JP5612468B2 - リアルタイム通信ネットワークにおける診断データの通信のための方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーバーノードと複数のクライアントノードとの間の識別と非侵入(non-intrusive)通信の方法と装置に関する。

《スイッチ構造（switch fabric）》タイプのネットワークは、データの送受信を行う端末装置が、これらのデータをＮ入力およびＮ出力で伝送する交換機(commutateurs)を中心として構成される通信アーキテクチャに基づく。この通信は、パケットを送受信することにより行われる。これらのパケットは、並行して送信される。

より一般的には、本発明は、少なくとも１のサーバーと少なくとも１のクライアントを含むリアルタイムのデータ処理ネットワークにおいて、この同じネットワーク上で他に往来するリアルタイム通信上に侵入しないようにネットワークの構成要素間の診断データの通信を管理する原則に関する。

本発明は、特に、リアルタイムの航空機部品のシミュレーションネットワーク（これらの部品の診断は、シミュレーションネットワークを妨害することなく実施されなければならない）に適用される。

航空機部品のシミュレーションは、航空機に搭載される電子情報システムの開発と統合を保証するために、特に初回飛行の前に、実施される。

シミュレーションアーキテクチャは、ネットワークノードとも呼ばれる複数の端末を有する。これらの端末のそれぞれは、シミュレーション計算を実行するよう構成されるか、または、実際の環境との電子インターフェースを構成し、航空機の実際の装置の機能を検証することを可能にする。このように、このアーキテクチャは、特に、要求／応答原理に基づく同期シーケンスに基づいてデータを送信するように構成されているシミュレーション端末装置を含む。

ネットワークノードはシミュレーション計算機及び電子インターフェースの入出力カードから構成されている。

ネットワークの種々のノード間のデータ交換は、特定のユーザデータグラムプロトコル（User Datagram Protocol：ＵＤＰ）ポート上においてリアルタイムで実行される。即ち、装置の動作のシミュレーションは、実際の動作速度で実行される。

このようなネットワークアーキテクチャにおける診断を実行するために、常時、種々のネットワークノードの不具合を識別するよう構成された診断装置をネットワークに接続することができる。

しかしながら、ネットワークトポロジー固有の学習段階がないと、診断装置と種々のネットワークノードとの間のメッセージ交換によって、ネットワーク上に過剰なトラフィックが生成される。通常、交換されるメッセージは、アドレス解決プロトコル（Address Resolution Protocol：ＡＲＰ）メッセージである。

診断装置とネットワークノードとの間に大量のＡＲＰメッセージが送信されるという現在の問題は、リアルタイムのシミュレーションの実行を妨害する。

本発明の目的は、上記の従来の技術及びプロセスの問題のうちの少なくとも１つを解決することである。そのために、本発明は、特に、リアルタイムでのシミュレーションの実行を妨害しないなどの厳しい制約を遵守するよう構成された、サーバーノードにおける、通信ネットワークにおける少なくとも１のクライアントノードを動的に識別する方法及び装置、並びに、クライアントノードにおける、通信ネットワークにおけるサーバーノードを識別する方法及び装置を提案する。

本発明は、ネットワークに接続されたサーバーノードにおける、該ネットワークに接続されている少なくとも１のクライアントノードの識別方法を対象とする。この方法は次のステップを含む。
−少なくとも１のクライアントノードに識別メッセージを送信するステップ。この識別メッセージは、前記サーバーノードの物理アドレスとインターネットアドレスを有している。
−識別メッセージを送信するステップの応答として、少なくとも１のクライアントノードのアドレスの組を含む、少なくとも１のメッセージを受信するステップ。クライアントノードの１つのアドレスの組は物理（MAC）アドレス及びインターネット（IP）アドレスを含んでいる。

本発明による方法を使うと、ポイントツーポイント（point to point）の接続、及びそのトポロジーの定義についての事前の知識を必要とせず、ネットワークトポロジーを動的に決定することができる。この方法によれば、リアルタイムでシミュレーションを実行することができる非侵入条件を尊重することができる。

有利なやり方として、少なくとも１のクライアントノードアドレスの組が、前記サーバーノードの中の、オペレーティングシステムのＡＲＰテーブルなどの物理アドレスとインターネットアドレスとの対応テーブルに静的に記憶される。これによって、オペレーティングシステムにより生成されるメッセージの制御、すなわち、例えば、ＡＲＰメカニズムの制約が行われる。

