JPWO2020178968A1 - ネットワーク検査システムおよびネットワーク検査プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、通信ネットワークに接続された不正ノードを検知することが重要である。
特許文献1には、TDRに関する技術が開示されている。具体的には、送電線に出力されたパルス波の反射時間に基づいて事故の発生箇所を特定する方式が開示されている。
しかし、TDRは送電線を対象とする技術であり、通信ネットワークに対してTDRをそのまま適用することはできない。例えば、通信ネットワークに対してTDRがそのまま適用された場合、通信ネットワークにおける通信がTDRの影響を受けてしまい通信が正常に行われなくなる可能性がある。
1つ以上のノードが接続された通信ネットワークの通信状況を確認し、前記通信状況に基づいて前記通信ネットワークの検査の可否を判定する通信状況確認部と、
前記通信ネットワークの検査が可能であると判定された場合に前記通信ネットワークを検査するためのパルス信号である基礎信号を前記通信ネットワークへ出力する基礎信号出力部と、
前記通信ネットワークを流れることによって波形が変化した基礎信号である検査信号を受け付け、前記検査信号の波形に基づいて、前記通信ネットワークに接続された新たなノードの有無を判定するノード判定部とを備える。
通信ネットワークに接続された不正ノードを検知するための形態について、図1から図6に基づいて説明する。
ネットワーク検査システム100は、1つ以上の通信ネットワークを有する。
具体的には、ネットワーク検査システム100は、第1ネットワーク101と第2ネットワーク102とを有する。
但し、ネットワーク検査システム100は、1つの通信ネットワークを有してもよいし、3つ以上の通信ネットワークを有してもよい。
「通常ノード」は、第1ネットワーク101に接続されていたノードであり、第1ネットワーク101に正当に接続されている。
「不正ノード」は、第1ネットワーク101に新たに接続されたノードであり、第1ネットワーク101に不正に接続された。
ネットワーク検査装置200は、プロセッサ201とメモリ202と補助記憶装置203と入出力インタフェース204と通信インタフェース205と各種回路といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。
ICは、Integrated Circuitの略称である。
CPUは、Central Processing Unitの略称である。
DSPは、Digital Signal Processorの略称である。
RAMは、Random Access Memoryの略称である。
ROMは、Read Only Memoryの略称である。
HDDは、Hard Disk Driveの略称である。
USBは、Universal Serial Busの略称である。
検査制御部210は、通信状況確認部211と基礎信号出力部212と切り替え部213とを備える。
検査部220は、ノード判定部221と結果出力部222とを備える。
補助記憶装置203には、さらに、OSが記憶されている。OSの少なくとも一部は、メモリ202にロードされて、プロセッサ201によって実行される。
プロセッサ201は、OSを実行しながら、ネットワーク検査プログラムを実行する。
OSは、Operating Systemの略称である。
メモリ202は記憶部290として機能する。但し、補助記憶装置203、プロセッサ201内のレジスタおよびプロセッサ201内のキャッシュメモリなどの記憶装置が、メモリ202の代わりに、又は、メモリ202と共に、記憶部290として機能してもよい。
ネットワーク検査装置200の動作はネットワーク検査方法に相当する。また、ネットワーク検査方法の手順はネットワーク検査プログラムの手順に相当する。
ステップS101において、通信状況確認部211は、未選択の通信ネットワークを1つ選択する。
ステップS101で選択された通信ネットワークを「選択ネットワーク」と称する。
具体的には、切り替え部213は、選択ネットワークを指定した第1セレクタ信号を第1セレクタ282に入力する。第1セレクタ信号は、第1セレクタ282を制御するための信号である。
そして、第1セレクタ282は、第1セレクタ信号に従って接続先を選択ネットワークに切り替える。
具体的には、切り替え部213は、選択ネットワークを指定した第2セレクタ信号を第2セレクタ283に入力する。第2セレクタ信号は、第2セレクタ283を制御するための信号である。
そして、第2セレクタ283は、第2セレクタ信号に従って接続先を選択ネットワークに切り替える。
ステップS112において、通信状況確認部211は、選択ネットワークの通信状況に基づいて、選択ネットワークの検査の可否を判定する。
選択ネットワークの検査が可能であると判定された場合、処理はステップS121に進む。
選択ネットワークの検査が不可であると判定された場合、処理はステップS111に進む。
通信状況の確認について後述する。
