[論文レビュー] Implementation of Sensor Network using Efficient CAN Interface

Yeshwant Deodhe, Swapnil Jain+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2014

Bluetooth and Wireless Communication Technologies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、温度、圧力、速度、トルクなどの産業パラメータのリアルタイムモニタリングを目的として、Controller Area Network (CAN) を用いた効率的なセンサーネットワークアーキテクチャを提案する。CAN の高い信頼性、低遅延、20 kbit/s から 1 Mbit/s の通信速度における強固な通信特性を活用することで、産業環境においても分散型センサーノードが信頼性高くデータを交換できるフレームワークを実現し、CAN がスケーラブルでコスト効率の良いセンサーネットワークに適していることを示している。

ABSTRACT

Sensors monitored by centralized system, that may be used for controlling and monitoring industrial parameters (Temp, Pressure, Speed, Torque) by using CAN interface. In this paper we presents a comprehensive overview of controller area networks, their architecture, protocol, and standards. Also, this paper gives an overview of CAN applications, in both the industrial and nonindustrial fields. Due to CAN reliability, efficiency and robustness, we also propose the extension of CAN applications to sensor network. In this paper, a framework of sensor network for monitoring industrial parameters is explained where sensors are physically distributed and CAN is used to exchange system information. CAN (Controller Area Network) is a high integrity serial bus protocol that is designed to operate at high speeds ranging from 20kbit/s to 1Mbit/s which provide an efficient, reliable and very economical link

研究の動機と目的

• CAN を通信バックボーンとして用いることで、スケーラブルでコスト効率の良い産業パラメータ監視用センサーネットワークの設計を目的とする。
• 従来の自動車用途を超えた分散型センサーネットワークへの CAN の適性を評価することを目的とする。
• CAN の高整合性を持つシリアルプロトコルを産業用センサーシステムにおけるリアルタイムで信頼性の高いデータ交換に活用できるかを実証することを目的とする。
• 構造的なフレームワークを通じて、CAN の応用を自動車用途を超えた広範な産業的および非産業的モニタリングシナリオへと拡張することを目的とする。

提案手法

• 著者らは、複数のセンサーを産業環境に物理的に分散配置した集中型モニタリングシステムを実装する。
• CANプロトコルを通信バックボーンとして用い、20 kbit/s から 1 Mbit/s の速度でセンサーと中央制御装置間のデータ交換を実現する。
• システムは、CAN が備える組み込みのエラー検出および故障封じ込めメカニズムを活用し、高い整合性と信頼性を確保する。
• フレームワークは、温度、圧力、速度、トルクなどの動的パラメータのリアルタイムモニタリングをサポートするように設計されている。
• センサーノード、CANトランシーバ、中央制御装置を統合したレイヤードアーキテクチャを提案し、データ集約と制御を実現する。
• 実装は、耐障害性とリアルタイム応答性を維持しつつ、ハードウェアコストを最小限に抑えることを重視する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CAN は分散型産業用センサーネットワークの通信バックボーンとして効果的に使用可能だろうか？
• RQ2 CAN の信頼性と効率性は、重要な産業パラメータのリアルタイムモニタリングをどのように支援するのか？
• RQ3 センサーネットワークの展開において、CAN の主なアーキテクチャ的およびプロトコルレベルの利点は何か？
• RQ4 CAN は自動車用途を超えて、より広範な産業モニタリングシステムへとどの程度拡張可能だろうか？

主な発見

• 提案されたCANベースのセンサーネットワークは、最大 1 Mbit/s のデータレートで、分散型センサー間の信頼性の高いリアルタイム通信を実現している。
• CAN が内蔵するエラー検出および故障耐性メカニズムにより、産業環境におけるシステムの耐障害性が顕著に向上している。
• フレームワークは、温度、圧力、速度、トルクといった複数の産業パラメータを低遅延で効率的にモニタリング可能である。
• CAN の使用により、産業応用における高い整合性とスケーラビリティを維持しながら、システムコストを削減できる。