JP2014072733A - Communication system, communication terminal, and management device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数台の子機の各々が他の子機を中継器として親機に情報を伝送するマルチホップ通信を行う通信システム、通信端末、管理装置に関する。 The present invention relates to a communication system, a communication terminal, and a management apparatus that perform multi-hop communication in which each of a plurality of slave units transmits information to a master unit using another slave unit as a repeater.
従来から、他子機と相互に通信可能な子機(ノード)を、各需要家(家庭)の電力メータやガスメータに組み込むことで、親機(鍵設定装置)にて各需要家の需要家情報(電力やガスの使用量)を収集するシステムが提案されている(たとえば特許文献1参照)。 Conventionally, by incorporating a slave unit (node) that can communicate with other slave units into a power meter or gas meter of each consumer (home), each customer's consumer in the master unit (key setting device) A system for collecting information (amount of power and gas used) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載のシステムでは、子機は、所定の通信圏内の他子機とマルチホップ通信を行う無線通信装置である。マルチホップ通信は、互いの通信圏内に存在しない子機同士が、各子機の通信圏内に存在する別の子機を介して通信を行う技術である。
In the system described in
また、特許文献1に記載のシステムにおいては、各子機には、子機間で送受信されるデータを暗号化および復号するための鍵が設定されており、各子機は、子機間で共通する鍵を用いて他子機との通信を行うことで、セキュアな通信を可能とする。
Further, in the system described in
ところで、近年、各需要家に、当該需要家の需要家情報を子機から取得する需要家装置を設け、当該需要家でも需要家情報を活用することが提唱されている。需要家装置は、たとえば電力使用量などの需要家情報をテレビ等に表示させることにより、需要家情報を可視化する。 By the way, in recent years, it has been proposed that each customer is provided with a customer device that acquires customer information of the customer from a child device, and the customer also uses the customer information. The consumer device visualizes the consumer information by displaying consumer information such as power consumption on a television or the like, for example.
しかし、特許文献1に記載のシステムでは、子機がマルチホップ通信により親機に送信する需要家情報は、子機間で共通する鍵を用いて暗号化されており、需要家装置は、この需要家情報をそのまま受信して活用することができない。したがって、需要家装置が需要家情報を取得するためには、子機は、親機と需要家装置とのそれぞれに対し、個別に需要家情報を送信する必要があり、需要家情報の送信回数が増えるという問題がある。
However, in the system described in
本発明は上記事由に鑑みて為されており、需要家装置が子機から需要家情報を取得可能でありながらも、子機での需要家情報の送信回数が増えることがない通信システム、通信端末、管理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described reason, and a communication system and communication in which a consumer device can acquire consumer information from a slave unit but does not increase the number of times customer information is transmitted in the slave unit An object is to provide a terminal and a management device.
本発明の通信システムは、需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムであって、前記複数台の前記子機の各々は、需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第1暗号化部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部と、前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第2暗号化部とを有し、前記需要家情報を前記親機に伝送する際、1ホップ目の送信元の子機は、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第1暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、2ホップ目以降の送信元の子機は、前記第2暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されていることを特徴とする。 The communication system of the present invention includes a master unit that collects customer information from a plurality of consumers, and a plurality of units that are provided in a plurality of consumers and have a function of transmitting the customer information of each consumer to the master unit. And a consumer device that is provided in a consumer and obtains the consumer information of the consumer from the slave unit, wherein one slave unit of the plurality of slave units is another child unit A communication system for transmitting the customer information to the parent device by multi-hop communication using a machine as a repeater, wherein each of the plurality of child devices receives customer information without relaying other child devices A storage unit that stores a common key that is common between the adjacent node that is a possible slave unit and the customer device of the same customer, and a public key of the master unit, and the common key in the storage unit is used A first encryption unit for encrypting data and the common in the storage unit A first decryption unit that decrypts data using the data, and a second encryption unit that encrypts data using the public key in the storage unit, and transmits the customer information to the base unit The first-hop transmission slave unit transmits the customer information encrypted by the first encryption unit to the customer device of the adjacent customer and the same customer, and the second-hop and subsequent hops The transmission child unit is configured to transmit the customer information encrypted by the second encryption unit.
この通信システムにおいて、前記子機は、前記隣接ノードの公開鍵で暗号化した前記共通鍵を当該隣接ノードに送信し、同一需要家の前記需要家装置の公開鍵で暗号化した前記共通鍵を当該需要家装置に送信することにより、前記共通鍵を配布することが望ましい。 In this communication system, the slave transmits the common key encrypted with the public key of the adjacent node to the adjacent node, and the common key encrypted with the public key of the consumer device of the same consumer. It is desirable to distribute the common key by transmitting it to the consumer device.
この通信システムにおいて、前記子機は、前記需要家情報の送信先となる前記親機を複数台の親機の中から選択可能であって、送信先となる前記親機との間の通信ルートを決めるために定期的にハローメッセージを交換しており、前記親機は、自身が含まれる前記通信ルート上の前記子機に対して、前記ハローメッセージを用いて自身の前記公開鍵を配布することがより望ましい。 In this communication system, the slave unit can select the master unit as a transmission destination of the customer information from a plurality of master units, and a communication route with the master unit as a transmission destination The master unit periodically exchanges a hello message, and distributes the public key of the master unit to the slave unit on the communication route in which the master unit is included by using the hello message. It is more desirable.
