JP2018010421A - 計算機システム、計算機及びデータフィルタリング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノイズデータによるトラフィック量の増加を抑制し、分析コストの増加を抑制する。【解決手段】データを取得する端末装置から受信したデータを転送するエッジ装置と、前記エッジ装置から受信したデータを分析するサーバとを備える計算機システムであって、前記サーバは、受信したデータからノイズを抽出するノイズ抽出部と、前記ノイズ抽出部が抽出したノイズを用いてノイズフィルタを生成し、前記生成されたノイズフィルタを前記エッジ装置に設定するフィルタ管理部とを有し、前記エッジ装置は、前記サーバが設定したノイズフィルタを用いて、前記端末装置から受信したデータからノイズを除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、端末装置から取得したデータにフィルタ処理を実行するシステムに関する。
通信技術の発展に伴い、様々なデバイスがネットワークへ接続され、デバイスが取得したデータを分析し、社会やビジネスに活用する技術であるIoT(Internet of Things)がある。多くの場合、デバイスから取得されたデータは、クラウドサーバなどネットワーク上に設けられた分析サーバで実行される。
IoTにおいて、ネットワークに接続されたデバイスは膨大なデータを取得し、分析サーバへデータを送信する。デバイスから分析サーバへ全てのデータを送信し、分析サーバが分析すると通信トラフィックが増大し及び分析サーバでの分析に要するコストが増加する。このため、エッジコンピューティングが提案されている。
エッジコンピューティングでは、分析サーバよりデバイスに近い場所にエッジサーバを設置し、デバイスが送信したデータを処理し、分析サーバへデータを中継する。例えば、工場に設置されたデバイスからデータを収集するシステムにおいて、工場内にエッジサーバを設置し、デバイスからのデータを集約し、分析サーバに送信する形態がある。
デバイスが送信したデータの集約や、分析サーバで行っていた分析処理の一部をエッジサーバが実行することによって、分析サーバへの通信トラフィックを抑制し、分析サーバによる分析コストを削減できる。また、デバイスとのデータの送受信に要する時間は、デバイスとエッジサーバとの間の通信の方が短いので、処理時間が短縮し、リアルタイム性が求められる処理も可能となる。
本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献1(特開2014−137709号公報)は、複数のセンサ、複数のサーバ、及びデータ収集サーバを備える計算機システムであって、データ収集サーバは、計算機システムにおける負荷を監視する負荷監視部と、負荷の監視結果に基づいて、複数のサーバにおけるデータの転送処理の内容を決定し、前記決定されたデータの転送処理の内容を送信する管理部とを有し、管理部は、複数のサーバに適用する転送処理の種別を決定し、転送処理の種別に基づいて、データ収集サーバに転送されるデータのうち、当該転送処理が適用されるデータのリストである処理対象データリストを生成し、決定された転送処理の種別、及び生成された処理対象データリストに基づいて、複数のサーバに適用する転送処理の内容を決定する計算機システムを開示する(要約参照)。
IoTにおいてデータを取得するデバイスは今後増加し、それに伴い、低コストのデバイスが多く導入されることが見込まれる。低コストのデバイスは、誤り訂正などのノイズデータを除去する機能を有していないため、誤ったデータを出力することがあり、デバイスが送信するデータに含まれるノイズデータが増加することが予想される。
ノイズデータとは、エッジサーバや分析サーバにおいて分析する必要のない、余分なデータや誤ったデータである。例えば、デバイスが温度データを取得する場合、測定対象の温度と異なる高温データが取得された場合、当該データは分析システムで分析不要なノイズデータとなる。また、ノイズデータは、分析サーバへの通信トラフィックや分析サーバでのデータ分析処理のコストを増加させる要因となる。
前述した特許文献1では、中間サーバにて送信データの量を調節して、データを分析するデータ収集サーバへの通信トラフィックやデータ収集サーバでのデータ分析処理の負荷を制御できる。しかし、送信データには分析する必要のないノイズデータが含まれるため、そのノイズデータに対するデータ分析コスト及び通信トラフィックコストは抑制できない。ノイズデータによるコスト増加を抑制するためには、デバイスに近いエッジサーバにて早期にノイズデータを効率的に除去する必要がある。
エッジサーバは各拠点に設置されるサーバであるため、分析サーバと比べると抵コストで設置可能である。そのため、エッジサーバの主な機能は分析サーバへのデータ中継であり、ノイズを除去するために高度なデータ分析処理はエッジサーバの機能として不十分である。また、取得できるデータは設置されている拠点の範囲内であり、データ分析に使用できるサンプル数が少ない。そのため、複数のエッジサーバを管理下に持ち広い範囲のデータ集積を行える分析サーバにて、ノイズデータを判断するためのデータ分析を行うことが適当である。しかし、分析サーバにてノイズデータを除去する、通信トラフィック及び分析処理コストの増加という課題を解決できない。
本発明では、エッジサーバでは、分析サーバから設定されたフィルタ処理を実行することによって、ノイズデータを効率的に除去し、ノイズデータによる通信トラフィックの増加を抑制し、分析処理にかかる不要なコストの増加を抑制することを目的とする。
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、計算機システムであって、データを取得する端末装置から受信したデータを転送するエッジ装置と、前記エッジ装置から受信したデータを分析するサーバとを備え、前記サーバは、受信したデータからノイズを抽出するノイズ抽出部と、前記ノイズ抽出部が抽出したノイズを用いてノイズフィルタを生成し、前記生成されたノイズフィルタを前記エッジ装置に設定するフィルタ管理部とを有し、前記エッジ装置は、前記サーバが設定したノイズフィルタを用いて、前記端末装置から受信したデータからノイズを除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部を有する。
