JP6574604B2

JP6574604B2 - 通信遮断装置および通信システム

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Publication number: JP6574604B2
Application number: JP2015095457A
Authority: JP
Inventors: 陽介前川
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: JP2016213653A

Description

本発明は、所定の条件に基いて通信を遮断する通信遮断装置およびその装置を備える通信システムに関する。

近年、自動車の電子化が進み、各種車載機器を制御するために複数の電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を搭載する傾向にある。

そして、各ＥＣＵ間で、連係動作を行うため、或いは制御情報を共有するためのデータ通信を行うように、各ＥＣＵを共通の多重通信線に接続して車内ネットワーク（車載ＬＡＮ）を構築している。

このような車内ネットワークには、ＣＡＮ（Controller Area Network）等のバスシステムが採用されることが多い。

ところで、車載ＬＡＮにおいて、車載機器用の通信バスにおける使用帯域量は、一時的且つ突発的な通信量増大に対応するために、比較的低く抑えられている。即ち、例えば、通信バスの使用帯域量は、各ＥＣＵとの通信量を平均化した使用帯域量とされる。

通信バスの通信量等の制御などに関する技術は種々提案されている（例えば、特許文献１等）。

特許第４３１３８００号

ところで、車載ＬＡＮの設計時には想定していない通信量を要する電気機器が自動車に追加され、通信バスの使用帯域量が継続的または一時的に増大する場合がある。

また、車載ＬＡＮに対する外部からのネットワーク攻撃などにより、通信バスの使用帯域量が継続的に増大する虞が考えられる。

このような場合には、通信バスの使用帯域量の増大により、ゲートウェイやルータなど車載ＬＡＮの構成機器の処理負荷が大きくなるという不都合があった。

これにより、通信ネットワーク（車載ＬＡＮ）の各構成機器の動作に不具合を生じたり、通信ネットワーク全体に遅延等の動作不全を生じるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、帯域使用率が増大する状態が継続した場合であっても通信ネットワークの各構成機器および通信ネットワーク全体の動作不全等の発生を抑制できる通信遮断装置および通信システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の通信遮断装置は、複数の電気機器が接続された通信バスを有する通信ネットワークに配置され、前記各電気機器と前記通信バスとの接続を遮断する通信遮断装置であって、前記各電気機器について、稼働状態を維持する重要度に応じた重み付けがされ、前記各電気機器について、許容する帯域使用率を予め設定し保存する帯域使用率設定手段と、前記各電気機器について、過剰な帯域使用の許容時間が、前記重要度が高いほど長くなるように予め設定し保存する過剰許容時間設定手段と、前記各電気機器について、帯域使用率を検出する帯域使用率検出手段と、前記帯域使用率検出手段で検出された帯域使用率と、前記帯域使用率設定手段で保存されている許容する帯域使用率と、前記過剰許容時間設定手段で保存されている過剰な帯域使用の許容時間とに基いて、各電気機器について前記通信バスとの接続を遮断するか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基いて、該当する電気機器について、前記重要度の低い順に、前記通信バスとの接続を遮断する通信遮断手段と、を備えることを要旨とする。

請求項２に係る通信遮断装置は、請求項１に記載の発明について、通信を遮断した電気機器について、所定条件下で通信バスとの接続を再開させる通信再開手段をさらに備えることを要旨とする。

請求項３に係る通信遮断装置は、請求項１または請求項２に記載の発明について、前記帯域使用率検出手段は、前記通信ネットワークの上流および下流からの帯域使用率を検出し、前記判定手段は、前記帯域使用率検出手段による検出結果に基いて、過剰な帯域使用が通信ネットワークの上流側または下流側の何れで発生しているかを判定することを要旨とする。

請求項４に係る通信システムは、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の通信遮断装置を備えることを要旨とする。

本発明によれば、帯域使用率が増大する状態が継続した場合であっても通信ネットワークの各構成機器および通信ネットワーク全体の動作不全等の発生を抑制できる通信遮断装置および通信システムを提供することができる。

実施の形態に係る通信遮断装置および通信システムの機能構成を示す機能ブロック図である。実施の形態に係るに係る通信遮断装置の構成例を示す構成ブロック図である。第１実施例に係る通信システムの構成例を示す説明図である。第２実施例に係る通信システムの構成例を示す説明図である。第３実施例に係る通信システムの構成例を示す説明図である。

