JP2019079317A - エッジサーバ - Google Patents

Abstract

【課題】制御システムにおけるセンサデータの保持にクラウドサーバを利用しつつ、クラウドサーバを利用することによるコストを抑制することができるエッジサーバを提供する。【解決手段】実施形態のエッジサーバは、センサから取得した実データに基いて演算を行い、演算結果に基いてアクチュエータを動作させる制御装置と第１のネットワークで接続されるとともに、データを保存するクラウドサーバと第２のネットワークで接続される。エッジサーバは、実データの保存先が前記エッジサーバと前記クラウドサーバのいずれであるのかを示す保存先情報を用いて、制御装置から受信した実データを自身とクラウドサーバの２箇所に分散して保存する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、エッジサーバに関する。

近年、社会インフラ向けの制御システムにおいて、ビッグデータの活用が注目されている。制御システムによってリアルタイムに生成されるセンサデータに対し、機械学習や統計解析等の手法を適用することにより、機器の故障予測や制御の効率化を図ることができる。従来の制御システムでは、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)等の制御装置で行われるリアルタイム制御において、センサデータは制御での使用後に短期間で破棄されることが一般的であった。

一方、機械学習等の手法を適用する場合、長期にわたって制御システムにおける多くのデータを保持しておくことが望まれる。例えば、ストレージ（記憶装置）の容量をスケーラブルに拡張可能なクラウドサーバに、広域に分散した制御システムのセンサデータを集中的に保持させるクラウド集中アーキテクチャが検討されている。

特開２００１−２６５８２１号公報 特開２００１−２５６０９８号公報

しかしながら、制御システムにおけるすべてのセンサデータをクラウドサーバに保持させるようにすると、クラウドサーバを利用することによるコストが大きくなってしまうという問題がある。

そこで、本実施形態の課題は、制御システムにおけるセンサデータの保持にクラウドサーバを利用しつつ、クラウドサーバを利用することによるコストを抑制することができるエッジサーバを提供することである。

実施形態のエッジサーバは、センサから取得した実データに基いて演算を行い、演算結果に基いてアクチュエータを動作させる制御装置と第１のネットワークで接続されるとともに、データを保存するクラウドサーバと第２のネットワークで接続される。エッジサーバは、前記実データの保存先が前記エッジサーバと前記クラウドサーバのいずれであるのかを示す保存先情報を記憶する記憶部と、前記制御装置から送信された前記実データを受信する実データ受信部と、前記記憶部の保存先情報を参照して、前記実データ受信部によって受信された実データのうち、保存先が前記クラウドサーバになっている前記センサの実データを前記クラウドサーバに送信する実データ送信部と、前記記憶部の保存先情報を参照して、前記実データ受信部によって受信された実データのうち、保存先が前記エッジサーバになっている前記センサの実データを前記記憶部に格納する実データ格納部と、を備える。

図１は、第１実施形態の制御システムの全体構成図である。 図２Ａは、第１実施形態の制御装置の構成図である。 図２Ｂは、第１実施形態のエッジサーバの構成図である。 図２Ｃは、第１実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図３は、第１実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図４Ａは、第２実施形態のエッジサーバの構成図である。 図４Ｂは、第２実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図５は、第２実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図６Ａは、第３実施形態のエッジサーバの構成図である。 図６Ｂは、第３実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図７Ａは、第４実施形態のエッジサーバの構成図である。 図７Ｂは、第４実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図８は、第４実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図９Ａは、第５実施形態のエッジサーバの構成図である。 図９Ｂは、第５実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図１０は、第５実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図１１Ａは、第６実施形態のエッジサーバの構成図である。 図１１Ｂは、第６実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図１２は、第６実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図１３Ａは、第７実施形態のエッジサーバの構成図である。 図１３Ｂは、第７実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図１３Ｃは、第７実施形態の圧縮方式情報を示す図である。 図１３Ｄは、第７実施形態のデータ参照回数情報を示す図である。 図１４は、第７実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図１５Ａは、第８実施形態のエッジサーバの構成図である。 図１５Ｂは、第８実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図１６は、第８実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。 図１７は、第９実施形態の制御システムの全体構成図である。 図１８Ａは、第９実施形態のエッジサーバの構成図である。 図１８Ｂは、第９実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図１８Ｃは、第９実施形態のクライアント端末の構成図である。 図１９Ａは、第１０実施形態のエッジサーバの構成図である。 図１９Ｂは、第１０実施形態のクラウドサーバの構成図である。 図１９Ｃは、第１０実施形態のクライアント端末の構成図である。 図２０は、比較例の制御システムの全体構成図である。

以下、添付の図面を用いて、比較例、および、第１実施形態〜第１０実施形態の制御システムについて説明する。なお、以下の説明において、クラウドサーバとは、クラウド環境に設けられていて、演算性能やストレージ（記憶装置）の容量がスケーラブルな仮想サーバである。また、エッジサーバとは、広域ネットワークを介してクラウドサーバと通信を行うとともに、ローカルネットワークを介して複数の制御装置と通信を行うサーバである。また、第２実施形態以降の説明において、それまでの実施形態と同様の事項については説明を適宜省略する。

＜比較例＞
理解を助けるために、まず、比較例の制御システムについて説明する。図２０は、比較例の制御システムの全体構成図である。制御システムは、現場Ａ（例えば工場）における各装置と、現場Ｂにおける各装置とから構成される。

