JP4363444B2 - ネットワーク - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車など、様々なセンサが配置されている機器においてデータ伝送を行うネットワークに関するものである。

従来、例えば車載用のセンサとして、衝突防止レーダ、タイヤの回転数計測センサ、ステアリングの舵角検知センサなど各種センサが設けられていて、それらが例えばＣＡＮバスによってネットワーク化されている。

このように複数のセンサがバスに接続されたネットワークでは、バスのデータ伝送効率を高めるために、また共通のタイムベースに従って各センサが測定を行うために、各センサ間で同期をとる必要があった。

バスに接続されたセンサ同士が同期をとった状態で動作させるものとして、特許文献１〜３が開示されている。

特許文献１では、最上流のデータ伝送装置がデータ収集のタイミングを示す同期信号を発生し、下流の各データ伝送装置が、伝送遅延時間に基づいてデータ収集のタイミングを示す同期信号を補正して発生したサンプリング信号に基づいて、電流センサからの信号をサンプリングするようにしている。

特許文献２では、ネットワークに接続された全コンピュータ端末の基準となる時刻を計時する時間管理用コンピュータ端末（基準端末）と複数の端末を備え、測定用コンピュータが時間管理用コンピュータからの処理要求を受信した時、各々が持つセンサから出力された計測データを、受信した時刻情報と共に記録するようにしている。

特許文献３では、ネットワークに接続されたセンサがその他のセンサの発生するトリガ信号に従って測定シーケンスを実行し、計測・演算を行うようにしている。これにより、センサがその他のセンサからのトリガ信号に同期して所定の計測動作を行えるようにしている。
特開平６−９４７７９号公報 特開平１０−９７５０６号公報 特開平１０−１１１１５１号公報

ところが、特許文献１に示されているネットワークでは、常に伝送遅延時間が一定となることが保証されている条件でしか使えない。すなわち、バスアービトレーションなどによりネットワーク上へのデータ出力タイミングが変化し得るものには対応できない。

また特許文献２に示されているネットワークでは、同期をとるための基準時計（時間管理用コンピュータ端末）が必要となるため、ネットワークが複雑且つ高価なものとなる。

また特許文献３に示されているネットワークでは、各センサにトリガを発生させる装置が必要であり、装置が複雑化しコスト高になる。さらに、各センサは、他のセンサからのトリガ信号を基に動作するために、あるセンサの計測・演算時間を知ることができない。そのため、あるセンサの計測・演算が終了してから別のセンサが動作することになり、複数のセンサを並列動作させることができず、ネットワークの利用効率が上がらないという問題がある。

そこで、この発明の目的は、時間管理を一元化していない簡易なネットワークにおいてもネットワーク機器間の同期をとれるようにしたネットワークを提供することにある。

データを伝送するバスと、該バスに接続された複数のネットワーク機器とからなるネットワークにおいて、前記複数のネットワーク機器のうち少なくとも１つは、当該少なくとも１つのネットワーク機器自体が計測結果を出力する出力タイミングを基準とする計測タイミングで所定の変量を計測する計測手段と、この計測手段による計測結果に、前記計測の開始タイミングおよび前記計測の終了タイミングを含む前記計測タイミングの情報を付加して前記バス上に出力するデータ出力手段とを有する。前記複数のネットワーク機器のうち他の少なくとも１つは、前記計測結果が出力された時間を基点とし、前記計測結果に付加された前記計測タイミングの情報の前記計測の開始タイミングに基づいて所定の変量を計測を開始し、前記計測の終了タイミングに基づいて前記所定の変量の計測を終了する計測手段と、該計測手段による計測結果を前記バス上に出力するデータ出力手段とを有する。

複数のネットワーク機器のうち少なくとも１つ（第１のネットワーク機器）は、一定周期の計測タイミングで所定変量を計測し、その計測結果をバス上に出力するので、ネットワーク機器のうち他の少なくとも１つ（第２のネットワーク機器）は、バス上に出力された前記計測結果の複数回のタイミングから第１のネットワーク機器の計測タイミングの周期を検知でき、この一定周期のタイミングを基準とする計測タイミングで第２のネットワーク機器も計測できる。その結果、第１・第２のネットワーク機器は同期して計測を行うことができる。