基礎信号は、選択ネットワークを検査するためのパルス信号であり、予め決められた時間間隔を有する。具体的には、基礎信号はステップ波である。
そして、パルス信号回路281が、予め決められた時間間隔を有するパルス信号を出力する。パルス信号回路281から出力されるパルス信号が基礎信号である。
検査信号は、選択ネットワークを流れることによって波形が変化した基礎信号である。
選択ネットワークを流れる検査信号は、第2セレクタ283を通って、AD変換回路284に入力される。
AD変換回路284は、入力された検査信号をアナログ信号からデジタルデータに変換し、検査信号のデジタルデータを出力する。検査信号のデジタルデータは、AD変換回路284からノード判定部221に入力される。
ノード判定部221は、入力された検査信号のデジタルデータを受け付ける。
検査制御部210は、選択ネットワークを検査部220に通知する。例えば、切り替え部213が、ステップS102で選択ネットワークをノード判定部221に通知する。
ノード判定部221は、デジタルデータが表す検査信号の波形を選択ネットワーク用の参照信号の波形と比較し、比較結果に基づいて判定を行う。
基礎信号111は、予め決められた時間間隔を有するパルス信号である。
検査信号112は、選択ネットワークを流れることによって波形が変化した基礎信号である。検査信号112の波形には、選択ネットワークに接続されたノード群(不正ノードを含む)による反射が含まれる。図4において、検査信号112の波形は、4つのノードによる4つの反射を含んでいる。
参照信号113は、通常ノード群だけが接続された選択ネットワークに対応する検査信号である。参照信号113の波形には、選択ネットワークに接続された通常ノード群による反射が含まれる。図4において、参照信号113の波形は、3つの正常ノードによる3つの反射を含んでいる。
検査信号112の波形に含まれる反射の数が参照信号113の波形に含まれる反射の数より多い場合、ノード判定部221は、選択ネットワークに接続された新たなノード(不正ノード)が有ると判定する。
検査信号112の波形に含まれる反射の数が参照信号113の波形に含まれる反射の数と同じである場合、ノード判定部221は、選択ネットワークに接続された新たなノード(不正ノード)が無いと判定する。
検査信号112の波形に含まれる反射の数が参照信号113の波形に含まれる反射の数より少ない場合、ノード判定部221は、選択ネットワークに接続された通常ノード群に変化があったと判定する。
したがって、ノード判定部221は、選択ネットワークに接続された新たなノード(不正ノード)があると判定する。
ステップS133において、結果出力部222は、選択ネットワークの検査結果を出力する。つまり、結果出力部222は、選択ネットワークに接続された新たなノードの有無を示す検査結果を出力する。
例えば、結果出力部222は、選択ネットワークの検査結果をディスプレイに表示する。
未選択の通信ネットワークがある場合、処理はステップS101に進む。
未選択の通信ネットワークがない場合、処理は終了する。
通信状況確認部211は、確認時間の間、選択ネットワークの通信状況を確認する。確認時間は、予め決められた時間長である。
具体的には、通信状況確認部211は、通信の有無、通信の時間間隔または通信の電圧パターンなどを通信状況として確認する。
確認時間の間に選択ネットワークで通信が発生しなかった場合、通信状況確認部211は、選択ネットワークの検査が可能であると判定する。
確認時間における通信間隔が規定間隔よりも長い場合、通信状況確認部211は、選択ネットワークの検査が可能であると判定する。
規定間隔は、ネットワーク検査に十分な時間であり、予め決められる。
確認時間における通信間隔が規定間隔よりも短い場合、通信状況確認部211は、選択ネットワークの検査が不可であると判定する。
通信状況確認部211は、確認時間の間、選択ネットワークにおける通信の電圧パターンを確認する。
確認時間の間に規定パターンの通信が発生した場合、通信状況確認部211は、規定パターンの通信を検出した時点で、選択ネットワークの検査が可能であると判定する。
通信状況確認部211は、確認時間の間、選択ネットワークにおける通信の電圧パターンを確認する。
確認時間の間に通信信号の立下りが発生した場合、通信状況確認部211は、通信信号の終了を検出した時点で、選択ネットワークの検査が可能であると判定する。
ネットワーク検査装置200は、通信ネットワークの通信状況を見て、TDRを実施可能な状態を検出する。これにより、通信に影響を与えずに不正ノードを検知することが可能となる。
つまり、複数の通信ネットワークに対して、少ない部品数でTDRを実施することが可能となる。そのため、ネットワーク検査装置200の低コスト化および省スペース化が実現される。そして、組み込み機器によってネットワーク検査装置200を実現することが可能となる。例えば、ECUの一機能として、ネットワーク検査装置200を実現することが可能となる。ECUはElectronic Control Unitの略称である。
