示するプロトコルアナライザに関する技術が記載されている。

特開２００８−２８３３７８号公報

しかしながら、プロセス制御用のリアルタイム通信等、時間的制約の厳しい定周期通信を解析する場合、一般的な通信の場合に加え、通信の周期性、位相、干渉、時間のズレ等の時間に関する制約があり、したがって、これらの情報に関しても考慮する必要がある。従来の通信データ監視装置は、定周期通信での時間に関する情報は、時間情報を数値で示したものが一般的であったため、周期性を確認するためには更なる解析が必要であり、効率的に把握する方法が存在しなかった。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、定周期通信の時間に関する情報を容易に把握することのできる、通信データ監視装置およびシステムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本発明の通信データ監視装置は、通信伝送路を伝搬する通信データを取得する取得部と、前記取得した前記通信データの通信状態を解析して前記解析した通信データを出力する解析部と、前記解析した通信データに基づく画像を生成する画像化部と、前記解析部から出力される前記解析した通信データ、および前記画像化部から出力される前記画像を蓄積する蓄積部と、前記した解析部から出力される前記解析したデータ、および前記画像化部から出力される前記画像を表示する表示部と、を備え、前記画像化部は、前記解析したデータを一定の時間周期で連続的に切り出し、前記切り出した周期内における開始時刻を横軸の一端に、前記周期内における終了時刻を前記横軸の他端に割り当て、縦軸に、前記切り出した前記周期を時間経過にしたがい順に割り当て、前記解析したデータに基づき生成される前記画像を、前記横軸と縦軸で示される二次元平面上に描画して前記表示部に表示することを特徴とする。

本発明において、前記画像化部は、前記解析した通信データが示す時間情報から前記画像上の割り当て開始座標と割り当て終了座標を算出し、前記算出した割り当て開始座標から前記算出した割り当て終了座標まで、前記解析した通信データに基づき生成される前記画像を描画することを特徴とする。

本発明は、通信データ取得装置と、前記通信データ取得装置とは有線または無線を用いた通信により接続される表示装置と、を含む通信データ監視システムであって、前記通信データ取得装置は、通信伝送路を伝搬する通信データを取得する取得部と、前記取得した前記通信データの通信状態を解析して前記解析した通信データを出力する解析部と、前記解析した通信データを一定の時間周期で連続的に切り出し、前記切り出した周期内における開始時刻を横軸の一端に、前記周期内における終了時刻を前記横軸の他端に割り当て、縦軸に、前記切り出した前記周期を時間経過にしたがい順に割り当て、前記解析したデータに基づき生成される前記画像を、前記横軸と縦軸で示される二次元平面上に描画する画像化部と、前記解析部から出力される前記解析した通信データ、および前記画像化部から出力される前記画像を蓄積する蓄積部と、を備え、前記表示装置は、前記通信により取得されるデータを蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された前記データを読み出して表示する表示部とを備え、前記通信データ取得装置は、前記蓄積部に蓄積したデータを前記有線または無線を用いた通信により前記表示装置の前記蓄積部へ転送し、前記表示装置は、前記蓄積部に蓄積された前記データを読み出して前記表示部に表示することを特徴とする。

本発明において、前記画像化部は、前記画像を、通信時はその通信時間を長さで示す線で描画することを特徴とする。

本発明において、前記画像化部は、前記出力される前記解析した通信データの属性によって前記画像の表示形態を変更して前記表示部へ描画することを特徴とする。

本発明において、前記蓄積部に蓄積された前記画像のパターンを読み出し、前記線が不連続になっていた場合に位相ずれが発生していると判定し、当該判定結果を前記表示部にメッセージ表示する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明において、前記制御部は、前記蓄積部に蓄積された前記画像を読み出し、前記画像が前記線を示していない場合に通信の干渉が発生していると判定し、当該判定結果を前記表示部にメッセージ表示することを特徴とする。

本発明において、前記制御部は、前記蓄積部に、前記解析した通信データと前記画像とを関連付けて記憶し、前記表示部に表示された前記画像が選択されると、前記蓄積部から関連する前記解析した通信データを読み出して前記表示部に表示することを特徴とする。

