JP2014127724A - ネットワークシステム及び集線装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ネットワークの通信性能を下げることなく、ハードウェア資源の軽装化を図ることが可能なネットワーク及び集線装置の提供。
【解決手段】 ネットワークシステムは、第一の仮想通信ポートを備える機器アダプタ5と、第一の仮想通信ポートとの間で通信可能な第二の仮想通信ポート、TCP/IP層、アプリケーション層における機器制御用プロトコル層、及び機器オブジェクトを備える仮想機器アダプタ通信プロトコル層11Aを備える集線装置1と、を具備する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、小規模用途のネットワークシステムとこれに用いる集線装置に関する。
従来、ECHONET(登録商標)等の小規模ネットワークにおけるミドルウェアアダプタ(機器アダプタ)は、機器インターフェイスドライバ(I/Fドライバ)、機器オブジェクト処理部、ECHONETのパケット処理部、UDP/IP処理部、伝送メディア(媒体)処理部を含んでいた(特許文献1参照)。
特開2003−283503号公報
従来、ミドルウェアアダプタ(機器アダプタ等)は、機器インターフェイスドライバ(I/Fドライバ)、機器オブジェクト処理部、ECHONETのパケット処理部、UDP/IP処理部、を自装置内に持っていた。これらの処理部を実装するためにはRAM/ROM等のメモリーが必要である。また、データ変換処理を高速に行なうために高機能CPUが必要となる。このように、従来の機器アダプタは、大容量かつ高機能のハードウェア資源を必要としていた。
本発明の課題は、ネットワークの通信性能を下げることなく、ハードウェア資源の軽装化を図ることが可能なネットワーク及び集線装置を提供することにある。
本発明の一実施形態によるネットワークシステムは、第一の仮想通信ポートを備える機器アダプタと、第一の仮想通信ポートとの間で通信可能な第二の仮想通信ポート、TCP/IP層、アプリケーション層における機器制御用プロトコル層、及び機器オブジェクトを備える仮想機器アダプタを備える集線装置と、を具備する。
また、本発明の一実施形態による集線装置は、機器アダプタの第一の仮想通信ポートと通信可能な第二の仮想通信ポート、TCP/IP層、アプリケーション層における機器制御用プロトコル層、及び機器オブジェクトを備える仮想機器アダプタを具備する。
上記各発明のネットワークシステム及び集線装置によれば、ハードウェア資源の軽装化を図ることができる。
本発明の第1の実施形態に係るネットワークシステムを説明するための構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る集線装置、機器アダプタ及び機器の通信プロトコルを説明するための構造図である。 本発明の第2の実施形態に係るネットワークシステムを説明するための構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る集線装置における通信プロトコルを説明するための構造図である。 本発明の第3の実施形態に係る機器アダプタと機器の通信プロトコルを説明するための構造図である。 本発明の第4の実施形態に係るカプセル化について説明する図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1は、第1の実施形態に係る小規模ネットワークシステムを説明するための構成図である。1は、このネットワークシステムにおける集線装置(アクセスポイント)である。3は、電力系統2に接続された分電盤である。5は、機器9に通信用配線7を介して接続された機器アダプタである。10は、機器9の動作状態や消費電力を見える化する際の表示端末及び/または機器9の制御を行なうための入力端末である。
集線装置1と分電盤3、集線装置1と機器アダプタ5、集線装置1と表示/入力端末10とは相互に通信可能であり、通信手段は無線、有線のいずれでも構わない。図1では、これらのいずれについても無線接続による通信を例に示している。また、機器アダプタ5と機器9間の通信は、通信用配線7を用いずに、無線通信によることも可能である。