本発明の一態様によれば、ノイズデータによるトラフィック量の増加を抑制し、分析コストの増加を抑制できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。本実施例は本発明を実施するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。複数の図において共通の構成には同一の参照符号が付されている。
図1は、本実施例のシステムの構成を示す図である。
サーバ装置100は、1以上のエッジ装置120とLAN(Local Area Network)やWAN(Wide Area Network)などのネットワークによって接続される。また、エッジ装置120は1以上の端末装置130とネットワークによって接続される。
サーバ装置100は、エッジ管理テーブル101及び状態管理テーブル102を格納する。また、サーバ装置100は、サーバ装置データ分析処理部103、データ転送部104、ノイズ抽出部105、サーバ装置受信部106、端末装置状態操作部107、エッジ状態管理部108、フィルタ管理部109及びサーバ装置送信部110で構成される。サーバ装置100は、エッジ装置120から受信したデータを分析し、ノイズフィルタを生成し、エッジ装置120に対するフィルタを設定する。
エッジ装置120は、端末装置状態テーブル121を格納する。また、エッジ装置120は、エッジ装置送信部122、エッジ装置データ分析処理部123、フィルタ処理部124、エッジ装置受信部125及び端末装置状態管理部126で構成される。エッジ装置120は、端末装置130から受信したデータをフィルタリングし、分析し、サーバ装置100へデータを転送する。
端末装置130は、稼働状態管理部131で構成され、稼働状態に応じて様々なデータをエッジ装置120へ送信する。例えば、端末装置130は、音声センサ、風力センサ、温度センサ、スマートフォンなどであり、端末装置130が音声センサであれば音声データを取り扱い、端末装置130が風力センサであれば風速データを取り扱う。また、端末装置130がスマートフォンであれば複数種類のデータを取り扱う。
本実施例において分析されるデータに含まれるノイズとは、サーバ装置100で分析が不要なデータである。すなわち、信号に重畳された電磁ノイズによって異常な値となったデータの他、分析が不要な内容を含むデータ(例えば、転送されるパケット内のデータ、転送されるトラフィックの種類、転送されるデータの送信元及び宛先など)を含む。本実施例では、以下に説明する構成及び処理によって、異常な信号波形を含むデータだけでなく、利用者の用途に応じた方法でデータをフィルタリングでき、端末装置130からサーバ装置100に転送されるデータの量を削減でき、ネットワークのトラフィック量を削減できる。
図2は、サーバ装置100、エッジ装置120及び端末装置130を構成する計算機の物理的な構成を示す図である。
図2に示すように、サーバ装置100、エッジ装置120及び端末装置130は、CPU201、メモリ202及びネットワークインタフェース203を含む一般的な計算機で構成される。
CPU201は、メモリ202に記憶されているプログラムを実行することによって図1に示す各処理部の機能を実現する。
メモリ202は、不揮発性の記憶素子であるROM及び揮発性の記憶素子であるRAMを含む。ROMは、不変のプログラム(例えば、BIOS)などを格納する。RAMは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のような高速かつ揮発性の記憶素子であり、CPU201が実行するプログラム、及び、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。プログラムは、不図示のOSの他、プログラムを含む。
ネットワークインタフェース203は、ネットワークに接続されている他の装置との通信を制御するインタフェースデバイスである。
各計算機は、例えば、磁気記憶装置(HDD)、フラッシュメモリ(SSD)等の大容量かつ不揮発性の補助記憶装置を有してもよい。補助記憶装置は、CPU201による実行時にメモリ202にロードされるプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを格納する。
各計算機は、ユーザが指示を入力し、プログラムの実行結果をユーザに提示するためのユーザインタフェース(例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、ディスプレイ、プリンタなど)を有してもよい。
CPU201が実行するプログラムは、リムーバブルメディア(CD−ROM、フラッシュメモリなど)又はネットワークを介して各計算機に提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性記憶装置に格納される。このため、各計算機は、リムーバブルメディアからデータを読み込むインタフェースを有するとよい。
各計算機は、物理的に一つの計算機上で、又は、論理的又は物理的な複数の計算機上で構成される計算機システムであり、前述したプログラムが、同一の計算機上で別個のスレッドで動作してもよく、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作してもよい。また、各装置と他の装置が一つの物理的又は論理的計算機に収容されてもよい。
なお、プログラムによって実現される機能部の全部又は一部の機能をハードウェア(例えば、Field−Programmable Gate Array)によって実現してもよい。
次に、サーバ装置100を構成するテーブル及び機能ブロックを説明する。
図3は、エッジ管理テーブル101の構成例を示す図である。
エッジ管理テーブル101は、エッジID301、状態302、状態変更303及びタイムゾーン304を含み、エッジ管理テーブル101を保持するサーバ装置100の管理下にあるエッジ装置120の情報を格納する。エッジ管理テーブル101は、利用者がエッジ状態管理部108を通して内容を操作でき、エッジ状態管理部108が操作内容に応じた所定の処理を行う。