複数のネットワーク機器のうち少なくとも１つは、計測手段によって所定の基準タイミングを基準とする計測タイミングで所定の変量が計測され、データ出力手段によって、その計測結果に前記計測タイミングの情報を付加して前記バス上に出力されるので、バス上に出力されたデータを読み取ったネットワーク機器は、上記計測結果を知るだけでなく、その読み取ったタイミングと付加されている計測タイミングの情報とによって、上記計測タイミングの基準となった基準タイミングを知ることができる。そのため、同期制御のための制御線や基準時計を用いることなく、バスに接続された複数のネットワーク機器が同期して動作可能となる。

前記複数のネットワーク機器のうち少なくとも１つ（第１のネットワーク機器）が計測結果が出力された時間を基点とし、前記計測結果に付加された前記計測タイミングの情報を基に定められた計測タイミングで計測を行い、その計測結果に計測タイミングの情報を付加してバス上に出力するので、このバス上に出力されたデータを読み取ったネットワーク機器（第２のネットワーク機器）は第１のネットワーク機器の計測・演算時間（計測タイミング情報）を知ることができる。そのため、第２のネットワーク機器は、第１のネットワーク機器のバスへの出力タイミングから逆算して自らの（第２のネットワーク機器の）計測開始タイミングを決定できる。その結果、第１と第２のネットワーク機器は同期して計測を行うことができる。

なお、この発明において「同期」とは、同時動作に限られるものではなく、複数のネットワーク機器が所定タイミングに従って動作する状態を表している。

前記ネットワーク機器自体が発生するタイミングを基準タイミングとして前記計測を行うようにすることによって、基準タイミング信号を発生する機器が別に存在していない場合にも適用でき、全体の構成が簡素化できる。

前記基準タイミングを、複数のネットワーク機器のうち特定のネットワーク機器の動作によりバス上に出力される信号の出力タイミングとすることにより、ネットワーク内に基準タイミングを発生する装置を設ける必要がなく、全体の構成が簡素化できる。

第１の実施形態に係るネットワークについて図１〜図３を基に説明する。
図１はネットワーク全体の構成を示すブロック図である。ここでバス１はツイストペアや光ファイバーケーブルなどからなり、データを伝送するバスである。このバス１には複数のネットワーク機器２ａ，２ｂ，２ｃ・・・２ｍを接続している。この例では各ネットワーク機器は基本的に同様の構成からなる。各ネットワーク機器には、センサ２１、演算処理部２２、およびコントローラ２３を備えている。センサ２１は所定の変量を計測する。コントローラ２３は、バス１に乗っている信号の状態を検出し、データの入出力制御を行う。演算処理部２２は、センサ２１による計測結果に対して所定の演算処理を施し、コントローラ２３を介してそのデータ出力を行い、さらに所定のタイミング制御を行う。

これらの複数のネットワーク機器２ａ，２ｂ，２ｃ・・・２ｍの各センサとしては、例えば自車両前方の物標探知を行うレーダ、後方の探知を行うレーダ、ステアリングの舵角センサ、車体の姿勢センサ、ヨーレート等の加速度センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサなどである。

図２は、図１に示したネットワーク１００におけるバス１とネットワーク機器２ａ，２ｂについてのタイミングチャートである。ネットワーク機器２ａは例えば自車両の前方を監視する前方監視用レーダ、ネットワーク機器２ｂは自車両の周辺監視用のレーダであり、この例では同一タイミングで一定周期毎に計測を繰り返す。

ネットワーク機器２ａは、タイミングｔnで計測（A計測n）を開始し、この計測に続いて演算（A演算n）を行った後、直ちにバス上にデータ出力「Ａ出力」を行う。このデータ出力と同時に次の計測（A計測n+1）を開始し、この計測に続いて演算（A演算n+1）を行った後、直ちにバス上にデータ出力「Ａ出力」を行う。このようにしてネットワーク機器２ａは一定周期Tで計測・演算を繰り返す。このネットワーク機器２ａの計測タイミングは当初ネットワーク機器２ｂにとって未知である。