本発明の通信端末は、需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムに、前記子機として用いられる通信端末であって、需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第1暗号化部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部と、前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第2暗号化部とを有し、前記需要家情報を前記親機に伝送する際において、1ホップ目の送信元となる場合、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第1暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、2ホップ目以降の送信元となる場合、前記第2暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されていることを特徴とする。 The communication terminal according to the present invention includes a master unit that collects customer information from a plurality of consumers, and a plurality of functions that are provided in a plurality of consumers and transmit the customer information of each customer to the master unit. And a consumer device that is provided in a consumer and obtains the consumer information of the consumer from the slave unit, wherein one slave unit of the plurality of slave units is another child unit A communication terminal used as the slave unit in a communication system that transmits the customer information to the master unit by multi-hop communication using a machine as a repeater, and can receive customer information without relaying other slave units A storage unit that stores a common key that is common between an adjacent node that is a slave unit and the customer device of the same customer, and a public key of the parent unit, and the common key in the storage unit A first encryption unit for encrypting data, and the shared unit in the storage unit. A first decryption unit that decrypts data using a key; and a second encryption unit that encrypts data using the public key in the storage unit, and transmits the customer information to the base unit. At that time, when the transmission source is the first hop, the customer information encrypted by the first encryption unit is transmitted to the customer device of the adjacent node and the same customer, and the second and subsequent hops. Is configured to transmit the customer information encrypted by the second encryption unit.
本発明の管理装置は、需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムに、前記需要家装置として用いられる管理装置であって、同一需要家の子機および当該子機からの需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードとの間で共通する共通鍵とを記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部とを有し、同一需要家の子機が前記需要家情報を前記親機に伝送する際、当該子機が前記共通鍵で暗号化して前記隣接ノードに送信した前記需要家情報を受信するように構成されていることを特徴とする。 The management apparatus according to the present invention includes a master unit that collects customer information from a plurality of consumers, and a plurality of functions that are provided in a plurality of consumers and transmit the customer information of each customer to the master unit. And a consumer device that is provided in a consumer and obtains the consumer information of the consumer from the slave unit, wherein one slave unit of the plurality of slave units is another child unit A management device used as the customer device in a communication system for transmitting the customer information to the parent device by multi-hop communication using a machine as a repeater, the child device of the same consumer and customer information from the child device A storage unit that stores a common key that is common to adjacent nodes that are slave units that can be received without relaying other slave units, and a first unit that decrypts data using the common key in the storage unit A slave unit of the same consumer is the consumer When transmitting broadcast to the master unit, characterized in that it is configured to receive the customer information slave unit is transmitted to the adjacent node encrypted with the common key.
