JP6615179B2 - 遠隔通信ネットワーク内でフレームを符号化および復号するための方法 - Google Patents
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Description
- 一般に高データレート使用のための、セルラーデータネットワーク、たとえば、GPRS(General Packet Radio Service)または3G(3rd generation)。そのようなネットワークに接続されたワイヤレスデバイスのエネルギ消費は、一般に、それらのワイヤレスデバイスを、バッテリ駆動センサ(たとえば、ガスセンサまたは水センサ)が数年にわたって動作しなければならない市場セグメントに不適切にする。
- wMBUS(wireless M-BUS)および同様の技法は、限られた範囲を有し、センサのための大きく高価なバッテリを必要とする。
- 低データレートネットワークは、しばしば、同期化されず、低い衝突レートを維持し、正しく動作するために、チャネルの低占有レートを必要とする(通常、5%未満のチャネル占有)。チャネル占有レートは、時間の1単位当たりに送られるメッセージの個数と、送信されるフレームのサイズとに比例する。
- 多くの国では、ISMスペクトル規制は、すべてのアンテナが時間の所与のパーセンテージ(通常は約1%)未満に送信することを要求する。これは、一般に、両方向ネットワークを支配する制限要因である。ここでは、やはり、基地局アンテナ占有時間レートが、時間の1単位当たりにアンテナによって送信されるメッセージの個数と、送信されるフレームのサイズとに比例する。
- フレームから符号化されたデータおよびフレームハッシュコードを抽出するステップと、
- ノードに関するそれぞれのエントリを有するデータベースに問い合わせるステップであって、ノードに関するエントリは、このノードに割り当てられたアドレスおよび秘密を含む情報を含む、問い合わせるステップと、
- 少なくとも1つのデータベースエントリについて、
・ フレームから抽出された符号化されたデータおよびエントリ内に含まれる秘密を含む要素から少なくとも1つのハッシュコードを計算するステップと、
・ 計算されたハッシュコードをフレームから抽出されたフレームハッシュコードと比較するステップと、
・ 比較されたハッシュコードが一致する場合に、エントリを選択するステップと、
- フレームを処理するステップと
を含む、方法を提案する。
- ノードの地理的位置の表示、そのような表示は、電力および/またはタイムスタンプ情報に関するデータから有利に演繹されまたは推定され得る。
- ノードに固有の肯定応答受信待ち時間および肯定応答受信周期時間。ノードは、フレームの送信に続く所定の持続時間の間に肯定応答メッセージの受信のためにスタンバイに入ることができる。したがって、おそらくはノードに固有の待ち時間は、この所定のスタンバイ持続時間に対応することができる。したがって、肯定応答を送信する責任を負う、フレームの受信を担当するシステムは、肯定応答によって影響を受けるノードがリスンしている可能性が高い正確な時に肯定応答を送信することができる。これは、肯定応答に関する期待されるチャネル送信占有時間の特定の割振りを可能にする。ISMスペクトルなど、占有時間に関して非常に制約される周波数に関して、この占有時間最適化は、特に有利である。
- ノードに割り当てられた秘密によってデータを符号化するステップと、
- 符号化されたデータおよびノードに割り当てられた秘密を含む要素からハッシュコードを生成するステップと、
- 符号化されたデータおよび生成されたハッシュコードを送信されるフレーム内に含めるステップと
を含む、方法である。
- 不完全なアドレスデータを形成するために、ノードに割り当てられたアドレスを切り捨てるステップと、
- 不完全なアドレスデータを送信されるフレーム内に含めるステップと
をも含む。
- ノードに関するそれぞれのエントリを有するデータベースとのインターフェースであって、ノードに関するエントリは、前記ノードに割り当てられたアドレスおよび秘密を含む情報を含む、インターフェースと、
- データフレームを受信し、符号化されたデータおよびフレームハッシュコードを抽出するための抽出ユニットと、