ネットワーク機器２ｂは、動作を開始すると、まずバス１上に「Ａ出力」データが出力されるタイミングを検出する。これは、ネットワーク機器２ｂが持つ内蔵タイマを常時動作させておき、ネットワーク機器２ａのＩＤが付与されたデータを検出した時点で上記内蔵タイマの値を読み取ることによって行う。

ある時点の「Ａ出力」のデータ出力タイミングｔnが検出されると、次にネットワーク機器２ｂは再び次の「Ａ出力」が検出されるまで待ち、この新たなデータ出力タイミングｔn+1を取得する。

この時点で、ネットワーク機器２ｂは、ネットワーク機器２ａの計測開始タイミングｔn+1と、この計測周期T（T＝ｔn+1−ｔn）を知ることができる。

したがって、ネットワーク機器２ｂは、ｔn+1の時点で直ちに自らの計測を開始し、ネットワーク機器２ａとほぼ同じ所定時間にわたる計測（B計測１）を行った後、演算（Ｂ演算１）を行う。この演算が終了するのと略同時にネットワーク機器２ａも演算を終了するため、ネットワーク機器２ｂはネットワーク機器２ａがデータ出力を終えるまで待ってから自らのデータ「Ｂ出力」を出力する。
このようにして、ネットワーク機器２ｂはネットワーク機器２ａの計測タイミングに同期して計測を行う。

なお、この例ではネットワーク機器２ａとネットワーク機器２ｂの計測タイミングを一致させたが、同様の手順で、ネットワーク機器２ｂがネットワーク機器２ａの計測タイミングを検出した後、計測開始を一定時間遅らせることによって、ネットワーク機器２ａによる計測とネットワーク機器２ｂによる計測とを交互に行うようにすることも可能である。このように交互に計測を行えば、ネットワーク機器２ａとネットワーク機器２ｂによるミリ波レーダの探知の際に、ミリ波の送受信時の干渉を防止できる。

図３は、ネットワーク機器２ｂの演算処理部２２の処理内容を示すフローチャートである。まず、何回目の計測およびデータ出力であるかを示すカウント値ｎに初期値として０を代入し、内蔵タイマをスタートさせる（Ｓ１）。その後、バス１上に「Ａ出力」が開始されたか否かの状態を判定する（Ｓ２）。コントローラ２３がバス１上に「Ａ出力」が開始されたことを検出すれば、上記内蔵タイマの値を（ｔn+1）として保持する（Ｓ３）。そして、前回の「Ａ出力」の開始タイミングである、既に検出しているｔnとの差を計測周期Ｔとして求める（Ｓ４）。

続いてミリ波レーダの計測を行い、計測終了後、計測結果を求めるための演算を行う（Ｓ５→Ｓ６）。その後、バスがアイドル状態であるか否かを判定し、アイドル状態でなければアイドル状態になるのを待ってから計測データ「Ｂ出力」をバス１上に出力する（Ｓ７→Ｓ８）。

その後は、次回の計測およびデータ出力に備えて、その回数をカウントするｎを１インクリメントして、次の「Ａ出力」の開始を待つ（Ｓ９→Ｓ２）。
以上の処理を繰り返すことによって、ネットワーク機器２ａ，２ｂは同一周期で計測・演算を繰り返す。

上述の例では、２つのネットワーク機器２ａ，２ｂについて例を挙げたが、ネットワーク機器２ａ，２ｂ以外の他の複数のネットワーク機器についても同様である。すなわち、各ネットワーク機器がそれぞれ上記「Ａ出力」を検出して、ネットワーク機器２ａの計測・演算周期Ｔを検知し、ネットワーク機器２ａの計測・演算周期に同期して計測・演算を行うことができる。

