インターネットを利用したマルチクライアント型遠隔計測システム

秋 田大学工学資源学部研究報告,第

2 5

号

,2 0 0 4

年10月

論 文

インターネットを利用したマルチクライアント型 遠隔計測システム

内海 富博 *･山 口邦彦*

Thel nt e r ne t ‑ Ba s e dMu l t i ‑ Cl i e nt sRe mot eMe a s ur e me ntSys t e m Tomi hi r oUt s u mi * , Ku ni hi koYa ma g u c hi

*

Abs t r ac t

Ther e c e ntwi des pr e a doft heI nt e r ne tha vea c c el e r a t e dt hede vel opme ntofdi s t r i but e dr e mot es ys t e mf orava r i e t yof a ppl i c a t i ons . l nt hi spa pe r ,aI nt e r ne t ‑ ba s e dmul t i ‑ cl i e nt sr e mot eme a s ur e me nts ys t e m ha vl ngCl i e nt / Se r ve ra r c hi t e c t ur e i sde vel ope d･ h lt hes ys t em,oneormor ecl i e nt sc a na c c e s st oas e r ve r ,a ndc a npl otame a s ur e mentda t aa ss oona st he c l i e nt sr e c ei vei tf r om t hes e r ver . A s J a vaa ppl e tal l owsmor et ha nonecl i e ntt oa c c e s st ot hes e r ve rt hr oughJ a va c ompa t i bl eWor l dWi deWebbr ows e r ,t her e mot eme a s ur e me ntope r a t i oni ncl i e nt si si nde pe nde ntofope r a t l ngS ys t e ms .

1

.はじめに

近年,インターネットの急速な普及 に伴 い,これまで専 用の回線や機器を用いていた遠隔システムが,インターネ ット‑接続可能な汎用機器 を用いて低コストでシステム構 築することが可能となっている.また,インターネットは時間 や場所 に制限されず に利用可能であるため,遠隔教育

(1 ),

遠隔診断

( 2) , ( 3)

そして遠隔計測

( 4) ‑ ( 7 )

等の分野でインターネッ トを利 用 したシステム構 築 に関する事例 が報 告されてい

る .

中野ら

(l )

は

,J ava

言語を利用して,インターネットに接続 された一般的なパーソナルコンピュータ

( PC)

の

WWW

^ブ

ラウザ上で,遠 く離れた実験装置を遠隔操作 し物理 実験 を行うことを可能とするサーバクライアントシステムを報告し ている.同様の分散型データ収集システムは

Gr i mal di

ら

( 4)

と

Kal ai t zaki s

ら(5)によっても研 究されている.また,月橋ら￠) は遠隔診断のためにデータの共有化が可能なサーバクラ イアントシステムを

J ava

言語を用いて作成し

,Hong

ら

( 3)

は 同様 のシステムを

Ac t i ve X

を用 いて作 成 している.

wi es l aw

と

Mi chal ( 8 )

は

J ava

言語を用いて分散計測システ ム設計用のツールを作成 した.一方 ,川原 ら

( 6)

と小 山ら(7) は

Mi cr os o

允

Vi s ua】C++

を用いて,計測器の制御をクライ アント間直接 通信で行 い,計測後のデータ処理をサーバ ークライアント間で行う遠隔計測システムを構築した.

計測器 の遠 隔制御 を行 う場合 ,インターネット上 にある

p

c間は 1対 1で接続する必要がある.これは複数のクライ

2004年 7

月

20日受理

*秋 田大 学 工 学 資 源 学 部 情 報 工 学 科

. De pa r t me n tof Comput e rSci e nc ea ndEngi ne e r l ng,Fa c ul t y ofEng ine e r l ng a ndRe s our c eSc i e nc e .Aki t aUni v er s i t y .

1 5

アントが 1台の計測器を同時に制御することを防ぐためで ある.しかしながら,場所に制限されずにあらゆる場所から インターネットを通 じて,計測 中のデータをリアルタイムに 観測したい場合 には,複数のクライアントの同時アクセスに 対応する必要がある.筆者 らは,複数のクライアントからの 同時アクセスに対応するため

,J ava

アプレットを用いて遠 隔データ収集 システムを構築 した

( 9)

.そこでは,計測デー タをサーバにファイルとして保存 し,クライアントの

J ava

ア プレットからデータファイルを読み込む方式とした.しかし ながら,長時間の計測 によりデータ数 が増えファイルサイ ズが大きくなると,クライアントがサーバからデータファイル を読み込み,グラフの描画を行 う際に時間がかかってしま

う .

そこで本研 究では,更新されたデータのみをクライアント

‑送信することによってグラフ描画の遅れを解消し,リアル タイムで計測データの取得を可能とした.また,計測器 の 制御 を遠 隔では行 わず,サーバ側 で計測を開始すること で,複数のクライアントの同時アクセスに対応することを可 能とした.そのため,一方のクライアントでは現在計測 中の データをモニタし,もう一方のクライアントでは,過去の計 測データをモニタすることも可能である.また,計測したデ ータを処理する場合は,クライアント用

J ava

アプレットに処 理機能を含めることで,サーバ‑の負担を軽減できる.本 研 究で構築したシステムを電気炉の温度変化の計測に適 用 し,システムの有用性 について検討を加 えた.また,こ れまでの報告例では,計測データ取得 に関するリアルタイ ム性 については検討されていないため,計測データ取得 時間間隔の設定値と実測値からそのリアルタイム性 につい て検討を行った.