［実施の形態］
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態に係る通信遮断装置および通信ネットワークの構成例）
図１は、実施の形態に係る通信遮断装置１および通信システムＳ１の機能構成を示す機能ブロック図、図２は、実施の形態に係るに係る通信遮断装置１Ａの構成例を示す構成ブロック図である。

なお、本実施の形態に係る通信システムＳ１は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等のバスシステムを利用した車内ネットワーク（車載ＬＡＮ）システムとして構成される。

図１に示すように、通信遮断装置１は、車載されるエアコン、オーディオ機器、通信機器等の複数の電気機器Ｅ１〜Ｅ３が接続された通信バスＢを有する通信ネットワーク（車載ＬＡＮ）Ｎに配置され、各電気機器Ｅ１〜Ｅ３と通信バスＢとの接続を遮断するように構成されている。

より具体的には、通信遮断装置１は、各電気機器Ｅ１〜Ｅ３について、許容する帯域使用率を予め設定し保存する帯域使用率設定手段１０と、各電気機器Ｅ１〜Ｅ３について、過剰な帯域使用の許容時間を予め設定し保存する過剰許容時間設定手段１１と、各電気機器にＥ１〜Ｅ３ついて、帯域使用率を検出する帯域使用率検出手段１２と、帯域使用率検出手段１２で検出された帯域使用率と、帯域使用率設定手段１０で保存されている許容する帯域使用率と、過剰許容時間設定手段１１で保存されている過剰な帯域使用の許容時間とに基いて、各電気機器Ｅ１〜Ｅ３について通信バスＢとの接続を遮断するか否かを判定する判定手段１３と、判定手段１３の判定結果に基いて、該当する電気機器（Ｅ１〜Ｅ３の何れか）について通信バスＢとの接続を遮断する通信遮断手段１４とを備えている。

なお、本実施の形態に係る通信遮断装置１は、通信を遮断した電気機器（Ｅ１〜Ｅ３の何れか）について、所定条件下で通信バスＢとの接続を再開させる通信再開手段１５をさらに備えている。

なお、通信遮断装置１は、マイクロコンピュータ等で構成され、各手段１０〜１５の少なくとも一部は、マイクロコンピュータ等で処理可能なソフトウェアとして構成することができる。

また、帯域使用率検出手段１２は、通信ネットワークＮの上流（各電気機器Ｅ１〜Ｅ３から離れる方向）および下流（各電気機器Ｅ１〜Ｅ３に近接する方向）からの帯域使用率を検出し、判定手段１３は、帯域使用率検出手段１２による検出結果に基いて、過剰な帯域使用が通信ネットワークＮの上流側または下流側の何れで発生しているかを判定するようにできる。

また、各電気機器Ｅ１〜Ｅ３は、それぞれ電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１００ａ〜１００ｃを介して、通信遮断装置１に接続されている。

なお、本実施の形態では、通信遮断装置１に３台の電気機器Ｅ１〜Ｅ３が接続される場合を示すが、これに限定されず、２台または４台以上の電気機器を接続するようにしてもよいし、或いは１台の電気機器を接続する場合であってもよい。

次に、図２の構成ブロック図を参照して、実施の形態に係るに係る通信遮断装置１Ａの構成例について説明する。

図２に示す通信遮断装置１Ａは、図１に示す機能構成を実現可能な構成として例示するものである。

通信遮断装置１Ａは、帯域使用率設定手段１０としての許容使用率保持部１０ａを備える。

許容使用率保持部１０ａは、各電気機器Ｅ１〜Ｅ３毎に、許容する帯域使用率を予め設定するために図示しないキーボード等の入力装置を備えるようにできる。

なお、電気機器Ｅ１〜Ｅ３を一つの機器として許容する帯域使用率を設定するようにしてもよい。

また、許容使用率保持部１０ａ自体は、設定された帯域使用率に関する数値データを格納する不揮発性メモリ等で構成することができる。

本構成例では、通信における１通信（１メッセージ）あたりの平均電圧変化数を帯域使用率として設定する。なお、設計範囲としての平均電圧変化数を帯域使用率として設定するようにしてもよい。