- データベースからの少なくとも1つのエントリについて、
・ 受信されたフレームから抽出された符号化されたデータおよび前記エントリからの情報内に含まれる秘密を含む要素から少なくとも1つのハッシュコードを計算する動作と、
・ 計算されたハッシュコードを受信されたフレームから抽出されたフレームハッシュコードと比較する動作と、
・ 比較されたハッシュコードが一致する場合に、前記エントリを選択する動作と
を実行するように配置されたコードベリファイヤと、
- 受信されたフレームがそこから来るノードに割り当てられたアドレスであるものとして選択されたエントリ内に含まれるアドレスを識別することと、選択されたエントリ内に含まれる秘密を使用することによって受信されるフレームから抽出された符号化されたデータを復号することとを含む処理を実行するために受信されたフレームを復号するユニットと
を含む、処理および最適化ユニットによって実施され得る。
- 前記ノードから信号を受信する複数のアンテナであって、前記信号は、データフレームを含む、複数のアンテナと、
- データフレームを処理するための、上で説明された処理および最適化ユニットと
を含むシステムによっても実施され得る。
- ノードに割り当てられた秘密によってデータを符号化するユニットと、
- ハッシュコードジェネレータであって、ハッシュコードは、符号化されたデータおよびノードに割り当てられた秘密を含む要素から生成される、ハッシュコードジェネレータと、
- 放出されるフレームのジェネレータであって、フレームは、符号化されたデータおよび生成されたハッシュコードを含む、ジェネレータと
を含むノードによっても実施される。
- メモリ20内に読み取られたアドレスADD32と、
- センサ12からの、送信される関心を持たれているデータDIと、
- メモリ20内に読み取られた秘密SSと、
- メモリ20内に読み取られた番号に対応し、1つ増加された(ステップS20)、フレームに割り当てられたシーケンス番号SNと
を含む。
- ステップS22において切り捨てられたアドレスADD16と、
- ステップS21に従う符号化された関心を持たれているデータDCと、
- 秘密SSと、
- ステップS20において増加されたシーケンス番号SNと
という要素から構成されたワードD24を形成することができる。
- ステップS22において切り捨てられたアドレスADD16と、
- ステップS21に従う符号化された関心を持たれているデータDCと、
- ステップS23において計算されたハッシュコードHと
を含むデジタル信号フレームD25をアセンブルする。
- 切り捨てられたアドレスADD16と、
- 符号化された関心を持たれているデータDCと、
- ハッシュコードHと
を含む。
- フレーム内で受信されたアドレスADD16と、
- ステップS33において識別されたシーケンス番号SN'と、
- ステップS35において復号された関心を持たれているデータDIと
を含む。これらのデータは、受信されたフレームの送信情報をも含むことができる。
- S40 カウント変数qの1への初期化。このカウント変数qは、データベースDB3からエントリkのポインタ情報P(k)内に含まれるSN(k)の後のシーケンス番号のセットをスキャンする。
- S41 カウント変数kの1への初期化。このカウント変数kは、ステップS31において識別されたK個のエントリのすべてをスキャンする。
- S42 以下の要素から構成されるワードXの形成。
○ ノードkに割り当てられ、エントリkから抽出された完全なアドレスADD32(k)と、
○ 受信されたフレームから抽出された符号化されたデータDCと、
○ ノードkに割り当てられ、エントリkから抽出された秘密SS(k)と、
○ SN(k)+qと等しい整数。シーケンス番号SN(k)は、エントリk内に含まれるポインタ情報から抽出される。
- S43 ワードXからのハッシュコードYの計算(Y=h(X))。ハッシュの関数hは、ノードTx1において使用されるものと同一である。
- T44 ハッシュコードYが受信されたフレームから抽出されたハッシュコードHと等しいことの検証。コードが異なる場合のステップT45への移動、そうでない場合のステップS33への移動。