本発明において、前記制御部は、前記蓄積部に蓄積された前記画像のパターン認識を行い、過去に蓄積した不具合画像と照合して異常を検知することを特徴とする。

本発明によれば、定周期通信の時間に関する情報を容易に把握することのできる通信データ監視装置およびシステムを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る通信データ監視装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る通信データ監視装置による画像化の原理を説明するために引用した図である。 本発明の実施の形態に係る通信データ監視装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る通信データ監視装置の画面表示の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る通信データ監視装置の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る通信データ監視装置の変形例の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る通信データ監視装置の変形例の構成を示すブロック図である。 従来の通信データ監視装置の構成を示すブロック図である。

（実施形態の構成）
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１において、本実施形態に係る通信データ監視装置１０は、通信データ取得部１１と、解析部１２と、蓄積部１３と、表示部１４と、画像化部１５と、により構成される。

通信データ取得部１１は、通信伝送路２０を伝搬する通信データを取得して解析部１２へ出力する。解析部１２は、通信データ取得部１１から取得した通信データの通信状態を解析し、解析した通信データを蓄積部１３、および画像化部１５へ出力する。蓄積部１３は、解析部１２から出力される解析した通信データ、および画像化部１５から出力される画像を蓄積する。表示部１４は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）を表示デバイスとして有し、解析部１２から出力される解析データ、および画像化部１５から出力される画像を表示タイミングに合わせて蓄積部１３から読み取り、画面に表示する。

画像化部１５は、解析部１２が解析した通信データを一定の時間周期で連続的に切り出し、切り出した周期内における開始時刻を横軸の一端に、その周期内における終了時刻を横軸の他端に割り当て、縦軸に、切り出した周期を時間経過にしたがい順に割り当て、解析したデータに基づき生成される画像を、横軸と縦軸で示される二次元平面上に描画する。表示部１４は、解析部１２から出力される解析したデータ、および画像化部１５から出力される画像を表示タイミングに合わせて蓄積部１３から読み取り、画面に表示する。

画像化部１５は、解析した通信データが示す時間情報から画像の割り当て開始座標と割り当て終了座標とを算出し、算出した割り当て開始座標から算出した割り当て終了座標まで、解析した通信データに基づき生成される画像を描画する。画像化部１５は、画像を、通信時はその通信時間を長さで示す線で描画する。画像化部１５は、解析部１２から出力される解析した通信データの、アドレス、通信種類、通信シーケンス等の属性によって色付けする等、画像の表示形態を変更して描画する。なお、描画とは、表示部１４が内蔵する図示省略した表示メモリに表示データを書き込むことをいう。

（実施形態の動作）
図１に示す本実施形態に係る通信データ監視装置１０の動作を説明する。

まず、通信データ取得部１１は、通信伝送路２０を伝搬する通信データを取得し、ここで取得した通信データを解析部１２へ出力する。解析部１２は、通信データ取得部１１から出力された通信データを解析し、解析した通信状態に関るデータを蓄積部１３へ蓄積するとともに、表示部１４に文字表示するために解析した通信データのデータ変換を行う。また、解析部１２は、解析した通信データを画像化部１５へ出力する。

画像化部１５は、解析部１２で解析された通信データを取得して画像を生成する。ここで生成する画像の内容、および生成方法については後述する。蓄積部１３は、解析部１２と画像化部１５から出力される通信データおよび画像を蓄積し、表示部１４から参照されるとそのデータを表示データとして表示部１４へ転送する。表示部１４は、表示タイミングにしたがい、蓄積部１３から読み出される表示データを画面に表示する。ここでは、文字表示する情報に加え、画像化部１５から出力される画像も併せて表示する。

次に、画像化部１５の具体的な動作について、図２，図３を参照しながら詳細に説明する。通信データは、以下に説明する手順で画像化され、これにより、通信データを模様として視覚的に認識することができる。

すなわち、図２に示すように、画像の横軸には、通信データを一定の時間周期で連続的に切り出し、切り出した周期内の開始時刻を左端、終了時刻を右端に割り当てる。ここで、周期は、定周期通信の１サイクル分、もしくはその整数倍とする。FOUNDATION Field Bus（登録商標）の場合、定周期通信のサイクルは、定周期通信であるマクロサイクルに相当する。例えば、定周期通信の１サイクルが１秒である場合、１周期分は、左端が０秒、右端が１秒のときの通信状態を示す。

一方、画像の縦軸には、切り出した周期を連続して、時間の経過順に並べる。図２では、下方向に向かうほど時間が経過していることを示す。例えば、通信が１秒周期の場合、縦軸の１列目は０秒〜１秒、２列目は１秒〜２秒、３列目は２秒〜３秒のときの通信状態を示す。そして、プロットする情報は、通信時は白線、未通信時は黒線とする。ここで、線の長さは、通信時間の長さを示す。