また、通信遮断装置１Ａは、過剰許容時間設定手段１１としての許容時間保持部１１ａを備える。

許容時間保持部１１ａは、各電気機器Ｅ１〜Ｅ３毎に、過剰な帯域使用の許容時間を予め設定するために図示しないキーボード等の入力装置を備えるようにできる。

また、許容時間保持部１１ａ自体は、設定された許容時間に関する数値データを格納する不揮発性メモリ等で構成することができる。

また、通信遮断装置１Ａは、判定手段１３としての状況判断部１３ａを備えている。

状況判断部１３ａには、「過剰な帯域使用の許容時間」を超えたか否かの判定を行うための時間を計測するタイマＴ１、Ｔ２が接続されている。

また、状況判断部１３ａには、通信遮断手段１４としての回路切断機構１４ａが接続されている。なお、回路切断機構１４ａとしては、状況判断部１３ａの制御によりオン・オフ可能なリレー等を用いることができる。

また、通信遮断装置１Ａは、通信バスＢ側の電線を接続する電線受入口２０１と、ＥＣＵ側の電線を接続する電線受入口２０３とを備える。

そして、回路切断機構１４ａと電線受入口２０１との間、および回路切断機構１４ａと電線受入口２０３との間には、帯域使用率を検出する帯域使用率検出手段１２としての電圧変化数カウンタ２０２、２０４がそれぞれ配設されている。

そして、電線受入口２０１は、通信バスＢからの電気的信号を受信し、電線受入口２０３は、ＥＣＵ１００ａ〜１００ｃからの電気的信号を受信する。

許容使用率保持部１０ａは、時間当たりの平均電圧変化数についての許容値（許容使用率）を保持している。

許容時間保持部１１ａは、許容使用率を超えた値が、どれくらいの時間継続することを許容するかを定めた時間値（許容時間）を保持している。

そして、許容使用率を超えた値が許容時間を超えて継続したと、状況判断部１３ａが判定した場合に、回路切断機構１４ａは、通信を物理的または論理的に遮断する。

これにより、帯域使用率が増大する状態が継続する場合であっても通信ネットワーク（車載ＬＡＮ）の各電気機器Ｅ１〜Ｅ３および通信システムＳ１全体の動作不全等の発生を抑制することができる。

なお、状況判断部１３ａにおいて、許容使用率を超えた値が、許容時間を超えて継続した状態が解消したと判定された場合には、回路切断機構１４ａによる通信遮断状態を解除して、該当する電気機器（Ｅ１〜Ｅ３の何れか）と通信バスＢとの通信を再開するようにしてもよい。

また、帯域使用率検出手段１２としての電圧変化数カウンタ２０２、２０４は、通信ネットワークの上流および下流からの電圧変化数を検出し、状況判断部１３ａは、電圧変化数カウンタ２０２、２０４による検出結果に基いて、過剰な帯域使用が通信ネットワークの上流側または下流側の何れで発生しているかを判定するようにできる。

また、通信ネットワークの上流側を過剰な帯域使用による影響を避けて稼働状態を維持したい場合に、下流方向から過剰な帯域使用と判定した場合のみ、通信遮断を実施するようにできる。これにより、過剰な帯域使用による影響が上流側に拡大する事態を回避することができる。
（第１実施例に係る通信システムの構成例）
図３は、第１実施例に係る通信システムＳ２の構成例を示す説明図である。

第１実施例に係る通信システムＳ２は、通信バスＢに接続された３台の通信遮断装置１ａ〜１ｃと、各通信遮断装置１ａ〜１ｃに接続されたＥＣＵ１００ａ〜１００ｃとから構成されている。

ここで、図３に示す例では、ＥＣＵ１００ａの重要度は「低」、ＥＣＵ１００ｂの重要度は「中」、ＥＣＵ１００ｃの重要度は「高」というように重み付けがされている。

そして、各ＥＣＵ１００ａ〜１００ｃから出力された信号（メッセージ）は、必ず通信遮断装置１ａ〜１ｃを経由して通信バスＢに出力される。

第１実施例に係る通信システムＳ２は、このような構成によって、過剰な帯域使用が生じた際には、各通信遮断装置１ａ〜１ｃが通信を遮断することで確実に各ＥＣＵ１００ａ〜１００ｃが出力した信号（メッセージ）を通信バスＢに流通させないようにできる。

また、重要度の高いＥＣＵほど、その付近にある通信遮断装置の許容時間について、ゲートウェイ付近にある通信遮断装置の許容時間を超えない範囲で長く設定することによって、過剰な帯域使用が生じた際には、より重要度の低いＥＣＵから順にその通信を遮断させるようにできる。