- T45 カウント変数kがステップS31において識別されたエントリの最大個数Kと等しくないことの検証。kがKとは異なる場合のステップS46への移動、そうでない場合のステップT47への移動。
- S46 カウント変数kを1つ増加することと、その後の、前述のステップ42へのリターン。
- T47 カウント変数qがカウント変数qについて認可される最大値Qと等しくないことの検証。整数Qは、ノードによって連続して送信されるフレームの通常の個数、使用可能な処理能力、データベースストレージ容量、復号に使用可能な時間などを考慮に入れることによって決定され得る。qがQとは異なる場合のステップS48への移動、そうでない場合のステップS49(失敗)への移動。
- S48 カウント変数qを1つ増加することと、その後の、前述のステップS41へのリターン。
- S33
○ S33' 以前のテストT44中に肯定の結果を与えたインデックスkをエントリインデックスmとして保持すること。
○ S33'' シーケンス番号SN'を有するフレームのアドレスADD32(m)のノードに受信を確認するようにするための、処理および最適化ユニット36のモジュール52の制御と、出力データD26内に含まれるシーケンス番号SN'の発行と。
を含む、ノードmの識別(図3内で概略的に表されたステップ)。
- S34(図3も参照) データベースDB3のエントリm内に含まれるポインタ情報P(m)の更新。
- S49 失敗、エントリは識別されなかった。
- S50 終了。
- ビットBM(m)qを1に位置決めすることと、
- すべてのBM(m)qが1にある場合には、r=Q+1をとり、そうでない場合にはBM(k)r=0になるようにするために最小のインデックスrを識別することと、
- SN(m)=SN(m)+r-1をとることと、
- ビットマップBM(k)をr-1位置だけ前進させ、末尾にr-1個の0を置くことと
からなるものとされ得る。
- フレームを発行したノードに割り当てられた、フレーム内に含まれた切り捨てられたアドレスADD16の一部ではない、アドレスADD32のビットと、
- フレームのシーケンス番号SNと
である。
- 各ノードは、ヘッダをさらに混乱させる可能性があるMACバージョン情報を要求することなく、集中化されたデータベース内でインデクシングされる、MAC(媒体アクセス制御)レイヤの異なるバージョンを使用することができる。プロセッサ48は、必要な場合にいくつかのMACレイヤを試行することによって、パケットを復号することを試みることができる。これは、更新、ネットワーク保守、および新しい機能性の導入を特に容易にする。
- 肯定応答ACKに関連するスリープタイマおよび遅延された肯定応答機構が、センサごとに構成され得る。
- 使用される異なる符号化技法(ハッシュコード、関心を持たれているデータの符号化)に関する更新情報も、このデータベースに統合され得る。したがって、システムは、透過的かつ流動的に有利に更新される(集中化されたデータベースの単純な更新)。
14 プロセッサ
16 ラジオ周波数(RF)送信受信ステージ
18 アンテナ
20 ローカルメモリ
22 モジュール
24 ネットワークアンテナ
26 ネットワークインターフェース
28 ネットワークアンテナ
30 ネットワークインターフェース
32 ネットワークアンテナ
34 ネットワークインターフェース
36 処理および最適化ユニット
37 インターフェース
38 RF送信受信ステージ
39 入出力
40 バッファストレージ
42 インターフェースデバイス
44 入出力インターフェース
46 選択デバイス
48 プロセッサ
49 絶対タイムベースを定義するモジュール
52 肯定応答を管理するためのモジュール
54 集中化された最適化モジュール
56 プロセッサ
58 最良のアンテナを選択するためのデバイス
ADD16 アドレス
ADD32 アドレス
ADD32(k) アドレス
B デジタル信号
BM(k) ビットマップ
Bt 信号
D24 ワード
D25 デジタル信号フレーム
D25' デジタルフレーム
D26 データ
DB3 データベース
DC 符号化された関心を持たれているデータ
DI 関心を持たれているデータ
H ハッシュコード
k カウント変数
NTW 別のネットワーク
P(k) ポインタ情報
Q 最大値