秋口大学T̲学資源学部研究報告,第

25

号

20 0 4

年1

0

月

論 文

インターネットを利用したマルチクライアント型 遠隔計測システム

内海 富博*･山 口邦彦*

TheI n t e r n e t ‑ Ba s e dMul t i ‑ Cl i e n t sRe mo t eMe a s u r e me n tSys t e m T o mi h i r oUt s u mi * . Ku n i h i k oYa ma g u c h i

^*

Abs t r ac t

Thcr ec entWI dcs pr ea doft hei nt er ne tha vea c cel er at e dt hedevel opmentofdi s t r l but e dr emot es ys t em f oravar i e t yof a ppl i cat i ons l nt hi spaper ,aI nt e r ne t ‑ ba s e dmul t i ‑ cl i ent sr e mot emeas ur ements ys t em havi ngCl i ent / Ser vera r chi t ec t ur e i sdevel oped l l Hhes ys t em,oneormor ecl i ent sc anac ces st oas er ver .andc anpl otame as ur ementdat aa ss oonast he cl i e nt sr e cel ､ei t汁om t hes el ･ ver , AsJ avaa ppl e taHowsmor et hanonecl l e ntt Oac ces st Ot hes er vert hr oughJ ava compa t J bl eWor l dWi deWebbr ows e r .t her emot emea s ur ementope r a t i oni ncl i ent si si ndepe ndentofoper a t l r 唱 S yS t emS .

1

.はじめに

近年 ,インター ネットの急 速 な普及 に伴 い,これ まで専 用の回線や機器 を用いていた遠 隔システムが,インター ネ ソト‑接続 可能な汎用機 器 を用 いて低 コストでシステム構 築することが可能 となっている.また,インターネットは時間 や場所 に制 限され ず に利 用 可能 であるため,遠 隔教 育

川 ,

遠隔診断(2),(3)そして遠 隔計測

( 4) I ( 7 )

等の分野でインターネッ トを利 用 したシステム構 築 に関 す る事 例 が報 告され てい

∴

中野ら川は

,Java

言 語を利 用 して,インターネットに接続

ラウザ上 で,遠 く離れ た実験 装 置 を遠 隔操 作 し物 理 実験 を行うことを可能 とするサーバクライアントシステムを報告し ている.同様 の分散型データ収集システムは

Gr i mal di

ら

( 4)

と

Kal ai t zaki s

ら15)によっても研 究されている.また,月橋 らp‑) は遠隔診 断 のためにデータの 共有化 が可能 なサーバクラ イアントシステムを

J ava

言語 を剛 ､て作成 し

,Hong

ら

( 3)

揺 同様 のシステムを

Act i ve X

を用 い て作 成 して いる.

wi es l aw

と

M i chal (

R

) は Java

言語を用いて分散計測システ ム設 計用 のツー ルを作 成 した.一 方,川 原 ら

( 6)

と小 山ら

( 7)

は

Mi cr os of tVi sua暮C++

を用いて,計測器 の制御 をクライ アント間 直接 通 信で行 い,計測 後 のデ ー タ処理 をサーバ

計測器 の遠 隔制御 を行 う場 合 ,インターネット上 にある

p

c間は

l

対 1で接続する必要がある.これ は複数 のクライ

2004

年

7

月

2( )

目受坪

*秋 田 大 学 工 学 資 源 学 部 情 報 工 学 科

. De par t mentof Comput erScL C l l C ea nd Engi nee r L ng,Facul t yofEngl ne er l ng i mdRe s our c eSc l en c e ,Akl t aUnl Ver S i t ) ′ .

1 5

アントが l台の計測器 を同時 に制御することを防ぐためで ある.しかしながら,場所 に制 限されず にあらゆる場所から インタ一一ネットを通 じて,計測 中のデータをリアル タイムに 観 測 したい場合 には,複数 のクライアントの同時アクセスに 対応 す る必要 がある.筆者 らは,複数 のクライアントからの 同時アクセスに対応 するため

,Java

アプレットを用 いて遠 隔 データ収集 システムを構 築 した(9).そこでは,計測デ ー タをサーバ にファイルとして保 存 し,クライアントの

Java

ア プ レットからデ ータファイルを読 み込 む 方式 とした.しか し ながら,長 時 間 の計 測 によりデ ータ数 が増 えファイルサイ ズが大きくなると,クライアントがサーバからデータファイル を読み 込み ,グラフの描 画を行 う際 に時間 がかかってしま

う .

そこで本研 究では,更新 されたデータのみをクライアント

‑送信 することによってグラフ描 画の遅れを解 消し,リアル タイムで計測 データの取得 を可能 とした.また,計測器 の 制御 を遠 隔では行 わず ,サーバ側 で計 測 を開始すること で,複 数 のクライアントの同時アクセスに対応 す ることを可 能 とした.そのため,一方のクライアントでは現在 計測 中の デ ータをモニタし,もう一 方のクライアントでは,過 去の計 測データをモニタす ることも可能 である.また,計測 したデ ー タを処理する場合 は,クライアント用

Java

アプレットに処 理機 能 を含 めることで,サーバ ‑の負担 を軽減 できる.本 研 究で構 築 したシステムを電気 炉の温度 変化 の計測 に適 用 し,システムの有 用性 につ いて検 討 を加 えた.また,こ れ までの報告 例では,計測デ ータ取得 に関するリアルタイ ム性 につ いては検 討 されていないため,計測 デ ータ取得 時間間隔の設 定値 と実測値からそのリアルタイム性 につい て検討 を行った.

1 6

電気炉

内海富博 ･山口邦彦

Fi g. 1 Sys t em conf i gur a t i on oft he I nt er ne t ‑ bas e d Cl i e nt / Se r vers ys t em f orr emot emeas ur eme nt s ･

2.

システム概要

本研究で構築したシステムの構成を

Fi g. 1

に,クライアン トーサ‑バ間のデータ通信方法を

Fi g

.2にそれぞれ示す.