即ち、車載ＬＡＮは一般的にバス型通信を採用していることから、何れのＥＣＵから出力された信号（メッセージ）であっても全てのＥＣＵ１００ａ〜１００ｃに到達してしまう。そして、過剰な帯域使用が生じた際には、その過剰な帯域使用を全ての通信遮断装置１ａ〜１ｃが検知し、全ての通信遮断装置１ａ〜１ｃが通信遮断のためのカウント（タイマＴ１、Ｔ２による計時）を開始する。

しかしながら、重要度の高いＥＣＵほど、通信遮断するまでの時間を長く設定しているので、各ＥＣＵ１００ａ〜１００ｃの遮断タイミングに差を生じさせることができる。

これにより、重要度の低いＥＣＵ１００ａ→ＥＣＵ１００ｂ→ＥＣＵ１００ｃの順に通信が遮断される。

そして、過剰な帯域使用を生じていたＥＣＵからの信号（メッセージ）の通信バスＢへの伝達が遮断された時点で、より重要度が高く、未だ通信遮断されていないＥＣＵからの信号の出力はその後も継続され、当該ＥＣＵに接続された電気機器の稼働状態を維持することが可能となる。これにより、過剰な帯域使用による影響を抑制しつつ、ユーザの利便性を保持することができる。
（第２実施例に係る通信システムの構成例）
図４は、第２実施例に係る通信システムＳ３の構成例を示す説明図である。

第２実施例に係る通信システムＳ３は、ゲートウェイＧを介して接続される通信遮断装置１ａ、１ｂを備えている。

通信遮断装置１ａには、通信バスＢ１に接続された３台の通信遮断装置１ｃ〜１ｅと、各通信遮断装置１ｃ〜１ｅに接続されたＥＣＵ１００ａ〜１００ｃが設けられている。

また、通信遮断装置１ｂには、通信バスＢ２に接続された３台の通信遮断装置１ｆ〜１ｈと、各通信遮断装置１ｆ〜１ｈに接続されたＥＣＵ１００ｄ〜１００ｆが設けられている。

ここで、図４に示す例では、ＥＣＵ１００ａの重要度は「低」、ＥＣＵ１００ｂの重要度は「中」、ＥＣＵ１００ｃの重要度は「高」というように重み付けがされている。

そして、ＥＣＵ付近の通信遮断装置１ｃ〜１ｈとゲートウェイＧ付近の通信遮断装置１ａ、１ｂの間にはバスＢａ、Ｂｂが存在している。

ここでは、このバスＢａ、Ｂｂに対して設計時に予期していない電気機器（ＥＣＵ１００ａ〜１００ｆに接続される）が設けられる場合を想定する。

このように新たに接続した電気機器が、過剰に帯域を使用する多量の信号（メッセージ）を出力する場合に、何の対策も施さないと、車載ＬＡＮ全体に対して多量の信号（メッセージ）が流通することになり、ゲートウェイＧ等の処理負荷が過多になるなどの異常を誘発し、車裁ＬＡＮに動作不全を生じる虞がある。

そこで、第２実施例に係る通信システムＳ３では、ゲートウェイＧとバスＢａ、Ｂｂとの間にも通信遮断装置１ａ、１ｂを設置する構成としている。

このような構成により、第２実施例に係る通信システムＳ３では、通信バスＢ１、Ｂ２に新たに接続した機器が、過剰に帯域を使用する多量の信号（メッセージ）を出力した場合には、まずＥＣＵ付近の通信遮断装置１ｃ〜１ｈが通信を遮断し、それに続いてゲートウェイＧ付近の通信遮断装置１ａ、１ｂの通信を遮断する。

これにより、過剰な帯域使用の影響がゲートウェイＧや他のバスに伝搬することを防ぎ、異常状態を特定バスに封じ込めることで、車載ＬＡＮにおける他のバスにおける通信を継続させることができ、過剰な帯域使用による影響を抑制しつつ、ユーザの利便性を保持することができる。
（第３実施例に係る通信システムの構成例）
図５は、第３実施例に係る通信システムＳ４の構成例を示す説明図である。

第３実施例に係る通信システムＳ４は、通信バスＢ１、Ｂ２に接続された１台の通信遮断装置１と、通信バスＢ１に接続されたＥＣＵ１００ａ〜１００ｃと、通信バスＢ２に接続されたＥＣＵ１００ｄ〜１００ｆとから構成されている。