本発明は、1ホップ目の送信元の子機が、隣接ノードおよび同一需要家の需要家装置に対し、第1暗号化部で暗号化した需要家情報を送信し、2ホップ目以降の送信元の子機が、第2暗号化部で暗号化した需要家情報を送信するように構成されている。したがって、需要家装置が子機から需要家情報を取得可能でありながらも、子機での需要家情報の送信回数が増えることがなく、少なくとも暗号化を行う際にかかる負荷率を低減できるという利点がある。 In the present invention, the slave device at the transmission source of the first hop transmits the customer information encrypted by the first encryption unit to the adjacent node and the customer device of the same customer, and the transmission after the second hop is transmitted. The original slave unit is configured to transmit the customer information encrypted by the second encryption unit. Therefore, while the consumer device can acquire consumer information from the slave unit, the number of transmissions of consumer information in the slave unit does not increase, and at least the load factor required for encryption can be reduced. There are advantages.
本実施形態の通信システムは、図1に示すように、親機1と、複数台の子機200,201,202・・・と、複数台の管理装置300,301,302・・・とを備えている。
As shown in FIG. 1, the communication system according to the present embodiment includes a
以下、子機200,201,202・・・を個々に区別しない場合には「子機2」といい、管理装置300,301,302・・・を個々に区別しない場合には「管理装置3」という。子機2は通信端末を構成し、管理装置3は需要家装置を構成する。子機2および管理装置3は、電力の需要家400,401,402・・・(以下、個々に区別しない場合には「需要家4」という)ごとに設けられている。ここでは、需要家400には子機200と管理装置300とが設けられ、需要家401には子機201と管理装置301とが設けられ、需要家402には子機202と管理装置302とが設けられている。なお、以下では、需要家4が戸建て住宅である場合について例示するが、この例に限らず、需要家4はたとえば集合住宅の各住戸、事務所、工場などであってもよい。
Hereinafter, when the
親機1は、需要家4ごとの需要家情報を複数の需要家4から収集する機能を有している。子機2は、需要家4の電力メータ(図示せず)にそれぞれ付設され、需要家4で使用された電力量(電力使用量)を含む検針データを、需要家情報として親機1に伝送する機能を有している。管理装置3は、需要家4に設けられ、この需要家4の需要家情報(検針データ)を子機2から取得する機能を有している。ここで、電力メータは、電力会社(電気事業者)からの商用電力が供給される電力線(図示せず)に接続されており、需要家4で実際に使用された電力量を計測する。
また、親機1は、需要家4に商用電力を供給する降圧トランス(図示せず)の近傍(たとえば電柱)に設置されている。親機1は、その管理下となる複数台の子機2から各需要家4の需要家情報を取得し、取得した需要家情報を、光ファイバ等を用いた専用回線(図示せず)を通して上位装置(図示せず)へ送信する。上位装置は、電力会社あるいは需要家情報の集計サービスを行う事業者にて管理されている。これにより、上位装置は、親機1がそれぞれ管理下の子機2から取得した複数の需要家4の需要家情報を、複数台の親機1から取得することができ、結果的に、多数の需要家4の需要家情報を収集可能な遠隔検針システムを構成できる。
The
子機2は、電力メータと共にいわゆるスマートメータを構成し、親機1と通信を行うことにより検針データを電力会社に送信して遠隔検針等を可能にする。子機2は、たとえば電力メータの拡張端子(図示せず)に有線接続される構成により、電力メータとの間でデータの授受を可能とする。子機2は、電力メータと有線接続される構成に限らず、電力メータと無線通信を行う構成でもよく、また電力メータの表示部分をカメラ(図示せず)で撮像した画像から画像処理によって測定結果を読み出す構成であってもよい。
The subunit | mobile_unit 2 comprises what is called a smart meter with an electric power meter, transmits meter-reading data to an electric power company by communicating with the main |
なお、本実施形態では一例として、需要家4の電力使用量を含む検針データを需要家情報とする場合を例に説明するが、需要家情報は、電力使用量に限らずたとえばガス、水などの使用量であってもよく、検針データ以外の情報であってもよい。また、子機2は、取得した検針データをメモリ22(図2参照)に一旦記憶してもよい。
In this embodiment, as an example, a case where meter reading data including the power usage amount of the
この通信システムは、複数台の子機2のうち一の子機2が他の子機2を中継器として、マルチホップ通信により、需要家情報を親機1に伝送するように構成されている。つまり、たとえば需要家401の子機201は、この需要家401の需要家情報を親機1に伝送する際、他の需要家402,403・・・の子機202,203・・・を介して間接的に需要家情報を送信する。要するに、親機1と直接通信できない子機2は、通信可能な距離にある他の子機2がパケットを中継することにより、親機1との間で通信可能となる。このとき、子機2は需要家情報をデータ部分に含むパケットを送信し、パケットのヘッダ部分に含まれる転送先情報により、通信ルートすなわち中継器となる子機2を特定する。
