エンベデッドシステムスペシャリスト 2019年 春期 午後IIの問題文6問です。図・表・別冊資料と正解は掲載していませんので、出典の公表資料またはアプリでご確認ください。
共通の文章
無線式列車制御システムに関する次の記述を読んで,設問1ー3に答えよ。
D社は,無線通信を利用して列車速度を制御し,列車の走行の安全を確保するシス
テム(以下,新システムという)を開発している。
新システムは,中央制御装置と列車間で,列車の走行に関わる制御情報を通信す
るシステムである。新システムの概要を図1に示す。
軌道上を走行する各列車は,無線で中央制御装置と通信している。中央制御装置
は,列車の制御対象区間(以下,制御区間という)における各列車の位置(軌道の
始点からの距離)を把握している。中央制御装置は,列車が安全に走行できる区間
の最遠端の位置を停止限界として列車に送信する。
軌道には,位置情報を通信するための地上子が約1キロメートルの間隔で設置さ
NWS,列車は,自列車の位置を車軸の回転から算出するが,地上子との近距離
無線通信で得た位置情報によって,補正することができる。
アンテナaa \ング王
列車平先行列車ヤ
ii
ーーンーンーマーアー
2のお“et
図1新システムの概要
各列車は,車両長,ブレーキ性能などの車両情報,位置情報と連携した線路曲
線・勾配などの情報,それらから定まる制限速度情報などを内部データとしてもっ
ており,それらの情報を利用して上限速度パターンを作成する。
上限速度パターンの例を図2に示す。
=um
非常停止上限速度レーER 空走距離|
度 |上限速度|ノンプレーキ開始点 mo
距離——>
PH
注記上限速度パターンは,停止限界までの距離に対して作成される。
図2上限速度パターンの例
・列車を加減速する操作については,基本的に運転土が上限速度を超えないように
制御する。また,駅のホームにおける列車の停止などは,運転士の操作で行われ
|ることが多い。
I
RHE,走行地点によって定まる上限速度と現在の列車速度を比較し,列車速度
が上限速度を超えた場合には自動的にブレーキを制御して速度を落とし,上限速
度以下になれば,自動的にブレーキを解除する。これを自動ブレーキ機能と呼ぶ。
・列車速度が上限速度を超えた地点から,実際に自動的にブレーキが動作し始める
地点(プレーキ開始点)までには,空走距離がある。
・上限速度パターンには,上限速度よりも大きい速度に設定された非常停止上限吉
度がある。列車速度が非常停止上限速度を超えた場合には,自動的に“非常停止
ブレーキ”"が作動して列車を強制的に停止させる。非常停止ブレーキは自動ブレ
ーキ機能とは異なり,列車が停止するまで解除されない。
[中央制御装置と各列車間の通信)
中央制御装置は,一定周期で各列車の状態を監視している。中央制御装置と各列
車間の通信の様子を図3に,中央制御装置と各列車間の送信データの構成を図4に
示す。
ーー3ーー
・通信には,450 MHz帯の電波を使用しており,実効伝送速度9.600ビットノ秒であ
る。
・中央制御装置の通信周期は960ミリ秒であり,この周期を16分割して16スロッ
トとして使用する。16スロットのうち,12スロットは列車制御用であり,4スロ
ットはその他の制御情報の伝送に使用される。列車制御用の12スロットのうち,
1スロットは新規参入列車のために確保されている。
・各列車は,独自の列車番号をもっている。列車は,通信時には中央制御装置から
付与されたID(以下,通信IDという)を使用して,通信IDに応じた通信順序で
列車の位置,列車の長さなどを送信している。
・中央制御装置は,同一の列車から3回連続して応答がなかった場合には,当該列
車が故障しているものと判断する。一方,列車は,中央制御装置からの通信を連
続して3周期以上受信できなかった場合には,ブレーキを動作させる。
ドーーーー通信周期ーーーータ|
中央制御装置レレ<一送信データZ
||
|!>|
|才を|
]スロット
列車n
図3中央制御装置と各列車間の通信の様子
中央制御装置からの送信データ
fm|e]ae Deel ee|DB Bele[Bs]oe 、。|送信元|通信|コマ|=_通信|コマ|-.トレ
列車からの送信データ
a|通信APH BAトレ
図4中央制御装置と各列車間の送信データの構成
mts 4ーー
[中央制御装置による停上限界の設定】
停止限界が設定された列車のルートの例を,図5に示す。
中央制御装置が走行の安全を確供した列車のルートの区間
ae・先行列車の後端
OME凍り
注り線路が分岐する区間の分野開始位置
図5停止限界が設定された列車のルートの例
中央制御装置は,次の機能によって列車の走行の安全を確保する。
・線路の分岐などによる列車の脱線・列車の衝突を防止するための列車のルートの
確保
・列車相互の衝突を防止する安全間隔の確保
列車の走行の安全を確保する機能を実現するために,先行列車の後端の地点から
