JP4353059B2 - 通信システム及びその故障ノード特定方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、複数のノードがバス接続された通信システム及び故障ノード特定方法に係り、特に、マルチプル・アクセス環境下でフレーム衝突発生時に故障ノードを特定することが可能な通信システム及び故障ノード特定方法に関する。

１つの伝送路（例えばバス）を複数のノード（局）が利用する通信システムにおいて、各ノードの送信タイミングを非同期とし、データを送信したいノードは、他の通信の有無を確認し、通信中でなければデータ送信を開始するようにした通信方式が周知である。このような非同期且つ「早い者勝ち」の通信方式は、各ノードが対等に送信する権利を持つため、マルチプル・アクセスとも呼ばれる。例えば、代表例としては、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ；電気電子技術者協会）により策定されたＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ；メディア・アクセス制御）規格の１つであるＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；衝突検出付き搬送波感知多重アクセス）方式などが挙げられる。

このような非同期且つ早い者勝ちの通信方式において、あるノードの通信機能等の一部又は全体やそのノード固有のバス支線などに故障が発生すると（以下、このような状況となったノードを総称的に「故障ノード」と称す）、その故障ノードが乱発する不良なメッセージ・フレームやノイズが他の正常なメッセージ・フレームに衝突を繰り返し、バスの全体において通信を阻害する可能性が生じる。

このような衝突が一旦発生してしまった場合、診断・修理のために故障ノードを特定する必要があるが、証拠となる衝突フレームは完全なフレームとはならない（フォーマット崩れ）ため、衝突フレームから故障ノードに結び付く情報を必ず得られるとは限らない。また、このような非同期且つ早い者勝ちの通信方式では、どのノードがどのタイミングでフレームを送出するか全く予測できないため、衝突発生のタイミングから故障ノードを特定することも困難である。

このような課題を踏まえ、従来、非同期且つ早い者勝ちの通信方式において故障ノードを特定するための方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された方法は、ノードにおいて、通信データを取得してから次の通信データを取得するまでの時間を計測し、所定時間を経過した場合に通信途絶と判定するものである。
特開２００３−１４３１６４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の従来方法では、各ノードから送出された通信データを受信できるか否かに基づいて故障ノード判定を行なっているため、故障発生時に故障ノードとして特定可能なノード範囲が限定されてしまう。例えば、一のノードが他の一のノードから送出された通信データを利用して判定を行なう場合、該他の一のノードについては故障ノードであるか否かを判定することができるが、該一のノードについては判定することができない。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、マルチプル・アクセス環境下でフレーム衝突発生時に故障ノードを特定することが可能な通信システム及び故障ノード検出方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第一の態様は、複数のノードがバス接続され、マルチプル・アクセスが採用された通信システムにおいてフレーム衝突発生時に故障ノードを特定する故障ノード特定方法であって、各ノードは、バス起動時に、予め設定された各ノード固有の送出タイミングでフレームの送出を開始し、フレーム衝突発生時には、衝突が検知される直前にフレーム送出を開始したノードを故障ノードと特定する故障ノード特定方法である。

この第一の態様において、上記送出タイミングは、例えば、各ノードに所定の時間間隔を空けて所定の順序でフレーム送出を開始させるためのものである。この場合、各ノードは、自局の順番と上記所定の時間間隔とがわかれば、容易に自局の送出開始タイミングを計算できる。

この第一の態様によれば、バス起動時に各ノードが固有のタイミングでフレーム送出を開始するため、フレーム衝突が検知されたときにちょうど送出を開始したノードを特定することができる。これにより、そのノードのフレーム送出によってバスライン上でフレーム衝突が生じたと判定できるため、そのフレーム衝突の原因となったフレーム送出を行なったノードを故障ノードと特定することができる。

なお、この第一の態様に係る方法は、例えば、ＣＡＮ規格による車内ＬＡＮに適用可能である。その場合、上記複数のノードは車両において各種車両制御を実行する車載ＥＣＵとなり、上記通信システムはＣＡＮ方式が採用された車内ＬＡＮとなる。

上記目的を達成するための本発明の第二の態様は、複数のノードがバス接続され、マルチプル・アクセスが採用された通信システムであって、各ノードが、バス起動時に、予め設定された各ノード固有の送出タイミングでフレームの送出を開始し、フレーム衝突発生時には、衝突が検知される直前にフレーム送出を開始したノードを故障ノードと特定するようにした通信システムである。

この第二の態様において、上記送出タイミングは、例えば、各ノードに所定の時間間隔を空けて所定の順序でフレーム送出を開始させるためのものである。この場合、各ノードは、自局の順番と上記所定の時間間隔とがわかれば、容易に自局の送出開始タイミングを計算できる。

この第二の態様によれば、バス起動時に各ノードが固有のタイミングでフレーム送出を開始するため、フレーム衝突が検知されたときにちょうど送出を開始したノードを特定することができる。これにより、そのノードのフレーム送出によってバスライン上でフレーム衝突が生じたと判定できるため、そのフレーム衝突の原因となったフレーム送出を行なったノードを故障ノードと特定することができる。