現場Ａにおいて、複数の制御装置（例えばＰＬＣ）が設けられている。各制御装置に、センサ、アクチュエータ、報知装置等がローカルネットワークを介して接続されている。制御装置は、センサから取得した実データに基いて演算を行い、演算結果に基いてアクチュエータを動作させるとともに、報知装置による各種報知を行う。また、各制御装置は、ネットワークによって、データベースを有するクラウドサーバと接続されている。現場Ｂについても同様である。

例えば、社会インフラ向けの制御システムは、２４時間３６５日稼働しており、数十ミリ秒から数秒程度の制御周期で多様なセンサデータを生成する。そのため、すべてのセンサデータをクラウドサーバで保持する図２０のようなアーキテクチャでは、データ保持のための運用コストが増大してしまう。長期的にデータを保持する場合、エッジサーバよりクラウドサーバの方が、運用コストが高くなることが一般的である。また、制御周期が短いため、制御装置とクラウドサーバの間の通信帯域を圧迫するという問題もある。

（第１実施形態）
次に、図１を参照して、第１実施形態の制御システムについて説明する。図１は、第１実施形態の制御システムの全体構成図である。なお、図１の全体構成は、以下の第１実施形態〜第８実施形態で共通である。制御システムは、現場Ａ（例えば工場）における各装置と、現場Ｂにおける各装置とから構成される。現場Ａ、Ｂのうち、以下、代表して現場Ａについて説明する。

現場Ａにおいて、複数の制御装置１が設けられている。各制御装置１に対して、センサ４、アクチュエータ５、報知装置６等がローカルネットワークＬＮ（第１のネットワーク）を介して接続されている。制御装置１は、センサ４から取得した実データに基いて演算を行い、演算結果に基いてアクチュエータ５を動作させるとともに、報知装置６による各種報知を行う。

センサ４は、温度、湿度、圧力などを測定するための手段であり、取得した実データを制御装置１に送信する。アクチュエータ５は、制御装置１によって制御される可動装置であり、例えば、モータやロボットアームである。報知装置６は、制御装置１からの指示によって各種情報を報知する手段であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）表示器や警報装置などである。

また、各制御装置１は、ローカルネットワークＬＮを介して、データベース２０を有するエッジサーバ２に接続されている。ローカルネットワークＬＮは、例えばＰｒｏｆｉｂｕｓ、ＭｏｄｂｕｓやＴＣ−ｎｅｔなどのフィールドバス、イーサネット(Ethernet)（登録商標）などのローカルな有線通信回線でもよいし、あるいは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や９２０ＭＨｚ帯等のローカルな無線通信回線でもよい。

エッジサーバ２は、広域ネットワークＮ（第２のネットワーク）を介して、データベース３０を有するクラウドサーバ３に接続されている。広域ネットワークＮは、例えば、インターネットや専用回線などの広域な有線通信回線であってもよいし、あるいは、３Ｇなどの広域な無線通信回線でもよい。

次に、図２Ａを参照して、制御装置１について説明する。図２Ａは、第１実施形態の制御装置１の構成図である。なお、図２Ａの制御装置１の構成は、以下のすべての実施形態で共通である。制御装置１は、例えば、ＰＬＣなどの制御用コントローラである。制御装置１は、処理部１１と記憶部１２を備える。処理部１１は、実データ受信部１１１と、演算部１１２と、演算結果送信部１１３と、実データ送信部１１４と、を備える。

実データ受信部１１１は、センサ４から実データを受信する。演算部１１２は、実データに基いて演算を行う。演算結果送信部１１３は、演算部１１２による演算結果をアクチュエータ５に送信する。実データ送信部１１４は、実データをエッジサーバ２に送信する。記憶部１２は、実データ、演算結果等を記憶する。なお、制御装置１は、入力部、表示部、通信部等も有するが、図示と説明を省略する。

次に、図２Ｂを参照して、エッジサーバ２について説明する。図２Ｂは、第１実施形態のエッジサーバ２の構成図である。エッジサーバ２は、処理部２１と記憶部２２を備える。処理部２１は、実データ受信部２１１と、実データ送信部２１２と、実データ格納部２１３と、を備える。記憶部２２は、実データ、保存先リスト（保存先情報）等を記憶する。保存先リストは、センサ４（図２Ｂでは「センサ＃１」〜「センサ＃４」）ごとの実データの保存先がエッジサーバ２（図２Ｂでは「エッジ」）とクラウドサーバ３（図２Ｂでは「クラウド」）のいずれであるのかを示す情報である。

なお、保存先リストは、上述の内容に限定されず、例えば、温度センサ、湿度センサ、圧力センサなどのセンサ種別毎に保存先が決定されていてもよいし、１時間毎、１日毎等の時間単位で保存先が決定されていてもよいし、あるいは、センサ種別と時間単位の組み合わせで保存先を決定してもよい。

実データ受信部２１１は、制御装置１から送信された実データを受信する。実データ送信部２１２は、記憶部２２の保存先リストを参照して、実データ受信部２１１によって受信された実データのうち、保存先がクラウドサーバ３になっているセンサ４の実データをクラウドサーバ３に送信する。

実データ格納部２１３は、記憶部２２の保存先リストを参照して、実データ受信部２１１によって受信された実データのうち、保存先がエッジサーバ２になっているセンサの実データを記憶部２２に格納する。なお、エッジサーバ２は、入力部、表示部、通信部等も有するが、図示と説明を省略する。