マージンを減じた地点を停止限界として列車に送信する。また,踏切位置の場合,
又は転てつ器位置の場合も,同様に停止限界を送信する。
列車は,受信した停止限界に応じて上限速度パターンを更新する。
停止限界は,次に示すように設定されるが,列車の進行方向の状態に応じて変化
ずる。
-先行列車との間に転てつ器又は踏切がな場合には,先行列車の後端までは安全
に走行できるものとし,マージンを減じた地点を停止限界として設定する。
・転てつ器が列車の進行方向に切り替わっていないり場合には,転てつ器位置までは
安全に走行できるものとし,マージンを減じた地点を停止限界として設定する。
転てつ器が進行方向に切り替わると,停止限界を更新する。
・億断機が下りていない踏切が存在する場合には,踏切位置までは安全に走行でき
るものとし,マージンを減じた地点を停止限界として設定する。遮断が完了する
と,停上限界を更新する。
gH
[新システム以外の列車制御システムとの相互運用性]
列車のルートには,新システム以外の列車制御システム(以下,旧システムとい
う)の運用区間がある。この区間では,旧システムの制御装置から,停止限界・上
限速度の情報を,地上子との近距離無線通信及び線路に流す信号電流を使用して伝
送している。旧システムの制御区間から新システムの制御区間内へ進入する列車の
制御は,相互運用性を確保する。
旧システムと新システムの移行区間の例を,図6に示す。
新システムの制御区間
ayarsommmm|=|
地上子地上子地上子
列車の進行方向
図6旧システムと新システムの移行区間の例
旧システムと新システムの相互運用のプロセスは,次のとおりである。
・移行区間に進入した列車は,新システムの制御区間に進入したことを検知すると,
新システムの中央制御装置からの受信を試みる。
・新システムの中央制御装置からの通信を正常に受信できた場合には,新規参入列
車のために確保されているスロットを使用して自列車の情報を伝送し,自列車が
新規参入列車として新システムの制御区間に入ったことを通知する。
・新システムの中央制御装置は,通信内容に問題がなければ,通信IDなどを新規参
入列車に通知し,新システムの監視下に入ることを承認する。
・旧システムでは,移行区間の終了地点を停止限界として制御を行っているが,BW
車が新システムの監視下に入った場合は,新システムの方を優先して,新システ
ムの停止限界に従って上限速度パターンを作成する。
ー6一
〔車上制御装置]
列車には,中央制御装置と通信したり,列車速度・ブレーキを制御したりするた
めの車上制御装置が装備されている。新システムの車上制御装置のブロック図を,
図7に示す。
無線通信し!無線伝送速度制御||速度表示速度
IF!CPU CPU CPU i|表示器
|共通バス|
||バス権||地上信号|een]|フレー*||
制御回路処理CPU CPU制御CPU!
地上子速度_
i M7新システムの車上制御装置のブロック図
・各CPUは,共通バスからアクセス可能なデュアルポートメモリ(以下,DPMとい
う)をもち,互いにDPMをアクセスすることによってデータを送受信している。
車上制御装置の主な機能を表1に示す。
表1車上制御装置の主な機能
・中央制御装置と無線で通信する。状態送信要求,通信
IDの通知,停止指示などのコマンド,及び停止限界な
a“長さ,列車速度などのデータを送信する。演算時間:1ミリ秒 erどのデータを受信する。また,自列車の位置,WHO|実行周期:480ミリ秒
・前回の実行周期で受信完了したデータに基づき,必要
なデータを速度制御CPUのDPMに書き込む。
・中央制御装置からの停止限界,内部データからの制限
速度情報などから,上限速度パターンを作成する。演
算処理後,ブレーキ制御CPUのDPMに上限速度を書
速度制御|・地上子信号処理CPU LRERERRHY CPUからの情報で,ne き込む。jcmattn 4=Hh
自列車の位置を算出し,無線伝送CPUのDPMに自列|*
車の位置,列車速度を書き込む。
・速度表示CPUのDPMに,上限速度,列車速度を書き
込む。
ーー演算時間:50マイクロ秒 sete・速度表示器に,上限速度と列車速度を表示する。実行周期1,000ミリ秒
地上子信|・地上子からの情報を読み取り,演算処理後,速度制御|実行周期:不定
号処理CPUのDPMに情報を書き込む。演算時間:500マイクロ秒
・車軸の回転から列車速度を算出し,演算処理後,速度|。。=a)on
速度検出|制御CPUのDPMとブレーキ制御CPUのDPMに列車SW 0 ae
速度を書き込む。‘a
ブレーキ|-RESIM CPUからの上限速度と,速度検出CPUから|実行周期250
制御の列車速度を比較し,ブレーキを制御する。演算時間:100マイクロ秒
各CPUは演算処理後,共通バスを占有してアクセス(以下,バスアクセスという)
を行う。各CPUの共通バス占有時間を表2に示す。共通バスのバス占有権(以下,
バス権という)の調停方式には,次の二つの方式がある。