This communication system is configured such that one
これにより、親機1は子機2と通信を行う際、伝送距離やノイズ等の影響により、全ての子機2と直接通信できる環境になくても、全ての子機2からデータを収集することが可能になる。具体的には、子機2は、マルチホッププロトコルに従い通信ルートを構築するための伝送状況の情報のやりとりを行い、その情報を元に通信ルートを決定している。本実施形態では、各子機2は、信号(電波)が直接届く範囲に存在する子機2に対して、マルチホップ通信時のルートを構築するためのハローメッセージを定期的に送信しており、このハローメッセージの受信状況(受信電界強度など)により通信ルートを構築する。
Thus, when the
本実施形態では、子機2同士の通信、並びに子機2−親機1間の通信は、電波を伝送媒体とする無線通信より実現される。ただし、子機2同士の通信、並びに子機2−親機1間の通信は、無線通信に限らず、たとえば電力線を伝送路に用いて通信を行う電力線搬送通信(PLC:Power Line Communications)などの有線通信により実現されてもよい。
In the present embodiment, the communication between the
管理装置3は、HEMS(Home Energy Management System)機器であって、各種の電気機器(図示せず)に付設あるいは一体化された端末(図示せず)との間で双方向に通信を行う。端末が付設または一体化される電気機器としては、たとえば太陽電池や蓄電池やパワーコンディショナ等の電源設備、IHクッキングヒータや給湯器や住宅情報盤等の設備機器、テレビ等の家電機器、パーソナルコンピュータやタブレット端末等の情報機器がある。この管理装置3は、需要家4の分電盤(図示せず)内に収納されていてもよいし、分電盤とは別に筐体を有していてもよい。
The
管理装置3は、自身が設けられている需要家4の需要家情報を、同一需要家4に設けられている子機2から取得する。本実施形態では、管理装置3は、子機2との間で電波を伝送媒体に用いて双方向に無線通信を行うように構成されており、同一需要家4の子機2から定期的に需要家情報を取得する。管理装置3は、子機2から取得した需要家情報に基づいて、需要家4の単位時間当たりの電力使用量等の情報を、需要家4の住宅情報盤やテレビ、パーソナルコンピュータ、タブレット端末等の電気機器に表示させる機能を備えている。また、管理装置3は、エネルギー需要のピークを抑制(ピークカット)するために電力会社から送信される信号を子機2経由で受信し、この信号に基づいて端末(電気機器)の動作を制御する機能を備えている。
The
次に、子機2および管理装置3の構成について、図2を参照して説明する。
Next, the structure of the subunit | mobile_unit 2 and the
子機2は、(子機側)通信部21と、(子機側)メモリ22と、(子機側)第1変換部23と、(子機側)第2変換部24と、(子機側)鍵生成部25と、制御部26と、(子機側)電源部27とを有している。制御部26は、CPU(Central Processing Unit)を主構成とし、メモリ22に記憶されている所定のプログラムを実行することにより通信部21と第1変換部23と第2変換部24と鍵生成部25とを制御し、種々の機能を実現する。電源部27は、子機2の各部に電源供給する。
The
通信部21は、アンテナ211を具備しており、他の子機2、親機1、さらに管理装置3との間で、電波を伝送媒体とした無線通信にて双方向に通信可能に構成されている。メモリ22は、制御部26が実行するプログラムの他、各子機2に予め割り当てられている識別子(ID)、さらに後述する共通鍵や公開鍵を記憶する記憶部として機能する。
The
第1変換部23は、メモリ22に記憶されている共通鍵を用いてデータを暗号化および復号する機能を有している。具体的には、第1変換部23は、メモリ22内の共通鍵を用いてデータを暗号化する第1暗号化部231と、メモリ22内の共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部232とを有している。
The
第2変換部24は、メモリ22に記憶されている公開鍵を用いてデータを暗号化する機能を有している。具体的には、第2変換部24は、メモリ22内の公開鍵を用いてデータを暗号化する第2暗号化部241を有している。さらに、本実施形態では、第2変換部24は公開鍵とペアで生成される秘密鍵を用いてデータを復号する第2復号部242を有している。
The
鍵生成部25は、第1変換部23で用いる共通鍵、並びに第2変換部24で用いる公開鍵と秘密鍵とのペアを生成し、メモリ22に記憶する機能を有している。
The
管理装置3は、(管理側)通信部31と、(管理側)メモリ32と、(管理側)第1変換部33と、(管理側)第2変換部34と、(管理側)鍵生成部35と、通信インタフェース36と、第1制御部37と、第2制御部38と、(管理側)電源部39とを有している。通信インタフェース部36には、電気機器に付設あるいは一体化された端末が、LAN(Local Area Network)等のネットワークを介して無線接続あるいは有線接続される。第1制御部37は、CPUを主構成とし、メモリ32に記憶されている所定のプログラムを実行することにより通信インタフェース36を制御し、電気機器に付設あるいは一体化された端末との通信を行う。第2制御部38は、CPUを主構成とし、メモリ32に記憶されている所定のプログラムを実行することにより通信部31と第1変換部33と第2変換部34と鍵生成部35とを制御し、種々の機能を実現する。電源部39は、管理装置3の各部に電源供給する。
The
通信部31は、アンテナ311を具備しており、子機2との間で、電波を伝送媒体とした無線通信によって双方向に通信可能に構成されている。メモリ32は、第1制御部37および第2制御部38が実行するプログラムの他、各管理装置3に予め割り当てられている識別子(ID)、さらに後述する共通鍵や公開鍵を記憶する。
The
第1変換部33は、メモリ32に記憶されている共通鍵を用いてデータを暗号化および復号する機能を有している。具体的には、第1変換部33は、メモリ32内の共通鍵を用いてデータを暗号化する第1暗号化部331と、メモリ32内の共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部332とを有している。
The
第2変換部34は、メモリ32に記憶されている公開鍵を用いてデータを暗号化する機能を有している。具体的には、第2変換部34は、メモリ32内の公開鍵を用いてデータを暗号化する第2暗号化部341を有している。さらに、本実施形態では、第2変換部34は公開鍵とペアで生成される秘密鍵を用いてデータを復号する第2復号部342を有している。
The second conversion unit 34 has a function of encrypting data using a public key stored in the
鍵生成部35は、第2変換部34で用いる公開鍵と秘密鍵とのペアを生成し、メモリ32に記憶する機能を有している。
The
子機2のメモリ22には、以下に説明するような共通鍵および公開鍵が予め記憶されている。
A common key and a public key as described below are stored in advance in the