図３に、画像化部１５による画像化処理の流れがフローチャートで示されている。図３によれば、画像化部１５は、まず、プロットするデータを取得するために、解析部１２から解析した通信データを取得する（ステップＳ１０１）。次に、その通信データの時間情報から、画像としてのプロット開始座標を計算する（ステップＳ１０２）。ここでは、例えば、画像の横軸が１秒の場合、通信開始２．５秒後に受信を開始した通信データは、縦軸が３列目、横軸中央がプロット開始座標になる。

次に、画像化部１５は、プロット終了座標を計算する（ステップＳ１０３）。プロット終了座標は、通信開始時間と通信継続時間とから算出する。例えば、通信時間が０．１秒の場合、通信開始座標＋横軸の１／１０の座標が、プロット終了座標になる。続いて、画像化部１５は、算出したプロット開始座標から終了座標まで描画することにより、通信開始座標から終了座標まで画像にプロットする（ステップＳ１０４）。そして全ての通信データをプロットしたか否かを判定し（ステップＳ１０５）、全てが描画されれば（ステップＳ１０５“ＹＥＳ”）、一連の画像化処理を終了し、未だ描画されていない場合は（ステップＳ１０５“ＮＯ”）、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返し実行して全ての通信データをプロットして終了する。

図４（ａ）（ｂ）に画像化例が示されている。図３で説明した手順で生成される画像が図４（ａ）に示されている。図４（ａ）において、画像中に示された白線（縦方向）は、周期的に通信が行われていることを示している。白線が傾いているのは、周期のズレが若干発生していることを示す。その他、画像を詳細に観察することにより様々な情報を得ることができる。

例えば、図４（ｂ）に示す画像化例では、画像中に白線がランダムに描画されると非定周期通信であり、描画された密度により通信の密度がわかるようになっている。また、画像の横軸と周期が一致すれば、図のように線状に描画され、定周期通信であることがわかる。何らかの原因で定周期通信にならなかった場合は、綺麗な線で描画されないため、通信状態を視認により容易に把握することができる。

なお、通信の位相がずれた場合、図中の線が不連続になり、ジッタが発生している場合、線が微妙にずれて表示される。また、通信が干渉している場合は、定周期通信にも関わらず線として描画されない。なお、いずれも線の長さが通信時間を表している。

（実施形態の効果）
以上説明のように本実施形態に係る通信データ監視装置１０によれば、画像化部１５が、解析部１２で解析されたデータを一定の時間周期で連続的に切り出し、切り出した周期内における開始時刻を横軸の一端に、周期内における終了時刻を横軸の他端に割り当て、縦軸に、切り出した周期を時間経過にしたがい順に割り当て、解析したデータに基づき生成される画像を横軸と縦軸で示される二次元平面上に描画して表示部１４に表示することで、周期的な通信の特徴がパターンとして模様で視覚することができる。このため、通信の特徴を、視覚を通して容易に把握し、判別することができる。

このように、通信状態が把握しやすくなることにより、視覚的パターンの変化位置を見つけることができ、その場合、事象の変化、またそこに内在する通信の異常を早期に発見することが可能である。また、生成される画像に対し、拡大縮小処理を施すことにより、任意の時間スケールで通信を俯瞰することができる。このように、長時間の通信に対し本発明を適用することにより、通信パターンや位相、干渉等の通信状態を一目で把握することができる。

（変形例）
なお、本実施形態に係る通信データ監視装置１０によれば、表示部１４に表示した画像を視認することにより、通信の異常を判断するものとして説明したが、画像化部１５が出力した画像をソフトウェアで読み込み、画像解析を行うことにより、通信状態を自動判別してもよい。図５にこの場合の通信データ監視装置１０が変形例として示されている。

図１に示す実施形態との差異は、図１に示す実施形態が持つ構成に更に、制御部１６が付加されたことにある。制御部１６は、蓄積部１３に蓄積された画像のパターンを読み出し、線が不連続になっていた場合に位相ずれが発生していると判定し、当該判定結果を表示部１４にメッセージ表示する。また、制御部１６は、蓄積部１３に蓄積された画像を読み出し、画像が線を示していない場合に通信の干渉が発生していると判定し、当該判定結果を表示部１４にメッセージ表示する。また、制御部１６は、蓄積部１３に、解析した通信データと画像とを関連付けて記憶し、表示部１４に表示された画像が選択されると、蓄積部１３から関連する解析した通信データを読み出して表示部１４に表示してもよい。