本システムは,クライアントとサーバの二種類の

PC

で構成 されており,サーバで計測を行 う.サーバでは,はじめに

www

サーバと計測用サーバプログラムを起動する.計測 用サーバプログラムは

GP‑ I B

インターフェースで接続した デジタルマルチメータ

( DMM)

を制御 し,電気炉 に設置 し た熱電対の熱起電力を読み込み,メモリ上に書き込むと共 にデータファイル に保存する.さらに,クライアント用

J ava

アプレットからアクセスがあると,データ送信用スレッドを生

Fi g

.2

Me t hod f わr da t a coml l l uni c at i ons be t we en s e r verandcl i en

t.

成 し,クライアント‑メモリ上のデータを送信 する.データ 送信用スレッドは,クライアント毎 に生成 されるため,複数 のクライアントが同時 にアクセスした場合 にも対応すること が可能である.また,サーバは最新のデ‑タを 100000個 までメモリ上に記憶することができる.一方,クライアントは

www

ブラウザを用いて

WW

W サーバ‑アクセスし,サー バ上にあるクライアント用

J ava

アプレットをダウンロードする.

J ava

アプ レットはクライアント‑ダウンロー ドされた後 ,

www

ブラウザ上で実行される.その後,計測用サーバ‑

接続 し,現在計測 中のデータまたは過去 に計測 したデー タファイルを取得 し,グラフ描 画を行 う.また,現在計測 中 のデータを取得する場合 ,サーバが新 しくデータを取得す る毎 にクライアントがデータを受信 し,クライアントのグラフ に追加描画する.

2. 1

ハードウェア

本研究で用いた

pC

の仕様を

Tabl e

lに示す.以下,サ ーバシステムおよびクライアントシステムについて説 明す る.

2. 1 . 1

サーバ

サーバでは

,DMM

の制御およびデータ取得のための インターフェースとして

AgHentTec hnol c ･ gi es

社製

HP8 2335

内海富 博 ･山 口邦 彦

Fi g. 1 Sys t e m c on f T l gu r a t i on oft h e I n t e r n e t ‑ b a s e d Cl i e n t / Se r v e rs ys t e mf orr e mo t eme a s ur e me n t s ･

2.

システム概要

本研究で構築したシステムの構成を

Fi g.

1に,クライアン トーサーバ間のデータ通信方法をFi

g

.2にそれぞれ示す.

木システムは,クライアントとサーバの二種類の

PCで構成

され てお り,サーーバで計測 を行 う.サーバでは,はじめに

www

サーバと計測用サーバプログラムを起動する.計測

用サーバプログラムは

GP‑ I

Bインターフェースで接続 した デジタルマルチメータ(

DMM)

を制御 し,電気炉 に設 置 し た熱電対の熱 起電 力を読み込み,メモリ上に書き込むと共 にデータファイル に保存する.さらに,クライアント用

J a va

アプレットからアクセスがあると,データ送信用スレッドを生

Fi g

･2

Me t hod f orda t a c ommu n i c a t i ons b e t we e n s e r v e ra n dc l i e n t .

成 し,クライアント‑メモリ上のデー一夕を送信 する.データ 送信 用スレッドは,クライアント毎 に生成 されるため,複数 のクライアントが同時 にアクセスした場合 にも対応すること が可能である.また,サーバは最新のデ…タを 100000個 までメモリLに記憶 することができる.一方,クライアントは

www

ブラウザを用いて

WW

W サーバ‑アクセスし,サー バ上にあるクライアント

用 J a v a

アプレットをダウンロードする.

J a v aアプ レットはクライアント‑ ダウンロー ドされた後 ,

www

ブラウザ上で実行される.その後,計測用サーバ‑

接続 し,現在計測 中のデータまたは過 去に計測 したデー タファイルを取得 し,グラフ描 画を行 う.また,現在計測 中 のデータを取得する場合 ,サーバが新 しくデータを取得す る毎 にクライアントがデータを受信 し,クライアントのグラフ に追加描画する.

2. 1ハードウェア

本研究で用いた

pCの仕様を Ta bl elに示す.以下,サ

ーバ システムおよびクライアントシステムにつ いて説 明す る.

2. 1 . 1サーバ

サーーバでは,DMM の制御およびデータ取得 のための インタ

ー

フ:i‑スとして

Agi l e n tTe c hn ol o gi e s

社製

HP8 2335

イ ンター ネ ッ トを利用 したマ ルチ ク ライア ン ト型遠 隔計測 シス テ ム

Ta bl e1 Spe ci f i c a t i onofSe r ve randCl i e n tPCs

サ ー バ クライアント

CPU AMD5 x 8 61 66 MHz l n t e lPe n t i u l l l I H9 3 3MHz RAM SI MM 3 2MB RI MM 1 28 MB

HDD SCSI 1 . 2GB I DEI O GB

OS Li n u x Mi c r os of tWi n d o ws 20 0 0

Ta bl e2 SoRwar eus e di ns e r ve r . OS Li nux( Sl a ck wa r e3. 5) WWW

サーバ

Apa chever .

I

.

3 開発環境

J a vaf わrLi nuxve r .1 . 2

( Bl a ckDownPor t i ngTe am) GP‑ 1 BLi br a r y

( TheLi nuxGP‑ 1 BPa cka gever . 2. 02)

GPI I B

インターフェースボー ドを使 用 した.データ転送速 度 は

300KB/

Sである

.DMM

は

KEI THLEY

社製

Mode1 1 97

(最大測定タイミング

: 3

回

/ S )

および

ADVANTEST

社製

TR6851

(最大測定タイミング:

l oo

回

/ S )

を使用した.これら の

DMM

は

GP‑ 1 B

インターフェースを備 えているため,デ ータを直接

p

cに取り込むことが可能である.本研 究では, サー

バ

を

1 0Ba s e ‑ T

で学 内

LAN

に接続 した.電気炉の温 度計測 には,クロメル ‑アルメル熱電対を使用した.

2. I . 2

クライアント

クライアントは

,J av a

に対応 した

www

ブラウザが動作 する

PC

で

LAN

に接続 してあれ ば良い.本研 究では

,OS

として

Mi c r os oR Wi ndows2000,WWW

ブラウザ には

Mi c r os of Hnt e r ne tExpl or e r6

を使 用した.

