JP6906718B1 - 伝送路長検出装置及びネットワーク通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る伝送路長検出装置3を含む通信システムを示す構成図である。
図1に示す通信システムは、ネットワーク通信装置1、伝送路2及び伝送路長検出装置3を備えている。
図1に示す通信システムでは、複数のネットワーク通信装置1が伝送路2に接続されている。複数のネットワーク通信装置1と伝送路2とによって、通信ネットワークが形成されている。
図1に示す通信システムでは、複数のネットワーク通信装置1のそれぞれが、伝送路2の線路端に接続されている。しかし、これは一例に過ぎず、伝送路2に対するネットワーク通信装置1の接続位置については、特に制限がない。
当該通信ネットワークは、バス型のネットワーク、又は、スター型のネットワーク等であってもよいし、全く分岐がない1本の伝送路であってもよい。ただし、当該通信ネットワークは、既存の通信ネットワークであり、伝送路2の線路長及び伝送路2の接続形態のそれぞれが不明である。
送受信部11は、送信信号を、ドライバIC12を介して、伝送路2に出力する。
送受信部11は、伝送路2を伝送されてきた信号を、レシーバIC13を介して、受信する。
ドライバIC12は、送受信部11から出力された送信信号を伝送路2に出力する。
レシーバIC13は、伝送路2を伝送されてきた信号を受信し、当該信号を送受信部11に出力する。
図2は、実施の形態1に係る伝送路長検出装置3の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
第1の静電容量算出部21は、通信ネットワークにおける伝送路2の電圧変化を観測し、電圧変化に基づいて、伝送路2の全体の静電容量である総静電容量Ctotalを算出する。
即ち、第1の静電容量算出部21は、伝送路2に定電流I0を供給したときの、伝送路2に対する定電流I0の供給点での電圧変化を観測し、電圧変化から伝送路2の総静電容量Ctotalを算出する。
第1の静電容量算出部21は、総静電容量Ctotalを示す第1の容量情報を電気長算出部23に出力する。
スイッチ21aは、電気長算出部23の後述するスイッチ制御部23aから出力された制御信号がオン指令を示していれば、閉状態になる。
スイッチ21aは、スイッチ制御部23aから出力された制御信号がオフ指令を示していれば、開状態になる。
電圧参照回路21cは、定電流源21bから定電流I0が出力されているときに、伝送路2に対する定電流I0の供給点での電圧変化を観測する。
電圧参照回路21cは、定電流I0の供給点での電圧Vが、0[V]から参照電圧REF[V]に変化するまでに要する時間Δtを計測し、時間Δtを静電容量算出処理部21dに出力する。
静電容量算出処理部21dは、既値である定電流I0と時間Δtとを乗算し、定電流I0と時間Δtとの乗算結果を、参照電圧REFによって除算することにより、総静電容量Ctotalを算出する。
静電容量算出処理部21dは、総静電容量Ctotalを示す第1の容量情報を電気長算出部23の後述する電気長算出処理部23bに出力する。
スイッチ22aの一端は、プローブ25と接続され、スイッチ22aの他端は、ステップ信号源22b及びADC22cのそれぞれと接続されている。
スイッチ22aは、スイッチ制御部23aから出力された制御信号がオン指令を示していれば、閉状態になる。
スイッチ22aは、スイッチ制御部23aから出力された制御信号がオフ指令を示していれば、開状態になる。
ステップ信号源22bから伝送路2にステップ信号が供給されることにより、伝送路2の分岐点によって反射されたステップ信号の反射波、又は、伝送路2の線路端によって反射されたステップ信号の反射波が、伝送路2に対するステップ信号の供給点に戻ってくる。
ADC22cは、ステップ信号の供給点における電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ADC22cは、デジタル信号を静電容量算出処理部22dに出力する。
静電容量算出処理部22dは、ADC22cから出力されたデジタル信号に基づいて、伝送路2の特性インピーダンスZ0を特定する。
静電容量算出処理部22dは、特性インピーダンスZ0から伝送路2の単位長さ当りの静電容量CULを算出する。
静電容量算出処理部22dは、単位長さ当りの静電容量CULを示す第2の容量情報を電気長算出部23の電気長算出処理部23bに出力する。
電気長算出部23は、第1の静電容量算出部21により算出された総静電容量Ctotalを、第2の静電容量算出部22により算出された単位長さ当りの静電容量CULによって除算することにより、伝送路2の電気長ELを算出する。