①優先度方式
表2に示す優先度に従ってバス権を得る。共通バスが占有されていない場合,
又はバス権を得たCPUがバス権を放棄した場合は,その時点でバス権を要求して
いたCPUの中で最も優先度が高いCPUがバス権を得て共通バスを占有する。
②巡回方式
表2に示すCPUの並び順に従ってバス権を得る。バス権がCPU間を順次移動し
ていき,バス権を要求しているCPUに達するとバス権を得て共通バスを占有する。
ーー8ーー
どちらの方式でも,各CPU lk,バスアクセスを完了した後は必ずバス権を放棄し,
再度必要になった場合はバス権を要求する。また,共通バスを占有している間,バ
ス権の移動は発生しない。
表2各CPUの共通バス占有時間
0優先度方式における優先度であり,値の小さい方が高いものとする。 ==
[速度発電機】
車軸に取り付けられた速度発電機のパルスから,列車速度及び地上子間での列車
の移動距離を求めることができる。列車速度を求めるには,速度発電機からのパル
スを一定時間カウントする。地上子間での列車の移動距離は,速度発電機からのパ
ルスのカウント数を累積することによって求める。
速度発電機からのパルスの波形の例を,図8に示す。速度発電機からは,位相が
108(三360X(3/10))度ずれた,信号Uと信号Vの二つの信号がデューティ比
60%で出力され,信号Vのハイレベルの中央で信号Uが立ち上がる。
ーー一1パルス—4
信号|||||||
図8速度発電機からのパルスの波形の例
車軸が1回転すると,信号Uと信号Vにそれぞれ60パルスが出力される。
ここでは,車軸の1回転で列車が2メートル進行するものとする。
ー9一
問問1 設問1
設問1新システムの仕様について,①~て(3⑬)に答えよ。
(1)ある制御区間では,2台の列車がともに72キロメートル時で走行してい
るものとする。この区間で先行列車が中央制御装置からの通信に対して3回
連続で応答しなかった場合に,先行列車が最後に正常に応答してからその時
点までに,後続列車からその停止限界までの距離は,最大で何メートル短く
なっているか。答えは小数第2位を四捨五入して,小数第1位まで求めよ。
なお,列車からの応答が正常か否かの判断はスロットの最後で行うものと
する。
2)中央制御装置から指示された,ある列車の停止限界の変化について,(a),
(⑪)に答えよ。
(a)停止限界は,ほぼ同じような変化が続いていたが,ある時点から同じ値
が続くようになった。このとき,先行列車が通過したと考えられる鉄道設
備を,本文中の字句を用いて二つ答えよ。
(b)停止限界は,同じ値が長時間続いていたが,ある時点から急に遠くなっ
た。このとき,鉄道設備に起きたと考えられる状態変化を,(4)で答えた鉄
道設備を一つ用いて,40字以内で述べよ。
(3)中央制御装置から指示された停止限界は変化していないが,列車がもって
いるある情報に起因して,上限速度パターンの上限速度及び非常停止上限束
度は一定期間,速度を落とす状態が続いたを。このときのある情報を答えよ。
出典:平成31年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問1
問問1 設問2
設問2新システムの性能について,(1①)~て(④に答えよ。
(1)バス権の調停方式に優先度方式を使用する場合に,無線伝送CPUがバスア
クセスを行うとき,バス権を得るまでに最大何マイクロ秒掛かるか。また,
バス権の調停方式に巡回方式を使用する場合に,速度検出CPUがバスアクセ
スを行うとき,バス権を得るまでに最大何マイクロ秒掛かるか。それぞれ整
数で答えよ。ここで,共通バスの切替時間は無視できるものとする。
(2)中央制御装置が停止限界を新たに送信するとき,無線伝送CPUがデータを
受信してから,ブレーキ制御CPUがブレーキの動作の演算を完了するまでの
各CPUの所要時間に関する次の記述中の[|a|-|e|に入れる
適切な数値を答えよ。| 。|-|q|は整数で求め[|ce|
は小数第2位を四捨五入して,小数第1位まで求めよ。ここで,バス権の調
ー10一
停方式は優先度方式を使用するものとする。
・中央制御装置からの通信は,無線伝送CPUの実行周期とは非同期なので,
通信の最大待ち時間が無線伝送CPUの実行周期2回分の[。|ミリ
秒である。
・無線伝送CPUの演算時間は1ミリ秒である。
・無線伝送CPUがバスアクセスを行う際の最大待ち時間は,地上子信号処理
CPUが既にバスを占有しているとき,| b|マイクロ秒である。
・無線伝送CPUが速度制御CPUに停止限界のデータを書き込むためのバスア
クセス時間は| c|マイクロ秒である。
・速度制御CPUが停止限界のデータを使用して演算するまでの最大実行周期
待ち時間は| q|ミリ秒,演算時間は100マイクロ秒である。
・ブレーキ制御CPUに指示を書き込むためのバスアクセスの待ち時間は10マ
イクロ秒,バスアクセス時間は10マイクロ秒である。