次に、図２Ｃを参照して、クラウドサーバ３について説明する。図２Ｃは、第１実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。クラウドサーバ３は、処理部３１と記憶部３２とを備える。処理部３１は、実データ受信部３１１と、実データ格納部３１２と、を備える。

実データ受信部３１１は、エッジサーバ２から送信された実データを受信する。実データ格納部３１２は、実データ受信部３１１が受信した実データを記憶部３２に格納する。記憶部３２は、実データ等を記憶する。なお、クラウドサーバ３は、通信部等も有するが、図示と説明を省略する。

次に、図３を参照して、第１実施形態の制御システムによる処理について説明する。図３は、第１実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。

まず、制御装置１において、実データ受信部１１１はセンサ４から実データを受信し（ステップＳ１）、演算部１１２はその実データを用いて演算を行う（ステップＳ２）。次に、制御装置１において、演算結果送信部１１３はその演算結果をアクチュエータ５に送信し（ステップＳ３）、実データ送信部１１４は実データをエッジサーバ２に送信する（ステップＳ４）。

ステップＳ４の後、エッジサーバ２の実データ受信部２１１は、制御装置１から送信された実データを受信する（ステップＳ５）。次に、エッジサーバ２の実データ送信部２１２は、記憶部２２の保存先リストを参照して実データの保存先を確認し（ステップＳ６）、実データの保存先がクラウドサーバ３になっている場合は（ステップＳ６で「クラウドサーバ」）、その実データをクラウドサーバ３に送信する（ステップＳ８）。

また、実データ格納部２１３は、記憶部２２の保存先リストを参照して実データの保存先を確認し（ステップＳ６）、実データの保存先がエッジサーバ２になっている場合は（ステップＳ６で「エッジサーバ」）、その実データを記憶部２２（図１のデータベース２０）に格納する（ステップＳ７）。

ステップＳ８の後、クラウドサーバ３において、実データ受信部３１１はエッジサーバ２から実データを受信し（ステップＳ９）、実データ格納部３１２はその実データを記憶部３２（図１のデータベース３０）に格納する（ステップＳ１０）。

なお、例えば、制御装置１の実データ受信（ステップＳ１）から演算結果送信（ステップＳ３）までの制御周期は現場毎に定められており、制御装置１からエッジサーバ２への実データ送信（ステップＳ４）はその同じ制御周期で実行してもよいし、あるいは、その制御周期よりも遅い周期で実行してもよい。また、例えば、エッジサーバ２からクラウドサーバ３への実データ送信（ステップＳ８）は、上述の制御周期よりも遅い周期で実行する。

このようにして、第１実施形態のエッジサーバ２によれば、制御システムにおけるセンサデータ（実データ）の保持にクラウドサーバ３を利用しつつ、クラウドサーバ３を利用することによるコストを抑制することができる。具体的には、実データの保存先をエッジサーバ２とクラウドサーバ３に振り分けることにより、すべてのセンサデータをクラウドサーバ３に保持する場合に比較して、クラウドサーバ３でのデータ保持のための運用コストや、エッジサーバ２とクラウドサーバ３の間の通信帯域を抑制することができる。

また、エッジサーバ２に保存されている実データとクラウドサーバ３に保存されている実データを両方用いることにより、機械学習や統計解析等の手法を適用することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図４Ａは、第２実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図４Ａのエッジサーバ２は、図２Ｂのエッジサーバ２と比較して、処理部２１において実データ送信部２１２が無くなってメタデータ生成部２１４、エッジ統計データ生成部２１５、および、データ送信部２１６が追加されている点と、記憶部２２に保存先リストが無い点で異なっている。

メタデータ生成部２１４は、実データ受信部２１１によって受信された実データに基いて、実データのメタデータを生成する。ここで、メタデータとは、実データに関連するデータであって、例えば、現場名（現場Ａ、Ｂ）、センサ種別、データ生成時刻、データサイズなどのデータである。

エッジ統計データ生成部２１５は、実データ受信部２１１によって受信された実データに基いて、実データの統計情報であるエッジ統計データを生成する。エッジ統計データとしては、例えば、所定時間単位やエッジサーバ２からクラウドサーバ３にエッジ統計データを送信する周期の期間などにおける、実データの平均値、最大値、最小値、中央値、最頻値、標準偏差、分散等が挙げられる。エッジ統計データは、実データの特徴を表し、かつ、実データよりも小さいデータ量で構成される。

データ送信部２１６は、メタデータ生成部２１４によって生成されたメタデータと、エッジ統計データ生成部２１５によって生成されたエッジ統計データとをクラウドサーバ３に送信する。

図４Ｂは、第２実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図４Ｂのクラウドサーバ３は、図２Ｃのクラウドサーバ３と比較して、処理部３１において実データ受信部３１１と実データ格納部３１２が無くなってデータ受信部３１３、メタデータ格納部３１４、および、エッジ統計データ格納部３１５が追加されている点と、記憶部３２に記憶されるのが実データではなくメタデータとエッジ統計データとなっている点で異なっている。

データ受信部３１３は、エッジサーバ２から送信されたメタデータとエッジ統計データを受信する。メタデータ格納部３１４は、データ受信部３１３によって受信したメタデータを記憶部３２に格納する。エッジ統計データ格納部３１５は、データ受信部３１３によって受信したエッジ統計データを記憶部３２に格納する。