2. 2

ソフトウェア

Fi g. 3

に本システムのソフトウェアの構成 を示す.計測用 サーバプログラムは

,J a va

アプリケーションであり

,DMM

の制御 および取得 データのデ ータファイル‑ の保 存 ,デ ータ送信用スレッドの生成を行 う.クライアント用

J a va

アプ レットは,クライアントの

WWW

ブラウザ上で動作し,サー バ のデータ送信 用スレッドと通信 を行 い,デ‑タを受信 す る.

2. 2. 1

サーバ ソフトウエア

Ta bl e2

にサーバで用いたソフトウェアを示す .

os

には

GPL( GNU Ge ne r alPubl i cLi c ens e)

に従うフリーソフトウェ アである

Li nux( Sl a c kwar e3. 5)

を

,www

サーバソフトウェ アには

Apa che v

cr

.1 . 3

を使 用 した.また,今 回用 いた

GP‑ I B

インターフェースボードを

Li nux

で使用するため,

Shr oe t e r

が開発 し

,TheLi nuxLa bPr o j e c t

で公 開している

TheLi nuxGP‑ I BPa c ka geve r . 2. 02

を使用 した.このパッケ ージにはデバイスドライバおよび開発 用パ ッケージが含 ま

1 7

Fi g. 3 Sof t wa r ec onf i gur a t i onf orcl i e n t / s e r ve rs ys t e m.

れている.このパッケージは C言語 用であるため,本シス テムを

J ava

で構築する際には,直接使 用することができな い.そこで,最初 に

C

言語で

GP‑ I B

制御 を行う関数を作成 し,ライブラリ化する.その後

,J a vaNa t i vel nt e r f a c e

によりラ イブラリをリンクす ることで

J a va

から

GP‑ I B

に接続 した

DMM

を制御することができる

.C

コンパイラには

GPL

に従 う

gc cve r . 2. 7. 2. 3

を使 用 した.また,計測用サーバプログラ ムは

Bl a c kDownPor t i ngTe a m

が開発 した

J a vaf orLi nux ver .

I

.

2を用いて作成 した.

計 測用 サーバプ ログラムは,設 定 したデータ取得 時 間 間隔

( T s )

で

DMM

から計測データを取得 し,順 次データフ ァイル‑保存する.データファイル名 は年月 日および時刻 から自動的に生成 し(例えば

,2004

年

7

月

20

日

1

3時なら

2004‑ 07‑ 20‑ 1 3. da t ),1

時間毎 にデータファイル名を変えて 計測データを保存する

.DMM

からデータ取得を行う処理 のフローチャートをFig.4に示す

.DMM

からデータを取得 する際 には,データ取得 直前のシステムクロック

T

lとデー タ取得後のシステムクロック

T2

を比較 し,データ取得前後 のシステムクロックの差が

T s

以上 になるまで

T2

の取得を繰 り返す .ここで,データを読 み込む時間間隔 は

,DMM

が

イ ンター ネ ッ トを利用 したマルチ クラ イア ン ト型遠隔計測 システム

Ta bl eI Speci r l C a t i onofSe r verandCl i e n tPCs

サーバ クライアント

CPU AMD5 x8 61 6( ) MHz l n t c L Pc n t i ul l l t H9 33MI I Z RAM SI MM 3 2MI i RI MM 1 28 MB

HDD SCSI 1 . 2GB I DEI OGB

OS Li n u x Mi c r os of tWi ndo ws 20 0( )

Ta bl e2 SoRwar eus e di ns er ve

r.

OS Ll nL 】 X( Sl ackWa r e3. 5) WWW

サーバ

Apa chever .I . 3

開発環境

J a vaf わrLi nuxv

c

r .1 . 2

( Bl a ckDownPor t i ngTe am) GP‑ 1 BLi br a r y

( TheLi nuxGP‑ 1 BPa cka gever . 2. 02)

GP‑ I

B インターフェースボー ドを使 用 した.デ ータ転 送速 度 は

3 00KB/

Sである

.DMM

は

KEI THLEY社製 Model 1 97

(最 大測 定タイミング:

3

回

/ S )

お よび

ADVANTEST

社製

TR6851

(最大測定タイミング:l

o

o 回

/

S

)

を使 用した.これら の

DMM

は

GP‑ 1 Bインターフェ一一

スを備 えているため,デ ータを直接

p

cに取り込むことが可能である.本研 究では, サーバを

1 0Bas e J

rで 学内

LAN

に接続 した.電気 炉U)温 度 計測 には,クロメル ‑アルメル熱 電対を使 用 した.

2. I . 2クライアント

クライアントは,J

avaに対応 した www ブラウザが動作

する

PC

で

LAN

に接続 してあれ ば 良い.本研 究では

,OS

として

M] ' c r os of tWi ndows2000,WWW

ブラウザ には

Mi c r os of ‖nt el ･ ne tExpl or e r6

を使 用した.

2. 2

ソフトウェア

Fi g. 3

に本システムのソフトウェアの構 成 を示す .計測用 サ‑バプログラムは

,J avaアプリケーションであり ,DMM

の制御 および 取得 デ ータのデ ータファイル‑ の保 存 ,デ ータ送信用スレットの生成を行 う.クライアント用

J avaアプ

レットは,クライアントの

WWW

ブラウザ 仁ご動作し,サー バ のデータ送信 用スレッドと通信 を行 い,デ ータを受信 す る.