・ブレーキ制御CPUの実行周期待ち時間は2ミリ秒,演算時間が100マイク
ロ秒である。したがって,上記の合計は最大[|e|ミリ秒でぁる。
(3)速度表示器に上限速度と列車速度の両方を表示している理由を50字以内で
述べよ。
(4)最大速度108キロメートル時に対応可能な速度発電機からのパルスにつ
WT,(a),(⑪)に答えよ。COC,速度検出CPUは,図8に示す信号Uと信号
Vの信号レベルをソフトウェアで判断するものとする。
(a)速度発電機が発生するパルスの周波数は最大何Hzか。答えは小数第1位
を切り上げて,整数で求めよ。
(b)信号Uと信号Vの二つのパルスの波形を使用すると,移動距離の分解能
は何センチメートルになるか。答えは小数第3位以下を切り上げて,小数
第2位まで求めよ。
出典:平成31年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問2
問問1 設問3
設問3新システムの安全性,信頼性の向上策に関して,(1)て(3)に答えよ。
(1)旧システムと新システムの移行区間での列車の動作について,(a),(b)に答
えよ。
ーロー
(a)新規に新システムの制御区間に進入した列車が中央制御装置に最初に通
知すべき事項を二つ答えよ。
(b)新システムの監視下に入ったとき,旧システムでの上限速度と,MYA
テムから通知された停止限界を基に求めた上限速度に差があった場合の処
理を40字以内で述べよ。
(2)車輪はスリップする可能性がある。速度発電機による速度検出の信頼性を
向上させるために,スリップした場合の対策を検討することになった。(a),
(b)に答えよ。
(3)三つの車軸で速度を計測して,多数決で決定することにした。この方法
は,スリップの発生時における車軸間の速度の関係に着目したものである。
多数決で決定することにした理由を40字以内で述べよ。
(b)一つの車軸での速度計測によって,スリップを検出することを検討した。
スリップが発生すると,パルスが変動することが考えられる。どのような
状況を検出すると,スリップが発生したと判断できるか。25字以内で述べ
時。
3)システムの信頼性を向上させるための仕組みについて,(a),(5)に答えよ。
システムの信頼性を向上させるためには,システムの多重化が考えられる。
そこで,各CPUを多重化し,バス権制御回路と各CPUの機能追加を行い,異
常と判断されたCPUを予備のCPUに置き換えることを検討することにした。
(a)あるCPUが正常に動作しているかどうかを検出する仕組みを検討した。
次の記述中の|f|~|h|に入れる適切な字名を答えよ。
各CPUには,| {|機能を組み込む。各CPUの処理に影響を与え
ないタイミングで,バス権制御回路が対象のCPUに対して定期的に
|f ]の実行を要求する。バス権制御回路は,CPUから|g|
内に正しい|jh|があることを確認することによって,対象のCPU
の正常な動作を検出する。
(b)(a)CRUZ CPUに対する仕組みを,予備のCPUに対しても適用する。
この目的は何か。30字以内で述べよ。
ー12一
出典:平成31年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問3
共通の文章
土砂災害予知システムに関する次の記述を読んで,設問1ご3に答えよ。
E社は,地滑り,崖月れなどの土秒災害の予兆を示すデータを収集し,それらを解
析することによって,土砂災害の発生を予知するための土砂災害予知システム(以
下,予知システムという)を開発している。
予知システムの構成を図1に示す。
エリア1 ee
山の斜面:Nーーンジ ae"
ee o"edーッー|£973| ay om a]
監視対象エリアァーーーー
エリアプア監視装軒
図1予知システムの構成
予知システムは,次に示す装置から構成される。
・監視対象エリアに設置される無線センサノード(以下,ノードという)
・ノードが収集したデータを解析し,監視対象エリアの土砂災害発生の危険度(以
下,危険度という)を監視するためのエリア監視装置(以下,監視装置という)
・防災担当者が携帯し,監視装置からの情報を表示するエリア間末
・複数の監視装置から受信したデータを解析し,危険度を広域かつ高い精度で予知
するセンタサーバ(QE,サーバという)
[ノードの機能及び構成要素]
ノードは,各種センサを使用して,ノード周辺の状態に関するデータ(以下,セ
ンサデータという)を定期的に収集し,収集したときの時刻,ノードの電池残量及
O GPS位置情報を付加して監視装置に送信する。センサデータの収集及び送信の周
期(以下,データ周期という)は,監視装置から指定される。
ノードの構成要素を表1に示す。
表1ノードの構成要素
MCU,及びGPSモジュールから成り,ノード全体の制御を行う。
・ノード制御部から自ノードの電池残量を読み出せる。
無線センサネットワークの構成