なお、この第二の態様に係る通信システムは、例えば、ＣＡＮ規格による車内ＬＡＮに適用可能である。その場合、上記複数のノードは車両において各種車両制御を実行する車載ＥＣＵとなり、上記通信システムはＣＡＮ方式が採用された車内ＬＡＮとなる。

本発明によれば、マルチプル・アクセス環境下でフレーム衝突発生時に故障ノードを特定することが可能な通信システム及び故障ノード検出方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、複数のノードがバス接続され、マルチプル・アクセスが採用された通信システムの基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

以下、図１及び２を用いて、本発明の一実施例に係る通信システム及びその故障ノード特定方法について説明する。まず、図１を用いて、本実施例に係る通信システム１００の構成について説明する。図１は、通信システム１００の概略構成図である。

本実施例に係る通信システム１００においては、一例として、バスライン１０１に４つのノード（ノードＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤとする）が接続されており、ノードＡ〜Ｄのフレーム送出は基本的に例えばＣＳＭＡ／ＣＤ規則などの非同期且つ早い者勝ちの方式・規則に従うものとする。

通信システム１００において、各ノードは、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；電子制御装置）などであり、バスライン１０１を通じて相互にデータを（本実施例では一例としてフレーム単位で）やりとりできる局として機能する装置であれば任意のものでよい。ここでは、各ノードは、バスライン１０１へフレームを送出するフレーム送信部１０２と、バスライン１０１上でのフレーム衝突発生の有無を監視するバスモニタ部１０３とを有するものとし、便宜上、各ノードの他の構成要素の図示及び説明は省略する。

通信システム１００において、ノードＡ〜Ｄは一斉にイニシャライズ（初期化）することが可能であるものとする。このイニシャライズの最も典型的な例は、通信システム１００への電源投入によるバス起動である。

各ノードは、イニシャライズされると、予め設定された各ノードに固有の送出タイミングからフレーム送出を開始する。本実施例では一例として、ノードＡ〜Ｄは、アルファベット順に、所定の時間間隔ｔ_１を空けて順にフレーム送出を開始するものとする。これにより、各ノードは、自局の順番と時間間隔ｔ_１とがわかれば、イニシャルから自局の送出開始タイミングまでの時間を容易に計算することができる。

このように、イニシャル時の各ノードの送出開始タイミングが既知であると、フレーム衝突が発生した時点で、その直前にフレーム送出を開始したノードがフレーム衝突を招くような送出を行なった故障ノードであると特定することができる。すなわち、イニシャライズ（バス起動）時に、その時点で故障中のノードを発見することができる。

次いで、図２を用いて、本実施例に係る故障ノード特定の流れを説明する。図２に示す一例においては、ノードＣがシステム機能の破壊を引き起こし得る故障ノードであるものとする。

まず、バス起動をトリガとして１番目のノードＡからフレーム送出が開始される。２番目のノードＢはノードＡの送出タイミングから時間間隔ｔ_１を空けてフレーム送出を開始する。同じく、３番目のノードＣはノードＢの送出タイミングから時間間隔ｔ_１を空けて、４番目のノードＤはノードＣの送出タイミングから時間間隔ｔ_１を空けて、それぞれフレーム送出を開始する。

本例では、図２に図示するように、ノードＣの送出開始タイミング経過後、ノードＤの送出開始タイミング前に、バスライン１０１上でフレーム衝突が発生している。従来であれば、フレームの衝突は検知できてもその原因を作った故障ノードまでは特定できなかったが、本実施例では、フレーム衝突発生のタイミングから、ノードＣによるフレーム送出がフレーム衝突の原因になったと判断することができる。なぜなら、ノードＣの送出開始タイミングが到来するまでは、フレームの衝突が発生しておらず、ノードＡ及びＢは正常に通信が行なっている、すなわちお互いに相手がフレームを送出していないタイミングを見計らって非同期且つ早い者勝ちでフレームを送出している、ことが判るからである。

本実施例において、ノードＡ〜Ｄの一部又は全部は、自局の送出開始タイミングだけでなく、他ノードの送出開始タイミングも予め保持し、バスモニタ部１０３によりフレーム衝突が検知されると、上述のようにその発生タイミングから故障ノードを特定し、例えばダイアグの一部として記憶保持する。

また、本実施例において、上述の各ノードの送出開始タイミングを予め保持した専用の診断機器をバスライン１０１に接続できるようにし、上述のノードＡ〜Ｄの一部又は全部に代えて又は加えて、この診断機器が故障ノードを特定し、記憶保持するようにしてもよい。

このように、本実施例によれば、基本的には非同期且つ早い者勝ちで行なわれる各ノードによるフレーム送出をイニシャル時のみ一時的に所定のスケジュールに従ってノード間で同期を取って行なうことによって、既知である各ノードの送出開始タイミングからフレーム衝突の原因を作ったノードを特定することができるため、イニシャル時の故障ノードを容易に特定することができる。