特定の実施例によれば、前記識別メッセージがマルチキャスト（multicast）モードで送信される。

本発明は、ネットワークに接続されたネットワークノードと診断端末装置との間の該ネットワークにおける診断データの交換方法を対象とする。この方法は以下のステップを有している。
−前記した識別方法に基づく少なくとも１のネットワークノードを識別するステップ。
−少なくとも１の、識別されたネットワークノードに診断コマンドを送信するステップ。

本発明に係る方法によって、ネットワークのリアルタイム性を妨害することなく、ネットワークの標準特性をすべて維持しつつ、診断データを交換することができる。

また、本発明は、ネットワークに接続したクライアントノードにおける、ネットワークに接続したサーバーノードの識別方法を対象とする。該方法は次のステップを有している。
−サーバーノードから出力される識別メッセージを受信するステップ。該識別メッセージは前記サーバーノードの物理（MAC）アドレスとインターネット（IP）アドレスとを有している。
−識別メッセージを受信するステップの応答として、前記クライアントノードのアドレスの組を含むメッセージをサーバーノードに送信するステップ。前記アドレスの組は、前記クライアントノードの物理（MAC）アドレスとインターネット（IP）アドレスとを有している。

少なくとも１のサーバーノードのアドレスの組が、クライアントノードにおいて、例えば、オペレーティングシステムのＡＲＰテーブルなどの物理アドレスとインターネットアドレスとの対応テーブルに静的に記憶されると有利である。

また、本発明は、ネットワークに接続するクライアントノードにおける診断データの交換方法を対象とするもので、次のステップを有する。
−上記識別方法に基づく少なくとも１のサーバーノードを識別するステップ。
−診断コマンドを受信したときに、シミュレーションデータの管理タスクの動作状態に基づいて、診断データの管理タスクをアクティブにするステップ。

本発明による方法は、シミュレーション動作への診断動作の侵入を制限するためにサービスの優先度により管理を実施する。

診断及びシミュレーションのデータの管理タスクが異なるポートを使うと有利である。

本発明は上記方法の各ステップを実施する命令を含むコンピュータプログラムを対象とする。

また、本発明は上記の方法の各ステップを実施するように構成された手段を含む装置を対象とする。

本発明の他の有利な点、目的、特徴は、非制限的な実施例及び付属の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むと、明らかである。

本発明による診断端末装置を統合したシミュレーションネットワーク構成を示す図である。 本発明によるシステムのプログラム層と、クライアントおよびサーバーの診断モジュールとのインタラクションと、を示す図である。

本発明によると、部品、特に航空機部品のシミュレーションネットワークの診断は集中化され、統合されている。このシミュレーションは、リアルタイムの厳しい制約条件に基づいて、少しも妨害されることなく、部品の実際の動作をより良くシミュレートしなければならない。

診断機能は、特に、以下のとおりである。
−特に中央に集中する方式、即ち使用されている各電子インターフェース装置とポイントツーポイント（point to point）で直接接続しない方式で、現存ネットワークノードを決定する。
−監視及び診断をリアルタイムで監視し、グラフィックインターフェースを省略する場合もある。
−ネットワークノードのマップ、特にネットワーク装置リストとそれらの構成（ソフトウェア、構成ハードウェアおよびパラメータ化（parame'trage））を作成する。
−ネットワークノードのパラメータ化を参照し、修正する。
−内部パラメータを監視し、統計を作成する。
−強制的に入出力パスをオープンし他のパラメータに値を与える（forcer）。
−リアルタイムでパラメータを、特に揮発性メモリに記憶する。
−故障状態を、特に不揮発性メモリに記憶する。
−パラメータ、構成、故障状態および登録のテーブルを取得する。
−例えば、シミュレーションメッセージの処理時間、インターネットプロトコル（Internet Protocol：ＩＰ）スタック及びメッセージスタックなどの進行中の統計を管理する。

特定の実施例によると、本診断システムはシミュレーションネットワークに統合され、単一ネットワーク接続だけが必要である。更に、診断機能は集中化される。

端末装置の負荷は増加せず、調査は、ノードを切断することなく運用モードで実行される。

このために、本発明の一実施例によれば、図１に示されるように、シミュレーションネットワークは、１セットのネットワークノードを含み、このセットは、一緒に機能することによって、特に、スイッチ構造（switch fabric）タイプの交換ネットワーク（reseau commute）において互いに接続される航空機部品などの構成要素のシミュレーションを実行するよう構成される。