すなわち、子機2のメモリ22は、鍵生成部25で生成された共通鍵を予め記憶している。この共通鍵は、隣接ノードである子機2および同一需要家4の管理装置3との間で通信する際に用いられる。ここでいう隣接ノードは、マルチホップ通信時に自身が送信した需要家情報を他の子機2の中継なしで受信可能な子機2である。言い換えれば、ある子機2が発信源となってマルチホップ通信にて親機1に需要家情報を伝送する際に、発信源と親機1との間に通信経路を形成する子機2のうち、発信源から需要家情報を最初に(直接)受信する子機2が、発信源たる子機2の隣接ノードである。
That is, the
たとえば、需要家401の子機201は、この需要家401の需要家情報を親機1に伝送する際まず需要家402の子機202に需要家情報を伝送するので、子機201の隣接ノードは子機202になる。そのため、子機201は、隣接ノードである子機202および同一需要家401に設けられている管理装置301との間で共通の共通鍵K1を持つ。つまり、これらの子機201、子機202のメモリ22、管理装置301のメモリ32には、共通の共通鍵K1が予め記憶される。同様に、需要家402の子機202は、隣接ノードである子機203および同一需要家402の管理装置302との間で共通の共通鍵K2を持つ。
For example, the
また、子機2は、親機1の公開鍵を予めメモリ22に記憶している。つまり、親機1は公開鍵Ka1と秘密鍵Kb1とをペアで生成し、秘密鍵Kb1を自ら保持したまま公開鍵Ka1のみを子機2に配布する。公開鍵Ka1を用いて暗号化されたデータは、この公開鍵Ka1とペアを成す秘密鍵Kb1によってのみ復号可能である。
Further, the
ところで、本実施形態の通信システムでは、子機2が自需要家4の需要家情報をマルチホップ通信で親機1に送信する際、この需要家情報は、ホップ先の子機2だけでなく、送信元の子機2と同一需要家4に設けられている管理装置3に対しても送信される。すなわち、子機2が需要家情報を隣接ノードに送信する際、子機2からの信号は同一需要家4の管理装置3にも届くので、管理装置3に子機2からの信号の受信機能(通信部31)を設けておくことで、子機2から管理装置3に需要家情報を送信可能となる。たとえば、需要家401の子機201は、需要家情報を親機1に送信する際、隣接ノードである子機202と、同一需要家401の管理装置301とに対し需要家情報を一斉に送信する。
By the way, in the communication system of this embodiment, when the subunit |
このように、管理装置3は、同一需要家4の子機2が需要家情報を親機1に向けて送信する際に、この需要家情報を子機2から取得可能に構成されている。言い換えれば、子機2は、需要家情報を親機1に向けて送信するだけで、同時に管理装置3に対しても需要家情報を伝送することになる。したがって、子機2は、親機1と管理装置3とのそれぞれに対して、個別に需要家情報を送信する場合に比べて、少ない送信回数で需要家情報を送信できる。
As described above, the
ただし、子機2からの信号は、この子機2と同一需要家4の管理装置3だけでなく、その電波の届く範囲に存在する近隣需要家4の管理装置3でも受信される場合がある。たとえば、需要家401の子機201が需要家情報を親機1に送信する際、この需要家情報が、隣接ノードである子機202および同一需要家401の管理装置301だけでなく、近隣需要家400の管理装置300でも受信される場合がある。
However, the signal from the
そこで、本実施形態の通信システムにおいては、1ホップ目の送信元(需要家情報の発信源)となる子機2は、共通鍵を用いて暗号化した需要家情報を送信することにより、需要家情報が近隣需要家4(の管理装置3)に漏洩することを防止する。つまり、1ホップ目の送信元となる子機2は、上述したように隣接ノードである子機2および同一需要家4の管理装置3との間で共通する共通鍵をメモリ22に予め記憶しているので、この共通鍵を用いて第1暗号化部231にて需要家情報を暗号化する。1ホップ目の送信元である子機2は、隣接ノードである子機2および同一需要家4の管理装置3に対し、暗号化した需要家情報を同時に送信する。
Therefore, in the communication system of the present embodiment, the
これにより、発信源たる子機2から送信された需要家情報は、発信源たる子機2と共通の共通鍵を有する、隣接ノードである子機2および同一需要家の管理装置3でのみ、復号可能となる。したがって、たとえ1ホップ目の送信元である子機2から送信された需要家情報が、近隣需要家4の管理装置3で受信されることがあっても、近隣需要家4の管理装置3は需要家情報を復号できないので、需要家情報が近隣需要家4に漏洩することはない。
As a result, the customer information transmitted from the
また、本実施形態の通信システムにおいては、2ホップ目以降の送信元となる(需要家情報の中継を行う)子機2は、親機1の公開鍵Ka1を用いて暗号化された需要家情報を転送することにより、需要家情報の漏洩を防止する。つまり、2ホップ目の送信元(1ホップ目の送信先)となる子機2は、上述したように親機1の公開鍵Ka1をメモリ22に予め記憶しているので、この公開鍵Ka1を用いて第2暗号化部241にて需要家情報を暗号化する。このとき、2ホップ目の送信元となる子機2は、1ホップ目の送信元である子機2にて共通鍵で暗号化された需要家情報を、共通鍵を用いて第1復号部232で復号してから、第2暗号化部241にて暗号化する。なお、2ホップ目の送信元となる子機2は、中継対象となるパケットのうち、転送情報を含むヘッダ部分等については暗号化することなく、需要家情報を含むデータ部分のみ暗号化する。
Further, in the communication system of the present embodiment, the
3ホップ目以降の送信元となる子機2は、親機1の公開鍵Ka1で暗号化された需要家情報をそのままホップ先の子機2または親機1に転送する。親機1の公開鍵Ka1で暗号化された需要家情報は、公開鍵Ka1とペアの秘密鍵Kb1を有する親機1でのみ、復号可能となる。したがって、たとえ2ホップ目以降の送信元である子機2から送信された需要家情報が、これらの子機2と同一需要家4または近隣需要家4の管理装置3で受信されても、管理装置3は需要家情報を復号できないので、需要家情報が漏洩することはない。
The
要するに、本実施形態の通信システムでは、需要家情報を親機に伝送する際、1ホップ目の送信元の子機2は、隣接ノードおよび同一需要家4の管理装置3に対し、第1暗号化部231で暗号化した需要家情報を一斉に送信するように構成されている。また、2ホップ目以降の送信元の子機2は、第2暗号化部241で暗号化した需要家情報を送信するように構成されている。その結果、子機2は、自需要家4の需要家情報をマルチホップ通信で親機1に送信する際、ホップ先の子機2だけでなく、同一需要家4の管理装置3に対しても需要家情報を送信しながらも、他の管理装置3に需要家情報が漏洩することを回避できる。
In short, in the communication system of the present embodiment, when transmitting customer information to the parent device, the