このような小規模ネットワークシステムとしては、家庭用ネットワークシステム、集合住宅用ネットワークシステム、ビル内ネットワークシステムの他、POSやCD等の業務用ネットワークシステム、監視制御用ネットワークシステム、ケーブルTV用ネットワークシステム、車両用ネットワークシステム等、種々のシステムがある。以下では、宅内ネットワークシステムを例に説明する。尚、宅内ネットワークシステムは、ネットワーク家電、ホームセキュリティ、オール電化、省エネ支援等の種々のニーズに応じたサービスを提供するための通信ネットワークシステムである。
集線装置1は、小規模ネットワークシステムを構築するための機器である。例えば、宅内ネットワークシステムによってエネルギーモニターサービスを提供する際に、集線装置1は、分電盤3内部の電力計測ユニット3aと接続して電力消費量データを受信し、受信したデータに基づいてユーザーに提供するモニター表示用データ等を生成する。集線装置1は、生成したモニター表示用データ等を表示/入力端末10に送信する。
あるいは、同様のエネルギーモニターサービスを提供する際に、集線装置1は、図1に示す宅内ネットワークシステムの外部にあるクラウドサーバー等(図示せず)の外部サーバとインターネット接続して、電力計測ユニット3aから受信したデータに必要なプロトコル変換等を施してインターネットサーバに送信し、外部サーバが生成したモニター表示用データ等を取得して、表示/入力端末10に送信する。外部サーバが生成したモニター表示用データは、インターネットを介してスマートフォン等の携帯表示端末や入力端末等に表示させることも可能であり、このようにすることで宅外からの当該サービスの利用が可能になる。
また別の例では、宅内ネットワークシステムを用いてエネルギーモニター/制御サービスを提供する際に、集線装置1は、機器9の動作状態を、機器アダプタ5を介して収集し、表示端末10に送信するとともに、ユーザーが入力端末10に入力した要求に相応しい制御信号を、機器9の制御信号として機器アダプタ5に送出する。あるいは、集線装置1は、ユーザーが宅外で携帯端末等に入力した要求に応じた制御信号を外部サーバから取得し、機器9の制御信号として機器アダプタ5に送出する。機器アダプタ5は、受信した制御信号に応じて動作する。
分電盤3は、系統2からの電力を宅内に安全に供給する機器であり、漏電ブレーカー、安全ブレーカー、電流ブレーカー等が備えられている。分電盤3は、さらに電力計測ユニット3aを備えており、電力計測ユニット3aは、分岐先に接続された電気機器9等の各機器の電力消費量を計測することが可能である。尚、図1では、複雑化を避けるために分電盤3と機器9間の電力配線を省略した。また、電力計測ユニット3aを分電盤3の筐体の外部に設置して、電力消費量を計測するための電圧値や電流値を分電盤3から無線あるいは有線の通信手段を介して受信する構成としてもよい。
機器アダプタ5は、集線装置1及び機器9と通信可能であり、集線装置1からの要求を受けて、必要な各種データを機器9に要求・受信し、受信したデータを集線装置1に向けて送信する等の機能を有する。各種データには、例えば、機器9の状態通知等がある。
機器9は、例えば、空調機等の白物家電、照明装置、床暖房、給湯器、ドアホン、蓄電池、電気自動車等のように主に電力を消費する電気機器の他、例えば太陽電池、蓄電池、電気自動車等のように創電する機器としてもよい。表示/入力端末10は、PCや専用モニター、あるいはスマートフォン等の携帯表示端末である。
図2は、第1の実施形態に係るネットワークシステムの集線装置1、機器アダプタ5、機器9における通信プロトコルを説明するための構造図である。集線装置1は、装置本来の通信プロトコル階層1Aの他、機器アダプタの通信プロトコル階層11Aを備える。以下では、集線装置1にあるアダプタ用通信プロトコル階層11Aを、仮想機器アダプタプロトコル階層という。
通信プロトコル階層1Aと仮想機器アダプタプロトコル階層11Aは、下位層から上位層まで、夫々、大きく1−4層と5−7層に分けることができる。階層の構成は、用いるプロトコルによって適宜変更することが可能であり、以下に示す階層構成は一例である。