従って、ネットワーク５の各ノード10は主交換機15に接続されている。特に、これらのノード10は、計算機ノード、入出力カード、中間媒体ノードおよびハブである。

主交換機15の上のシミュレーションの主計算機（ホスト計算機）20と、診断装置25とは、このネットワーク５に接続されている。

リアルタイム処理がより重要であるので、ネットワークは大容量ネットワークである。例えば、100メガビット／秒又は１ギガビット／秒のネットワークである。

本発明によれば、特にソフトウェアモジュール（プラグイン（plugin）と呼ばれる）などのモジュールが種々の診断ネットワークの種々のノードにインストールされ，クライアント診断モジュールと呼ばれる。診断装置25においては、サーバー診断モジュールと呼ばれる。

このソフトウェアモジュールは、電子インターフェースの各ノードの運用アプリケーションに組み込まれるプログラムである。

本発明によれば、メッセージ層に関する特定の実行は、可能な限り、ノード及び診断装置25のオペレーティングシステムのポータブルオペレーティングシステムインターフェース（Portable Operating System Interface：ＰＯＳＩＸ）プログラミング層に依存して行われる。

更に、診断サーバー装置は、始動時に、ネットワークトポロジーの学習を行わなければならない。この学習は動的である。即ち、それは、ネットワークの種々のノードの問い合わせにより、特に、特定の識別メッセージを送信し関係する応答メッセージを処理することにより、得られる。

メッセージ交換は、同期モード又は非同期モード（TRAPモードとも呼ぶ）に基づいて実行されてもよい。

同期実行モードによれば、診断要求は、診断端末装置（サーバーノード）により送信される。また、応答は、処理の結果として、診断ノード（クライアントノード）により送信される。

非同期モードによれば、ユニキャスト（unicast）メッセージを使って（即ち、ポイントツーポイント（point to point）モードで）、又は、マルチキャストメッセージ（即ち、ネットワークノードの１のグループ宛のメッセージ）を使って処理が始動される。この場合、プログラム可能な期間に従って、診断データの取得が周期的に且つ自動的に行われる（このモードにおいて構成されるクライアントノードによる自発的及び周期的なメッセージ送信）。

本発明によると、シミュレーションのリアルタイム機能への診断の侵入(intrusion)は、特に、ネットワーク層のプロトコルの送信制御、ノードのネットワークインターフェースで競合するアクセスの遅延（latence d'acces concurrent）の抑制、並びに、ネットワークノード上で生じる中核部（カーネル（noyau））及びアプリケーション部の遅延の抑制により、抑制される。

本発明によると、ソフトウェアモジュールは、標準のソケット（socket）アプリケーションプログラミングインターフェースを使うことによって、特にＵＤＰプロトコルを実行する。

また、ネットワークの各ノードの上で、特に電子的インターフェースのノード上で、次のサービス管理が実行される。
−シミュレーションデータに対し、特定のＵＤＰポートを管理するタスク。このタスクは最も高い優先順位を有している。
−診断データに対し、特定のＵＤＰポートを管理するタスク。このタスクは最も低い優先順位を有している。

更に、ネットワークノードに対してメッセージを送出する時に、ＩＰパケットの分割（フラグメンテーション（fragmentation））が禁止される。メッセージの全ての分割をメッセージ層のレベルで実行することによりＩＰスタックに負荷をかけないので、中核部の遅延のリスクを回避することができる。前記中核部は、各ノードの唯一のネットワークインターフェースに対するアクセスのセマフォ（semaphore）（ミューテックス（Mutual Exclusion：mutex）ともいう）を実行する。

更に、分割されたメッセージの送信時間をずらす。例えば、１サイクル毎に１メッセージのように、仮に１サイクルの期間が10msecの場合だと、10ms毎に１メッセージなどに時間をずらす。

診断装置は、特に、IPアドレスとも呼ばれるインターネットアドレスを知っているネットワークノード宛に、イ−サネット（Ethernet）（登録商標）パケット（trame）などのメッセージを送出しようとする場合、ＡＲＰバッファメモリに問い合わせて目的の装置のＩＰアドレスに対応するエントリを検索する。

ＡＲＰバッファメモリ（ＡＲＰキャッシュともいう）は、ＡＲＰプロトコルを用いるコンピュータのメモリに含まれる、組（ＩＰアドレス、物理アドレス）のセットである。即ち、同じ論理ネットワークに属するネットワークノードの物理アドレス−ＩＰアドレスの対応テーブルが登録されているメモリ空間である。この場合、物理アドレスは、ネットワークノードのメディアアクセス制御（Media Access Control：ＭＡＣ）アドレスである。