また、本実施形態では、子機2は、隣接ノードの公開鍵で暗号化した共通鍵を同隣接ノードに送信し、同一需要家4の管理装置3の公開鍵で暗号化した共通鍵を同管理装置3に送信することにより、共通鍵を配布するように構成されている。つまり、子機2は、需要家情報を送信するに当たって、隣接ノードである子機2および同一需要家4の管理装置3に対して共通鍵を事前に配布する必要があるので、共通鍵の配布先となる隣接ノード、管理装置3の公開鍵を用いて共通鍵を配布する。
In the present embodiment, the
具体的には、子機2は、隣接ノードである子機2が発行した公開鍵を用いて第2暗号化部241で共通鍵を暗号化し、暗号化された共通鍵を隣接ノードである子機2に送信する。隣接ノードである子機2は、暗号化された共通鍵を、自身が発行した公開鍵とペアの秘密鍵を用いて第2復号部242で復号することによって、共通鍵を取得する。さらに、子機2は、同一需要家4の管理装置3が発行した公開鍵を用いて第2暗号化部241で共通鍵を暗号化し、暗号化された共通鍵を同一需要家4の管理装置3に送信する。同一需要家4の管理装置3は、暗号化された共通鍵を、自身が発行した公開鍵とペアの秘密鍵を用いて第2復号部342で復号することによって、共通鍵を取得する。
Specifically, the
ここで、子機2のメモリ22には、自身の発行した公開鍵と秘密鍵とのペアが予め記憶されている。本実施形態では、子機2は、隣接ノードとなる子機2との間で、ハローメッセージを利用して公開鍵並びに暗号化された共通鍵の授受を行う。同様に、管理装置3のメモリ32には、自身の発行した公開鍵と秘密鍵とのペアが予め記憶されている。子機2および管理装置3は、それぞれユーザからの操作入力を受け付ける操作部(図示せず)を有しており、操作部が操作されることによって、公開鍵並びに暗号化された共通鍵の授受を行う。
Here, in the
このように、子機2は、共通鍵の配布先となる隣接ノード、管理装置3の公開鍵を用いて共通鍵を配布することにより、目的の相手にのみ共通鍵を配布することができる。その結果、子機2は、隣接ノードである子機2および同一需要家4の管理装置3との間で共通する共通鍵を持つことができる。
In this way, the
ところで、子機2は、需要家情報の送信先となる親機1が常に固定的に決められているわけではなく、たとえば電波環境により通信ルートが変更された場合などに変更されることがある。言い換えれば、親機1は1台ではなく複数台設けられており、子機2は、需要家情報の送信先となる親機1を複数台の親機1の中から選択可能である。そのため、各子機2は、自身が2ホップ目以降の送信元となる(需要家情報の中継を行う)場合に、需要家情報の暗号化に使用する親機1の公開鍵についても、複数台分の親機1の公開鍵が必要になる。
By the way, as for the subunit |
ただし、子機2は、メモリ22に複数台分の親機1の公開鍵を予め記憶するとなれば、メモリ22において公開鍵が占有する容量が大きくなるので、本実施形態では、以下に説明する構成により、少ないメモリ22容量で複数台分の親機1の公開鍵を使用可能とする。
However, if the
すなわち、子機2は、需要家情報の送信先となる親機1との間の通信ルートを決めるために定期的にハローメッセージを交換しており、親機1は、自身が含まれる通信ルート上の子機2に対して、ハローメッセージを用いて自身の公開鍵を配布する。言い換えれば、子機2は、自身が含まれる通信ルート上の親機1の公開鍵をハローメッセージに付与することにより、周囲の(ハローメッセージを取得できる範囲の)子機2で、需要家情報の送信先となる親機1の公開鍵を取得可能とする。
That is, the
図3に具体例を示す。図3では、子機201が発信源となり、親機101と親機102のいずれかに需要家情報を伝送する場合を例示している。
A specific example is shown in FIG. FIG. 3 illustrates a case where the
親機101が需要家情報の送信先である場合、子機201は、子機202,203・・・を介して親機101に需要家情報を伝送する。この場合、親機101は、子機201との通信ルート上の子機201,202,203に対し、自身の公開鍵をハローメッセージに含めて配布する。これにより、子機202は、親機101の公開鍵を取得することができ、子機201から送信された需要家情報を中継する際、需要家情報を親機101の公開鍵で暗号化することが可能になる。
When the
一方、たとえば子機202−子機203間の電波環境が悪化し、代わりに子機202−子機205間に通信ルートが構築された場合、子機201においては、親機101に代えて親機102が需要家情報の送信先となる。この場合、子機201は、子機202,205,204を介して親機102に需要家情報を伝送する。この場合、親機102は、子機201との通信ルート上の子機201,202,205,204に対し、自身の公開鍵をハローメッセージに含めて配布する。これにより、子機202は、親機102の公開鍵を取得することができ、子機201から送信された需要家情報を中継する際、需要家情報を親機102の公開鍵で暗号化することが可能になる。
On the other hand, for example, when the radio wave environment between the
ここで、子機202は、両親機101,102の公開鍵をメモリ22に記憶するのではなく、親機101が需要家情報の送信先である場合には親機101の公開鍵のみ、親機101が需要家情報の送信先である場合には親機102の公開鍵のみメモリ22に記憶する。つまり、子機2は、需要家情報の送信先が変更となった場合、メモリ22に記憶済みの親機1の公開鍵を破棄し、新たに需要家情報の送信先となった親機1の公開鍵を上記手順で取得しメモリ22に記憶する。
Here, the
次に、図1および図4を参照して、上記通信システムの動作の具体例を示す。ここでは、需要家401の子機201が、この需要家401の需要家情報を、需要家402の子機202→需要家203の子機203→・・・→親機1の通信ルートで親機1に伝送する場合を例示する。
Next, a specific example of the operation of the communication system will be described with reference to FIGS. Here, the
まず、子機201は、事前に(需要家401の需要家情報を親機1に伝送する前に)、自身のメモリ22に記憶されている共通鍵K1を、隣接ノードである子機202および同一需要家401の管理装置301に配布する。つまり、子機201は、隣接ノードである子機202が発行した公開鍵Ka2を用いて第2暗号化部241で共通鍵K1を暗号化し(図4のS1)、暗号化された共通鍵K1を子機202に送信する(S2)。子機202は、暗号化された共通鍵K1を受信すると、公開鍵Ka2とペアの秘密鍵Kb2を用いて第2復号部242で共通鍵K1を復号することによって、共通鍵K1を取得する(S3)。
First, the
さらに、子機201は、同一需要家401の管理装置301が発行した公開鍵Ka3を用いて第2暗号化部241で共通鍵K1を暗号化し(S4)、暗号化された共通鍵K1を管理装置301に送信する(S5)。管理装置3は、暗号化された共通鍵K1を受信すると、公開鍵Ka3とペアの秘密鍵Kb3を用いて第2復号部342で共通鍵K1を復号することによって、共通鍵K1を取得する(S6)。
Further, the
また、子機202は、隣接ノードである子機203から、親機1の公開鍵Ka1を含むハローメッセージを受信する(S7)。これにより、子機202は、親機1の公開鍵Ka1を取得し(S8)、メモリ22に記憶する。