スイッチ制御部23aは、オン指令を示す制御信号、又は、オフ指令を示す制御信号をスイッチ21aに出力する。
また、スイッチ制御部23aは、オン指令を示す制御信号、又は、オフ指令を示す制御信号をスイッチ22aに出力する。
電気長算出処理部23bは、静電容量算出処理部21dから出力された第1の容量情報が示す総静電容量Ctotalを、静電容量算出処理部22dから出力された第2の容量情報が示す単位長さ当りの静電容量CULによって除算することにより、伝送路2の電気長ELを算出する。
電気長算出処理部23bは、伝送路2の電気長ELを表示部24に表示させるための表示信号を表示部24に出力する。
表示部24は、電気長算出処理部23bから出力された表示信号に従って伝送路2の電気長ELを表示する。
プローブ25は、定電流源21bから出力された定電流I0、又は、ステップ信号源22bから出力されたステップ信号を伝送路2に供給するための器具である。
第1の静電容量算出処理回路31、第2の静電容量算出処理回路32、スイッチ制御回路33及び電気長算出処理回路34のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)が該当する。
伝送路長検出装置3の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、静電容量算出処理部21d、静電容量算出処理部22d、スイッチ制御部23a及び電気長算出処理部23bにおけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ41に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行する。
図4は、伝送路長検出装置3の一部の処理手順を示すフローチャートである。
まず、スイッチ制御部23aは、オン指令を示す制御信号をスイッチ21aに出力することにより、スイッチ21aを閉状態にする(図4のステップST1)。
また、スイッチ制御部23aは、オフ指令を示す制御信号をスイッチ22aに出力することにより、スイッチ22aを開状態にする(図4のステップST1)。
電圧参照回路21cは、定電流源21bから定電流I0が出力されているときに、伝送路2に対する定電流I0の供給点での電圧変化を観測する。
伝送路2に対する定電流I0の供給点は、プローブ25の設置点である。定電流I0の供給点における電圧Vは、図5に示すように、定電流I0の供給が開始されると、0[V]から時間の経過に伴って単調に上昇する。電圧Vは、参照電圧REF[V]よりも大きくなり、その後、一定の電圧になる。
図5は、定電流I0の供給点における電圧Vの変化を示す説明図である。
電圧参照回路21cは、定電流I0の供給点での電圧Vが、0[V]から参照電圧REF[V]に変化するまでに要する時間Δtを計測する(図4のステップST3)。
電圧参照回路21cは、時間Δtを静電容量算出処理部21dに出力する。
静電容量算出処理部21dは、総静電容量Ctotalを示す第1の容量情報を電気長算出処理部23bに出力する。
また、スイッチ制御部23aは、オン指令を示す制御信号をスイッチ22aに出力することにより、スイッチ22aを閉状態にする(図4のステップST5)。
ステップ信号源22bから伝送路2にステップ信号が供給されることにより、伝送路2の分岐点によって反射されたステップ信号の反射波、又は、伝送路2の線路端によって反射されたステップ信号の反射波が、伝送路2に対するステップ信号の供給点に戻ってくる。伝送路2に対するステップ信号の供給点は、プローブ25の設置点である。
図6は、ステップ信号の供給点における電圧V’の変化を示す説明図である。
ステップ信号源22bから伝送路2にステップ信号が供給されたのち、伝送路2の分岐点によって反射されたステップ信号の反射波が、ステップ信号の供給点に戻ってくるまでの間の電圧V’は、V0である。
伝送路2の分岐点によって反射されたステップ信号の反射波が、ステップ信号の供給点に戻ってくると、電圧V’は、V0からVtestに上昇する。
また、伝送路2の伝送路2の線路端が例えば開放端であれば、開放端によって反射されたステップ信号の反射波が、ステップ信号の供給点に戻ってくると、電圧V’は、Vtestから2×V0に上昇する。
ADC22cは、デジタル信号を静電容量算出処理部22dに出力する。
以下、静電容量算出処理部22dによる特性インピーダンスZ0の特定処理を具体的に説明する。