図５は、第２実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ５は図３と同様である。ステップＳ５の後、エッジサーバ２において、メタデータ生成部２１４は実データに基いて実データのメタデータを生成し、エッジ統計データ生成部２１５は実データに基いてエッジ統計データを生成する（ステップＳ２１）。

次に、エッジサーバ２のデータ送信部２１６は、ステップＳ２１で生成されたメタデータとエッジ統計データとをクラウドサーバ３に送信する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の後、エッジサーバ２の実データ格納部２１３は、ステップＳ５で受信した実データを記憶部２２に格納する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２２の後、クラウドサーバ３において、データ受信部３１３は、エッジサーバ２から送信されたメタデータとエッジ統計データを受信する（ステップＳ２３）。次に、メタデータ格納部３１４はステップＳ２３で受信したメタデータを記憶部３２に格納し、エッジ統計データ格納部３１５はステップＳ２３で受信したエッジ統計データを記憶部３２に格納する。

このようにして、第２実施形態のエッジサーバ２によれば、エッジサーバ２からクラウドサーバ３に送信するデータを実データではなく実データよりもデータ量の小さいメタデータやエッジ統計データとすることで、クラウドサーバ３でのデータ保持のための運用コストや、エッジサーバ２とクラウドサーバ３の間の通信帯域をさらに抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図６Ａは、第３実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図６Ａのエッジサーバ２は、図４Ａのエッジサーバ２と比較して、データ送信部２１６がメタデータとエッジ統計データだけでなく所定期間分の実データもクラウドサーバ３に送信する点で異なっている。

図６Ｂは、第３実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図６Ｂのクラウドサーバ３は、図４Ｂのクラウドサーバ３と比較して、処理部３１において実データ格納部３１２が追加されている点と、記憶部３２に実データも記憶される点で異なっている。

また、クラウドサーバ３の実データ格納部３１２は、例えば、記憶部３２に格納している実データに関して、所定時間や所定サイズに達した時点で古い実データから順に削除する。

なお、上述の「所定期間の実データ」とは、例えば、直近の所定期間分の実データである。クラウドサーバ３は、制御システムにおける制御状態の監視等を行うため、直近データを参照することが多い。そのため、予めエッジサーバ２からクラウドサーバ３にメタデータやエッジ統計データと一緒に直近の所定期間分の実データを送信することにより、クラウドサーバ３からエッジサーバ２に当該データの送信を要求する場合に比べて、当該データに対するアクセス時間を短縮することができる。また、クラウドサーバ３のデータを所定時間や所定サイズに達した時点で古い実データから順に削除することで、クラウドサーバ３でのデータ保持のための運用コストをさらに抑制することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。図７Ａは、第４実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図７Ａのエッジサーバ２は、図６Ａのエッジサーバ２と比較して、処理部２１に異常検出部２１７が追加されている点で異なっている。異常検出部２１７は、実データ、および、エッジ統計データの少なくともいずれかに基いて異常を検出する。

異常検出部２１７は、例えば、実データの最大値や最小値が平均値から所定の閾値以上離れていることを異常として検出する。また、異常検出部２１７が異常を検出した場合に、データ送信部２１６は、メタデータと、エッジ統計データと、異常の発生時を含む所定期間分の実データをクラウドサーバ３に送信する。

図７Ｂは、第４実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図７Ｂのクラウドサーバ３は、図６Ｂのクラウドサーバ３と比較して、データ受信部３１３がエッジサーバ２からメタデータと、エッジ統計データと、異常の発生時を含む所定期間分の実データを受信する点で異なっている。

図８は、第４実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ５は図３と同様である。ステップＳ５の後、エッジサーバ２において、メタデータ生成部２１４は実データに基いて実データのメタデータを生成し、エッジ統計データ生成部２１５は実データに基いてエッジ統計データを生成する（ステップＳ３１）。

次に、エッジサーバ２の異常検出部２１７は、実データ、および、エッジ統計データの少なくともいずれかに基いて異常を検出したか否かを判定し（ステップＳ３２）、Ｙｅｓの場合はステップＳ３３に進み、Ｎｏの場合はステップＳ３７に進む。

ステップＳ３３において、エッジサーバ２のデータ送信部２１６は、メタデータと、エッジ統計データと、異常の発生時を含む所定期間分の実データをクラウドサーバ３に送信する。

ステップＳ３３の後、エッジサーバ２の実データ格納部２１３は、ステップＳ５で受信した実データを記憶部２２に格納する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３３の後、クラウドサーバ３において、データ受信部３１３は、エッジサーバ２から送信されたメタデータと、エッジ統計データと、異常の発生時を含む所定期間分の実データと、を受信する（ステップＳ３５）。次に、ステップＳ３６において、クラウドサーバ３のメタデータ格納部３１４はステップＳ３５で受信したメタデータを記憶部３２に格納し、エッジ統計データ格納部３１５はステップＳ３５で受信したエッジ統計データを記憶部３２に格納し、実データ格納部３１２はステップＳ３５で受信した異常の発生時を含む所定期間分の実データを記憶部３２に格納する。

また、ステップＳ３７において、エッジサーバ２のデータ送信部２１６は、ステップＳ３１で生成されたメタデータとエッジ統計データをクラウドサーバ３に送信する。ステップＳ３７の後、エッジサーバ２の実データ格納部２１３は、ステップＳ５で受信した実データを記憶部２２に格納する（ステップＳ３８）。