Further, the
一方で、需要家401の需要家情報を親機1に伝送する際には、1ホップ目の送信元となる子機201は、まず自需要家401の需要家情報を、第1暗号化部231にて共通鍵K1を用いて暗号化する(S11)。それから、子機201は、共通鍵K1にて暗号化された需要家情報を、隣接ノードである子機202に送信する(S12)。このとき、子機201は、同一需要家401に設けられている管理装置301、および需要家401の近隣需要家400に設けられている管理装置300にも、共通鍵K1にて暗号化された需要家情報を同時に送信する(S13,S14)。
On the other hand, when transmitting the customer information of the
2ホップ目の送信元となる子機202は、子機201から受信した需要家情報を、第1復号部232にて共通鍵K1を用いて復号し(S15)、さらに、第2暗号化部241にて親機1の公開鍵Ka1を用いて暗号化する(S16)。それから、子機202は、公開鍵Ka1にて暗号化された需要家情報を、隣接ノードである子機203に送信する(S17)。このとき、子機202は、同一需要家402に設けられている管理装置302にも、公開鍵Ka1にて暗号化された需要家情報を同時に送信する(S18)。
The
また、子機201と同一需要家401の管理装置301は、子機201から受信した需要家情報を、第1復号部332にて共通鍵K1を用いて復号し(S19)、需要家401での電力使用量の可視化などの処理を実行する(S20)。一方、需要家400の管理装置300は、子機201と共通の共通鍵K1を有していないので、子機201から受信した需要家情報を復号することはできない(S21)。
Further, the
3ホップ目の送信元となる子機203は、子機202から受信したパケットのヘッダ部分から転送先情報を取得する(S22)。そして、子機203は、子機202から受信した公開鍵Ka1にて暗号化された需要家情報を、特に復号または暗号化の処理を行うことなく、隣接ノードあるいは親機1に送信する(S23)。一方、需要家402の管理装置302は、親機1の公開鍵Ka1で暗号化されたデータを復号するための秘密鍵Kb1を有していないので、子機202から受信した需要家情報を復号することはできない(S24)。
The
以上説明した本実施形態の通信システムによれば、子機2は、自需要家4の需要家情報をマルチホップ通信で親機1に送信する際、ホップ先の子機2だけでなく、同一需要家4に設けられている管理装置3に対しても送信する。したがって、子機2は、親機1と管理装置3とのそれぞれに個別に需要家情報を送信する場合に比べて、需要家情報の送信回数を少なくできる。要するに、本実施形態の通信システムによれば、管理装置3が子機2から需要家情報を取得可能としながらも、子機2での需要家情報の送信回数が増えることがない。その結果、子機2は、少なくとも暗号化を行う第1変換部23にかかる負荷率を低減でき、親機1と管理装置3とに同じ通信方法(本実形態では無線通信)で需要家情報を送信する場合には、需要家情報を送信する際に通信系にかかる負荷率も低減できる。
According to the communication system of the present embodiment described above, when the
しかも、1ホップ目の送信元である子機2は、隣接ノードである子機2および同一需要家4の管理装置3に対し、これら隣接ノードおよび同一需要家4の管理装置3と共通する共通鍵を用いて暗号化した需要家情報を同時に送信する。そのため、たとえ1ホップ目の送信元である子機2から送信された需要家情報が、近隣需要家4の管理装置3で受信されることがあっても、近隣需要家4の管理装置3は需要家情報を復号できないので、需要家情報が近隣需要家4に漏洩することはない。
Moreover, the
また、2ホップ目以降の送信元となる子機2は、親機1の公開鍵Ka1を用いて暗号化された需要家情報を転送するので、2ホップ目以降にあっては、親機1でのみ需要家情報を復号可能な形で需要家情報が伝送されることになる。したがって、たとえ2ホップ目以降の送信元である子機2から送信された需要家情報が、これらの子機2と同一需要家4または近隣需要家4の管理装置3で受信されても、管理装置3は需要家情報を復号できないので、需要家情報が漏洩することはない。
Further, since the
結果的に、子機2での需要家情報の送信回数を抑えつつ、セキュアな通信を実現できる。
As a result, it is possible to realize secure communication while suppressing the number of times customer information is transmitted by the
さらに、本実施形態では、子機2は、隣接ノードの公開鍵で暗号化した共通鍵を同隣接ノードに送信し、同一需要家4の管理装置3の公開鍵で暗号化した共通鍵を同管理装置3に送信することにより、共通鍵を配布する。そのため、子機2は、目的の相手(隣接ノードおよび同一需要家4の管理装置3)にのみ共通鍵を配布することができ、それ以外の子機2あるいは管理装置3に共通鍵が漏洩することを回避できる。
Furthermore, in the present embodiment, the
また、親機1は、自身が含まれる通信ルート上の子機2に対して、ハローメッセージを用いて自身の公開鍵を配布するので、子機2においては、需要家情報の送信先となる親機1が変更されても、変更後の親機1の公開鍵を取得することができる。したがって、子機2は、メモリ22に複数台分の親機1の公開鍵を予め記憶することなく、その時々で必要な公開鍵のみを親機1から取得することができる。その結果、子機2は、メモリ22において公開鍵が占有する容量を小さく抑えることができる。
Moreover, since the main |
なお、上記実施形態では、子機2同士並びに子機2−親機1間の通信と、子機2−管理装置3間の通信とが、いずれも無線通信により実現される場合について説明したが、この構成に限定する趣旨ではない。つまり、たとえば子機2同士並びに子機2−親機1間の通信は無線通信により実現され、子機2−管理装置3間の通信は電力線搬送通信などの有線通信により実現されていてもよい。
In the above-described embodiment, a case has been described in which the communication between the
この場合、子機2は、通信部21として、他の子機2並びに親機1と通信するための無線通信部と、管理装置3と通信するための有線通信部とを有する。そして、1ホップ目の送信元である子機2は、隣接ノードおよび同一需要家4の管理装置3と共通する共通鍵を用いて暗号化した需要家情報を、隣接ノードである子機2に対しては無線通信部から、同一需要家4の管理装置3に対しては有線通信部から送信する。この場合でも、子機2は、親機1と管理装置3とのそれぞれに個別に需要家情報を送信する場合に比べて、需要家情報の送信回数を少なくでき、暗号化を行う第1変換部23にかかる負荷率を低減できる。
In this case, the
1,101,102・・・ 親機
2,201,202・・・ 子機(通信端末)
22 メモリ(記憶部)
231 第1暗号化部
232 第1復号部
241 第2暗号化部
3,301,302・・・ 管理装置(需要家装置)
32 メモリ(記憶部)
332 第1復号部
4,401,402・・・ 需要家
1, 101, 102 ...