ノード及び監視装置で無線センサネットワーク(以下,WSNという)を構成する。
ノードには,他ノードからの通信を中継することができる中継ノード及び中継する
ことができない終端ノードの種別があり,ノードから無線でデータが届く範囲内に
監視装置がない場合,中継ノードを介して監視装置とデータの送受信を行うことが
できる。
あるノード又は監視装置から無線でデータが届く範囲内に存在するノード又は監
視装置を隣接ノードという。また,WSN内のノードが監視装置に向けて送信を行う
とき,監視装置と直接無線通信できる場合はその監視装置を,中継が必要な場合は
隣接する中継ノードを親ノードといい,送信元となるノードを子ノードという。
WSNの構成の例を図2に示す。ノードと監視装置間でデータの送受信を行うとき,
経由する中継ノードの数をホップ数という。例えば,図2中の終端ノード6のホッ
プ数は4である。
監視装置終端ノード2中継ノード4
Ne FX,Ne im)Netド3 aoド4
注記実線は,ノード又は藍視装置が親ノード・子ノードの関係にあることを示す。
図2 WSNの構成の例
ー14一
ノード及び監視装置は,無線でデータを送信するときに他ノードからの送信との
衝突を回避する仕組みをもつ。
無線でのデータの送信には,特定の隣接ノードに向けて送信する“個別送信"と,
全ての隣接ノードに向けて送信する“同報送信"とがある。個別送信は,送信先ノ
ードからの送達確認によって送信成功・和失敗を判別できる。一方,同報送信は,送
達確認がないので,送信成功・失敗を判別できない。
(WSNの構築手順〕
全てのノード及び監視装置に,一意のアドレスが設定されており,次のような手
順でWSNを構築する。
(1)親ノードの探索
・ノードの電源が投入されると,親ノードを探すために“親ノード探索”を同報
送信し,“中継ノード情報"(説明は後述)を待つ。一定時間内に中継ノード情
報を受信できなかった場合,再度親ノード探索を送信する。
・監視装置及び親ノードが確定している中継ノードは,親ノード探索を受信した
ら,自ノードのアドレス及び自ノードを親ノードとした場合のホップ数を,中
継ノード情報として同報送信する。例えば,図2中,監視装置,中継ノード3
が送信する中継ノード情報に含まれるホップ数は,それぞれ0,3である。
(2)親ノードの選択
・親ノード探索を同報送信したノードを含め,中継ノード情報を受信した全ての
ノードは,次の場合に中継ノード情報の送信元を親ノードとして選択する。
-親ノードを選択していない場合
-親ノードを選択していて,かつ,受信した中継ノード情報に含まれるホップ
数が,自ノードの現在のホップ数よりも小さい場合
・親ノードを選択したノードは,“ノード情報"”として,自ノードのアドレスを親
ノードに個別送信する。さらに,自身が中継ノードの場合,WSNの再構築のた
めに,ノード情報送信後,(ア)自身の中継ノード情報を同報送信する。
(3)経路情報の構築
・親ノードはノード情報を受信したら,その情報に自ノードのアドレスを付加し
た上で,自身の親ノードにノード情報として個別送信する。これを,監視装置
ー15一
に到達するまで繰り返す。
・ノード情報を受信した監視装置は,含まれているアドレスから,最初にノード
情報を送信したノードに至るまでの経路を経路情報として記憶し,さらに,ノ
ード情報を受信した時刻をWSNに参加した時刻として記憶する。監視装置から
任意のノードにメッセージを送信する場合,経路情報を基に,経由する全ての
中継ノードのアドレスをメッセージに付加することによって,目的とするノー
ドまでメッセージを到達させる。
(4)個別送信の再送と親ノードの再探索
・個別送信で送達確認を受信できない場合,再送を行う。規定回数連続して送送
確認を受信できない場合,当該データの送信を中止する。さらに,中止したデ
ータの送信が子ノードから親ノードへの送信の場合,子ノードは親ノードを選
択していない状態になり,親ノード探索を送信する。
[監視装置の構成
監視装置の概要を図3に,監視装置の構成要素を表2に示す。
USBメモリ
商用電源
図3監視装置の概要
ー16一
表2監視装置の構成要素
II 監視装置制御部視装置の制御を行う。 ・USBメモリを接続することができる。
を行う。
- ae 5商用電源から電力を供給しているがどうかを示す情報及び二次電池の残量 ・二次電池だけで,監視装置を1週間稼働させることができる。 を,監視装置制御部から読み出すことができる。
[監視装置の機能」
(1)エリア臨視機能
・収集したセンサデータを解析し,危険度を算出する。算出した危険度がしきい
値を超えた場合,表示部及びエリア端末にエリアアラームとして表示する。
・(イ)算出した危険度に応じてデータ周期を決定し,ノードに設定する。データ
周期は,2時間ごと,30分ごと,5分ごとの3段階で、全てのノードに同一の値,
又はノードごとに異なる値を設定できる。また,操作部からの指示でもデータ