2. 2. 1サーバ ソフトウェア

Ta bl e2にサーバで用いたソフトウェアを示す . o

sには

GPL( GNU Gener alPubl i cLi cens e)

に従うフリーーソフトウェ アであるLi

nux( SL a ckl V ar e3. 5)

を,WWWサーバ ソフトウェ アには

Apa che v

c

r .1 . 3

を使 用 した.また,今 回 用 いた

GP‑ 1

B インターフェースボードを

Li nu

xで使用するため,

Shr oe t e r

が開発 し

,TheLi nuxLabPr o j e c t

で公 開している

TheLi nuxGl J ‑ 1 BPa c ka gevcr . 2, 0

2を使 用 した.このパッケ ージにはデバイスドライバ および 開発 用バ ッグ一一ジが含 ま

1 7

Fi g. 3 Sof t war econf i gur a t i onf orcl i ent / s er ve rs ys t e m･

れている.このパッケージは

C

言語 用であるため,本シス テムを

J ava

で構 築する際 には,直接使 用することができな い.そこで,最 初 に

C言語で GP一

旧 制御を行う関数を作成 し,ライブラリ化する.その後

,J avaNa t i vel nt e r f a ce

によりラ イブラリをリンクす ること

で J a vaか ら GP‑ I

B に接続 した

DMM

を制御 することができる.Cコンパイラには

GPLに従

う

gc cve r . 2. 7. 2. 3

を使 用 した･また,計測用サーバプログラ ムは

Bl ac kDownPor t i ngTea m

が開発 した

J avaf orLi nux v

c

r1 . 2

を用いて作成 した.

計 測 用 サーバ プ ログラムは,設 定 したデー一夕取得 時 間 間隔(Ts)で

DMM

から計測データを取得 し,順 次データフ ァイル‑保 存する.データファイル名 は年 月 日および時刻 から自動 的に生成 し(例 えば

,2004

年

7

月

20日 1 3

時なら

2004‑ 07‑ 20‑1 3. da t ),

l時間毎 にデー タフアイ/レ名を変えて 計測デ ータを保 存する.DMM からデータ取得 を行 う処理 のフローチャー トを

Fi g

.4に示す

.DMM

からデー タを取得 する際 には,データ取得 直前のシステムクロックTlとデー タ取得後のシステムクロック

T2を比較 し,デ‑夕取得前後

のシステムクロックの差がT

s

以上になるまで

T2の取得を繰

り返 す .ここで,デー タを読 み 込む時 間間隔 は,DMM が

1 8

内海富博 ･山口邦彦

デ ータの取得 開始

デ ータ取 得 時 間 間隔 :T.q

デ ー タの取得 開始

1

｢

I ̲ ̲ ■ ヾ 7 一

ー

タ ♂)

敬 り

近 み

DMM

か らデ ータを取 得 しサーバ のメ モリ‑記 憶 す るまでに要す る時 間

Fi g. 5 Da t aa c q u l S l t l O nt i meb e t we e nt wos u c c e s s i v e e v e n t s .

Fi g

14

Fl o wc h a r t f ord a t aa c q u l S l t l O n ･

A/D変換 しサーバのメモリ‑書き込むまでの時間(△て)を 考慮 しなけれ ばならない.計測データをリアルタイムに取 得するためには

,Fi g. 5

に示すように

T s

を

A

Tより長く設定す る必要がある.もし,△Tよりも

T s

が短い場合 は

,DMM

から サーバ‑データを取り込む処理を終えるまで待機 し,デー タ取得後次の処理へ移るため,実際のデータ取得時間間 隔はTsよりも長くなる.

2. 2 . 2

クライアントソフトウエア

クライアントでは

,OS

として

Mi c r o s o

f

tWi n d o ws 2 0 0 0

を使 用した.また,クライアント用

J a v a

アプレットの作成 には,

Su nMi c r o s y s t e ms

社の

J a v a 2SDK S t a n d a r dEd i t i o nv e r .

I

.

4.

2 ̲01

を

,J a v a

対応の

WWW

ブラウザとして

I n t e r n e t Ex p l o r e r6

を使用 した･

クライアントがサーバから受信するデータは

DMM

から 取得 した電圧値であるため,今回の計測のように温度を測 る場合 は電圧値から温度 ‑変換する必要がある.そのた め,クライアント用

J a v a

アプレットに電圧から温度へ変換す る処理を用意し,クライアント側でデータ処理することとした.

このことにより,必要なデータ処理をクライアントPCで行う ため,サーバ‑の負担は軽減される.

3.

実験結果および考察

はじめに,設定した通りのデータ取得時間間隔Tsでデー タが取得できているか確認するため

, T s

を

5

S

,l s ,O s

と変え, データ取得時間間隔の実測値T｡のTs依存性 を調べた.こ こで

,T s ‑O s

では

DMM

がデータ取得後,直ちに次のデー タ取得を行う.

Fi g. 1

において電気炉の電源を入れず温度 が一定の状態でデータ数が

2 0 0 0

個まで測定を行った

.て S

を変えて測定したT｡のグラフを

Fi g . 6 ( a ) ,( b ) ,( C )

に示す.

2

台の

DMM

を用いて順番 に 1台ずつデータ取得を行って いるので,測定タイミングは遅い方の

DMM

のタイミングに なる.

Fi g. 6 ( C )

より

T s

が

o s

の場合

,DMM( Mo d e 1 1 9 7 )

のデー タ取得タイミングが

3

回

/

Sであるため約

3 0 0 ms

でデータ取 得が可能であるものの,実際の

T

｡は約

3 0 0 ms

を中心に

1 0 0

‑5 0 0 ms

の間で変動しており,必ずしも

DMM

の最大デー タ取得タイミングでデータを取得することができない.これ は

OS

のタイムシェアリング処理 によってバックグラウンドで 起動している他の処理 にリソースが奪われるため,他の処 理の動作状況がデータ取得処理 に影響を及ぼしたためと 思われる.一方