ステップＳ３７の後、クラウドサーバ３において、データ受信部３１３は、エッジサーバ２から送信されたメタデータとエッジ統計データを受信する（ステップＳ３９）。次に、クラウドサーバ３において、メタデータ格納部３１４はステップＳ３９で受信したメタデータを記憶部３２に格納し、エッジ統計データ格納部３１５はステップＳ３９で受信したエッジ統計データを記憶部３２に格納する（ステップＳ４０）。なお、クラウドサーバ３において、ステップＳ３５、Ｓ３６を実行した場合は、ステップＳ３９、Ｓ４０は実行しない。

このようにして、第４実施形態のエッジサーバ２によれば、エッジサーバ２が異常検出部２１７を有し、異常検出部２１７が異常を検出した場合に、エッジサーバ２からクラウドサーバ３に、メタデータとエッジ統計データに加えて、異常の発生時を含む所定期間分の実データを送信する。したがって、クラウドサーバ３で異常の発生時を含む所定期間分の実データが必要となった場合に、クラウドサーバ３からエッジサーバ２に当該データの送信を要求する必要が無く、当該データに対するアクセス時間を短縮することができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態では、エッジサーバ２で実データを圧縮してからクラウドサーバ３に送信する。図９Ａは、第５実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図９Ａのエッジサーバ２は、図２Ｂのエッジサーバ２と比較して、処理部２１にデータ圧縮部２１８が追加されている点で異なっている。

データ圧縮部２１８は、実データを圧縮する。圧縮方式としては、例えば、既存のzip、gzip、bzip2、7z等がある。また、他の圧縮方式としては、前回データとの差分をとる差分符号化や、連続する値をその値と連続数で表現するランレングス符号化や、値の出現回数から可変長符号を割り当てるハフマン符号化などがある。実データ送信部２１２は、データ圧縮部２１８によって圧縮された実データをクラウドサーバ３に送信する。

図９Ｂは、第５実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図９Ｂのクラウドサーバ３は、図２Ｃのクラウドサーバ３と比較して、実データ受信部３１１がエッジサーバ２から圧縮された実データを受信する点で異なっている。

次に、図１０を参照して、第５実施形態の制御システムによる処理について説明する。図１０は、第５実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１〜Ｓ６は、図３と同様である。ステップＳ６で「クラウドサーバ」の場合、エッジサーバ２において、データ圧縮部２１８はステップＳ５で受信した実データを圧縮し（ステップＳ４３）、実データ送信部２１２はその圧縮した実データをクラウドサーバ３に送信する（ステップＳ４４）。

ステップＳ６で「エッジサーバ」の場合、エッジサーバ２において、データ圧縮部２１８はステップＳ５で受信した実データを圧縮し（ステップＳ４１）、実データ格納部２１３はその圧縮した実データを記憶部２２に格納する（ステップＳ４２）。

ステップＳ４４の後、クラウドサーバ３において、実データ受信部３１１はエッジサーバ２から圧縮した実データを受信し（ステップＳ４５）、実データ格納部３１２はその圧縮した実データを記憶部３２に格納する（ステップＳ４６）。

このようにして、第５実施形態によれば、エッジサーバ２から、圧縮した実データをクラウドサーバ３に送信することによって、クラウドサーバ３でのデータ保持のための運用コストや、エッジサーバ２とクラウドサーバ３の間の通信帯域をさらに抑制することができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態では、エッジサーバ２でメタデータとエッジ統計データを圧縮してからクラウドサーバ３に送信する。図１１Ａは、第６実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図１１Ａのエッジサーバ２は、図４Ａのエッジサーバ２と比較して、処理部２１にデータ圧縮部２１８が追加されている点で異なっている。圧縮方式については、第５実施形態の場合と同様である。

図１１Ｂは、第６実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図１１Ｂのクラウドサーバ３は、図４Ｂのクラウドサーバ３と比較して、エッジサーバ２から受信するのがメタデータとエッジ統計データではなくて、圧縮したメタデータと圧縮したエッジ統計データである点で異なっている。

次に、図１２を参照して、第６実施形態の制御システムによる処理について説明する。図１２は、第６実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ５は図３と同様である。ステップＳ５の後、エッジサーバ２において、メタデータ生成部２１４は実データに基いて実データのメタデータを生成し、エッジ統計データ生成部２１５は実データに基いてエッジ統計データを生成する（ステップＳ５１）。

次に、エッジサーバ２のデータ圧縮部２１８は、ステップＳ５１で生成したメタデータとエッジ統計データを圧縮する（ステップＳ５２）。

次に、エッジサーバ２のデータ送信部２１６は、ステップＳ５２で圧縮したメタデータとエッジ統計データをクラウドサーバ３に送信する（ステップＳ５３）。ステップＳ５３の後、エッジサーバ２の実データ格納部２１３は、ステップＳ５で受信した実データを記憶部２２に格納する（ステップＳ５６）。

ステップＳ５３の後、クラウドサーバ３において、データ受信部３１３は、エッジサーバ２から送信された圧縮したメタデータとエッジ統計データを受信する（ステップＳ５４）。次に、メタデータ格納部３１４はステップＳ５４で受信した圧縮したメタデータを記憶部３２に格納し、エッジ統計データ格納部３１５はステップＳ５４で受信した圧縮したエッジ統計データを記憶部３２に格納する（ステップＳ５５）。