周期を設定できる。このとき,操作部からの指示で解除されるまでは,操作部
で設定したデータ周期に固定される。
(2)ゲートウェイ機能
・収集したセンサデータをサーバに送信する。送信間隔は,監視装置が商用電源
で稼働している場合は5分,二次電池で稼働している場合は30分である。ただ
し,二次電池で稼働している場合であっても,エリアアラームが表示されてい
るときは5分間隔である。
・サーバから受信した通知情報(土砂災害の予知情報など)を,表示部及びエリ
ア端末にサーバ通知として表示する。
ー17一
(3)ノード監視機能及び電源監視機能
・WSNの構成,ノードの電池残量及びGPS位置情報を表示部に表示し,サーバに
送信する。また,ノードの電池残量がしきい値以下になった場合,表示部及び
エリア端末に装置アラームとして表示する。
・各ノードからセンサデータを受信しているか否かによって,ノードとの通信
可・不可を判定する。通信不可のノードがあれば,表示部及びエリア端末に装
置アラームとして表示し,サーバに送信する。
・電源部の状態を監視する。商用電源からの電力供給が停止した場合,又は二次
電池の残量がしきい値以下になった場合に,表示部及びエリア端末に装置アラ
ームとして表示する。
(4)表示部制御機能及び操作部制御機能
・表示部に各種情報を表示する。また,操作部を制御し,(1])で示したデータ周期
を指示する操作などを行う。表示部の表示例を図4に示す。
©紹ウーッンー
MB seemーーi
ノード,監視装置表示領域|ビーーーーーャーーi
fea,See 7 a〇
ーーーー
図4表示部の表示例
(監視装置が送受信するメッセージ]
監視装置が送受信するメッセージを表3に示す。ここで,監視装置とノード間の
メッセージは,WSN内で個別送信によって送受信される。
ー18一
表3監視装置が送受信するメッセージ
・ノードの種別,ノードのアドレス,収集したセンサデー
タ,| 。|を送信する。
Ja FFBノード|監視装置|・ノードはノード情報を送信してから5分後に最初のノード
データメッセージを送信し,以降,データ周期が変更され
るまで5分周期でノードデータメッセージを送信する。
・設定種別(全ノード又は指定ノード),データ周期を送信
する。
・設定種別が“全ノード"の場合,ノード設定メッセージを
ノード設定監視装置|ノード|中継するノードは,自ノードにも同一のデータ周期を設定
する。
・データ周期が変更されたノードは,新しい周期が経過した
時点からノードデータメッセージを送信する。
貼視装置|・ノード設定メッセージに対する設定完了を送信する。
センサ情報監視装置・収集したセンサデータを送信する。
.各ノードの装置アラームの有無及びアラームの内容,各ノ
WSN情報監視装置|サーバ|一ドの電池残量及びGPS位置情報,監視装置のGPS位置
情報,及びWSNの構成を送信する。
サーバ通知情報監視装置|・土砂災害の予知情報などの通知情報を送信する。
satin_—エリアアラーム,サーバ通知又は装置アラームを送信す .ラー-ーババPF Se信
端OKる。
注記WSNを構築するためのメッセージは除く。
[監視装置制御部のソフトウェア構造]
監視装置制御部では,リアルタイムOSを使用する。監視装置制御部のタスク構造
を図5に,監視装置制御部のタスク処理概要を表4に示す。
エリア情幸データ解析 ど mb ET
注記1実線の矢印は,タスク間のメッセージ通信の方向を示す。
注記2破線の矢印は.メモリへの書込みを示す。ただし,メモリからの読出しは省略している。
メモリへのアクセスはタスク間で排他制御を行う。
図5監視装置制御部のタスク構造
表4監視装置制御部のタスク処理概要
・監視装置制御部全体の制御を行う。
・電源部の状態によって,5分間隔又は30分間隔で,データ解析タスクにデータ解析
メイン指示を通知し,サーバ通信タスクにサーバ送信指示を通知する。ただし,アラーム
タスクからエリアアラーム発生の通知を受けている場合は,常に5分間隔で通知す
る。
-ノードデータメッセージを受信すると,データ管理タスクにメッセージ内容を通知
する。
・データ解析タスクからデータ周期の通知を受けると,関連するノードにノード設定
WSNメッセージを送信する。ノードからの応答によって,設定されたことを確認し,デ
ータ解析タスクに設定成功を通知する。
・各ノードとWSNの構築に関する通信を行い,WSNの構成及び各ノードがWSNに参
加した時刻をデータ管理タスクに通知する。
・監視装置のGPS位置情報を取得し,データ管理タスクに通知する。
・WSNタスク,GPSタスク,データ解析タスク及びアラームタスクから通知された情
報をエリア情報に保存する。
なお,エリア情報には次の情報が含まれる。
データ管|-WSN OME
理-各ノードの情報WSNに参加した時刻,センサデータ,センサデータを収集した
ときの時刻.データ周期,装置アラームの有無及びアラームの内容,電池残量,
GPS位置情報,ノードの種別