低精度なADコンバータが使用される形態について、主に実施の形態1と異なる点を図7から図11に基づいて説明する。
図7に基づいて、ネットワーク検査システム100の構成を説明する。
ネットワーク検査システム100の構成は、ネットワーク検査装置200の一部を除いて、実施の形態1における構成と同じである(図1参照)。
ネットワーク検査装置200は、AD変換回路284の代わりにAD変換回路285を備える。
AD変換回路284は、高精度なADコンバータであり、サンプリング間隔が短い。
AD変換回路285は、低精度なADコンバータであり、サンプリング間隔が長い。
例えば、AD変換回路284のサンプリング間隔は1ナノ秒であり、AD変換回路285のサンプリング間隔は10ナノ秒である。
位相シフト回路286は、パルス信号回路281から出力される基礎信号の位相をシフトさせる回路である。
他の構成は、実施の形態1における構成と同じである(図2参照)。
図9および図10に基づいて、ネットワーク検査方法を説明する。
ステップS201において、基礎信号出力部212は、位相シフト回路286に位相シフト指令を入力する。位相シフト指令は、基礎信号の位相を規定量だけシフトさせるための指令である。
位相シフト回路286は、位相シフト指令を受けると、位相シフトのための回路設定(位相設定)を行う。位相設定後、位相シフト回路286の動作が安定するまである程度の時間がかかる。
ステップS211は、実施の形態1における処理(ステップS101およびステップS102)と同じである。
ステップS221は、実施の形態1における処理(ステップS111およびステップS112)と同じである。
通信ネットワークの検査が可能である場合、処理はステップS222に進む。
通信ネットワークの検査が不可である場合、処理はステップS221に進む。
ステップS201の後の経過時間は、位相シフト回路286に位相シフト指令を入力してから経過した時間である。
規定時間は、位相設定後に位相シフト回路286の動作が安定するまでに要する時間であり、予め決められる。
ステップS201の後の経過時間が規定時間を超えた場合、基礎信号出力部212は、位相シフトが安定したと判定する。
位相シフトが安定していないと判定された場合、処理はステップS221に進む。
ステップS231は、実施の形態1におけるステップS121と同じである。但し、選択ネットワークへ出力される基礎信号の位相は、位相シフト回路286によってシフトされている。
つまり、基礎信号出力部212は、位相シフト後の基礎信号を選択ネットワークへ出力する。
ステップS232は、実施の形態1のステップS131においてAD変換回路284をAD変換回路285に置き換えた処理である。
検査信号のデジタルデータは、検査信号の1つ以上のサンプリング値を示す。
未選択の通信ネットワークがある場合、処理はステップS211に進む。
未選択の通信ネットワークがない場合、処理はステップS251に進む。
規定数の位相シフトが完了した場合、処理はステップS261に進む。
規定数の位相シフトが完了していない場合、処理はステップS201に進む。
具体的には、ノード判定部221は、それぞれのデジタルデータが示す1つ以上のサンプリング値を位相順に並べることによって、検査信号の波形を復元する。
新たなノードの有無を判定する方法は、実施の形態1のステップS132における方法と同じである。
高精度デジタルデータは、AD変換回路284によって得られるデジタルデータである。AD変換回路284のサンプリング間隔は1ナノ秒である。そのため、高精度デジタルデータは、1ナノ秒間隔でサンプリング値を示している。
第nデジタルデータは、n回目の位相シフト後にAD変換回路285によって得られるデジタルデータである。AD変換回路284のサンプリング間隔は10ナノ秒である。そのため、第nデジタルデータは、10ナノ秒間隔でサンプリング値を示している。
この場合、1ナノ秒の位相シフトが10回行われ、第1デジタルデータから第10デジタルデータのそれぞれのサンプリング値が位相順に並べられることにより、高精度デジタルデータと同等の検査信号112が得られる。
実施の形態2により、低精度なADコンバータ(AD変換回路285)を用いて不正ノードを検知することが可能となる。
通信状況の影響でネットワーク検査を行えない場合に対処する形態について、主に実施の形態1と異なる点を図12から図14に基づいて説明する。
図12に基づいて、ネットワーク検査システム100の構成を説明する。
ネットワーク検査システム100の構成は、ネットワーク検査装置200の一部を除いて、実施の形態1における構成と同じである(図1参照)。
ネットワーク検査装置200は、さらに、通信管理部231を備える。通信管理部231はソフトウェアによって実現される。
ネットワーク検査プログラムは、さらに、通信管理部231としてコンピュータを機能させる。
他の構成は、実施の形態1における構成と同じである(図2参照)。
図14に基づいて、ネットワーク検査方法を説明する。
ステップS301において、通信状況確認部211は、未選択の通信ネットワークを1つ選択する。切り替え部213は、接続先を選択ネットワークに切り替える。