プロトコル階層1Aは、仮想機器アダプタプロトコル階層11Aや、表示/入力装置10や、隣接するネットワーク機器と通信するための各種伝送媒体のドライバ1a1、・・・を備える。各種伝送媒体としては、例えば、BLUETOOTH(登録商標)、Wi−Fi(登録商標)、Ethernet(登録商標)、920MHz帯通信などがある。
また、伝送媒体のドライバ1a1、・・・の上の第2−4層1bには、PAN(Personal Area
Network)あるいは WPANと呼ばれる短距離無線ネットワーク通信層や、メディアアクセス制御層(MAC)、TCP/IP層等が含まれている。さらに、通信プロトコル階層1Aの第5−7層には、機器制御用プロトコル層1cの他、集線装置1のアプリケーション層1dが含まれている。
仮想機器アダプタプロトコル階層11Aの第1層は、集線装置1との通信に用いる伝送媒体用のドライバ11a1、11a2、11a3、・・・を備える。集線装置1との通信における伝送媒体は、例えば、BLUETOOTH、Wi−Fi、Ethernet、920MHz帯通信などがある。
仮想機器アダプタプロトコル階層11Aの第1層は、さらに、機器アダプタ5との通信に用いる伝送媒体のドライバ11a4を備える。伝送媒体ドライバ11a4による通信には、各種の無線/有線通信を用いることができる。伝送媒体ドライバ11a4の上には、仮想通信ドライバ11eを設け、両者により仮想通信ポート(図中、破線枠で囲った部分)を構成することができる。
尚、仮想通信ドライバ11eには、機器アダプタ5と機器9間の通信と同種の通信プロトコルを用いることで機器アダプタ5内のプロトコル変換が不要になり望ましい。例えば、機器アダプタ5と機器9間の通信にUARTによるシリアル通信を用いる場合には、集線装置1と機器アダプタ5間もUART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)によるシリアル通信を用いることが望ましい。UARTを用いる場合は、11eは仮想UARTドライバとする。
シリアル通信プロトコルを伝送媒体にのせる際に、仮想通信ドライバ11eをシリアル通信用とし、仮想通信ドライバ11eと伝送媒体ドライバ11a4とで仮想通信ポートを構成することができる。この仮想通信ポートにより、仮想通信ドライバ5aと伝送媒体ドライバ5cとで構成される機器アダプタ5の仮想通信ポートと通信することができる。例えば、伝送媒体にBLUETOOTHを用いる場合は、仮想通信ポートにおいてUARTをBLUETOOTHで無線化することができる。尚、UART以外のシリアル通信を用いることも可能である。また、機器9−機器アダプタ5間の通信プロトコルと異なるプロトコルを用いても構わない。その場合は機器アダプタ5内に変換用のソフトとハードウェア資源が必要となる。
仮想機器アダプタプロトコル階層11Aの第2―4層11bには、TCP/IP層が含まれる他、PANあるいは
WPANと呼ばれる短距離無線ネットワーク通信層や、メディアアクセス制御層(MAC)等を含めることができる。
仮想機器アダプタプロトコル階層11Aの第5−7層には、ECHONETやECHONET Lite(登録商標)等のアプリケーション層における機器制御用プロトコル層11cの他、機器オブジェクト等のアダプタアプリケーション層11d等が含まれている。ここで、機器オブジェクトは、オブジェクトに関する構造(インスタンス)や メソッド(操作、振舞い)等である。
本実施の形態によれば、集線装置1内に仮想機器アダプタプロトコル階層11Aを設けることで、従来の機器アダプタに比べてハードウェア資源を軽装化することができる。具体的には、機器アダプタ5は、集線装置1との通信を可能にする特定の伝送媒体用ドライバ5a1と、仮想通信ドライバ5c、機器9との通信を可能にする伝送媒体用ドライバ5a2、これらを接続するためのブリッジアプリケーション5bを備えるのみである。これにより、従来、機器アダプタ5内にあったTCP/IP層等、あるいは、小規模インターネットにおけるアプリケーション層における機器制御用プロトコル層、機器オブジェクト等のアプリケーション層等を省略することできる。