静電容量算出処理部22dは、ADC22cから出力されたデジタル信号の波形を観測することにより、伝送路2にステップ信号が供給されたときの電圧V0を特定する。即ち、静電容量算出処理部22dは、伝送路2にステップ信号が供給された時点から、分岐点によって反射されたステップ信号の反射波が供給点に戻ってくることによって、ステップ信号の供給点の電圧V’が上昇する前までの期間の電圧V0を特定する。
静電容量算出処理部22dは、電圧V0及び電圧Vtestを、以下の式(2)に代入することによって、伝送路2の特性インピーダンスZ0を算出する。
式(2)において、Rは、ステップ信号源22bとADC22cとの接続点から、プローブ25までのケーブルの抵抗であり、例えば、50[Ω]である。
式(3)において、vは、電波伝搬速度[m/s]、εrは、伝送路2の比誘電率である。
電波伝搬速度v及び比誘電率εrのそれぞれは、静電容量算出処理部22dの内部メモリに格納されていてもよいし、伝送路長検出装置3の外部から与えられるものであってもよい。
静電容量算出処理部22dは、単位長さ当りの静電容量CULを示す第2の容量情報を電気長算出処理部23bに出力する。
電気長算出部23は、以下の式(4)に示すように、第1の容量情報が示す総静電容量Ctotalを、第2の容量情報が示す単位長さ当りの静電容量CULによって除算することにより、伝送路2の電気長EL[m]を算出する(図4のステップST9)。
表示部24は、電気長算出処理部23bから出力された表示信号に従って伝送路2の電気長ELを表示する。
伝送路2の電気長ELが分かれば、通信ネットワークを集中定数線路として扱うことが可能な範囲において、ネットワーク通信装置1が送受信する信号の伝送速度[m/s]を決定することが可能である(実施の形態2を参照)。
以下、第1の静電容量算出部21による総静電容量Ctotalの算出処理を具体的に説明する。
電圧参照回路21cは、伝送路2に供給していた定電流I0の供給を停止したときに、伝送路2に対する定電流I0の供給点での電圧変化を観測する。定電流I0の供給点における電圧Vは、図7に示すように、定電流I0の供給が停止されると、時間の経過に伴って単調に下降する。電圧Vは、参照電圧REF[V]よりも小さくなり、その後、0[V]になる。
図7は、定電流I0の供給点における電圧Vの変化を示す説明図である。
電圧参照回路21cは、定電流I0の供給点での電圧Vが、参照電圧REF[V]から0[V]に変化するまでに要する時間Δtを計測する。
電圧参照回路21cは、時間Δtを静電容量算出処理部21dに出力する。
静電容量算出処理部21dは、電圧参照回路21cから時間Δtを受けると、式(1)に示すように、既値である定電流I0と時間Δtとを乗算し、定電流I0と時間Δtとの乗算結果を、参照電圧REF[V]によって除算することにより、総静電容量Ctotal[F]を算出する。
図8は、実施の形態1に係る伝送路長検出装置3を含む他の通信システムを示す構成図である。
実施の形態2では、ネットワーク通信装置1から伝送路2に出力される信号の出力周期を決定する出力周期決定部26を備えている伝送路長検出装置3について説明する。
図10は、実施の形態2に係る伝送路長検出装置3の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図10において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
出力周期決定部26は、電気長算出部23の電気長算出処理部23bにより算出された電気長ELに基づいて、ネットワーク通信装置1から伝送路2に出力される信号の出力周期を決定する。
出力周期決定部26は、決定した出力周期を示す周期情報をネットワーク通信装置1の送受信部11に出力する。
図9に示す通信システムでは、出力周期決定部26が、図8に示す通信システムに適用されている。しかし、これは一例に過ぎず、出力周期決定部26が、図1に示す通信システムに適用されていてもよい。
第1の静電容量算出処理回路31、第2の静電容量算出処理回路32、スイッチ制御回路33、電気長算出処理回路34及び出力周期決定回路35のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
伝送路長検出装置3の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、静電容量算出処理部21d、静電容量算出処理部22d、スイッチ制御部23a、電気長算出処理部23b及び出力周期決定部26におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図3に示すメモリ41に格納される。そして、図3に示すプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行する。