q カウント変数
Rx1 システム
SN シーケンス番号
SN(k) シーケンス番号
SN' シーケンス番号
SS 秘密
SS(k) 秘密
Tx1 ノード
X ワード
Y ハッシュコード
Claims (14)
- いくつかのノード(Tx1)に接続されたネットワーク内で放出されるデータフレームを受信する方法であって、アドレス(ADD32)および秘密(SSk)は、それぞれ各ノードに割り当てられ、前記方法は、
- 前記フレームから符号化されたデータ、フレームハッシュコード、および不完全なアドレスデータを抽出するステップと、
- 前記ノードに関するそれぞれのエントリを有するデータベースに問い合わせるステップであって、ノードに関する前記エントリは、前記ノードに割り当てられた前記アドレスおよび前記秘密を含む情報を含む、問い合わせるステップと、
- 少なくとも1つのデータベースエントリについて、
・ 前記抽出された不完全なアドレスデータに対応するアドレスを含むデータベースエントリに関して、前記フレームから抽出された符号化されたデータおよび前記エントリ内に含まれる前記秘密を含む要素から少なくとも1つのハッシュコードを計算するステップと、
・ 前記抽出された不完全なアドレスデータに対応するアドレスを含むデータベースエントリに関して、前記計算されたハッシュコードを前記フレームから抽出された前記フレームハッシュコードと比較するステップと、
・ 前記比較されたハッシュコードが一致する場合に、前記エントリを選択するステップと、
- 前記フレームを処理するステップであって、前記処理は、前記フレームがそこから来る前記ノードに割り当てられた前記アドレスであるものとしての前記選択されたエントリ内に含まれる前記アドレスの識別と、前記選択されたエントリ内に含まれる前記秘密を使用することによる前記フレームから抽出された前記符号化されたデータの復号とを含む、処理するステップと
を含むことを特徴とする、方法。 - データベースエントリに関して前記ハッシュコードを計算するステップに関する前記要素は、前記エントリ内に含まれる前記アドレスの少なくとも1つの部分をも含む、請求項1に記載の方法。
- ノードに関する前記データベースエントリ内に含まれる前記情報は、受信され、前記エントリ内に含まれる前記アドレスを識別することによって処理されたフレームの少なくとも1つのシーケンス番号のポインタ情報(P)をも含み、
前記エントリに関する少なくとも1つのハッシュコードがそれから計算される前記要素は、前記エントリ内に含まれるポインタ情報に従って決定される整数をも含む、請求項1または2に記載の方法。 - 前記フレームの処理は、前記識別されたアドレスから放出されたフレームのシーケンスの中からの前記フレームのシーケンス番号の判定と、前記フレームの判定されたシーケンス番号に従う前記選択されたエントリ内に含まれるポインタ情報の更新とをも含む、請求項3に記載の方法。
- 前記ハッシュコードを計算するステップおよび前記ハッシュコードを比較するステップは、少なくとも1つのデータベースエントリについて、前記エントリ内に含まれるポインタ情報によって識別される間隔内で選択されたそれぞれの整数を用いて、数回実行され、データベースエントリが選択された後に、前記フレームのシーケンス番号の判定は、前記比較されたハッシュコードがそれに関して一致する前記整数の識別を含む、請求項4に記載の方法。
- 電力レベルおよび/または前記フレームのタイムスタンプ情報の評価をも含み、前記フレームの処理は、そのアドレスが識別された前記ノードに関する前記エントリ内での、評価された前記電力レベルおよび/または前記タイムスタンプ情報に従う電力情報の更新をも含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- - そのアドレスが識別された前記ノードに、少なくとも1つの送信パラメータを適合させるメッセージを送信するステップであって、前記適合メッセージは、前記ノードに関する前記エントリ内に含まれる情報に従って生成される、送信するステップをも含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- ノード(Tx1)によってデータフレームを送信する方法であって、アドレス(ADD32)および秘密(SS)は、前記ノードに割り当てられ、前記方法は、