従来の機器アダプタは、これらの層による処理を実行するためにRAMやROMに大容量のメモリーを必要とし、また、高速処理能力を備えるCPUを必要とする。本実施形態のようにTCP/IP層や機器制御用プロトコル層、機器オブジェクト等を機器アダプタ5から集線装置1に移すことで機器アダプタ5のハードウェアの大幅な軽装化を実現することができる。これにより、安価な機器アダプタ5を提供することが可能となる。尚、集線装置1は本来の集線機能を実現するためにもともと機器アダプタ5に比較して大きなメモリー容量と高速CPUを用いており、仮想機器アダプタプロトコル階層11Aの取り込みに伴い必要となるハードウェア資源の増加を吸収することは比較的容易である。
本実施の形態において、機器アダプタ5と機器9との間にBLUETOOTH SPP(Serial Port
Profile)による通信を用いることが望ましい。これにより、市販のBLUETOOTH SPPモジュールによる安価で簡略なシステムを提供することが可能となる。すなわち、市販のBLUETOOTH SPPモジュールは、BLUETOOTHドライバ5a1と仮想通信ドライバ5cにより構成される仮想通信ポート(図中、破線枠で囲った部分)、ブリッジアプリケーション5b、伝送媒体ドライバ5a2を標準実装しているため、簡便に機器アダプタ5を構築することができる。このような通信モジュールとしては、他に920MHz帯モジュールがある。従って、伝送媒体に920MHz帯通信を用いることも望ましい。
本実施の形態において、機器9が、外部との通信媒体として、例えばUART通信に対応している場合は、仮想機器アダプタプロトコル階層11Aの仮想通信ドライバ11eを仮想UARTドライバとすることができる。この場合には、機器アダプタ5には集線装置1のUARTプロトコルを理解する仮想UARTドライバ5cが内蔵させる。このような構成により、集線装置1と機器アダプタ5間の通信と、機器アダプタ5と機器9間の通信を同種の通信方式にして、機器アダプタ5内の変換処理等を回避することが可能となり、軽装化のために望ましい。
この場合は、伝送媒体ドライバ11a4から送出された情報は、伝送媒体ドライバ5a1で受信された後、仮想UARTドライバ5cにより解釈され、ブリッジアプリケーション5bを経由して、UARTドライバ5a2から機器9のUARTドライバ9aに伝達される。UART9aに伝達された情報は、機器9の内部で解釈され、実行される。
ところで、集線装置1と機器アダプタ5との間の通信を無線により実現する場合は、有線に比べて通信が不安定である。従来は、機器アダプタに機器アダプタプロトコル階層が搭載されていたため、集線装置との接続が切断した場合に、機器アダプタから集線装置に対して、切断による運用不可の事象を通知することができなかった。
これに対し、本実施の形態によれば、仮想機器アダプタプロトコル階層11Aを設けることで、機器アダプタ5との通信断による運用不可の通知を、集線装置1及び/又は他の仮想アダプタに通知することが可能となる。この通知を受け取った集線装置1は、例えば、表示/制御端末10に通知内容を送信することで、ユーザーに対して機器5がネットワークから外れた状態であることを知らしめることができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係るネットワークシステムについて説明する。尚、第1の実施形態と同じ点は省略し、異なる点を中心に説明する。図3は、第2の実施形態に係るネットワークシステムを説明するための構成図である。第1の実施形態のネットワークシステムは、集線装置1に対して一つの機器アダプタ5を設けていた。第2の実施形態では、複数の機器アダプタ5、5’を含むネットワークシステムである。このようなネットワークシステムでは、複数の機器アダプタ5、5’に対応する仮想機器アダプタプロトコル階層11Aを集線装置1に設ける。