ステップS301は、実施の形態1における処理(ステップS101およびステップS102)と同じである。
ステップS311は、実施の形態1におけるステップS111と同じである。
ステップS312は、実施の形態1におけるステップS112と同じである。
選択ネットワークの検査が可能であると判定された場合、処理はステップS322に進む。
選択ネットワークの検査が不可であると判定された場合、処理はステップS321に進む。
そして、通信管理部231は、通信停止指示の完了を基礎信号出力部212に通知する。
ステップS322は、実施の形態1におけるステップS121と同じである。
通信状況の影響でネットワーク検査が行えない場合、通信管理部231は、通信ネットワークの各ノードに通信の停止を指示する。これにより、ネットワーク検査を実施することが可能となる。
実施の形態3と実施の形態2とを組み合わせて実施してもよい。
この場合、実施の形態3におけるネットワーク検査装置200は、基礎信号の位相をシフトさせる位相シフト回路286を備える。そして、ノード判定部221は、複数の検査信号のそれぞれの1つ以上のサンプリング値を用いて検査信号の波形を復元し、復元された波形に基づいて判定を行う。
通信信号と検査信号との競合が発生した場合に対処する形態について、主に実施の形態1と異なる点を図15から図19に基づいて説明する。
図15に基づいて、ネットワーク検査システム100の構成を説明する。
ネットワーク検査システム100の構成は、ネットワーク検査装置200の一部を除いて、実施の形態1における構成と同じである(図1参照)。
ネットワーク検査装置200は、さらに、通信管理部232を備える。通信管理部232はソフトウェアによって実現される。
ネットワーク検査プログラムは、さらに、通信管理部232としてコンピュータを機能させる。
他の構成は、実施の形態1における構成と同じである(図2参照)。
図17および図18に基づいて、ネットワーク検査方法を説明する。
ステップS401において、通信状況確認部211は、未選択の通信ネットワークを1つ選択する。切り替え部213は、接続先を選択ネットワークに切り替える。
ステップS401は、実施の形態1における処理(ステップS101およびステップS102)と同じである。
ステップS411は、実施の形態1における処理(ステップS111およびステップS112)と同じである。
選択ネットワークの検査が可能であると判定された場合、処理はステップS421に進む。
選択ネットワークの検査が不可であると判定された場合、処理はステップS411に進む。
ステップS421は、実施の形態1におけるステップS121と同じである。
ステップS431は、実施の形態1におけるステップS131と同じである。
観測時間は、ステップS421の開始からステップS431の終了までの時間である。つまり、観測時間は、基礎信号が選択ネットワークへ出力されてから検査信号が受け付けられるまでの時間である。
選択ネットワークで通信が発生したと判定された場合、処理はステップS442に進む。
選択ネットワークで通信が発生しなかったと判定された場合、処理はステップS451に進む。
そして、ノード判定部221は、受け付けた検査信号を破棄する。
通信管理部232は、選択ネットワークの各ノードに再送指示を送信する。再送指示は、一定時間内に送信した通信信号の再送を指示するための信号である。例えば、通信管理部232は、再送指示をブロードキャストで選択ネットワークに送信する。
そして、通信管理部232は、再送指示の完了を通信状況確認部211に通知する。
ステップS443の後、処理はステップS411に進む。
ネットワーク検査装置200から選択ネットワークへの基礎信号の出力が開始されてから選択ネットワークからネットワーク検査装置200への検査信号の入力が完了するまでの間に、選択ネットワークに通信信号が流されたと仮定する。
この場合、通信信号と検査信号とが互いに競合する。その結果、ネットワーク検査装置200は正しい検査信号が得られず、各ノードは正しい通信信号を得られない。
そのため、ノード判定部221は得られた検査信号を破棄する。また、通信管理部232は、各ノードに再送指示を送信する。そして、各ノードは通信信号の再送を行う。
通信信号と検査信号との競合が発生した場合、通信管理部232は、通信ネットワークの各ノードに再送を指示する。これにより、通信ネットワークにおける正常な通信を維持することが可能となる。
その後、ネットワーク検査が可能であると判定された場合に、基礎信号出力部212は、通信ネットワークに基礎信号を新たに出力する。これにより、通信ネットワークを正しく検査することができる。
実施の形態4と実施の形態2とを組み合わせて実施してもよい。
この場合、実施の形態4におけるネットワーク検査装置200は、基礎信号の位相をシフトさせる位相シフト回路286を備える。そして、ノード判定部221は、複数の検査信号のそれぞれの1つ以上のサンプリング値を用いて検査信号の波形を復元し、復元された波形に基づいて判定を行う。