また、制御部１６は、蓄積部１３に蓄積された画像のパターン認識を行い、過去に蓄積した不具合画像と照合して異常を検知してもよい。このように、パターン認識を用いることで以前発生した不具合の状態を画像化したものを蓄積しておけば、その画像との照合により異常状態を検出することが可能である。

なお、本実施形態に係る通信データ監視装置１０では、解析部１２で通信データを解析した結果得られる文字情報と、画像化部１５で生成される画像とを表示部１４に並列に表示するものとして説明したが、画像と文字情報とを関連付けて表示することもできる。これにより、画像から通信データを短時間で特定することができるため、通信障害時の原因究明を迅速に行うことができる。例えば、画像中の白線部を画面上で選択すると、対応する文字情報が表示され、詳細な情報を得ることができるといったものである。これは、画像化部１５と蓄積部１３とを連携させ、画像中の位置に対する文字情報を紐付け、制御部１６が管理することで実現することができる。

なお、プロットにより線を描画する際に、アドレス、通信の種類、通信シーケンス等、通信データの属性によって描画される線に色付け処理を施すことで、通信状態をより詳細に把握することが可能になる。図６にその画像化処理の流れがフローチャートで示されている。

図６において、図３のフローチャートとの差異は、通信開始座標から終了座標まで画像にプロットする処理（ステップＳ２０５）の前段に、通信内容によりプロットの色を決定する処理（ステップＳ２０４）が付加されたことにある。画像化部１５が、例えば、送信元アドレス、送信先アドレス、もしくはこれらの組み合わせにより、着色する色を変更するか、通信データの種類、通信データ長、データ内容、もしくはこれらの組み合わせにより着色する色を変更してもよい。更には、通信データの順序、通信データの前後のデータ、もしくはこれらの組み合わせにより、着色する色を変更してもよい。いずれも画像化部１５が、通信データの属性により、色付け、点滅、強調等、画像の表示形態を変更して表示部１４へ描画することで実現が可能である。

また、本実施形態に係る通信データ監視装置１０によれば、通信状態を表示部１４に即座に表示する構成として説明したが、図７に更なる変形例として示すように、通信データ取得装置１０Ａと表示装置１０Ｂを分離して通信データ監視システムを構築してもよい。本構成の動作は、蓄積部１３に蓄積したデータを有線または無線による通信手段（通信部１８，１９）を用いて表示装置１０Ｂの蓄積部１７へ転送し、表示部１４で表示する。これによれば、通信データ取得装置１０Ａと表示装置１０Ｂは、離れた位置に設置できる。また、蓄積部１３または１７に不揮発的にデータを保持すれば、通信データを取得した時間とは別の時間に、また、通信データを取得した場所とは異なる場所で表示部１４へ表示することが可能である。この場合、通信データ取得装置１０Ａと表示装置１０Ｂは分離せず、蓄積部１３と１７を同一としてもよい。

上記構成によれば、通信伝送路２０から離れた場所にいても、あるいは通信伝送路２０上を伝搬しているデータを通信データ監視装置１０で取得し、現時点とは異なる時点でも通信状態を可視化することができる。このように、時間的に何らかのパターンを示す定周期通信の通信状態を解析し、解析結果を表示することにより、時間情報に基づき定周期通信における通信状態を可視化した画像を生成することができる。これによって、定周期通信における通信状態を容易に確認することができる。

また、通信状態が把握しやすくなるため、視覚パターンの変化位置を見つけることで、事象の変化やそこに内在する通信の異常を早期に発見することが可能である。更に、プロットを着色することで一層通信状態の把握が容易になり、また、画像解析を行うことにより、通信状態を自動判別することで作業者の負担を軽減することができる。本発明は、特に、リアルタイムアプリケーションに適用して顕著な効果が得られる。