図3において、機器9、9’は、異種あるいは同種の電気機器であり、各電機機器9、9’には夫々、対応する機器アダプタ5、5’が設けられている。尚、機器の数は2以上の複数であればよく、ニーズに応じて増設可能である。また、図3では、電力計測ユニット3aの計測データを集線装置1と通信可能にする構成として、電力計測ユニット3aと別体の機器アダプタ5’’を設けている。
集線装置1に対して複数の機器アダプタ5を設ける場合、仮想機器アダプタプロトコル階層11Aを機器アダプタ5の数に応じて集線装置1内に増設することも可能である。例えば、ネットワーク内に機器アダプタ5を5つ設ける場合には、集線装置1内に通信プロトコル階層11Aを5つ設けることができる。
しかし、集線装置1に機器アダプタ5の数と同数の通信プロトコル階層11Aを用いると、必要な資源は機器アダプタ5の数に単純比例して増加する。そこで、集線装置1内で可能な限り階層を共有化すれば、集線装置1の軽装化に寄与する。
図4は、集線装置1の軽装化した階層構成を説明するためのソフトウェア構成図である。すなわち、仮想機器アダプタプロトコル階層11Aのうち、機器アダプタ間で共通化できる階層は共通化し、個々の機器アダプタ毎に対応する伝送媒体ドライバ11a4、仮想通信ドライバ11e、アダプタアプリケーション層11dからなる組を集線装置1内に機器アダプタ5と同数設ける。伝送媒体ドライバ11a4、仮想通信ドライバ11e、アダプタアプリケーション層11dは、機器アダプタ5との通信用であり、伝送媒体ドライバ11a4’、仮想シリアル通信ドライバ11e’、アダプタアプリケーション層11d’は、機器9’と繋がった機器アダプタ5’との通信用とすることができる。
このようにすることで、集線装置1の通信用伝送媒体ドライバ11a1、11a2、11a3や、11bに含まれるPANあるいは WPANと呼ばれる短距離無線ネットワーク通信層や、メディアアクセス制御層(MAC)、TCP/IP層等、さらに、アプリケーション層における機器制御用プロトコル層11c等を仮想アダプタ間で共通化することができる。これにより集線装置1の軽装化を図ることができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係るネットワークシステムについて図5を用いて説明する。尚、第1の実施形態と同じ点は省略し、異なる点を中心に説明する。図5に示すように、機器アダプタ5に集線装置1と機器アダプタ5との無線区間の状態を機器9に通知するためのアプリケーション5cを搭載することができる。無線区間状態通知アプリケーション5cは、集線装置1と機器アダプタ5との通信断の事実を機器9に伝える通知を作成し、伝送媒体ドライバ5a2はこの通知を機器9の伝送媒体ドライバ9aに送信する。機器9側では、この通知を受けて、例えば、通信断以降に発生した事象に関するデータを自装置内に蓄積する、あるいは、通信断から一定期間経過時点で主電源を強制終了する、等の様々な対応が可能となる。
次に、本発明の第4の実施形態について図6を用いて説明する。尚、第1の実施形態と同じ点は省略し、異なる点を中心に説明する。一般に、機器アダプタ5や機器9の立上げ時には、両者間で同期を取る等の初期化工程が必要である。第1乃至第3の実施形態のいずれかのネットワークシステムにおいてこのような初期化工程を行なう例を第4の実施形態として説明する。
機器アダプタ5と機器9を繋ぐ通信用配線7は、制御信号を伝達する制御線を含んでいる。通信用配線7による初期化には、この制御線を用いることができる。
図6は、制御線を用いた初期化信号とUART等によるシリアル信号をカプセル化する手法を説明する図である。UART等によるシリアル信号と初期化信号は、夫々、機器9から機器アダプタ5に送出され、機器アダプタ5のブリッジアプリケーション5bでカプセル化された後、集線装置1に送信される。
図6に示す例では、機器9から機器アダプタ5へ送られてくるUART等のシリアルデータを、仮に8ビット(b0,
b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7)からなるキャラクタとする。また、制御線により伝達する制御信号を、仮にリセット情報(r)と、機器状態を示す情報(p)との2ビットのデータ列とする。リセット情報は、新たに接続を確立した旨を示す情報であり、後続ビットが機器状態を示す情報(p)であることを示す。機器状態を示す情報(p)は、機器9の状態を示す情報であり、例えば、電源がON/OFF状態を示す情報である。