なお、上記（Ａ演算n+1）と（B演算1）の終了タイミングが同時であっても、または（Ａ演算n+1）より（B演算1）が僅かに早く終了したとしても、ネットワーク機器２ｂが（B演算1）の終了後、必ず所定の待ち時間を設けるようにすれば、「B出力」は必ず「Ａ出力」の後に出力されることになり、「B出力」は必ず周期Tで出力されることになる。そのため、上記他の複数のネットワーク機器は、「Ｂ出力」の出力開始タイミングと、その周期Tを検知してもよい。これにより、上記他の複数のネットワーク機器はネットワーク機器２ａおよびネットワーク機器２ｂの計測・演算タイミングに同期させることができる。

なお、図２に示した例では、バス上にネットワーク機器２ａからのＡ出力があったとき、そのＡ出力のタイミングとＡ出力に含まれている計測タイミングの情報とに基づいて、ネットワーク機器２ｂがＡ計測に同期してＢ計測を行うようにしたが、同期をとる側の機器（ネットワーク機器２ｂ）は計測手段を備えたものに限らず、例えばＡ計測に同期して何らかの処理を行う機器であってもよい。

次に、第２の実施形態に係るネットワークについて図４・図５を基に説明する。
ネットワーク自体の構成は図１に示したものと同様である。第１の実施形態では基準とするネットワーク機器２ａの計測・演算周期Ｔをそのデータ出力「Ａ出力」の開始タイミングの周期から求めたが、第２の実施形態では「Ａ出力」に含まれているデータに基づいて、基準とするネットワーク機器２ａの計測・演算タイミングを検知する。

図４は、この第２の実施形態に係るネットワークにおけるバスとネットワーク機器２ａ，２ｂについてのタイミングチャートである。
図４に示したネットワーク機器２ａは例えばミリ波レーダ、ネットワーク機器２ｂはＣＣDカメラである。ネットワーク機器２ａは一定周期Ｔ毎に計測・演算を繰り返すと共に演算終了後、直ちにバス１上にデータ「Ａ出力」を出力する。このネットワーク機器２ａの計測タイミングは当初ネットワーク機器２ｂにとって未知である。

まず、ネットワーク機器２ａは、自らが前回の計測データをバス１上に出力した時刻ｔnからｄ1後に計測を開始し、同ｄ2後に計測を終え、続いて直ちに演算を行う。演算が終了すると、ネットワーク機器２ａはバス１上にデータ「Ａ出力」を出力する。この「Ａ出力」には、計測データ以外に上記計測開始および終了タイミングを示す情報ｄ1，ｄ2が含まれている。

ネットワーク機器２ｂが動作を開始すると、バス１上に出力される「Ａ出力」の開始タイミングを検出すると共に、その内容に含まれている上記計測タイミング情報ｄ1，ｄ2を抽出する。

ネットワーク機器２ｂは、上記「Ａ出力」の開始タイミングｔn+1からｄ1が経過するまで待って、計測（Ｂ計測１）を開始する。この計測はｔn+1からｄ2が経過した時点で終了し、それに続いて計測結果を得るための演算（Ｂ演算１）を行う。

このネットワーク機器２ｂの計測（B計測１）は、ネットワーク機器２ａの計測（Ａ計測n+1）と同じタイミングで行われる。
そして、バス１がアイドル状態になるのを待って計測結果「Ｂ出力」を出力する。この計測結果「Ｂ出力」には、「Ａ出力」と同様に上記計測開始および終了タイミングを示す情報ｄ1，ｄ2を含ませてもよい。

このようにして、ネットワーク機器２ａの計測・演算タイミングを検知し、それに同期してネットワーク機器２ｂは計測・演算を行う。

なお、このネットワーク機器２ａの初回の動作開始時期は特に限定されるものではなく、ネットワーク機器２ａ自体の動作準備が完了した時点に開始されてもよいし、他の特定のネットワーク機器からの出力を検知した直後、または出力された情報に基づいて開始されてもよい。