エッジID301は、該当サーバ装置100に接続されているエッジ装置120に一意に定められた値で、テーブルの主キーである。
状態302は、エッジ装置120が置かれている環境などの状態を示す値である。例えば、状態302は、現在の状態(昼、夜、高温、中温、低温など)であってもよいし、夜に低温環境下で使用される装置であることを示すものでもよい。複数の状態が重複して該当してもよい。
状態変更303は、エッジ装置120の状態302を変更する方法を示す値である。例えば、手動及び自動の二値が設定できるとよい。手動に設定された場合、利用者からの操作によって状態302が変更可能である。自動に設定された場合、手動による変更に加え、サーバ装置100内の処理によって状態302が変更可能である。
タイムゾーン304は、エッジ装置120が置かれている場所のタイムゾーンを示す値である。現在時刻及びタイムゾーンを用いることによって、該当エッジ装置120の設置されている場所の昼夜の判別などが可能になる。
図4は、状態管理テーブル102の構成例を示す図である。
状態管理テーブル102は、状態302、端末種別401、ノイズ抽出方法402及びフィルタ定義403を含む。
状態302は、エッジ管理テーブル101の状態302と同じ定義であり、端末装置130が置かれている環境などであり、テーブルの主キーである。エッジ管理テーブル101で使用される状態302は、すべて状態管理テーブル102にて定義されているものを用いる。なお、端末装置130とエッジ装置120とは近接して(例えば、同じ建屋内)設置されることから、両装置が設置される環境は同じであると考えられる。
端末種別401は、端末装置130の種別であり、例えば、音声センサ、風力センサ、温度センサ、スマートフォンなどである。端末装置130が設置されている環境の状態や測定対象によってフィルタ条件が変えることによって、端末装置130の機能に適合したフィルタ定義ができる。
ノイズ抽出方法402は、サーバ装置100におけるデータからノイズと判定されるデータを抽出する方法であり、ノイズ抽出部105が参照する。ノイズ抽出方法402は、ノイズであると判定したデータを除去する。例えば、ノイズであると判定されたデータの当該値を消去したり、所定の値に補正することによってノイズデータを除去する。補正する場合、ノイズ抽出方法402内に補正後の値を保持する。具体的には、ノイズの抽出方法は、取得した温度データに対して、過去に取得したデータの一定期間の平均値と新たに取得したデータの値を比較し、予め設定した閾値以上である場合、新たに取得したデータをノイズと判断し、ノイズと判断した値は全て閾値に補正する方法などがある。
フィルタ定義403は、エッジ装置120において、端末装置130から受信したデータに対して行うフィルタ処理に用いるフィルタの定義である。フィルタ定義403にはフィルタ対象となる閾値を含む。フィルタ定義403は、フィルタした値の補正値や、フィルタした頻度に応じて端末装置130の故障を判断する閾値や、故障と判断した際の端末装置130への指示なども含んでもよい。利用者が状態管理テーブル102の内容を操作する場合、フィルタ定義403はフィルタ管理部109を通して操作でき、状態302及びノイズ抽出方法402は、利用者がエッジ状態管理部108を通して内容を操作でき、フィルタ管理部109及びエッジ状態管理部108が操作内容に応じた所定の処理を行う。
なお、状態管理テーブル102は全てのエッジ装置120で共通に設けて、エッジ装置120毎に分けて設けてもよい。
サーバ装置データ分析処理部103は、データ転送部104から受信したデータを分析する。具体的には、データを統計情報へ変換する処理を実行する。
データ転送部104は、ノイズ抽出部105から受信したデータをサーバ装置データ分析処理部103に転送する。また、データ転送部104は、受信したデータのうちエッジ状態の判定に関連するデータをエッジ状態管理部108に転送する。エッジ状態管理部108は、エッジ装置120の状態302の変更を判定する。例えば、エッジ状態管理部108は、温度センサから取得した温度データに基づいて、該当エッジ装置120が高温又は低温の環境にあるか判定する。
ノイズ抽出部105は、サーバ装置受信部106から受信したデータからノイズを抽出する。ノイズ抽出部105は、抽出したノイズ情報をフィルタ管理部109へ通知する。
図6は、ノイズ抽出部105が実行する処理のフローチャートである。
まず、ノイズ抽出部105は、エッジ装置120が送信したデータを、サーバ装置受信部106を通じて受信する(ステップS601)。
そして、ノイズ抽出部105は、受信したデータに対して送信元のエッジ装置120の状態302に応じてノイズを抽出する。ノイズを抽出する方法は、状態管理テーブル102のノイズ抽出方法402を参照して定める(ステップS602)。
ノイズが抽出された場合、ノイズ抽出部105は、データからノイズを除去する、又はノイズ抽出方法402に補正値が設定されている場合は補正値に置換する(ステップS603)。
ノイズ抽出部105は、抽出したノイズ値、データの送信元であるエッジ装置120のエッジID301、データを取得した端末装置130の種別を含むノイズ情報をフィルタ管理部109に通知する(ステップS604)。なお、後述するように、フィルタ管理部109は、ノイズ抽出部105から受信したノイズ情報に基づいて、そのノイズも新たにフィルタするために状態管理テーブル102のフィルタ定義403を更新する。
その後、ノイズ抽出部105は、ノイズ抽出処理を実行したデータをデータ転送部104に転送し(ステップS605)、処理を終える。
ステップS602においてノイズが抽出されなかった場合は、データをデータ転送部104に転送し(ステップS605)、処理を終える。
サーバ装置受信部106は、エッジ装置120から受信したデータをサーバ装置100内の機能ブロックへ転送する。すなわち、サーバ装置受信部106は、エッジ装置120から分析対象となるデータを受信した場合、ノイズ抽出部105へ転送する。サーバ装置受信部106は、エッジ装置120から端末装置状態通知及び故障通知を受信した場合、端末装置状態操作部107へ転送する。端末装置状態通知及び故障通知についての詳細は後述する。