送信先のＩＰアドレスが送信機のＡＲＰキャッシュに存在するときには、オペレーティングシステムは、イーサネットパケットを送信するための対応する送信先の物理アドレスを知らせる。この場合、ARPメカニズムはここで終了する。

反対に、もしIPアドレスが送信機のバッファメモリに存在しない場合、診断装置はその送信を待ち状態にし、特に放送モードにより、ARP要求を実行する。この要求は《IPアドレスadresselPに対応する物理アドレスは何か？物理アドレスadressePhysiqueに応答せよ》などのタイプである。このような要求は放送モードで送信されるから、交換機を介してネットワークに接続する全ノードは、その要求を受信する。関係するノードは、ARP要求の送信器に応答する。

この解決法は、リアルタイムのシミュレーション ネットワークを妨害するという問題を起こす。

シミュレーションデータのリアルタイム通信を妨害しないようにするために、オペレーティングシステムにより自動的に生成されるARPパケットは、ARPバッファメモリに常設（静的）エントリ（entrees permanentes (statiques)）を挿入することにより、ブロックされる。

従って、本発明によれば、ARPバッファメモリは、常設エントリ、特に、POSIXプログラムインターフェースを使って、書き込まれる。

このためには、特に識別要求が、最初に、診断装置（サーバー）により、特に、サーバー診断モジュールにより、マルチキャストモードで、すべてのクライアントノード宛のユニキャストメッセージの送信の前に送信される。この要求は、取り決められたマルチキャストアドレス（そのアドレスには、種々のクライアントノードが予め加入されている）宛に送信される。

現存のネットワークノードの識別応答に基づいて、アドレスの組（物理アドレス、IPアドレス）が構成される。例えば、これは、識別応答のメッセージ層における組（物理アドレス、IPアドレス）の明示的コピー（duplication explicite）により実現される。その結果、ネットワーク トポロジーが構成される。

更に、各組（物理アドレス、IPアドレス）は、すべての診断メッセージの送信の前に、ARPキャッシュに、常設 エントリとして、即ち、静的に配置される。診断メッセージは、要求又は応答でありうる。その後、構成により（par construction）、如何なるARPタイプのメッセージも診断装置又はノードにより送信されない。

診断過程において、診断装置、特にサーバー診断モジュールは、好ましくはユニキャストモードでメッセージを送出する。しかしながら、マルチキャストモードも認められている。ARPトラフィックを生成しないからである。しかしながら、ネットワークを氾濫させてリアルタイムのシミュレーションを妨害するような大量のメッセージの送信を回避するために、放送（broadcast）モードでの診断メッセージの送出は禁止される。

サーバーノード上における特別な実施例によれば、ユニキャストモードのアドレス指定が、診断タスクによりクライアントに対してサイクリックに実行される。例えば、１サイクル毎に１つのクライアント宛に１メッセージで、各送信間で待機しながら実行される。

更に、非同期モードにおいて、非同期モードの終了メッセージが診断サーバーにより、診断モジュールの実行終了前に送信されなければならない。これは、関係するクライアント（すなわち、ＴＲＡＰモードがアクティブであるクライアント）によるインターネット制御メッセージプロトコル（Internet Control Message Protocol：ICMP）メッセージの後続のすべての送信、特に、《 ICMP port unreachable 》（ICMPポート到着不能）メッセージなどの送信を回避するためである。このプロトコルは、制御メッセージ及びエラーメッセージを伝播するために実行される。

ネットワークのクライアントノード側で、クライアント診断モジュールは、イニシャル時にインターネットグループ管理プロトコル(Internet Group Management Protocol：IGMP)層をアクティブにすることによって、マルチキャストを管理する。

イニシャル時に、クライアント診断モジュールは、取り決められた特定のマルチキャストアドレス、特に、交換機のマルチキャストグループ管理用リダイレクションテーブルを構成するための診断IPアドレスに対して、加入要求を送信することによって、このアドレスに加入されたインターフェースを全く持たない、ルーティングを行うマルチキャストパケット交換機による放送モードでの送信を回避することができる。

更に、すべてのARPメッセージの送信を防止するために、診断装置（サーバー）のアドレス組（物理アドレス、IPアドレス）は、識別要求中に、クライアントノードにより、特に、識別要求のメッセージ層におけるMAC/IP組(物理アドレス、IPアドレス)の明示的コピーにより入手され、すべての診断メッセージのユニキャスト送信の前に、ARPキャッシュに、常設エントリとして、即ち、静的に配置される。