- 前記ノードに割り当てられた前記秘密によってデータを符号化するステップと、
- 前記符号化されたデータおよび前記ノードに割り当てられた前記秘密を含む要素からハッシュコードを生成するステップと、
- 不完全なアドレスデータを形成するために、前記ノードに割り当てられた前記アドレスを切り捨てるステップと、
- 前記符号化されたデータ、前記生成されたハッシュコード、および前記不完全なアドレスデータを前記送信されるフレーム内に含めるステップと
を含む、方法。 - 前記ハッシュコードがそれから計算される前記要素は、前記送信されるフレームのシーケンス番号をも含み、前記送信されるフレームの前記シーケンス番号は、前記送信されるフレームから除外される、請求項8に記載の方法。
- 前記フレームの送信に続いて、
- 所定の持続時間の間、前記ノードを肯定応答メッセージの受信のためのスタンバイモードに入れるステップをも含む、請求項8に記載の方法。 - 命令がプロセッサによって実行される時に、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法を実施するための前記命令を含むコンピュータプログラム。
- いくつかのノード(Tx1)と通信する処理ユニット(36)であって、
- ネットワークの前記ノードに関するそれぞれのエントリを有するデータベース(DB3)とのインターフェースであって、ノードに関する前記エントリは、前記ノードに割り当てられたアドレス(ADD32)および秘密(SS)を含む情報を含む、インターフェースと、
- データフレームを受信し、それから符号化されたデータ、フレームハッシュコード、および不完全なアドレスデータを抽出するための抽出ユニットと、
- 前記データベースからの少なくとも1つのエントリについて、
・ 前記抽出された不完全なアドレスデータに対応するアドレスを含むデータベースエントリに関して、前記受信されたフレームから抽出された符号化されたデータおよび前記エントリからの前記情報内に含まれる前記秘密を含む要素から少なくとも1つのハッシュコードを計算することと、
・ 前記抽出された不完全なアドレスデータに対応するアドレスを含むデータベースエントリに関して、前記計算されたハッシュコードを前記受信されたフレームから抽出された前記フレームハッシュコードと比較することと、
・ 前記比較されたハッシュコードが一致する場合に、前記エントリを選択することと
を実行するように配置されたコードベリファイヤと、
- 前記受信されたフレームがそこから来る前記ノードに割り当てられた前記アドレスであるものとして前記選択されたエントリ内に含まれる前記アドレスを識別することと、前記選択されたエントリ内に含まれる前記秘密を使用することによって前記受信されたフレームから抽出された前記符号化されたデータを復号することとを含む処理を実行するために受信された前記フレームを復号するためのユニットと
を含む、処理ユニット。 - いくつかのノード(Tx1)と通信するためのシステム(Rx1)であって、
- 前記ノードから信号を受信するための複数のアンテナであって、前記信号は、データフレームを含む、複数のアンテナと、
- データフレームを処理するための、請求項12に記載の処理ユニットと
を含むシステム。 - 遠隔通信ネットワークを介して通信するためのノード(Tx1)であって、アドレス(ADD32)は、前記ノードに割り当てられ、秘密(SS)も、前記ノードに割り当てられ、前記ノードは、
- 前記ノードに割り当てられた前記秘密によってデータを符号化するためのユニットと、
- ハッシュコードジェネレータであって、ハッシュコードは、前記符号化されたデータおよび前記ノードに割り当てられた前記秘密を含む要素から生成される、ハッシュコードジェネレータと、
- 不完全なアドレスデータを形成するために、前記ノードに割り当てられた前記アドレスを切り捨てるためのユニットと、
- 放出されるフレームのジェネレータであって、前記フレームは、前記符号化されたデータ、前記生成されたハッシュコード、および前記不完全なアドレスデータを含む、ジェネレータと
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