端末装置状態操作部107は、エッジ装置120を介して接続されている端末装置130の稼働状態の参照及び変更を行う。また、端末装置状態操作部107は、エッジ装置120から端末装置130の故障通知を受信し、利用者に通知する機能を持つ。
端末装置130の情報はエッジ装置120内の端末装置状態テーブル121で管理されている。
図5は、端末装置状態テーブル121の一例を示す図である。
端末装置状態テーブル121は、接続されている端末装置130の端末ID501、種別502、稼働状態503及び故障状態504を含む。
端末ID501は、端末装置130に一意に設定された識別情報で、テーブルの主キーである。
種別502は、音声センサ、風力センサなどの端末装置130の種別を示す。
稼働状態503は、正常稼働中、停止中、データ取得頻度の高低などの端末装置130の稼働状態を示す。データ取得頻度は、例えば、予め定められた通常の頻度より低い頻度(例えば50%)でデータを取得するなどであり、より具体的には、データを取得する時間間隔を長くしたり、データを取得する時間帯を短くしたりする。
故障状態504は、端末装置130が正常に動作しているか、故障しているかを示す値である。故障している場合、故障内容が設定されてもよい。
端末装置状態操作部107は、端末装置130の稼働状態を参照するために、サーバ装置送信部110を通じてエッジ装置120に稼働状態参照通知を送信し、該当エッジ装置120が保持している端末装置状態テーブル121の内容を取得する。エッジ装置120内での処理は後述する。
端末装置状態操作部107は、端末装置130の稼働状態を変更するために、変更対象の端末装置130を管理しているエッジ装置120に、サーバ装置送信部110を通じて、稼働状態変更通知を送信する。稼働状態変更通知は、変更対象の端末装置130を管理するエッジ装置120のエッジID301と変更対象の端末装置130の端末ID501と変更後の稼働状態503を含む。エッジ装置120内での処理は後述する。
端末装置状態操作部107は、エッジ装置120が送信した端末装置130の故障通知を、サーバ装置受信部106を通じて受信した場合、該当端末装置130の情報を利用者に通知する。故障通知の内容は、端末装置状態テーブル121の要素であり、具体的には、端末ID501、端末装置130の種別、端末装置130の稼働状態及び該当端末装置130を管理しているエッジ装置120のエッジID301である。
エッジ状態管理部108は、エッジ装置120の状態の変化を検知し、フィルタ管理部109に通知する。状態の変化を判断する定義は利用者によって設定され、エッジ状態管理部108が保持する。エッジ状態管理部108がエッジ装置120の状態の変化を検知する処理を図7、図8に示す。
図7は、エッジ管理テーブル101を更新するための状態判定処理のフローチャートである。
まず、エッジ状態管理部108は、エッジ管理テーブル101と、サーバ装置100がネットワークを通じて取得したデータとを参照し(ステップS701)、エッジ状態の変化を判定する(ステップS702)。例えば、エッジ装置120のタイムゾーン304と現在時刻を参照し、該当エッジ装置120が設置されている地域が昼か夜か判定する。なお、エッジ管理テーブル101の状態変更303が手動に設定されているエッジ装置120に対しては判定処理を実行しない。
その後、エッジ状態管理部108は、状態判定結果と、エッジ管理テーブル101に保持されている状態302とを比較し、状態302が変更されたと判断した場合、エッジ管理テーブル101の状態302を更新する(ステップS703)。
その後、エッジ状態管理部108、状態302が更新されたエッジ装置120のエッジID301をフィルタ管理部109に通知する(ステップS704)。
図7に示す状態判定処理は、エッジ管理テーブル101に登録されているエッジ装置120に対して繰り返し(例えば、所定の時間間隔で)実行される。実行タイミングは利用者によって設定され、エッジ状態管理部108によって保持される。利用者の要求に従って実行されてもよい。
図8は、エッジ状態管理部108が実行する処理のフローチャートである。
まず、エッジ状態管理部108が、エッジ装置120の状態の変更に関連するデータをデータ転送部104から受信し(ステップS801)、受信したデータの内容とエッジ管理テーブル101に保持されている状態302とを比較し、状態に変化があるかを判定する(ステップS802)。例えば、エッジID301がE001のエッジ装置120から受信した、温度データが予め設定された閾値を超えた場合、E001は高温状態であると判定する。
エッジ状態管理部108は、状態判定結果と、エッジ管理テーブル101に保持されている状態302を比較し、状態302が変更されている場合、エッジ状態管理部108はエッジ管理テーブル101の状態302を更新する(ステップS803)。
その後、エッジ状態管理部108は、状態302が更新されたエッジ装置120のエッジID301をフィルタ管理部109に通知する(ステップS804)。
フィルタ管理部109は、エッジ装置120のフィルタ処理部124が使用するフィルタを管理する。
フィルタ管理部109は、ノイズ情報をノイズ抽出部105から受信した場合、そのノイズも新たにフィルタするために状態管理テーブル102のフィルタ定義403を更新し、更新されたフィルタを使用しているエッジ装置120にサーバ装置送信部110を通じてフィルタ更新通知を送信する。フィルタ更新通知は、宛先となるエッジ装置120のエッジID301及びフィルタ定義403を含む。
また、フィルタ管理部109は、エッジ状態管理部108からエッジID301を含む通知を受信した場合、エッジ装置120の状態が変更しているので、変更後の状態302に応じたフィルタ定義403を含むフィルタ更新通知を、状態302が変更したエッジ装置120に送信する。
さらに、フィルタ管理部109は、利用者がフィルタ管理部109を通じて状態管理テーブル102のフィルタ定義403を変更した場合、変更されたフィルタ定義403を使用しているエッジ装置120に対するフィルタ更新通知を、サーバ装置送信部110を通じて送信する。