, T s

が

I s ,5

Sでは設定したデータ取得時間 間隔よりT｡の時間変動が小さい.その上Tsから大きなずれ が生じる回数も,

T s ‑l s

でデータ

1 0 0 0

個あたりに 1個

,5 S

でデータ

2 0 0 0

個あたりに

l

個と少ない.したがって本研究 ではTsが概ね

l s

以上であればデータをリアルタイムに計測 することが十分 可能 であることがわかる.また,データ数

1 0 0 0 0

個

,1

データあたり

8 0 By t e

のとき,クライアントがサー バ‑データ要求を行ってから,データの受信が完了するま での時間を計測 した結果,lデ ータあたりの平均値 は約

4 ms

であった.よって同一

LAN

内の使用では

1 0 Ba s e ‑ T

に

1 8

内海 富博 ･山 口邦 彦

チ ークの取 得 開始

デ ータ取得 時 間 間隔 :T←

デ ー タの 取得 開始

7‑

I

タ の

敬り み 近

Fi g

･4

Fl owc har tf orda t aa c quJ S i t i on･

A/D変換 しサーバのメモリ‑ 書き込むまでの時間 (AT)を 考慮 しなけれ ばならない.計測デ ータをリアルタイムに取 得するためには

,Fi g. 5

に示すように

T

sをATより長く設定す る必要がある.もし,

AT

よりも

T s

が短い場合 は

,DMM

から サーバ‑データを取り込む処理を終えるまで待機 し,デー タ取得後次の処理‑移るため,実際のデータ取得時間間 隔はTSよりも長くなる.

2. 2. 2

クライアントソフトウェア

クライアントでは

,OS

として

Mi c r os of tWi ndows 2000

を使 用した.また,クライアント用

J a va

アプレットの作成 には,

Su nMi c r os ys t e ms 社 の J a va 2SDK St a nda r dEdi t i onve r .

I.4.

2̲01

を

,J a v a

対応の

WWW

ブラウザとして

I nt e r ne t Expl or e r6

を使用 した.

クライアントがサーバから受信するデータは

DMM

から 取得した電圧値であるため,今 回の計測のように温度を測 る場合 は電圧 値から温度 ‑変換 する必要がある.そのた め,クライアント用

J a va

アプレットに電圧から温度‑変換す る処理を用意し,クライアント側 でデータ処理することとした このことにより,必要なデータ処理をクライアントPCで行う ため,サーバ‑の負担 は軽減される.

【)MMか らデ ー一夕を取 得 しサ ー/W)メ モリ‑ 記憶 す るまでに要 す る時 間

Fi g. 5 Da t aa c qul S i t i ont i mebe t we e nt wos uc c e s s i ve e ve n t s .

3.

実族結果および考察

はじめに,設定した通りのデータ取得時間間隔T

s

でデー タが取得できているか確認するため

,T s

を 5

S ,l s ,Os

と変え, データ取得時間間隔の実測値Teの

T

s依存性 を調 べた.こ こで

,T s ‑Os

では

DMM

がデータ取得後,直ちに次のデー タ取得を行う.

Fi g. 1

において電気炉の電源を入れず温度 が一定の状態でデータ数が

2000

個まで測定を行った.T

s

を変えて測定した

T

｡のグラフを

Fi g. 6( a ) ,( b ) ,(

C

)

に示す .

2

台の

DMM

を用いて順番 に 1台ずつデータ取得を行って いるので,測定タイミングは遅い方の

DMM

のタイミングに なる.

Fi g. 6(

C

)

よりT

s

が

Os

の場合

,DMM ( Mode l 1 97)

のデー タ取得タイミングが

3

回

ノ

Sであるため約

300ms

でデータ取 得が 可能であるものの,実際のT｡は約

3 00ms

を中心に

1 00

‑500ms

の間で変動しており,必ず しも

DMM

の最大デー タ取得 タイミングでデータを取得することができない.これ は

OS

のタイムシェアリング処理 によってバックグラウンドで 起動 している他 の処理 にリソースが奪われるため,他の処 理 の動作状況がデータ取得処理 に影響を及 ぼしたためと 思われる.一方,Tsが

1 S ,5

Sでは設定したデータ取得時間 間隔よりT｡の時間変動が小さい.その上

T

sから大きなずれ が生じる回数

も,T s ‑1

Sでデータ

1 000

個あたりに 1個

,5S

でデータ

2000

個あたりに

l

個と少ない.したがって本研究 ではT

s

が概ね

I s

以上で

あ

れ ばデータをリアルタイムに計測 することが十分 可能 であることがわかる.また,デー タ数

1 0000

個

,

1データあたり

80Byt e

のとき,クライアントがサー バ‑データ要求を行 ってから,データの受信が完了するま での時 間を計測 した結果

,1データあたりの平均値 は約

4ms

であった.よって同一

LAN

内の使用では

1 0Ba s e ‑ T

に

イ ンター ネ ッ トを利用 したマ ルチ ク ライ ア ン ト型 遠 隔計 測 シス テ ム

デ ータ取 得 時 間 間隔で(.(ms) 5300

5200

51 00

5000

4900

4800

0

0

200 400 600 800 1000 1 200 1 400 1 600 1 800 2000

デ ー タ数

( a )

データ取得時間間隔

Ts: 5S

デ ータ取得 時 間 間隔Tt､(ms) 1300

1 200

11 00

1 000

900

800

0

0 200 400 600 800 1000 1 200 1 400 1 600 1 800 2000

デ ー タ数

( b)

データ取得時間間隔

Ts: 1 8

デ ー タ取 得 時 間 間隔 T.ゝ(ms) 600

500

400

300

200

1 00

0

0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2000

デ ー タ数

( C )

データ取得時間間隔Ts :

Os

Fi g. 6 Me a s ur e da c qui s i t i ont i me

T

｡f わr( a )

て

5‑5S ,( b) T

s

‑l s ,( C )T s ‑0,wher eT si st heval ueofs e t t e da c qui s i t i on t i mebe t we ent wos uc c es s i vee ve nt s .