図５は、この第２の実施形態での、ネットワーク機器２ｂの演算処理部２２の処理内容を示すフローチャートである。
まず、何回目の計測およびデータ出力であるかを示すカウント値ｎに初期値として０を代入し、内蔵タイマをスタートさせる（Ｓ１）。その後、バス１上に「Ａ出力」が開始されたか否かの状態を判定する（Ｓ２）。コントローラ２３がバス１上に「Ａ出力」が開始されたことを検出すれば、上記内蔵タイマの値を（ｔn+1）として保持する（Ｓ３）。

この「Ａ出力」より上記計測タイミング情報ｄ1，ｄ2を読み取り、内蔵タイマの値がｔn+1 ＋ｄ1になるまで待つ（Ｓ４→Ｓ５）。内蔵タイマの値がｔn+1 ＋ｄ1となれば、計測（Ｂ計測１）および演算（Ｂ演算１）を行う（Ｓ６）。その後、バスがアイドル状態であるか否かを判定し、アイドル状態でなければアイドル状態になるのを待ってから計測データ「Ｂ出力」をバス１上に出力する（Ｓ７→Ｓ８）。

その後は、次回の計測およびデータ出力に備えて、その回数をカウントするｎを１インクリメントして、次の「Ａ出力」の開始を待つ（Ｓ９→Ｓ２）。
以上の処理を繰り返すことによって、ネットワーク機器２ａ，２ｂは一定周期で計測・演算を繰り返す。

次に、第３の実施形態に係るネットワークについて図６・図７を基に説明する。
ネットワーク自体の構成は図１に示したものと同様である。第２の実施形態ではネットワーク機器２ａが計測結果を出力する開始タイミングから次の計測を開始するまでの時間ｄ１および計測が終了するまでの時間ｄ２が常に一定である場合について示したが、この第３の実施形態ではネットワーク機器２ａの計測タイミング情報ｄ１，ｄ２が不定である場合にも適応可能としたものである。

図６は、この第３の実施形態に係るネットワークにおけるバスとネットワーク機器２ａ，２ｂについてのタイミングチャートである。
ネットワーク機器２ａは自らが前回の計測データをバス１上に出力した時刻ｔnからｄ1n経過した時点で計測（Ａ計測ｎ）を開始し、ｔnからｄ2nの後に計測を終え、続いて直ちに演算（Ａ演算ｎ）を行う。この演算が終了すると、バス１上にデータがない状態（アイドル）状態であれば、時刻ｔn+1で計測データ「Ａ出力」を出力する。この計測データには上記計測のタイミング情報ｄ1n，ｄ2nが含まれている。その後、ネットワーク機器２ａは（ｔn ＋ｄ1n＋Ｔ）で計測（Ａ計測n+1）を開始し、（ｔn ＋ｄ2n＋Ｔ）の後に計測を終え、続いて直ちに演算（Ａ演算ｎ+1）を行う。なお、Ｔはネットワーク機器２ａの計測周期であり、Ｔ＝（ｔｎ＋ｄ1n）−（ｔｎ-1 ＋ｄ1n-1）より求められる。この演算が終了すると、バス１上にデータがない状態（アイドル状態）であれば、計測データ「Ａ出力」を出力する。この計測データには上記計測のタイミング情報ｄ1n+1，ｄ2n+1が含まれている。

一方、ネットワーク機器２ｂは、動作を開始すると、バス１上に出力される「Ａ出力」の開始タイミングｔn+1を検出すると共に、その内容に含まれている上記計測タイミング情報ｄ1n，ｄ2nを抽出する。この時点で、ネットワーク機器２ｂもＴ＝（ｔｎ＋ｄ1n）−（ｔｎ-1 ＋ｄ1n-1）よりＴを知ることができるため、ｔn ＋ｄ1n＋Ｔのタイミングになるまで時間待ちを行い、ｔn ＋ｄ2n＋Ｔのタイミングまでネットワーク機器２ｂの計測（Ｂ計測１）を行う。これによりネットワーク機器２ｂの計測（B計測１）は、ネットワーク機器２ａの計測（Ａ計測n+1）と同じタイミングで行われる。