サーバ装置送信部110は、サーバ装置100内の機能ブロックから受信したデータを、宛先に指定されたエッジ装置120に送信する。機能ブロックから受信するデータは、宛先となるエッジ装置120のエッジID301を含む。機能ブロックから受信するデータは、例えば、フィルタ管理部109から送信されるフィルタ更新通知、端末装置状態操作部107から送信される稼働状態参照通知及び稼働状態変更通知がある。
次に、エッジ装置120を構成するテーブル及び機能ブロックについて説明する。
エッジ装置送信部122は、エッジ装置120内の機能ブロックから受信したデータを、エッジ装置120と接続しているサーバ装置100及び端末装置130に送信する機能を有する。サーバ装置100へ送信するデータは、エッジ装置データ分析処理部123が送信する分析対象のデータ、及びフィルタ処理部124が送信する端末装置130の故障通知である。端末装置130へ送信するデータは、端末装置状態管理部126が送信する稼働状態変更通知である。
エッジ装置データ分析処理部123は、フィルタ処理部124から受信したデータを、利用者によって設定された方法で分析する。例えば、エッジ装置データ分析処理部123は、受信したデータの値を0から100など特定の数値範囲内に変換する処理を実行する。分析されたデータは、エッジ装置送信部122に転送される。フィルタ処理部124による分析結果は、サーバ装置100に送信しても、端末装置130にフィードバックとして送信してもよい。また、フィルタ処理部124から受信したデータを分析せず、そのままエッジ装置送信部122へ転送してもよい。
フィルタ処理部124は、端末装置130が取得したデータをエッジ装置受信部125を通じて受信し。当該データのフィルタ処理を実行する。フィルタ時に用いるフィルタ定義403はサーバ装置100のフィルタ管理部109から設定される。フィルタ定義403は、フィルタの対象となるデータと、当該データの補正値が指定されてもよい。補正値が指定されている場合、フィルタ処理時にフィルタの対象となるデータを除去せずに、指定された補正値に置換する。フィルタ処理されたデータはエッジ装置データ分析処理部123に転送される。
また、フィルタ処理部124は、端末装置130の故障を検知し、故障検知通知を端末装置状態管理部126へ送信する機能を有する。具体的には、端末装置130から受信したデータに含まれるフィルタ対象データの検出頻度が予め定められた閾値を超える場合、その端末装置130が故障したと判定し、端末装置状態管理部126へ故障検知通知を送信する。故障検知通知は、故障と判断された端末装置130の装置IDを含む。故障を判定する際に用いる閾値は利用者によって設定されてもよく、サーバ装置100から設定されるフィルタ定義403に含まれてもよい。また、フィルタ定義403が、故障検知時に端末装置130の稼働状態503を変更する指示を含む場合、故障検知時に稼働状態変更通知を端末装置状態管理部126へ送信する。稼働状態変更通知は、故障検知された端末装置130の端末ID501と、フィルタ定義403に設定されている故障検知後に変更する稼働状態503とを含む。
エッジ装置受信部125は、サーバ装置100から送信されたデータ及び端末装置130から送信されたデータを受信し、受信したデータをエッジ装置120内の機能ブロックに転送する。具体的には、サーバ装置100から受信したデータは、端末装置130の稼働状態変更通知及び稼働状態参照通知であるため、端末装置状態管理部126に転送する。端末装置130から受信したデータは、分析されるべきデータであるため、フィルタ処理部124へ転送する。
端末装置状態管理部126は、端末装置状態テーブル121において、端末装置130の稼働状態503を変更する。サーバ装置100又はフィルタ処理部124から稼働状態変更通知を受信した場合、状態が変更された端末装置130について、端末装置状態テーブル121の稼働状態503を更新し、稼働状態変更通知をエッジ装置送信部122を通じて端末装置130に送信する。
端末装置状態管理部126は、サーバ装置100から稼働状態参照通知を受信した場合、端末装置状態テーブル121の内容を、エッジ装置送信部122を通じてサーバ装置100へ送信する。
また、端末装置状態管理部126は、フィルタ処理部124から故障検知通知を受信した場合、故障と判断された端末装置130について、端末装置状態テーブル121の故障状態504を「故障」に更新する。また、端末装置状態管理部126は、故障通知をエッジ装置送信部122を通じてサーバ装置100へ送信する。
端末装置130は、稼働状態管理部131で構成され、取得したデータをエッジ装置120へ転送する装置である。
稼働状態管理部131は、端末装置130の稼働状態503を管理する。具体的には、稼働状態管理部131は、エッジ装置120からの稼働状態変更通知を受信し、通知内容に応じて稼働状態を変更する。具体的には、端末装置130を停止したり、再開したり、データ取得頻度や取得データ種類を変更する。稼働状態503は稼働状態管理部131に保持される。
以下に、サーバ装置100、エッジ装置120及び端末装置130間の処理を説明する。
図9は、端末装置130が取得したデータに対する分析及びフィルタ処理のシーケンスを示す図である。
エッジ装置120では、エッジ装置受信部125が、端末装置130が取得したデータを受信し(ステップS901)、受信したデータをフィルタ処理部124に転送する。
エッジ装置120では、フィルタ処理部124が受信したデータにフィルタ処理を実行し、ノイズデータの除去及び補正を行う(ステップS902)。フィルタ処理部124は、フィルタ処理後のデータをエッジ装置データ分析処理部123に転送する。エッジ装置データ分析処理部123は、フィルタ処理後のデータを分析する(ステップS903)。その後、エッジ装置データ分析処理部123は、エッジ装置送信部122を通じてサーバ装置100にデータを送信する(ステップS904)。