電気長算出処理部23bは、伝送路2の電気長ELを算出すると、電気長ELを示す情報を出力周期決定部26に出力する。
図9に示す伝送路長検出装置3では、出力周期決定部26が、式(5)が成立する最小の波長λを算出している。しかし、式(5)が成立する波長λであれば、最小の波長λに限るものではなく、出力周期決定部26は、例えば、最小の波長λよりも数パーセント大きな波長を算出するようにしてもよい。
次に、出力周期決定部26は、波長λを以下の式(6)に代入することによって、ネットワーク通信装置1から伝送路2に出力される信号の周波数fを算出する。
出力周期決定部26は、信号の周波数fを算出すると、周波数fを以下の式(7)に代入することによって、ネットワーク通信装置1から伝送路2に出力される信号の出力周期Tを算出する。
出力周期決定部26は、信号の出力周期Tを示す周期情報をネットワーク通信装置1の送受信部11に出力する。
以降、送受信部11は、設定した出力周期Tによって、送信信号を、ドライバIC12を介して、伝送路2に出力する。例えば、送信信号が“101”であれば、送受信部11は、“1”を送信してから、出力周期Tを経過した時点で“0”を送信し、“0”を送信してから、出力周期Tを経過した時点で“1”を送信する。
実施の形態3では、伝送路2の配線異常、又は、伝送路2に対する不正接続を検出する異常検出部27を備える伝送路長検出装置3について説明する。
図12は、実施の形態3に係る伝送路長検出装置3の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図12において、図2及び図10と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
異常検出部27は、第1の静電容量算出部21により算出された総静電容量Ctotalと、第2の静電容量算出部22により測定された特性インピーダンスZ0と、第2の静電容量算出部22により算出された単位長さ当りの静電容量CULとを取得する。
異常検出部27は、総静電容量Ctotalと、特性インピーダンスZ0と、単位長さ当りの静電容量CULとから、伝送路2の配線異常、又は、伝送路2に対する不正接続を検出する。
伝送路2の配線異常としては、伝送路2の断線又は短絡等が該当する。伝送路2に対する不正接続は、伝送路2に対して、コンピュータ又は通信装置等が不正に接続された場合が該当する。
図11に示す通信システムでは、電気長算出部23により電気長ELが算出された当初は、伝送路2の配線異常等が無いものとする。異常検出部27は、その後に発生した配線異常等を検出する。
図11に示す通信システムでは、異常検出部27が、図9に示す通信システムに適用されている。しかし、これは一例に過ぎず、異常検出部27が、図1又は図8に示す通信システムに適用されていてもよい。
第1の静電容量算出処理回路31、第2の静電容量算出処理回路32、スイッチ制御回路33、電気長算出処理回路34、出力周期決定回路35及び異常検出回路36のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
伝送路長検出装置3の一部が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、静電容量算出処理部21d、静電容量算出処理部22d、スイッチ制御部23a、電気長算出処理部23b、出力周期決定部26及び異常検出部27におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図3に示すメモリ41に格納される。そして、図3に示すプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行する。
異常検出部27は、第1の静電容量算出部21により算出された総静電容量Ctotalと、第2の静電容量算出部22により測定された特性インピーダンスZ0と、第2の静電容量算出部22により算出された単位長さ当りの静電容量CULとを取得する。
異常検出部27は、総静電容量Ctotalを初期総静電容量Ctotal’として、内部メモリに格納し、特性インピーダンスZ0を初期特性インピーダンスZ0’として、内部メモリに格納する。
また、異常検出部27は、単位長さ当りの静電容量CULを初期静電容量CUL’として、内部メモリに格納する。
異常検出部27は、総静電容量Ctotalと、特性インピーダンスZ0と、単位長さ当りの静電容量CULとを取得する毎に、取得した総静電容量Ctotalと初期総静電容量Ctotal’との差分ΔCtotalを算出する。