-監視装置の情報:GPS位置情報
ULタスクからデータ周期を指定された場合,指定されたデータ周期をWSNタスク
に通知する。WSNタスクから設定成功の通知を受けると,関連するタスクにデータ
周期を通知する。
・メインタスクからデータ解析指示を受けると,次に示す①て③の処理を行う。
①センサデータを基に,危険度を算出する。
a"②算出した危険度からデータ周期を決定し,データ周期に変更があれば,WSNタ
xスクに通知する。WSNタスクから設定成功の通知を受けると,関連するタスクに データ周期を通知する。ただし,UIタスクからデータ周期を指定されている場合
It,解除通知を受けるまで,危険度から決定したデータ周期を他のタスクに通知
しない。
③算出した危険度及びエリア情報を基に,エリアアラーム及び装置アラームの有
無を判断し,必要であれば,エリアアラーム発生,装置アラーム発生をアラーム
タスクに通知する。
メインタスクからサーバ送信指示を受けると,エリア情報を参照し,センサ情報メ
サーバ通|ツセージ及びWSN情報メッセージをサーバに送信する。
信・サーバからサーバ通知情報メッセージを受信すると,エリア端末に情報通知メッセ
ージを送信する。また,UIタスクにサーバ通知表示指示を通知する。
・他のタスクから通知を受けると,エリア端末に情報通知メッセージを送信する。ま
アラーム|た,UIタスクにアラーム表示指示を通知し,エリアアラーム発生,装置アラーム発
生を関連するタスクに通知する。
表4監視装置制御部のタスク処理概要(続き)
・商用電源からの電力供給が停止したことを検知した場合,メインタスクに通知し,
アラームタスクに装置アラーム発生を通知する。
電源管理|・二次電池の残量がしきい値以下になったことを検知した場合,、アラームタスクに装
置アラーム発生を通知する。
[|5|した場合メインタスクに通知する。
・一定周期ごとに,又は他のタスク若しくは操作部からの指示を受けると,必要な情
報を参照し,表示部に表示する。
・操作部からの指示を基に,関連するタスクに必要な情報を通知する。
UI・アラームタスクからアラーム表示指示を受けると,表示部のエリアアラーム表示領
域又は装置アラーム表示領域に,該当するアラームの内容を表示する。
・サーバ通信タスクからサーバ通知表示指示を受けると,表示部のサーバ通知表示領
域に,通知された内容を表示する。
[ノードとの通信不可の判定方法〕
データ解析タスクは,エリア情報に保存されたデータ周期と,ある経過時間とを
比較し,経過時間の方が3分以上長かった場合,フードとの通信不可と判定する。
ここで,データ解析タスクがその判定に使用する経過時間は,次に示す三つの場合
のいずれかである。
(i)ノードがWSNに参加した時刻以降に収集したセンサデータがエリア情報に保存
されていないり場合,|<|からの経過時間
(i)ノードのデータ周期を変更した時点から,| q|までの場合,その変更し
た時刻からの経過時間
Gi)@),GD以外の場合,最後にセンサデータを収集した時刻からの経過時間
問問2 設問1
設問1予知システムの仕様について,①~て(3③)に答えよ。
(1)(WSNの構築手順]について,(a),(b)に答えよ。
(a)WSNが図6に示すような構成とする。図6中のノード1が故障し,終端
ノードであるノード2がノード5を親ノードとして選択している状態で,
ノード1が故障から回復した。ノード1の電源を再投入してから,ノード2
のノード情報が監視装置に到達するまでの時間は平均何ミリ秒か。答えは
整数で求めよ。ここで,WSN内における個別送信は衝突回避及び送達確認
を含めて平均100ミリ秒,同報送信は衝突回避を含めて平均50ミリ秒掛か
り,ノード及び監視装置の内部処理時間は無視できるものとする。また,
WSN内にはWSNを構築するための情報以外送受信されないものとする。
ノード2
aコーロepee,7K fe o: ノード1
[Joごae oar Mi」
ee 所
図6 WSNの構成及び隣接ノードの構成
(b)本文中の下線(ア)で,中継ノード情報に含まれるホップ数の求め方を,
20字以内で述べよ。
(2)本文中の下線(イ)で,算出した危険度が低いときにはデータ周期を長くj
する。その理由をノードの保守の観点から,40字以内で述べよ。
(3)[監視装置が送受信するメッセージ]について,@⑪)に答えよ。
@表3中の| 』|に入れる適切な情報を,三つ答えよ。
⑪)次の記述中の|ce|に入れる適切な字句を答えよ。
全てのノードに,できるだけ少ないメッセージ数で同一のデータ周期を
設定するために,監視装置は,設定種別が“全ノード”であるノード設定
メッセージを,全ての| e|宛てに送信する。
出典:平成31年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問1
問問2 設問2
設問2監視装置制御部のソフトウェアについて,(①⑪~て(3⑬)に答えよ。