サーバ装置100では、サーバ装置受信部106がエッジ装置120から送信されたデータを受信し、受信したデータをノイズ抽出部105に転送する。ノイズ抽出部105は、状態管理テーブル102に保持されているノイズ抽出方法402を用いて、受信したデータに、送信元のエッジ装置120の状態302に応じたノイズ抽出処理を実行する(ステップS905)。そして、ノイズ抽出部105は、ノイズ抽出処理後のデータをデータ転送部104を通してサーバ装置データ分析処理部103に転送する。サーバ装置データ分析処理部103は、受信したデータに分析処理(ステップS906)を行う。
図10は、サーバ装置100が、受信したデータからノイズを抽出して、エッジ装置120のフィルタを更新するシーケンスを示す図である。
サーバ装置100では、サーバ装置受信部106がエッジ装置120から送信されたデータを受信し(ステップS904)、受信したデータをノイズ抽出部105に転送する。ノイズ抽出部105は、状態管理テーブル102に保持されているノイズ抽出方法402を用いて、受信したデータに、送信元のエッジ装置120の状態302に応じたノイズ抽出処理を実行する。ノイズ抽出処理にてノイズが抽出された場合、ノイズ抽出部105はフィルタ管理部109にデータから抽出したノイズ情報を送信する(ステップS1001)。
フィルタ管理部109は、受信したノイズ情報に基づいて、本フローでデータを送信したエッジ装置120が使用しているフィルタ定義403を変更し、状態管理テーブル102を更新する(ステップS1002)。フィルタ管理部109は、更新されたフィルタ定義403を使用している全てのエッジ装置120にサーバ装置送信部110を通じて、フィルタ更新通知を送信する(ステップS1003)。
エッジ装置120では、エッジ装置受信部125がフィルタ更新通知を受信し、受信した通知をフィルタ処理部124へ転送する。フィルタ処理部124は、受信したフィルタ更新通知に従って、保持しているフィルタ定義403を更新する(ステップS1004)。
なお、フィルタ定義403の更新は、更新されるフィルタ定義を使用しているかにかかわらず、全てのエッジ装置120に更新されたフィルタ定義403を送信してもよい。また、当該更新の元となったノイズデータを送信したエッジ装置120のみに更新されたフィルタ定義403を送信してもよい。
さらに、ノイズ抽出部105は、ノイズ抽出処理後のデータをデータ転送部104を通してサーバ装置データ分析処理部103に転送する。サーバ装置データ分析処理部103は、受信したデータに分析処理(ステップS906)を行う。
図11は、サーバ装置100がエッジ装置120の状態の変更を検知して、エッジ装置120のフィルタを更新するシーケンスを示す図である。
まず、エッジ状態管理部108が繰り返し実行する状態判定処理(図7)で状態の変更が検知された後のシーケンスを説明する。
サーバ装置100では、エッジ状態管理部108が、エッジ管理テーブル101の情報と、サーバ装置100がWANなどを通じて取得するデータとを参照し、配下のエッジ装置120の状態302の変更を繰り返し(例えば、所定の時間間隔で)確認する(ステップS1101)。
状態の変更が検知された場合、エッジ状態管理部108は、エッジ管理テーブル101の状態302を更新し(ステップS1102)、状態が変更されたエッジ装置120のエッジID301をフィルタ管理部109に通知する。フィルタ管理部109は、変更後の状態302に応じたフィルタ更新通知を、サーバ装置送信部110を通じて、状態が変更されたエッジ装置120に送信する(ステップS1003)。
エッジ装置120では、エッジ装置受信部125がフィルタ更新通知を受信し、受信した通知をフィルタ処理部124へ転送する。フィルタ処理部124は、受信したフィルタ更新通知に従って、保持しているフィルタ定義403を更新する(ステップS1004)。
次に、サーバ装置100がエッジ装置120から受信したデータから状態の変更が検知された場合のシーケンスを説明する。
サーバ装置100では、サーバ装置受信部106が、エッジ装置120からデータを受信し(ステップS904)、受信したデータをノイズ抽出部105に転送する。
ノイズ抽出部105は、受信したデータにノイズ抽出処理を実行し(ステップS905)、ノイズ抽出処理後のデータをデータ転送部104に転送する。
データ転送部104は、受信したデータのうちエッジ状態を判定するためのエッジ状態関連データをエッジ状態管理部108に転送する(ステップS1103)。エッジ状態管理部108は、受信したデータから状態302の変更を確認する(ステップS1104)。
状態302が変更されている場合、エッジ状態管理部108は、状態が変更されたエッジ装置120について、エッジ管理テーブル101の状態302を更新し(ステップS1102)、状態302が変更されたエッジ装置120のエッジID301をフィルタ管理部109に通知する。
フィルタ管理部109は、変更後の状態302に応じたフィルタ更新通知を、サーバ装置送信部110を通じて、状態302が変更されたエッジ装置120に送信する(ステップS1003)。
また、状態が変更されたエッジ装置120と同一の(又は類似する)環境に設置されているエッジ装置120に同じノイズフィルタを設定してもよい。このため、フィルタ管理部109は、状態302が変更されたエッジ装置120と同一の(又は類似する)環境に設置されているエッジ装置120に、フィルタ更新通知を送信する(ステップS1003)。
エッジ装置120では、エッジ装置受信部125がフィルタ更新通知を受信し、受信した通知をフィルタ処理部124へ転送する。フィルタ処理部124は、受信したフィルタ更新通知に従って、保持しているフィルタ定義403を更新する(ステップS1004)。
以上、フィルタ定義403を更新する処理を説明したが、フィルタがノイズであると判定するデータの範囲を広げる場合の他、ノイズであると判定するデータの範囲を狭くしてもよい。例えば、エッジ装置120で多くのデータがノイズであると判定される場合、必要なデータをノイズであると判定しており、必要なデータがサーバ装置100に届いていない可能性がある。このため、ノイズデータの判定状況に応じて、当該データをノイズであると判定しないようにフィルタ定義403を更新してもよい。
図12は、エッジ装置120が、フィルタ処理時に、端末装置130の故障を検知しサーバ装置100へ通知するシーケンスを示す図である。