このようにして、第６実施形態のエッジサーバ２によれば、エッジサーバ２から、圧縮したメタデータとエッジ統計データをクラウドサーバ３に送信することによって、クラウドサーバ３でのデータ保持のための運用コストや、エッジサーバ２とクラウドサーバ３の間の通信帯域をさらに抑制することができる。なお、メタデータとエッジ統計データの両方を圧縮するのではなく、一方だけを圧縮するようにしてもよい。また、エッジサーバ２で格納する実データを圧縮してもよい。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態では、エッジサーバ２で実データを圧縮する場合に、センサ種別とデータ参照回数によって圧縮方式を異ならせる。図１３Ａは、第７実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図１３Ａのエッジサーバ２は、図９Ａのエッジサーバ２と比較して、記憶部２２が圧縮方式情報を記憶している点で異なっている。

図１３Ｃは、第７実施形態の圧縮方式情報を示す図である。図１３Ｃに示す圧縮方式情報では、まず、センサ種別がαとβに分けられている。そして、センサ種別αについて、データ参照回数がそれぞれ０〜９、１０〜１９、２０〜のとき、使用する圧縮方式はそれぞれ圧縮方式Ａ、圧縮方式Ｂ、圧縮方式Ｃとなっている。また、センサ種別βについて、データ参照回数がそれぞれ０〜９、１０〜１９、２０〜のとき、使用する圧縮方式はそれぞれ圧縮方式Ｄ、圧縮方式Ｅ、圧縮方式Ｆとなっている。

センサ種別毎のデータ参照回数に応じて、どの圧縮手法を適用するかについては、例えば、事前にデータ参照回数に対する圧縮方式を決定しておけばよい。また、あるいは、事前にすべてのセンサ種別のセンサデータを取得し、圧縮率（＝圧縮後データサイズ／圧縮前データサイズ）、圧縮データの解凍に要する時間等を測定し、それらを踏まえてデータ参照回数に対する圧縮方式を決定してもよい。

図１３Ｃに示す圧縮方式情報において、圧縮方式Ａ〜Ｃのうち、圧縮方式Ａは、圧縮の度合いが一番大きく、かつ、圧縮データの解凍に要する時間が一番長い圧縮方式である。一方、圧縮方式Ｃは、圧縮の度合いが一番小さく、かつ、圧縮データの解凍に要する時間が一番短い圧縮方式である。

また、圧縮方式Ｄ〜Ｆのうち、圧縮方式Ｄは、圧縮の度合いが一番大きく、かつ、圧縮データの解凍に要する時間が一番長い圧縮方式である。一方、圧縮方式Ｆは、圧縮の度合いが一番小さく、かつ、圧縮データの解凍に要する時間が一番短い圧縮方式である。

図１３Ｂは、第７実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図１３Ｂのクラウドサーバ３は、図９Ｂのクラウドサーバ３と比較して、記憶部３２がデータ参照回数情報を記憶している点で異なっている。

図１３Ｄは、第７実施形態のデータ参照回数情報を示す図である。図１３Ｄに示すデータ参照回数情報では、センサNo.（センサ＃１〜＃３）ごとに、センサ種別とデータ参照回数が対応付けられている。図１３Ｃに示す圧縮方式情報も併せて参照すると、センサ＃１には圧縮方式Ａが適用され、センサ＃２には圧縮方式Ｃが適用され、センサ＃３には圧縮方式Ｅが適用されることがわかる。

なお、クラウドサーバ３では、所定時間内でのセンサ４ごとの外部装置からのデータ参照回数を計測し、所定期間を経過した場合はデータ参照回数をゼロにリセットする。

次に、図１４を参照して、第７実施形態の制御システムによる処理について説明する。図１４は、第７実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１〜Ｓ５については図１０と同様である。ステップＳ５の後、エッジサーバ２のデータ圧縮部２１８は、クラウドサーバ３に対してデータ参照回数の送信を要求する（ステップＳ６１）。これを受けて、クラウドサーバ３の処理部３１は、記憶部３２のデータ参照回数情報を参照し、該当するデータ参照回数をエッジサーバ２に送信する（ステップＳ６２）。

次に、ステップＳ６３において、エッジサーバ２のデータ圧縮部２１８は、記憶部２２の圧縮方式情報を参照し、実データのセンサ種別とクラウドサーバ３から受信したデータ参照回数に基いて圧縮方式を決定する。以下、ステップＳ６〜Ｓ４６については図１０と同様であるが、ステップＳ４１、Ｓ４３では、ステップＳ６３で決定した圧縮方式を使用する。

このようにして、第７実施形態によれば、エッジサーバ２でセンサ種別とデータ参照回数に基いて実データの圧縮方式を使い分ける。したがって、例えば、ユーザが頻繁にアクセス（参照）するデータについては、圧縮の度合いが小さくても解凍に要する時間が短い圧縮方式を用いることで、高速なアクセスが可能になる。また、ユーザからのアクセス（参照）頻度が少ないデータについては、解凍に要する時間が長くても圧縮の度合いが大きい圧縮方式を用いることで、データ量を大きく減らすことができる。