1 9

i

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1 ≧ 8 = . 二 : ‑4 . . ̲ ̲ ̲ . こ 1 ̲ : ̲ . . ≡ L/ ‑ . .. = = . : ≡ . ≡ . + ヒ

Fi g. 7 Expe r i me nt alr e s ul t sont i mede pe ndenc eof f ur na c et e mpe r a t ur e･

おいて

,Ts

が

l s

以上であればシステムとしてのリアルタイム 性 は保証できる.

本研究で構築したシステムを電気炉の温度変化の計測 に適用した.測定条件として,電気炉の高温側を

800

℃ , 低温側を

600℃

に設定し

,Ts

を

1

Sとして計測を行った.はじ めに,サーバ側の計測用サーバプログラムを実行 し,デー タの取得を開始する.次に,クライアント

PC

から

www

ブ ラウザを使用 し,サーバ‑アクセスを行うことで計測を行 う.

8 40

分間 (データ数

: 50400

個)の測定を行い,データファ イルが

1

時間毎に計

1 4

個生成され,データが保存されて いることを確認 した.

Fi g. 7

に計測結果を示す

･500

分を過 ぎた時点で,電気炉の電源 を切 ったため途 中から温度が 下がっていることがわかる.また,複数 のクライアントの接 続 に対しても,同時に

6

クライアントまでの動作を確認 した.

データの表示 に関しては,電圧 ,温度どちらでも表示する ことが可能であるため,計測対象や計測機器 を変えること で汎用的に使用することが可能である.

4 . むすび

本論文では

,J ava

を用いて複数のクライアントの同時ア クセスに対応 した遠隔計測システムの構築を行った.実際 に電気炉の温度変化 の計測 に適用 したところ,十分 に対 応できることを確認 した.また,複数のクライアントのデータ を取得し,もう一方で過去のデータを取得できる.さらに,

インターネ ッ トを利用 したマルチクライア ン ト型遠隔計測 システム

データ取得時開聞隔てt.(ms)

nU

0 0

0

0 0

2

1 0

5

5 5

0 2OO 400 60

0 80

0

100

( ) 1 2 0 0 1 400 1 600 1 80

0 2000

データ数

( a )

データ取得時間間隔

てS: 5S

データ取得時間間隔て.I(ms)

1 3DO

l=JO

11 00

1 000

900

8 ⁰⁰

0

200 400 600 800 1 ロoo 2 ∩)(U hU4 0 6 0 0 8 ∩UnU つ ム 0 0 0

デー一夕数

( b)

データ取得 時開聞隔

Ts: 1 S

データ取得時開閉隔て.､(ms) 600

5 0 0

400

300

200

1 00

0

0 200 40 0 6

C

O 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 8 0 0

2000

データ数

( C )データ取得 時間間隔

Ts

:Os

Fi g. 6 Me a s ur e da c qui s i t i ont i meT ｡f or( a )T s‑5S ,( b)

T

s ‑l s ,( C )T s ‑0,whe r eて Si st h eva l u eofs e t t e da c qui s i t i on t i meb e t we ent wos u c c e s s i vee ve n t s .

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Fi g. 7 Expe r i r nent alr e s u一 t sont i mede pe nden c eof f ur na c et e mpe r a t u r e･

おいて

,T s

が

I s

以上であれ ばシステムとしてのリアルタイム 性 は保証できる.

本研 究で構 築 したシステムを電気炉 の温度変化の計測 に適 用 した.測 定条件 として,電気炉 の高温側 を

800

℃ , 低 温側 を

600

℃ に設 定 し,Tsを

l s

として計測を行 った.はじ めに,サーバ側 の計測用サーバプログラムを実行 し,デー タの取得 を開始する.次に,クライアントpCから

www

ブ ラウザを使 用 し,サーバ ‑ アクセスを行 うことで計測 を行 う

8 40

分間 (データ数

: 5 0400

個 )の測 定を行 い,データファ イルが l時間毎に計 14個 生成 され ,データが保存 されて いることを確認 した

.Fi g. 7

に計測結果を示す

･500

分を過 ぎた時 点で,電気 炉 の電源 を切 ったため途 中から温度 が 下がっていることがわかる.また,複 数 のクライアントの接 続 に対 しても,同時 に

6クライアントまでの動 作を確認 した

デ ータの表 示 に関 しては,電圧 ,温度 どちらでも表 示する ことが可能 であるため,計測 対象や 計測機 器 を変 えること で汎用的 に使 用することが可能である.

4 . むすび

本論 文では

,J a va

を用 いて複数 のクライアントの同時ア クセスに対応 した遠 隔計測システムの構築を行 った.実際 に電気 炉 の温度 変 化 の計測 に適 用 したところ,十 分 に対 応 できることを確認 した.また,複 数 のクライアントのデータ を取得 し,もう一 方で過 去のデ ータを取得 できる.さらに,

20

内海富博 ･山口邦彦

データ取得時間間隔は機器 の性能 に依存しているため, データ取得時間間隔Tsを機器 に合わせて変えることで,リ アルタイムにデータを取得できることを明らかにした｡本シ ステムでは,データ取得時間間隔を

I s

以上に設定するこ とで,リアルタイムに計測データを取得することが可能であ る.

参考文献

( I )

中野裕 司,岩橋克晩 柏本 史恥 松尾進 ,森 昌弘

( 1 998) :

インターネットを利用した物理実験教育システム,大学の物理教 最

2%,pp. 44‑ 48.

( 2)

月橋こずえ,中村亨弥,木竜徹,斉藤義明

( 1 998): J a va

に よる遠隔診断のためのサーバ クライア ン トシステム,信学論 (D‑Ⅱ),

Ⅵ) 日 81

,No.10

,pp. 2494‑ 2497.