また、本実施例によれば、このようにしてノードＡ〜Ｄの一部若しくは全部及び／又は専用の診断機器に特定された故障ノードが記憶保持されると、後のシステム修理時に作業者は例えばダイアグを確認することによって容易に故障ノードがいずれのノードであるかを知ることができるため、故障ノードを特定するための診断に要する時間が大幅に削減され、直ちに故障ノードの交換や修理といった具体的な対応に着手することができ、修理作業に要する時間や手間が大幅に軽減される。

なお、当業者には明らかなように、上記一実施例によれば、フレーム衝突発生時に故障ノードとして特定されるノードに制限はなく、いずれのノードに故障が発生した場合であってもフレーム衝突発生タイミングから故障ノードを特定することができる。

また、上記一実施例では、一例としてバス接続されたノードの数を４つとしたが、当業者には明らかなように、本発明はこれに限られず、ノードの数は任意でよい。また、上記一実施例では、各ノードの送出開始順序・タイミングが設定された後にノード数が削減された場合であっても対応可能である。さらに、上記一実施例では、ノードＡ〜Ｄの一部若しくは全部及び／又は専用の診断機器に記憶された各ノードの送出開始順序・タイミングの設定データを更新することによって、各ノードの送出開始順序・タイミングが設定された後にバスライン１０１に接続されるノード数を増やすことも可能である。

本発明は、複数のノードがバス接続され、非同期且つ早い者勝ちの方式・規則で各ノードからフレームが送出される通信システムにおいて故障ノードを特定するのに利用できる。通信システムの用途、規模、具体的構成等は問わない。また、通信方式も問わない。

複数のノードがバス接続された通信システムにおいて、非同期且つ早い者勝ちの方式・規則で各ノードからフレームが送出される通信システムの一具体例として、ＣＡＮ方式を採用した車内ＬＡＮが挙げられる。

「ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）」とは、ＩＳＯ規格の通信プロトコル（ＩＳＯ１１８９８）であり、主にボディ・制御系用途に利用されている。ＣＡＮ通信システムでは、「ＣＡＮ Ｈｉｇｈ」と「ＣＡＮ Ｌｏｗ」の２本の通信線（バス）を一対としてその差動電圧によりバスのレベルがドミナント（優性）レベルかレセッシブ（劣性）レベルかを判断し、これをディジタル信号として主に５００ｋｂｐｓで伝送される。

当業者には既知のように、ＣＡＮではＣＳＭＡ／ＣＤ方式が採用されているため、本発明に係る故障ノード特定方法を適用するのに適している。その場合、バス接続されたノードは車両において各種車両制御を実行する車載ＥＣＵである。また、その際、本発明が適用された車内ＬＡＮが搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は当然不問である。

本発明の一実施例に係る通信システムの概略構成図である。 本発明の一実施例に係る故障ノード特定方法による故障ノード特定処理の流れの一例を示す図である。

符号の説明

１００ 通信システム
１０１ バスライン
１０２ フレーム送信部
１０３ バスモニタ部

Claims (6)

1. 複数のノードがバス接続され、マルチプル・アクセスが採用された通信システムにおいてフレーム衝突発生時に故障ノードを特定する故障ノード特定方法であって、
   各ノードは、バス起動時に、予め設定された各ノード固有の送出タイミングでフレームの送出を開始し、
   フレーム衝突発生時には、衝突が検知される直前にフレーム送出を開始したノードを故障ノードと特定する、ことを特徴とする故障ノード特定方法。
2. 請求項１記載の故障ノード特定方法であって、
   前記送出タイミングは、各ノードに所定の時間間隔を空けて所定の順序でフレーム送出を開始させるためのものである、ことを特徴とする故障ノード特定方法。
3. 請求項１又は２記載の故障ノード特定方法であって、
   前記複数のノードは車両において各種車両制御を実行する車載ＥＣＵであり、前記通信システムはＣＡＮ方式が採用された車内ＬＡＮである、ことを特徴とする故障ノード特定方法。
4. 複数のノードがバス接続され、マルチプル・アクセスが採用された通信システムであって、
   各ノードが、バス起動時に、予め設定された各ノード固有の送出タイミングでフレームの送出を開始し、フレーム衝突発生時には、衝突が検知される直前にフレーム送出を開始したノードを故障ノードと特定するようにしたことを特徴とする通信システム。
5. 請求項４記載の通信システムであって、
   前記送出タイミングは、各ノードに所定の時間間隔を空けて所定の順序でフレーム送出を開始させるためのものである、ことを特徴とする通信システム。
6. 請求項４又は５記載の通信システムであって、
   前記複数のノードは車両において各種車両制御を実行する車載ＥＣＵであり、当該通信システムはＣＡＮ方式が採用された車内ＬＡＮである、ことを特徴とする通信システム。

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