ここで、図５に示す例では、ＥＣＵ１００ａ〜１００ｃの重要度は「低」、ＥＣＵ１００ｄ〜１００ｆの重要度は「高」というように重み付けがされている。

ここで、一般的なバス型ネットワークにおいては、接続された全てのＥＣＵのデータが１本のバス上を流通する。

よって、何れかのＥＣＵが送信している間は、帯域が占有されることとなり、他のＥＣＵの送信が妨げられてしまう。

このため、たとえ優先度の高い信号（メッセージ）を送信したい場合であっても、優先度の低い信号（メッセージ）の送信中は送信不可となり、低優先度の信号（メッセージ）が多い場合には、高い優先度の信号（メッセージ）が待たされるという不都合を生じる。

また、悪意あるＥＣＵによって故意に優先度の高い信号（メッセージ）を連続して送信されたような場合には、他のＥＣＵの送信が妨げられるという問題もある。

このように重要度が低いＥＣＵ等からのメッセージ送信により、重要度が高いＥＣＵのメッセージ送信が十分に行えない状態を回避したいという要望がある。

そこで、第３実施例に係る通信システムＳ４では、最低限保護したいバス空間である通信バスＢ２（重要度が高いＥＣＵ１００ｄ〜１００ｆが接続されたバス空間）を、通信遮断装置１で隔離することで、過剰な信号（メッセージ）が流通した際に、通信を遮断して、保護したい通信バスＢ２と、それ以外の通信バスＢ１とに信号（メッセージ）の流通空間を限定している。

これにより、最低限保護したい通信バスＢ２は、他の通信バスＢ１から隔離された状態で信号（メッセージ）の送受信を継続可能となる。

また、最低限保護したい通信バスＢ２以外であっても、通信遮断装置１までの経路上に接続されたＥＣＵ間では、継続して通信することが可能であり、限定的ではあるが、ある程度の機能維持が可能となり、過剰な帯域使用による影響を抑制しつつ、ユーザの利便性を保持することができる。

以上、本発明の通信遮断装置および通信システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、ゲートウェイＧ付近にある通信遮断装置の許容時間よりも、ＥＣＵ１００ａ〜１００ｃ付近にある通信遮断装置の許容時間を短く設定するとよい。

また、重要度の高いＥＣＵほど、その付近にある通信遮断装置の許容時間は、ゲートウェイＧ付近にある通信遮断装置の許容時間を超えない範囲で長く設定するとよい。

Ｓ１〜Ｓ４…通信システム
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂａ、Ｂｂ…通信バス
Ｅ１〜Ｅ３…電気機器
Ｇ…ゲートウェイ
Ｎ…通信ネットワーク
Ｔ１、Ｔ２…タイマ
１、１Ａ、１ａ〜１ｆ…通信遮断装置
１０…帯域使用率設定手段
１０ａ…許容使用率保持部
１１…過剰許容時間設定手段
１１ａ…許容時間保持部
１２…帯域使用率検出手段
１３…判定手段
１３ａ…状況判断部
１４…通信遮断手段
１４ａ…回路切断機構
１５…通信再開手段
１００ａ〜１００ｆ…ＥＣＵ
２０１、２０３…電線受入口
２０２、２０４…電圧変化数カウンタ

Claims

複数の電気機器が接続された通信バスを有する通信ネットワークに配置され、前記各電気機器と前記通信バスとの接続を遮断する通信遮断装置であって、
前記各電気機器について、稼働状態を維持する重要度に応じた重み付けがされ、
前記各電気機器について、許容する帯域使用率を予め設定し保存する帯域使用率設定手段と、
前記各電気機器について、過剰な帯域使用の許容時間が、前記重要度が高いほど長くなるように予め設定し保存する過剰許容時間設定手段と、
前記各電気機器について、帯域使用率を検出する帯域使用率検出手段と、
前記帯域使用率検出手段で検出された帯域使用率と、前記帯域使用率設定手段で保存されている許容する帯域使用率と、前記過剰許容時間設定手段で保存されている過剰な帯域使用の許容時間とに基いて、各電気機器について前記通信バスとの接続を遮断するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基いて、該当する電気機器について、前記重要度の低い順に、前記通信バスとの接続を遮断する通信遮断手段と、
を備えることを特徴とする通信遮断装置。
通信を遮断した電気機器について、所定条件下で通信バスとの接続を再開させる通信再開手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信遮断装置。
前記帯域使用率検出手段は、前記通信ネットワークの上流および下流からの帯域使用率を検出し、
前記判定手段は、前記帯域使用率検出手段による検出結果に基いて、過剰な帯域使用が通信ネットワークの上流側または下流側の何れで発生しているかを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信遮断装置。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の通信遮断装置を備えることを特徴とする通信システム。