また、異常検出部27は、取得した特性インピーダンスZ0と初期特性インピーダンスZ0’との差分ΔZ0を算出し、取得した単位長さ当りの静電容量CULと初期静電容量CUL’との差分ΔCULを算出する。
異常検出部27は、差分ΔZ0と第2の閾値Th2とを比較し、差分ΔZ0が第2の閾値Th2よりも大きければ、伝送路2の配線異常、又は、伝送路2に対する不正接続が有ると判定する。
異常検出部27は、差分ΔCULと第3の閾値Th3とを比較し、差分ΔCULが第3の閾値Th3よりも大きければ、伝送路2の配線異常、又は、伝送路2に対する不正接続が有ると判定する。
異常検出部27は、差分ΔCtotalが第1の閾値Th1以下であり、差分ΔZ0が第2の閾値Th2以下であり、かつ、差分ΔCULが第3の閾値Th3以下であれば、伝送路2の配線異常、及び、伝送路2に対する不正接続のそれぞれが無いと判定する。
第1の閾値Th1、第2の閾値Th2及び第3の閾値Th3のそれぞれは、異常検出部27の内部メモリに格納されていてもよいし、伝送路長検出装置3の外部から与えられるものであってもよい。
異常検出部27は、伝送路2の配線異常、及び、伝送路2に対する不正接続のそれぞれが無いと判定すると、その旨を示す判定結果を表示部24に表示させる。
また、本開示は、伝送路長検出装置を備えるネットワーク通信装置に適している。
Claims (8)
- 通信ネットワークにおける伝送路の電圧変化を観測し、前記電圧変化に基づいて、前記伝送路の全体の静電容量である総静電容量を算出する第1の静電容量算出部と、
前記伝送路の特性インピーダンスを測定し、前記特性インピーダンスから前記伝送路の単位長さ当りの静電容量を算出する第2の静電容量算出部と、
前記第1の静電容量算出部により算出された総静電容量を、前記第2の静電容量算出部により算出された単位長さ当りの静電容量によって除算することにより、前記伝送路の電気長を算出する電気長算出部と
を備えた伝送路長検出装置。 - 前記電気長算出部により算出された電気長に基づいて、前記伝送路に接続されているネットワーク通信装置から前記伝送路に出力される信号の出力周期を決定する出力周期決定部を備えたことを特徴とする請求項1記載の伝送路長検出装置。
- 前記第1の静電容量算出部により算出された総静電容量と、前記第2の静電容量算出部により測定された特性インピーダンスと、前記第2の静電容量算出部により算出された単位長さ当りの静電容量とから、前記伝送路の配線異常、又は、前記伝送路に対する不正接続を検出する異常検出部を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の伝送路長検出装置。
- 前記第1の静電容量算出部は、前記伝送路に定電流を供給したときの、前記伝送路に対する前記定電流の供給点での電圧変化を観測し、前記電圧変化から前記伝送路の総静電容量を算出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の伝送路長検出装置。
- 前記第1の静電容量算出部は、前記伝送路に供給していた定電流の供給を停止したときの、前記伝送路に対する前記定電流の供給点での電圧変化を観測し、前記電圧変化から前記伝送路の総静電容量を算出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の伝送路長検出装置。
- 前記第2の静電容量算出部は、前記伝送路にステップ信号を供給したときに、前記伝送路の分岐点、又は、前記伝送路の線路端によって反射されて、前記伝送路に対する前記ステップ信号の供給点に戻ってくる前記ステップ信号の反射波から、前記伝送路の特性インピーダンスを特定し、前記特性インピーダンスから前記伝送路の単位長さ当りの静電容量を算出することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の伝送路長検出装置。
- 前記第2の静電容量算出部は、前記ステップ信号を前記伝送路に供給するステップ信号源を備えていることを特徴とする請求項6記載の伝送路長検出装置。
- 通信ネットワークの伝送路に信号を出力する一方、前記伝送路を伝送されてきた信号を受信する送受信部と、
前記伝送路の電気長を算出する伝送路長検出装置とを備え、
前記伝送路長検出装置が、請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の伝送路長検出装置であることを特徴とするネットワーク通信装置。
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