( 3) HongZe ng,Di ng‑ Yu Fei .Ca i ‑ Ti ng Fu,Ke nne t hA.Kr a f t ( 2003) : I nt e r ne t ( WWW) bas e d s ys t e m or ul t r a s oni c i ma ge pr oc e s s l ngt ool sl brr e mot ei ma gea na 一 ys i s ,Comput e rMe t ho ds andPr o gr amsi nBL ' ome di c i ne,Vol . 71 ,I s s ue3,pp. 235‑ 241 . ( 4) D.Gr i mal di

,

L Ni g

ro,

F.Pupo( 1 998) ∴I a va ‑ ba s e ddi s t r i bu t e d me a s ur e me nts ys t e ms ,[ EEET r ans .l ns t r um.Me as . ,Vol . 47,No. 1

,

pp. 1 00‑ 1 03.

( 5) Kos t a sKal ai t z a ki s ,Ef t i c hoi sKou t r oul i s ,Va s s i l i osVl a c hos ( 2003) :De vel opme n tofada t a a c qui s i t i on s ys t e m f orr e mot e moni t or l ngOfr e ne wa bl ee ne r gys ys t e ms ,Me as ur e me nt ,Vo

l

. 34

,

I s s ue2,pp. 75‑ 83.

( 6)

川原勝広,三宅基史,勝 山豊

( 1 999) :We b環境でクライア

ント間直接通信を利 用 した遠 隔測定システム,信学論

( B),Vo

l.

J 8 2‑

a

,No･ 1 0,pp･ 1 9 42‑ 1 944.

( 7)

小 山長規,勝 山豊

( 2001 ) :WWW

環境での遠隔測定/計 算システム,信学論

( B),Vol . J 84‑ B,No. 2,pp. 303‑ 305.

( 8) Wi e s l a w Wi ni e c ki

,Mi

c halKa r kows ki( 2002) :A Ne w J a va ‑ Ba s e d SoRwa r e Envi r onme n tf わrDi s t r i but e d Me a s ur el ng Sys t e msDe s i gn ,l EEE T r ans .I n s t r um･Me as

.

.Vol . 51 ,No. 6,pp.

1 340‑ 1 346.

( 9)

内海 富博 ,神戸祐 丸 山 口邦象 三浦茂

( 2001 ) :J a va

を用 いた遠隔データ収集 システム,秋 田大学工学資源学部研究報告,

22号,pp.6ト65.

2( )

内海雷博 ･山口邦彦

デ ー タ取 得 時 間 間 隔 は機 器 の性 能 に依 存 して い るた め , デ ー タ取 得 時 間 間

隔T s

を機 器 に合 わ せ て変 えることで ,リ アル タイム に デ ー一夕を取 得 で きることを明 らか に したr,本 シ ステムで は ,デ ー タ取 得 時 間 間 隔 を

1

S以 上に設 定 す るこ とで ,リアル タイムに計 測 デ ー タを取 得 す ることが 可 能 で あ る.

参 考文献

(I )

中野裕 乳 岩橋 克聴 ,柏本 史郎 ,松尾進 ,森 昌弘

( 1 998) :

インターネットを利 用 した物 理 実験教 育 システム,大学 の物理教 育,2号,pp.

44‑ 48,

( 2)

月橋こず え,中村亨弥 ,木 竜徹 ,斉藤 義 明

( 1 998): J al

′

a

に よる遠隔診断 のためのサーバ クライア ン トシステム,信学論 (D

IE)

,

Vol ･ J 8

l

,No.1 0,pp2494‑ 2497,

( 3) HongZe ng.Di ng‑ YuFeiCu i ‑ Tl l l gFu,Ke nne t hA.Kr a f l ( 2003) i l nt c mc t ( WWW) bas e d s ys t e m of ul t r a s oni c I ma ge pr oc e s s i ngt ool sf orr emot ei ma gea na l ＼ ′ s i s ,Comput e rMe t hods andPr o gr amsE nβL Ome dl c L ' ne,Vol . 71 .I s s ue3.pp. 235‑ 241 . ( 4) D,Gr i mal d

J,

L Ni g

ro.

F.Pu po( 1 998) : J a va ‑ ba s e ddi s t r l bu t e d me a s ur e me nts ys t e ms

J

EEE r r r an sl ns f r L L m A , l e as . .Vol . 47.No

,I

. pp. l oo‑ 1 03.

( 5) Kos t a sKal ai t z a ki s ̲Ef t i c hoi sKou t r oul i s .Va s s i l i osVI a c hos ( 2003) :De vel opme ntofada t aa c qui s l f l On S ys t e m f orr e mot e moI l i t or l ngOrr e ne wa bl ee ne r gys )s t e ms .l l , 1 e a s ur e me nt .Vol . 34

,

i s s ue2,pp. 75‑ 83.

( 6)

川原勝広 ,三宅基 史,勝 山豊

( 1 999) :We b環境 でクライア

ント間直接 通信 を利 用 した遠 隔測 定 システム,信 学論 (B)

,Vo

I.

) 8 2‑ B,No･ 1 0,pp1 942‑ 1 944.

( 7)

小 山長規 ,勝 山豊

( 2001 ) ･WWW

環境での遠隔測定/計 算システム,信 学論

( B),Vo

l

. J 84

‑

B,No.2,pp. 303‑ 305, ( 8) Wi e s l a W W1 1 1 1 c ck

l

,MI C halKa r koWS ki( 2002) :A Ne w J a va ‑ Ba s e d Sof hv a r e Envi r onme n tf orDi s t r i but e d Me a s ur el ng Sys t e msDe s i gn JEE

E 7

7 ‑ ans .J ns l r um Me as.Vol . 51 ,No. 6.pp 1 3401 1 346.

( 9)

内海 富博 ,神戸祐 丸 山 H邦嵐 三滴茂

( 2001 ) .J a va

を用 いた遠 隔データ収集 システム,秋 田大学 工学資源学部研 究報告,

22i,pp. 61 ‑ 65.