診断過程で、ネットワークノード、特にクライアント診断モジュールは、ユニキャストモードでメッセージを送信する。これらのメッセージは、同期モードでは、１の要求を受信する毎に送信され、非同期通信モード（TRAPモード）がアクティブである時には、周期的に送信される。

図２を参照すると、システムのプログラミング層と、クライアント診断モジュールおよびサーバー診断モジュールとのインタラクションと、が示されている。

クライアント診断モジュールとサーバー診断モジュールのプログラミングには、オペレーティングシステムのユーザスペースに存在するPOSIXプログラミングインターフェースが使われる。

通信層の階層においては、このスペースは、中核部スペースの上に存在している。

中核部スペースは、プロトコル層ヒエラルキーの最下層において、ネットワークパイロット（英語では《driver》（ドライバ））を含んでいる。ネットワーク層は、その上に位置し、特に、IGMP層, ICMP層, IP層及びARP層を含んでいる。

ネットワーク層の上に存在する、トランスポート層の一部を形成するUDP層は、ICMP層又はIP層に依存している。

符号２１は、POSIXインターフェースを介して、クライアント診断モジュールとIGMP層との間における、マルチキャストIPアドレスへの加入を行うための通信を表す。

符号２２は、POSIXインターフェースを介して、クライアント診断モジュール又はサーバー診断モジュールとUDP層との間において、非同期メッセージの送信と受信を行うための通信を示す。

符号２３は、POSIXインターフェースを介して、クライアント診断モジュール又はサーバー診断モジュールとARP層との間における、ARPキャッシュに常設エントリを追加するための通信を示す。

もちろん、特定の必要性を満たすために、本願発明の技術分野の当業者は前記説明に変更を加えることができる。

Claims (8)

1. ネットワークに接続された１のサーバーノードにおける、前記ネットワークに接続された少なくとも１のクライアントノードの識別方法であって、
   −前記少なくとも１のクライアントノード宛てのすべてのメッセージ送信の前に、前記少なくとも１のクライアントノードに識別メッセージを送信するステップであって、該識別メッセージは、前記サーバーノードの物理アドレス及びインターネットアドレスを有するステップと、
   −前記識別メッセージを送信するステップの応答として、前記少なくとも１のクライアントノードのアドレスの組を有する少なくとも１のメッセージを受信するステップであって、前記アドレスの組は、物理アドレス及びインターネットアドレスを有し、前記受信メッセージのアプリケーションデータ部分に明示的にコピーされているステップと、
   −前記アドレスの組を、前記サーバーノードにおける、物理アドレスとインターネットアドレスとの間の対応テーブルに静的に記憶するステップと、を有する方法。
2. 前記識別メッセージがマルチキャストモードで送信されることを特徴とする請求項１に記載された識別方法。
3. ネットワークのノードと前記ネットワークに接続された診断端末装置との間の前記ネットワークにおける診断データの交換方法であって、
   −請求項１または２に記載された識別方法に従って、前記ネットワークの少なくとも１のノードを識別するステップと、
   −前記ネットワークの識別された前記少なくとも１のノードに診断コマンドを送信するステップと、を有する方法。
4. ネットワークに接続されたクライアントノードにおける、前記ネットワークに接続されたサーバーノードの識別方法であって、
   −前記サーバーノードからのすべてのメッセージ受信の前に、前記サーバーノードから送られる識別メッセージを受信するステップであって、該識別メッセージは、前記サーバーノードの物理アドレス及びインターネットアドレスを有するステップと、
   −前記サーバーノードの物理アドレス及びインターネットアドレスを、前記クライアントノードにおける物理アドレスとインターネットアドレスとの間の対応テーブルに静的に記憶するステップと、
   −前記識別メッセージを受信するステップの応答として、前記クライアントノードのアドレスの組を有するメッセージを前記サーバーノードに送信するステップであって、前記クライアントノードのアドレスの組は、前記クライアントノードの物理アドレス及びインターネットアドレスを有し、前記送信メッセージのアプリケーションデータ部分に明示的にコピーされているステップと、を有する方法。
5. 前記交換されるメッセージのフラグメンテーションは、メッセージ層レベルで実行されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. ＵＤＰ通信プロトコル及びＰＯＳＩＸプログラミング層を実施する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項の方法の各ステップを実行するよう構成された命令を有するコンピュータプログラム。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項の方法の各ステップを実行するように構成された手段を有する装置。

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