（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。第８実施形態では、エッジサーバ２でメタデータとエッジ統計データを圧縮する場合に、センサ種別とデータ参照回数によって圧縮方式を異ならせる。図１５Ａは、第８実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図１５Ａのエッジサーバ２は、図１１Ａのエッジサーバ２と比較して、記憶部２２が圧縮方式情報（図１３Ｃ参照）を記憶している点で異なっている。

図１５Ｂは、第８実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図１５Ｂのクラウドサーバ３は、図１１Ｂのクラウドサーバ３と比較して、記憶部３２がデータ参照回数情報（図１３Ｄ参照）を記憶している点で異なっている。

次に、図１６を参照して、第８実施形態の制御システムによる処理について説明する。図１６は、第８実施形態の制御システムによる処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１〜Ｓ５１については図１２と同様である。ステップＳ５１の後、エッジサーバ２のデータ圧縮部２１８は、クラウドサーバ３に対してデータ参照回数の送信を要求する（ステップＳ７１）。これを受けて、クラウドサーバ３の処理部３１は、記憶部３２のデータ参照回数情報を参照し、該当するデータ参照回数をエッジサーバ２に送信する（ステップＳ７２）。

次に、ステップＳ７３において、エッジサーバ２のデータ圧縮部２１８は、記憶部２２の圧縮方式情報を参照し、実データのセンサ種別とクラウドサーバ３から受信したデータ参照回数に基いて圧縮方式を決定する。以下、ステップＳ５２〜Ｓ５６については図１２と同様であるが、ステップＳ５２では、ステップＳ７３で決定した圧縮方式を使用する。

このようにして、第８実施形態によれば、エッジサーバ２でセンサ種別とデータ参照回数に基いてメタデータとエッジ統計データの圧縮方式を使い分ける。したがって、例えば、ユーザが頻繁にアクセス（参照）するデータについては、圧縮の度合いが小さくても解凍に要する時間が短い圧縮方式を用いることで、高速なアクセスが可能になる。また、ユーザからのアクセス（参照）頻度が少ないデータについては、解凍に要する時間が長くても圧縮の度合いが大きい圧縮方式を用いることで、データ量を大きく減らすことができる。なお、メタデータとエッジ統計データの両方を圧縮するのではなく、一方だけを圧縮するようにしてもよい。また、エッジサーバ２で格納する実データを圧縮してもよい。

（第９実施形態）
次に、第９実施形態について説明する。図１７は、第９実施形態の制御システムの全体構成図である。図１７の制御システムは、図１の制御システムと比較して、広域ネットワークＮに接続されるクライアント端末７が追加されている点で異なっている。

図１８Ａは、第９実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図１８Ａのエッジサーバ２は、図２Ｂのエッジサーバ２と比較して、処理部２１にデータ参照部２１９が追加されている点で異なっている。データ参照部２１９は、クラウドサーバ３からデータ送信要求があった場合に、記憶部２２に格納されているデータを参照（取得）し、クラウドサーバ３に送信する。

図１８Ｂは、第９実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図１８Ｂのクラウドサーバ３は、図２Ｃのクラウドサーバ３と比較して、処理部３１に通信制御部３１６とデータ参照部３１７が追加されている点で異なっている。

通信制御部３１６は、クライアント端末７との間の通信を制御する。データ参照部３１７は、クライアント端末７からデータ送信要求があった場合に、記憶部３２に格納されている実データを参照（取得）し、クライアント端末７に送信する。

図１８Ｃは、第９実施形態のクライアント端末７の構成図である。クライアント端末７は、コンピュータ装置であり、処理部７１と、記憶部７２と、入力部７３と、表示部７４と、通信部７５と、を備える。

処理部７１は、データ取得部７１１と、表示制御部７１２と、通信制御部７１３と、を備える。データ取得部７１１は、ユーザが入力部７３を用いて指定した実データをクラウドサーバ３から取得する。表示制御部７１２は、データ取得部７１１が取得した実データ等を表示制御部７１２に表示させる制御を実行する。通信制御部７１３は、クラウドサーバ３との間の通信を制御する。

記憶部７２は、クライアント端末７の動作プログラムやデータ取得部７１１が取得した情報等を記憶する。入力部７３は、ユーザが情報の入力に用いる手段であり、例えば、キーボードやマウスである。表示部７４は、情報を表示する手段であり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）である。通信部７５は、クラウドサーバ３等の外部装置と通信するための通信インタフェースである。

このように、第９実施形態によれば、ユーザは、クライアント端末７を用いて、クラウドサーバ３が保持する実データにアクセスすることができる。その際、例えば、ユーザが要求する実データがクラウドサーバ３にない場合、クラウドサーバ３はエッジサーバ２からその実データを取得することができる。

（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態について説明する。制御システムの全体構成は図１７の通りである。図１９Ａは、第１０実施形態のエッジサーバ２の構成図である。図１９Ａのエッジサーバ２は、図４Ａのエッジサーバ２と比較して、処理部２１にデータ参照部２１９が追加されている点で異なっている。

図１９Ｂは、第１０実施形態のクラウドサーバ３の構成図である。図１９Ｂのクラウドサーバ３は、図４Ｂのクラウドサーバ３と比較して、処理部３１に通信制御部３１６とデータ参照部３１７が追加されている点で異なっている。

図１９Ｃは、第１０実施形態のクライアント端末７の構成図である。図１９Ｃのクライアント端末７は、図１８Ｃのクライアント端末７と比較して、データ取得部７１１がクラウドサーバ３から取得するデータが実データではなくメタデータとエッジ統計データである点で異なっている。