その後、計測結果を得るための演算（Ｂ演算１）を行い、バス１がアイドル状態になるのを待って計測結果「Ｂ出力」を出力する。

図７は、この第３の実施形態での、ネットワーク機器２ｂの演算処理部２２の処理内容を示すフローチャートである。
まず、何回目の計測およびデータ出力であるかを示すカウント値ｎに初期値として０を代入し、内蔵タイマをスタートさせる（Ｓ１）。その後、バス１上に「Ａ出力」が開始されたか否かの状態を判定する（Ｓ２）。コントローラ２３がバス１上に「Ａ出力」が開始されたことを検出すれば、上記内蔵タイマの値を（ｔn+1）として保持する（Ｓ３）。

この「Ａ出力」より上記計測タイミング情報ｄ1n，ｄ2nを読み読み取り、計測周期Tを、Ｔ＝（ｔn ＋ｄ1n）−（ｔn-1 ＋ｄ1n-1）によって求める（Ｓ４→Ｓ５）。ここで、ｔn，ｔn-1はそれぞれｔn+1より前回および前々回の「Ａ出力」の開始を検出したタイミングである。また、ｄ1nは、タイミングｔn+1で出力された「Ａ出力」から読み取った値である。

その後、内蔵タイマの値が（ｔn＋ｄ1n＋T）になるまで待つ（Ｓ６）。内蔵タイマの値が（ｔn＋ｄ1n＋T）となれば、計測（Ｂ計測１）および演算（Ｂ演算１）を行う（Ｓ７）。そして、バスがアイドル状態であるか否かを判定し、アイドル状態でなければアイドル状態になるのを待ってから計測データ「Ｂ出力」をバス１上に出力する（Ｓ８→Ｓ９）。

その後は、次回の計測およびデータ出力に備えて、その回数をカウントするｎを１インクリメントし、次の「Ａ出力」の開始を待つ（Ｓ１０→Ｓ２）。
以上の処理を繰り返すことによって、「Ａ出力」の開始から「Ａ計測」の開始までの時間が不定であっても、ネットワーク機器２ｂはネットワーク機器２ａと同期して計測・演算を繰り返す。

このようにして、ネットワーク機器２ａの計測・演算周期Ｔを検知し、且つネットワーク機器２ａの前回の計測データの出力開始タイミングからの次の計測開始タイミングおよび終了タイミングに合わせて、ネットワーク機器２ｂはネットワーク機器２ａと同一タイミングで計測・演算を行う。

第１〜第３の実施形態に係るネットワークの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るネットワークにおけるバスとネットワーク機器の動作状況を表すタイミングチャートである。 第１の実施形態に係るネットワークにおける所定のネットワーク機器内の演算処理部の処理内容を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るネットワークにおけるバスとネットワーク機器の動作状況を表すタイミングチャートである。 第２の実施形態に係るネットワークにおける所定のネットワーク機器内の演算処理部の処理内容を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係るネットワークにおけるバスとネットワーク機器の動作状況を表すタイミングチャートである。 第３の実施形態に係るネットワークにおける所定のネットワーク機器内の演算処理部の処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１−バス
２−ネットワーク機器
１００−ネットワーク

Claims (1)

1. データを伝送するバスと、該バスに接続された複数のネットワーク機器とからなるネットワークにおいて、
   前記複数のネットワーク機器のうち少なくとも１つは、当該少なくとも１つのネットワーク機器自体が計測結果を出力する出力タイミングを基準とする計測タイミングで所定の変量を計測する計測手段と、この計測手段による計測結果に、前記計測の開始タイミングおよび前記計測の終了タイミングを含む前記計測タイミングの情報を付加して前記バス上に出力するデータ出力手段とを有し、
   前記複数のネットワーク機器のうち他の少なくとも１つは、前記計測結果が出力された時間を基点とし、前記計測結果に付加された前記計測タイミングの情報の前記計測の開始タイミングに基づいて所定の変量を計測を開始し、前記計測の終了タイミングに基づいて前記所定の変量の計測を終了する計測手段と、該計測手段による計測結果を前記バス上に出力するデータ出力手段とを有する、
   ことを特徴とするネットワーク。

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