図20に基づいて、ネットワーク検査装置200のハードウェア構成を説明する。
回路群208は、パルス信号回路281と第1セレクタ282と第2セレクタ283とAD変換回路(284、285)との組である。
処理回路209は、検査制御部210と検査部220と通信管理部(231、232)とを実現するハードウェアである。
処理回路209は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリ202に格納されるプログラムを実行するプロセッサ201であってもよい。
ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略称である。
FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。
ネットワーク検査装置200は、複数の装置で実現されてもよい。例えば、ネットワーク検査装置200は、検査制御部210を実現する装置と、検査部220を実現する装置と、通信管理部(231、232)を実現する装置とで実現されてもよい。
ネットワーク検査装置200の要素である「部」は、「処理」または「工程」と読み替えてもよい。
Claims (8)
- 1つ以上のノードが接続された通信ネットワークの通信状況を確認し、前記通信状況に基づいて前記通信ネットワークの検査の可否を判定する通信状況確認部と、
前記通信ネットワークの検査が可能であると判定された場合に前記通信ネットワークを検査するためのパルス信号である基礎信号を前記通信ネットワークへ出力する基礎信号出力部と、
前記通信ネットワークを流れることによって波形が変化した基礎信号である検査信号を受け付け、前記検査信号の波形に基づいて、前記通信ネットワークに接続された新たなノードの有無を判定するノード判定部と、
を備えるネットワーク検査システム。 - 前記ネットワーク検査システムは、アナログ信号をデジタルデータに変換する変換回路を備え、
前記基礎信号出力部は、位相をシフトさせながら複数の基礎信号を前記通信ネットワークへ出力し、
前記変換回路は、前記複数の基礎信号に対応する複数の検査信号のそれぞれをサンプリングすることによって検査信号毎に1つ以上のサンプリング値を得て、
前記ノード判定部は、前記複数の検査信号のそれぞれの1つ以上のサンプリング値を受け付け、前記複数の検査信号のそれぞれの1つ以上のサンプリング値を用いて検査信号の波形を復元し、復元された波形に基づいて判定を行う
請求項1に記載のネットワーク検査システム。 - 前記ネットワーク検査システムは、パルス信号の位相をシフトさせる位相シフト回路を備え、
前記基礎信号出力部は、基礎信号の位相シフトを前記位相シフト回路に指示し、
前記通信状況確認部は、前記位相シフト回路への指示の後、前記位相シフト回路における位相シフトが安定するまでの時間を利用して前記通信ネットワークの通信状況を確認する
請求項2に記載のネットワーク検査システム。 - 前記通信ネットワークの検査が不可であると判定された場合に前記通信ネットワークに接続されている各ノードに通信の停止を指示する通信管理部を備える
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のネットワーク検査システム。 - 前記通信状況確認部は、基礎信号が前記通信ネットワークへ出力されてから検査信号が受け付けられるまでの観測時間の間に前記通信ネットワークで通信が発生したか判定し、
前記基礎信号出力部は、前記観測時間の間に前記通信ネットワークで通信が発生した場合、基礎信号を前記通信ネットワークへ新たに出力する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のネットワーク検査システム。 - 前記観測時間の間に前記通信ネットワークで通信が発生した場合に前記通信ネットワークに接続されている各ノードに再送を指示する通信管理部を備える
請求項5に記載のネットワーク検査システム。 - 複数の通信ネットワークに対して基礎信号の出力先となる通信ネットワークを順に切り替え、検査信号の入力元となる通信ネットワークを前記出力先に切り替える切り替え部を備える
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のネットワーク検査システム。 - 1つ以上のノードが接続された通信ネットワークの通信状況を確認し、前記通信状況に基づいて前記通信ネットワークの検査の可否を判定する通信状況確認処理と、
前記通信ネットワークの検査が可能であると判定された場合に前記通信ネットワークを検査するためのパルス信号である基礎信号を前記通信ネットワークへ出力する基礎信号出力処理と、
前記通信ネットワークを流れることによって波形が変化した基礎信号である検査信号を受け付け、前記検査信号の波形に基づいて、前記通信ネットワークに接続された新たなノードの有無を判定するノード判定処理と、
をコンピュータに実行させるためのネットワーク検査プログラム。
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