エッジ装置120では、エッジ装置受信部125が、端末装置130が取得したデータを受信し(ステップS901)、受信したデータをフィルタ処理部124に転送する。
フィルタ処理部124は、フィルタ処理部124が受信したデータにフィルタ処理を実行し、ノイズ抽出頻度が所定の条件を満たす(例えば、連続したノイズ抽出回数がフィルタ定義403で設定された閾値を超える)場合、端末装置130が故障していると検知し(ステップS1201)、端末装置状態管理部126に故障検知通知を送信する。故障検知通知は、故障が検知された端末装置130の端末IDと、検知された故障の内容(例えば、高温など)を含む。
端末装置状態管理部126は、端末装置状態テーブル121の故障と判断された端末装置130の故障状態504を更新する(ステップS1202)。その後、端末装置状態管理部126は、故障通知を、エッジ装置送信部122を通じてサーバ装置100へ送信する(ステップS1203)。サーバ装置100では、サーバ装置受信部106が故障通知を受信し、端末装置状態操作部107に転送する。端末装置状態操作部107は、故障内容を利用者に通知する(ステップS1204)。
また、端末装置130が故障であると判定された場合、稼働状態を変更するフィルタ定義403が設定されている場合、端末装置130の稼動状態を変更、すなわち停止する。具体的には、エッジ装置120では、故障通知をサーバ装置100に送信後、フィルタ処理部124が端末装置状態管理部126へ稼働状態変更通知を送信する。端末装置状態管理部126は、通知を受信すると、故障と判定された端末装置130について端末装置状態テーブル121の稼働状態503を更新する(ステップS1302)。その後、端末装置状態管理部126は、端末装置状態変更通知を、エッジ装置送信部122を通じて、故障と判定された端末装置130へ送信する(ステップS1303)。
端末装置130では、稼働状態管理部131が端末装置状態変更通知を受信し、稼働状態を変更する(ステップS1304)。この稼動状態の変更は、端末装置130の停止の他、端末装置130の一部機能の停止や、動作速度や動作温度の減少などでもよい。
このように、端末装置130から送信されたデータのフィルタ処理時に端末装置130の故障を判定する。すなわち、エッジ装置120のレイヤで故障を判定することによって、過去のセンサデータをサーバ装置100で解析する従来の故障検知より下位のエッジ装置で故障を検知でき、システムの負荷を分散でき、サーバ装置100の負荷を軽減できる。また、故障と判定された端末装置の動作状態を変更するので、ノイズと判定されるデータを減少できる。
なお、図示は省略するが、利用者の操作によって、端末装置130の稼動状態を変更できる。例えば、利用者がサーバ装置100に端末装置の状態変更指示を入力すると、端末装置状態操作部107が端末装置状態通知をサーバ装置送信部110を通じてエッジ装置120に送信する。
エッジ装置120では、エッジ装置受信部125が端末装置状態通知を受信し、端末装置状態管理部126へ転送する。端末装置状態管理部126は、通知を受信すると、故障と判定された端末装置130について端末装置状態テーブル121の稼働状態503を更新し、端末装置状態変更通知を、エッジ装置送信部122を通じて、故障と判定された端末装置130へ送信する。
端末装置130では、稼働状態管理部131が端末装置状態変更通知を受信し、稼働状態を変更する。
以上に説明したように、本発明の実施例によれば、サーバ装置100は、受信したデータからノイズを抽出するノイズ抽出部105と、ノイズ抽出部105が抽出したノイズを用いてノイズフィルタを生成し、生成されたノイズフィルタをエッジ装置120に設定するフィルタ管理部109とを有し、エッジ装置120は、サーバ装置100が設定したノイズフィルタを用いて、端末装置130から受信したデータからノイズを除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部124を有するので、エッジ装置120からサーバ装置100へ送信されるデータからノイズを除去するので、ノイズデータによるネットワークのトラフィック量の増加を抑制し、端末装置130からサーバ装置100に転送されるデータの量を削減して、分析処理が不要なデータによるコストの増加を抑制できる。また、異常な信号波形を含むデータだけでなく、利用者の用途に応じた様々な形のデータをフィルタリングでき、ネットワークのトラフィック量を削減できる。
また、サーバ装置100のノイズ抽出部105がデータのフィルタ処理を実行するので、エッジ装置120がデータのフィルタ処理を実行するより多くのサンプルデータからフィルタを生成して、下位のエッジ装置120で的確なフィルタ処理を実行できる。
また、サーバ装置100は、エッジ装置120が設置されている環境の情報を保持するエッジ管理テーブル101と、エッジ装置120が設置されている環境の変化を検知し、エッジ管理テーブル101を更新するエッジ状態管理部108とを有し、フィルタ管理部109は、エッジ管理テーブル101を参照し、環境に応じたノイズフィルタを生成し、生成されたノイズフィルタをエッジ装置120に設定し、エッジ装置120のフィルタ処理部124は、環境に応じたフィルタ処理を行うので、端末装置130の状態によって発生しやすいノイズの傾向にも対応できる。
また、フィルタ管理部109は、一つのエッジ装置120が取得したデータから抽出されたノイズに対するフィルタを、同一(又は類似)の環境に設置されているエッジ装置120に設定するので、ノイズを効率的に除去できる。
また、前記フィルタ処理部124は、フィルタ処理によるノイズ抽出頻度が所定の条件を満たす場合、端末装置130の故障を検知するので、フィルタ処理の結果を用いて端末装置130の故障を検知でき、故障が検知された端末装置130の稼働状態を変更できる。このため、端末装置130の状態に応じてデータを取得するかを切り替えることができる。
また、エッジ装置120は、端末装置130の故障を検知した場合、端末装置130の動作を停止するように設定する端末装置状態管理部126を有するので、ノイズと判定されるデータによるネットワークのトラフィック量の増加を抑制できる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
