日経エレクトロニクス2014年9月29日号のpp.84-89「センサーネット設計の基本、2重化や特殊条件への対応も」を分割転載した後編です。前編はこちら

工場や発電所、交通、農業などさまざまな分野で、現場の状態を常に監視し管理や制御に応用するために、無線センサーネットワークへの期待が大きい。ただし、信頼性の高いネットワークを構築するには、センサーネットならではの要求仕様を理解し、構築の勘所を学ぶ必要がある。今回は、インフラの監視などで必要となるネットワークの2重化や、トンネルなどの細長い対象をセンシングする場合の実現方法を示す。

 前回は基本的なネットワーク構築の手順を説明した。だが、個別のネットワークにはそれぞれ特殊な条件があることが多い。Dust部門は2005年にSmartMeshの第1世代製品を発表して以降、ネットワークの構築や運用で多くの顧客を支援してきた経験から、さまざまな条件に対応するノウハウがある。中でもよくある要求として、ネットワークの2重化と、細長い対象物を扱う場合について以下で解説する。

不測の故障に2重化で対応

 ネットワークの2重化は、電力会社など高信頼性を重視する顧客が求める条件である。SmartMeshの場合、1つのモートが故障した場合でもメッシュによる冗長経路があることから、同じネットワークの他のモートはほとんど影響を受けない。ただし故障したモートからのセンサーデータは得られなくなる。また、ネットワークマネジャーが故障してしまうとネットワークの全てのモートからの情報が得られなくなる。こうした問題に対処するための手段が2重化だ。

 2重化には、完全2重化とマネジャーのみの2重化の2つがある。前者は信頼性は最も高いがコストも最も高い方法と言える。1つの計測対象に2つのモートを取り付け、それぞれが別のマネジャーの配下につながるように別々のネットワークIDを与える方法である。SmartMeshでは同一の空間に複数の無線ネットワークを配置できることを利用する。この方式を用いた場合、2重化した部分が同時に壊れない限り、一切のデータの欠測なく運用を継続できる。

 マネジャーの2重化は、WirelessHART規格に準拠する製品(SmartMesh WirelessHART)と、IEEE802.15.4e準拠の製品(SmartMesh IP)で実現方法が若干異なる。前者の場合は1つのネットワークに、マスターマネジャーとスレーブマネジャーの2つを置ける。両者はHeartbeatシリアルポートで接続しておく。通常はマスターマネジャーがネットワークを管理し、スレーブマネジャーは待機状態にあるが、マスターが故障した場合には、スレーブがHeartbeatシリアルポート経由でそれを検知し、ネットワークの管理を引き継げる(ColdFailover機能)。

 SmartMesh IPでは、マネジャーの故障検出と代替のマネジャーの起動はホストアプリケーション側で実行する必要がある。ホストアプリケーションはシリアルポート経由でマネジャーと接続され、ネットワーク全体からのセンサーデータや健全性レポートを常に収集するとともに動作状態を確認し続ける。故障を検出した場合に予備のマネジャーを起動すれば、ネットワークを再構築できる。

 このほか同じ空間内に同じネットワークIDを持つマネジャーを2つ配置して常時稼働させることも可能だ。このケースでは、それぞれのマネジャーは空間内の約半数のモートとメッシュを構築する。一方のマネジャーが故障したら、その配下のモートは通信タイムアウトによってリセットが掛かり、自動的にもう一方のマネジャーのネットワークに参加することになる。この方法では、1つのマネジャーで2つのメッシュネットワークのモートを収容できるような密度でマネジャーを配置する必要がある。

 以上のどの方法でも、一時的な欠測はあるにせよ、マネジャーの故障から速やかに自動的に回復することが可能だ。

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