カプセル化の例1について説明する。カプセル化の例1では、機器アダプタ5が受けるシリアルデータ(b0, b1,
b2, b3, b4, b5, b6, b7)に制御信号(r, p)を加えた計10ビットを一つのキャラクタとしてカプセル化している。カプセル化されたキャラクタは機器アダプタ5から集線装置1に送出される。
図6に示すカプセル化の例2について説明する。カプセル化の例2では、機器アダプタ5が受けるシリアルデータ(b0,
b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7)と制御信号(r, p)を加えた計10ビットを、キャラクタ長が8ビットの2つのキャラクタに分割してカプセル化している。最初のキャラクタの冒頭のビットには、一連のシリアル通信における最初のキャラクタを示す識別子(固定値)が入る。図6ではこの識別子を、例として(0)とした。この識別子の後ろにはシリアルデータ(b0, b1, b2, b3, b4,
b5, b6)が続く。次のキャラクタの冒頭のビットには、一連のシリアル通信における2番目のキャラクタを示す識別子(固定値)が入る。図6では、例として(1)とした。この識別子の後には最初のキャラクタに含まれないデータ(b7)が入り、続いて、制御信号(r, p)が入る。制御信号(r,p)の後はパディングフィールドで、キャラクタ長に満たないビット数(この例ではキャラクタ長である8ビットから既に充填した4ビットを差し引いた残りの4ビット)だけ(0)がパディングされている。
以上、本発明の実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…集線装置、2…系統、3…分電盤、5…機器アダプタ、7…通信用配線、9…機器、10…表示/入力端末、11A…仮想機器アダプタプロトコル階層

Claims (6)

  1. 第一の仮想通信ポートを備える機器アダプタと、
    前記第一の仮想通信ポートとの間で通信可能な第二の仮想通信ポート、TCP/IP層、アプリケーション層における機器制御用プロトコル層、及び機器オブジェクトを備える仮想機器アダプタプロトコル階層を備える集線装置と、を具備することを特徴とするネットワークシステム。
  2. 第一及び第二の仮想通信ポートは、BLUETOOTH SPP通信もしくは920MHz帯通信の伝送ドライバであることを特徴とする請求項1記載のネットワークシステム。
  3. 前記仮想機器アダプタプロトコル階層は伝送ドライバを備え、前記伝送ドライバは、前記第一及び第二の仮想通信ポート間の通信路が切断した場合に、前記切断の事象を通知する信号をネットワーク内に送出するように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のネットワークシステム。
  4. 機器アダプタと通信可能な機器を備え、第一及び第二の仮想通信ポート間の通信と前記機器と前記機器アダプタとの通信は共に同種のシリアル通信であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のネットワークシステム。
  5. 前記機器アダプタは、前記機器との接続を新たに確立した後に、確立した旨の情報を含む所定長のキャラクタを作成し、前記第一の仮想通信ポートから第二の仮想通信ポートに通知することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のネットワークシステム。
  6. 機器アダプタの第一の仮想通信ポートと通信可能な第二の仮想通信ポート、TCP/IP層、アプリケーション層における機器制御用プロトコル層、及び機器オブジェクトを備える仮想機器アダプタを具備することを特徴とする集線装置。
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