100:サーバ装置、101:エッジ管理テーブル、102:状態管理テーブル、103:データ装置データ分析処理部、104:データ転送部、105:ノイズ抽出部、106:サーバ装置受信部、107:端末装置状態操作部、108:エッジ状態管理部、109:フィルタ管理部、120−1〜2:エッジ装置、121:端末装置状態テーブル、122:エッジ装置送信部、123:エッジ装置データ分析処理部、124:フィルタ処理部、125:エッジ装置受信部、126:端末装置状態管理部、130−1〜3:端末装置、131:稼働状態管理部、200:装置、201:CPU、202:メモリ、203:ネットワークインタフェース
Claims (13)
- 計算機システムであって、
データを取得する端末装置から受信したデータを転送するエッジ装置と、
前記エッジ装置から受信したデータを分析するサーバとを備え、
前記サーバは、
受信したデータからノイズを抽出するノイズ抽出部と、
前記ノイズ抽出部が抽出したノイズを用いてノイズフィルタを生成し、前記生成されたノイズフィルタを前記エッジ装置に設定するフィルタ管理部とを有し、
前記エッジ装置は、前記サーバが設定したノイズフィルタを用いて、前記端末装置から受信したデータからノイズを除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部を有することを特徴とする計算機システム。 - 請求項1に記載の計算機システムであって、
前記サーバは、
前記エッジ装置が設置されている環境の情報を保持するエッジ管理情報と、
前記エッジ装置が設置されている環境の変化を検知し、エッジ管理情報を更新するエッジ状態管理部とを有し、
前記フィルタ管理部は、前記エッジ管理情報を参照し、環境に応じたノイズフィルタを生成し、前記生成されたノイズフィルタを前記エッジ装置に設定し、
前記フィルタ処理部は、前記環境に応じたフィルタ処理を行うことを特徴とする計算機システム。 - 請求項2に記載の計算機システムであって、
前記フィルタ管理部は、同一の環境に設置されているエッジ装置に同じノイズフィルタを設定することを特徴とする計算機システム。 - 請求項1に記載の計算機システムであって、
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ処理によるノイズ抽出頻度が所定の条件を満たす場合、前記端末装置の故障を検知することを特徴とする計算機システム。 - 請求項4に記載の計算機システムであって、
前記エッジ装置は、前記端末装置の故障を検知した場合、前記端末装置の動作を停止するように設定する端末装置状態管理部を有することを特徴とする計算機システム。 - 端末装置が取得したデータを転送するエッジ装置から受信したデータを分析する計算機であって、
プログラムを実行するプロセッサと、前記プログラムを格納する記憶装置とを備え、
受信したデータからノイズを抽出するノイズ抽出部と、
ノイズ抽出するノイズフィルタを生成するフィルタ管理部とを有し、
前記フィルタ管理部は、
前記ノイズ抽出部が抽出したノイズを用いてノイズフィルタを生成し、
前記生成されたノイズフィルタを、前記エッジ装置が前記端末装置から受信したデータからノイズを除去するために、前記エッジ装置に設定することを特徴とする計算機。 - 請求項6に記載の計算機であって、
前記エッジ装置が設置されている環境の情報を保持するエッジ管理情報と、
前記エッジ装置が設置されている環境の変化を検知し、エッジ管理情報を更新するエッジ管理部とを有し、
前記フィルタ管理部は、前記エッジ管理情報を参照し、環境に応じたノイズフィルタを生成し、前記生成されたノイズフィルタを前記エッジ装置に設定することを特徴とする計算機。 - 請求項7に記載の計算機であって、
前記フィルタ管理部は、同一の環境に設置されているエッジ装置に同じノイズフィルタを設定することを特徴とする計算機。 - 計算機システムが実行するデータフィルタリング方法であって、
前記計算機システムは、データを取得する端末装置から受信したデータを転送するエッジ装置と、前記エッジ装置から受信したデータを分析するサーバとを有し、
前記方法は、
前記サーバが、受信したデータからノイズを抽出するノイズ抽出処理と、
前記サーバが、前記ノイズ抽出処理で抽出したノイズを用いてノイズフィルタを生成し、前記生成されたノイズフィルタを前記エッジ装置に設定するフィルタ管理処理と、
前記エッジ装置が、前記サーバが設定したノイズフィルタを用いて、前記端末装置から受信したデータからノイズを除去するフィルタ処理とを実行することを特徴とするデータフィルタリング方法。 - 請求項9に記載のデータフィルタリング方法であって、
前記サーバは、前記エッジ装置が設置されている環境の情報を保持するエッジ管理情報を保持し、
前記方法は、前記サーバが、前記エッジ装置が設置されている環境の変化を検知し、エッジ管理情報を更新するエッジ管理処理を実行し、
前記フィルタ管理処理において、前記サーバは、前記エッジ管理情報を参照し、環境に応じたノイズフィルタを生成し、前記生成されたノイズフィルタを前記エッジ装置に設定し、
前記エッジ装置は、前記環境に応じたフィルタ処理を実行することを特徴とするデータフィルタリング方法。 - 請求項10に記載のデータフィルタリング方法であって、
前記フィルタ管理処理において、前記サーバは、同一の環境に設置されているエッジ装置に同じノイズフィルタを設定することを特徴とするデータフィルタリング方法。 - 請求項9に記載のデータフィルタリング方法であって、
前記フィルタ処理において、前記フィルタ処理によってノイズを除去した回数の情報を用いて前記端末装置の故障を検知することを特徴とするデータフィルタリング方法。 - 請求項12に記載のデータフィルタリング方法であって、
前記エッジ装置は、前記端末装置の故障を検知した場合、前記端末装置の動作を停止するように設定することを特徴とするデータフィルタリング方法。
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