このように、第１０実施形態によれば、ユーザは、クライアント端末７を用いて、クラウドサーバ３が保持するメタデータやエッジ統計データにアクセスすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、本実施形態のエッジサーバ２で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供することができる。また、本実施形態のエッジサーバ２で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。

１…制御装置、２…エッジサーバ、３…クラウドサーバ、４…センサ、５…アクチュエータ、６…報知装置、７…クライアント端末、１１…処理部、１２…記憶部、２０…データベース、２１…処理部、２２…記憶部、３０…データベース、３１…処理部、３２…記憶部、７１…処理部、７２…記憶部、７３…入力部、７４…表示部、７５…通信部、１１１…実データ受信部、１１２…演算部、１１３…演算結果送信部、１１４…実データ送信部、２１１…実データ受信部、２１２…実データ送信部、２１３…実データ格納部、２１４…メタデータ生成部、２１５…エッジ統計データ生成部、２１６…データ送信部、２１７…異常検出部、２１８…データ圧縮部、２１９…データ参照部、３１１…実データ受信部、３１２…実データ格納部、３１３…データ受信部、３１４…メタデータ格納部、３１５…エッジ統計データ格納部、３１６…通信制御部、３１７…データ参照部、７１１…データ取得部、７１２…表示制御部、７１３…通信制御部、ＬＮ…ローカルネットワーク、Ｎ…広域ネットワーク

Claims (9)

1. センサから取得した実データに基いて演算を行い、演算結果に基いてアクチュエータを動作させる制御装置と第１のネットワークで接続されるとともに、データを保存するクラウドサーバと第２のネットワークで接続されるエッジサーバであって、
   前記実データの保存先が前記エッジサーバと前記クラウドサーバのいずれであるのかを示す保存先情報を記憶する記憶部と、
   前記制御装置から送信された前記実データを受信する実データ受信部と、
   前記記憶部の保存先情報を参照して、前記実データ受信部によって受信された実データのうち、保存先が前記クラウドサーバになっている前記実データを前記クラウドサーバに送信する実データ送信部と、
   前記記憶部の保存先情報を参照して、前記実データ受信部によって受信された実データのうち、保存先が前記エッジサーバになっている前記実データを前記記憶部に格納する実データ格納部と、を備えるエッジサーバ。
2. センサから取得した実データに基いて演算を行い、演算結果に基いてアクチュエータを動作させる制御装置と第１のネットワークで接続されるとともに、データを保存するクラウドサーバと第２のネットワークで接続されるエッジサーバであって、
   記憶部と、
   前記制御装置から送信された前記実データを受信する実データ受信部と、
   前記実データ受信部によって受信された実データに基いて、前記実データの統計情報であるエッジ統計データを生成するエッジ統計データ生成部と、
   前記エッジ統計データ生成部によって生成された前記エッジ統計データを前記クラウドサーバに送信するデータ送信部と、
   前記実データ受信部によって受信された実データを前記記憶部に格納する実データ格納部と、を備えるエッジサーバ。
3. 前記エッジ統計データ生成部は、前記エッジ統計データとして、前記実データの平均値、最大値、最小値、中央値、最頻値、標準偏差、分散の少なくともいずれかを生成する、請求項２に記載のエッジサーバ。
4. 前記データ送信部は、前記エッジ統計データを前記クラウドサーバに送信する場合に、所定期間の前記実データを一緒に送信する、請求項２または請求項３に記載のエッジサーバ。
5. 前記実データ、および、前記エッジ統計データの少なくともいずれかに基いて異常を検出する異常検出部を、さらに備え、
   前記異常検出部が異常を検出した場合に、
   前記データ送信部は、前記エッジ統計データと、前記異常の発生時を含む前記所定期間の前記実データを前記クラウドサーバに送信する、請求項４に記載のエッジサーバ。
6. 前記実データを圧縮するデータ圧縮部を、さらに備え、
   前記実データ送信部は、前記データ圧縮部によって圧縮された前記実データを前記クラウドサーバに送信する、請求項１に記載のエッジサーバ。
7. 前記記憶部は、センサ種別ごとに、データ参照回数に応じて適用するデータ圧縮方式を示す圧縮方式情報を記憶しており、
   前記データ圧縮部は、前記実データを圧縮する場合に、前記記憶部の圧縮方式情報を参照するとともに、前記クラウドサーバから当該実データに対応するセンサに関する外部装置からの参照回数を取得し、対応するデータ圧縮方式に基いて当該実データを圧縮する、請求項６に記載のエッジサーバ。
8. 前記エッジ統計データを圧縮するデータ圧縮部を、さらに備え、
   前記データ送信部は、前記データ圧縮部によって圧縮された前記エッジ統計データを前記クラウドサーバに送信する、請求項２に記載のエッジサーバ。
9. 前記記憶部は、センサ種別ごとに、データ参照回数に応じて適用するデータ圧縮方式を示す圧縮方式情報を記憶しており、
   前記データ圧縮部は、前記エッジ統計データを圧縮する場合に、前記記憶部の圧縮方式情報を参照するとともに、前記クラウドサーバから当該エッジ統計データに対応するセンサに関する外部装置からの参照回数を取得し、対応するデータ圧縮方式に基いて当該エッジ統計データを圧縮する、請求項８に記載のエッジサーバ。

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