(1)タスクの処理について,3)て(c)に答えよ。
(a)エリア情報の参照だけ行うタスクを,表4中のタスク名で三つ答えよ。
(b)データ解析タスクが,データ管理タスクに通知する情報を答えよ。
(c)アラームタスクが,データ管理タスクに通知する情報を答えよ。
②)表4中の|b|に入れる適切な内容を,25字以内で答えよ。
(③【〔ノードとの通信不可の判定方法】について,|c|に入れる適切な
内容を15字以内で,| q|に入れる適切な内容を25字以内で,それぞ
れ答えよ。
出典:平成31年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問2
問問2 設問3
設問3監視装置制御部のソフトウェアの機能のテストについて,①~(3)に答えよ。
ノード,サーバなどの外部装置と監視装置を接続する前に,監視装置制御部
のソフトウェアの機能を監視装置単体でテストするため,次の機能を追加した。
・監視装置は。テスト用の情報(以下、テストシナリオという)が記録された
USBメモリを接続した状態で起動されると,テストシナリオを読み込む。
BE,テストシナリオには,テストの開始時刻を基準とした100ミリ秒単位
の相対時刻が記述されており,その時刻ごとに,外部装置に関連するイベン
ト(以下、シナリオイベントという)が記述されている。テストシナリオに
記述するシナリオイベントの概要(一部)を表5に示す。
表5シナリオイベントの概要(一部)
[性較鞭二
・監視装置はテストシナリオに記述された時刻にシナリオイベントを順次発
生させ,自身の処理を駆動することによって,論理的なテストや非同期で発
生する外部装置からのイベントに対する動作のテストなど,テストしたい内
容を単体で実行する。
・シナリオイベントの対象がノードの場合,監視装置はWSNを構成するノード
の動作をシミュレートし,WSN通信部が送受信するメッセージを生成する。
・テストシナリオによるテスト時,監視装置は.ノード,サーバ,エリア上端末
への出力データをUSBメモリに記録する。
ー93—
USBメモリに記録した出力データをPCで解析することによって,期待した動
作かどうかを検証する。
監視装置制御部のタスク追加・変更概要を表6に示す。各タスクは,シナリ
オタスクからシナリオイベントを基に生成されたメッセージ(以下,シナリオ
メッセージという)を受けると,表5に示す動作を行う。ここで,シナリオタ
スク及びノードタスクは新規に追加するタスクである。
表6監視装置制御部のタスク追加・変更概要
追加・変更概要
メイン・起動時,テストシナリオが記録されたUSBメモリを接続していることを検知する
と,シナリオタスクを起動する。
・起動すると,USBメモリからテストシナリオを読み出し,WSNを構成するノード数
シナリオ分のノードタスクを生成し,関連するタスクにシナリオ開始を通知する。 ・テストシナリオに記述された時刻になると,シナリオメッセージを関連するタスク
に通知する。
電源ONのシナリオメッセージを受けると,引数で指定された各種初期値をセット
し,次の動作を実施する。
ノー-個別送信とその送達確認,及び同報送信は,タスク間のメッセージ通信を用いて 行う。
-BR OFFのシナリオメッセージを受けると,センサデータの送信を停止し,
ビー
・シナリオタスクからシナリオ開始の通知を受けると,次の動作を実施する。
-WSN通信部との送受信を停止する。
WSN-ノードタスクからのメッセージを受ける。
_WSN通信部へ送信するメッセージは,|gz|に通知し,USBメモリに記録
する。
・シナリオタスクからシナリオ開始の通知を受けると,次の動作を実施する。
サーバ通-サーバ通信部との送受信を停止する。
信-エリア端末通信部への送信を停止する。
-サーバ及びエリア端末に送信するメッセージをUSBメモリに記録する。
・シナリオタスクからシナリオ開始の通知を受けると,次の動作を実施する。
アラーム-エリア端末通信部への送信を停止する。
-エリア端末に送信するメッセージをUSBメモリに記録する。
(1)ノードタスクについて,@~OKBAAE.
(a)引数で指定される各種初期値のうち,WSNを構築するために必要な情報
が三つあり,一つはノードの種別である。残りの二つをそれぞれ15字以内
で答えよ。
(や)ノードが送受信できない状態を発生させるためには,テストシナリオを
どのような内容で記述すればよいか。表5中のイベントの種別を用いて,
30字以内で述べよ。
©表6中の|{|に入れる具体的なタスクの動作を,25字以内で答え
ょ。
②)表6中の| 』|に入れる適切な内容を,15字以内で答えよ。
(3③)シナリオタスク及びノードタスクに,既存タスクよりも高い優先度を設定
した。その目的を,40字以内で述べよ。
ー25一
[メモ用紙〕
I
[xモ用紙)
出典:平成31年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問3