なお、本実施形態に係る通信データ監視装置１０は、画像化部１５で生成した画像を表示部１４に表示する構成としたが、例えば、フィールド通信では、フィールド機器等にそのアルゴリズムを組み込む方法でも良い。アルゴリズムは、専用のアルゴリズムとして実装する他、例えば、FOUNDATION Field Bus（登録商標）等のフィールドデジタル通信における、ファンクションブロックとして実装してもよい。本アルゴリズムは、全てソフトウェアで実現することができるため、これにより、既存の通信機器を利用して、当該通信機器のソフトウェアを更新し、または追加することにより、異常通信を検知できる機能を実現することができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…通信データ監視装置、１０Ａ…通信データ取得装置、１０Ｂ…表示装置、１１…通信データ取得部、１２…解析部、１３…蓄積部、１４…表示部、１５…画像化部、１６…制御部

Claims (9)

1. 通信伝送路を伝搬する通信データを取得する取得部と、
   前記取得した前記通信データの通信状態を解析して前記解析した通信データを出力する解析部と、前記解析した通信データに基づく画像を生成する画像化部と、前記解析部から出力される前記解析した通信データ、および前記画像化部から出力される前記画像を蓄積する蓄積部と、前記した解析部から出力される前記解析したデータ、および前記画像化部から出力される前記画像を表示する表示部と、を備え、
   前記画像化部は、
   前記解析したデータを一定の時間周期で連続的に切り出し、前記切り出した周期内における開始時刻を横軸の一端に、前記周期内における終了時刻を前記横軸の他端に割り当て、縦軸に、前記切り出した前記周期を時間経過にしたがい順に割り当て、前記解析したデータに基づき生成される前記画像を、前記横軸と縦軸で示される二次元平面上に描画して前記表示部に表示することを特徴とする通信データ監視装置。
2. 前記画像化部は、
   前記解析した通信データが示す時間情報から前記画像上の割り当て開始座標と割り当て終了座標を算出し、前記算出した割り当て開始座標から前記算出した割り当て終了座標まで、前記解析した通信データに基づき生成される前記画像を描画することを特徴とする請求項１記載の通信データ監視装置。
3. 通信データ取得装置と、前記通信データ取得装置とは有線または無線を用いた通信により接続される表示装置と、を含む通信データ監視システムであって、
   前記通信データ取得装置は、
   通信伝送路を伝搬する通信データを取得する取得部と、前記取得した前記通信データの通信状態を解析して前記解析した通信データを出力する解析部と、前記解析した通信データを一定の時間周期で連続的に切り出し、前記切り出した周期内における開始時刻を横軸の一端に、前記周期内における終了時刻を前記横軸の他端に割り当て、縦軸に、前記切り出した前記周期を時間経過にしたがい順に割り当て、前記解析したデータに基づき生成される前記画像を、前記横軸と縦軸で示される二次元平面上に描画する画像化部と、前記解析部から出力される前記解析した通信データ、および前記画像化部から出力される前記画像を蓄積する蓄積部と、を備え、
   前記表示装置は、
   前記通信により取得されるデータを蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された前記データを読み出して表示する表示部とを備え、
   前記通信データ取得装置は、前記蓄積部に蓄積したデータを前記有線または無線を用いた通信により前記表示装置の前記蓄積部へ転送し、前記表示装置は、前記蓄積部に蓄積された前記データを読み出して前記表示部に表示することを特徴とする通信データ監視システム。
4. 前記画像化部は、
   前記画像を、通信時はその通信時間を長さで示す線で描画することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信データ監視装置またはシステム。
5. 前記画像化部は、
   前記出力される前記解析した通信データの属性によって前記画像の表示形態を変更して前記表示部へ描画することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信データ監視装置またはシステム。
6. 前記蓄積部に蓄積された前記画像のパターンを読み出し、前記線が不連続になっていた場合に位相ずれが発生していると判定し、当該判定結果を前記表示部にメッセージ表示する制御部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の通信データ監視装置またはシステム。
7. 前記制御部は、
   前記蓄積部に蓄積された前記画像を読み出し、前記画像が前記線を示していない場合に通信の干渉が発生していると判定し、当該判定結果を前記表示部にメッセージ表示することを特徴とする請求項６に記載の通信データ監視装置またはシステム。
8. 前記制御部は、
   前記蓄積部に、前記解析した通信データと前記画像とを関連付けて記憶し、前記表示部に表示された前記画像が選択されると、前記蓄積部から関連する前記解析した通信データを読み出して前記表示部に表示することを特徴とする請求項６または７に記載の通信データ監視装置またはシステム。
9. 前記制御部は、
   前記蓄積部に蓄積された前記画像のパターン認識を行い、過去に蓄積した不具合画像と照合して異常を検知することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の通信データ監視装置またはシステム。