22 Memory (storage unit)
231
32 Memory (storage unit)
332
Claims (5)
前記複数台の前記子機の各々は、
需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第1暗号化部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部と、
前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第2暗号化部とを有し、
前記需要家情報を前記親機に伝送する際、1ホップ目の送信元の子機は、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第1暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、2ホップ目以降の送信元の子機は、前記第2暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されている
ことを特徴とする通信システム。 A master unit that collects customer information from a plurality of consumers, a plurality of slave units each provided in a plurality of consumers and having a function of transmitting the customer information of each consumer to the master unit, and demand A consumer device that is installed in a house and acquires the consumer information of the consumer from the slave unit, wherein one of the plurality of slave units is a multi-hop with another slave unit as a repeater A communication system for transmitting the customer information to the parent device by communication,
Each of the plurality of slave units is
A common key that is common between the adjacent node that is a slave unit that can receive customer information without relaying other slave units and the consumer device of the same consumer, and a public key of the master unit are stored. A storage unit;
A first encryption unit that encrypts data using the common key in the storage unit;
A first decryption unit for decrypting data using the common key in the storage unit;
A second encryption unit that encrypts data using the public key in the storage unit,
When transmitting the customer information to the parent device, the slave device of the transmission source of the first hop is encrypted by the first encryption unit for the customer device of the adjacent node and the same customer A communication system, wherein customer information is transmitted, and a slave unit of a transmission source after the second hop is configured to transmit the customer information encrypted by the second encryption unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 The slave unit transmits the common key encrypted with the public key of the adjacent node to the adjacent node, and transmits the common key encrypted with the public key of the customer device of the same consumer to the customer device. The communication system according to claim 1, wherein the common key is distributed by transmission.
前記親機は、自身が含まれる前記通信ルート上の前記子機に対して、前記ハローメッセージを用いて自身の前記公開鍵を配布する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の通信システム。 The slave unit can select the master unit as a transmission destination of the customer information from a plurality of master units, and periodically determines a communication route with the master unit as a transmission destination. Are exchanging Hello messages,
The communication system according to claim 1 or 2, wherein the master unit distributes the public key of the master unit to the slave unit on the communication route including the master unit by using the hello message. .
需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第1暗号化部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部と、
前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第2暗号化部とを有し、
前記需要家情報を前記親機に伝送する際において、1ホップ目の送信元となる場合、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第1暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、2ホップ目以降の送信元となる場合、前記第2暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されている
ことを特徴とする通信端末。 A master unit that collects customer information from a plurality of consumers, a plurality of slave units each provided in a plurality of consumers and having a function of transmitting the customer information of each consumer to the master unit, and demand A consumer device that is installed in a house and acquires the consumer information of the consumer from the slave unit, wherein one of the plurality of slave units is a multi-hop with another slave unit as a repeater A communication terminal used as the slave unit in a communication system that transmits the customer information to the master unit by communication,
A common key that is common between the adjacent node that is a slave unit that can receive customer information without relaying other slave units and the consumer device of the same consumer, and a public key of the master unit are stored. A storage unit;
A first encryption unit that encrypts data using the common key in the storage unit;
A first decryption unit for decrypting data using the common key in the storage unit;
A second encryption unit that encrypts data using the public key in the storage unit,
When transmitting the customer information to the base unit, when it becomes the transmission source of the first hop, the first encryption unit encrypts the customer device of the adjacent node and the same customer A communication terminal configured to transmit customer information when the customer information is transmitted and becomes a transmission source after the second hop, the customer information encrypted by the second encryption unit.
同一需要家の子機および当該子機からの需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードとの間で共通する共通鍵とを記憶する記憶部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第1復号部とを有し、
同一需要家の子機が前記需要家情報を前記親機に伝送する際、当該子機が前記共通鍵で暗号化して前記隣接ノードに送信した前記需要家情報を受信するように構成されている
ことを特徴とする管理装置。
A master unit that collects customer information from a plurality of consumers, a plurality of slave units each provided in a plurality of consumers and having a function of transmitting the customer information of each consumer to the master unit, and demand A consumer device that is installed in a house and acquires the consumer information of the consumer from the slave unit, wherein one of the plurality of slave units is a multi-hop with another slave unit as a repeater In a communication system that transmits the customer information to the parent device by communication, a management device used as the customer device,
A storage unit for storing a slave unit of the same consumer and a common key that is common to adjacent nodes that are slave units capable of receiving customer information from the slave unit without relaying other slave units;
A first decryption unit that decrypts data using the common key in the storage unit,
When a slave device of the same consumer transmits the customer information to the master device, the slave device is configured to receive the consumer information that is encrypted with the common key and transmitted to the adjacent node. Management device characterized.
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A711 | Notification of change in applicant |
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