JP2005286956A - アドホック無線ネットワークシステムおよびその不正管理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ユーザからの要求に応じて基地局からユーザへ送信される情報に改竄や破壊等の不正行為が行われた時に、その地点を推定し、さらには不正地点を経由する経路が確立されないように経路確立を制御するアドホック無線ネットワークシステムおよびその不正管理方法を提供する。
【解決手段】無線基地局が、要求端末から受信した情報要求メッセージに応答して、提供情報を含む情報応答メッセージを生成するメッセージ生成部201と、情報応答メッセージを要求端末へ送信する送受信部200と、各無線端末が情報応答メッセージの受信に応答して返信する中継応答メッセージの正当性を検証するメッセージ検証部203と、この検証結果に基づいて、前記情報応答メッセージに対して不正が行われた地点を推定する不正地点推定部204とを含む。
【選択図】図4
【解決手段】無線基地局が、要求端末から受信した情報要求メッセージに応答して、提供情報を含む情報応答メッセージを生成するメッセージ生成部201と、情報応答メッセージを要求端末へ送信する送受信部200と、各無線端末が情報応答メッセージの受信に応答して返信する中継応答メッセージの正当性を検証するメッセージ検証部203と、この検証結果に基づいて、前記情報応答メッセージに対して不正が行われた地点を推定する不正地点推定部204とを含む。
【選択図】図4
Description
本発明は、アドホック無線ネットワークシステムおよびその不正管理方法に係り、特に、ホットスポットサービスまたはこれに類するサービスを提供する無線基地局が無線端末からの要求に応じて提供する情報へ不正行為が行われたときに、その不正が行われた地点を推定するアドホック無線ネットワークシステムおよびその不正管理方法に関する。
無線LANやBluetoothなどの無線基地局(アクセスポイント:AP)を、レストランや喫茶店、あるいはホテルのロビーなどに設置し、高速無線回線によるインターネット接続サービスを契約会員に対して、あるいは利用客に対して提供する空間、すなわちホットスポット(登録商標)が普及しつつある。
ホットスポットサービスは、無線基地局と直接通信できるエリア内に位置する無線端末でなければサービスを享受することができない。したがって、ホットスポットサービスを利用するためには、当該サービスが提供される店内、あるいは無線基地局の通信エリア内まで移動しなければならない。
ホットスポットサービスを提供している店や提供エリアの位置を把握するために、ホットスポットの位置情報を無線端末に予め取得しておくことが考えられる。しかしながら、データの保持容量が小さい小型の携帯端末ではリソースを大きく裂くことになり現実的ではない。のみならず、アクセスポイントの増減設や故障によるサービス中止などに即座に対応することが困難である。
一方、無線端末からの要求に応じて、無線基地局の通信エリア内に存在する端末がメッセージを中継するアドホック無線ネットワークの接続形態を利用すれば、通信エリア外の無線端末でも無線基地局と通信することが可能となる。但し、このようなアドホック接続では、一般ユーザの無線端末が中継端末として機能することになり、任意に移動して中継範囲外に出てしまう可能性があるので通信経路として不安定である。従って、永続的な接続は期待できない。
このような技術課題に対して、本出願人は先に、ホットスポットサービスまたはこれに類するサービスを提供する側が、これらのサービスを利用しようとするユーザに対して、サービス提供場所を案内するための情報や各種のメッセージを提供する無線基地局案内方法を発明し、特許出願(特許文献1)した。
特願2004−4067
上記した特許文献1の技術では、無線基地局から送信された情報が、複数の他のユーザ端末を中継して要求端末へ提供される。したがって、この間に悪意の第三者が介在していると、情報に改竄や破壊等の不正行為を加える可能性がある。しかしながら、従来のシステムでは情報に不正行為が加えられたことまでは認識できても、その不正が行われた地点を特定することができなかった。このため、ユーザが改めて情報要求メッセージを送信しても前回と同一経路が確立されてしまい、同様の不正が行われてしまう可能性があった。
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、ユーザからの要求に応じて基地局からユーザへ送信される情報に改竄や破壊等の不正行為が行われた時に、その地点を推定し、さらには不正地点を経由する経路が確立されないように経路確立を制御するアドホック無線ネットワークシステムおよびその不正管理方法を提供することにある。
上記した目的を達成するために、本発明は、アドホック無線ネットワーク上で無線基地局が一の無線端末からの要求に応じて送信した提供情報を、他の無線端末が前記一の無線端末までマルチホップで中継するアドホック無線ネットワークシステムおよびその不正管理方法において、以下のような手順を実施する点に特徴がある。
(1)要求端末が情報要求メッセージを無線基地局へ送信する手順と、前記中継端末が前記情報要求メッセージを無線基地局まで中継する手順と、前記無線基地局が、前記情報要求メッセージの受信に応答して、所定の提供情報を含む情報応答メッセージを要求端末へ返信する手順と、前記各中継端末が前記情報応答メッセージを要求端末まで中継する手順と、前記各中継端末および要求端末が前記情報応答メッセージの受信に応答して、当該情報応答メッセージの登録内容およびその中継経路に関する情報の少なくとも一方を含む中継応答メッセージを前記無線基地局へ返信する手順と、前記無線基地局が、前記各中継応答メッセージを受信して、その正当性を検証する手順と、前記無線基地局が、前記中継応答メッセージの検証結果に基づいて、前記情報応答メッセージに対して不正が行われた地点を推定する手順とを含む。
(2)前記無線基地局が、前記不正地点から転送された情報要求メッセージの中継を停止させる中継停止メッセージを、前記不正地点と経路上で無線基地局側に隣接する無線端末へ送信する手段と、前記中継停止メッセージを受信した中継端末が、前記不正地点から転送される情報要求メッセージの中継を停止する手順とを含む。
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)無線基地局が提供情報を登録して送信する情報応答メッセージに対して不正が行われると、この不正が行われた地点を推定できるようになる。
(2)情報応答メッセージに対して不正が行われると、この不正が行われた地点を経由する情報要求メッセージの中継が停止されるので、不正地点を経由する経路の確立が防止される。
(3)情報応答メッセージは、その登録情報のみならず中継経路に関しても検証が行われるので、中継経路が改竄された場合でも、これを検知できる。
(1)無線基地局が提供情報を登録して送信する情報応答メッセージに対して不正が行われると、この不正が行われた地点を推定できるようになる。
(2)情報応答メッセージに対して不正が行われると、この不正が行われた地点を経由する情報要求メッセージの中継が停止されるので、不正地点を経由する経路の確立が防止される。
(3)情報応答メッセージは、その登録情報のみならず中継経路に関しても検証が行われるので、中継経路が改竄された場合でも、これを検知できる。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明が適用されるアドホック無線ネットワークの構成を示したブロック図であり、ホットスポットサービスを提供する無線基地局APは上位ネットワークに接続されている。ここでは、ホットスポットサービスを受けようとするユーザの無線端末(以下、要求端末と表現する)MN1および中継局として機能する他のユーザの無線端末(以下、中継端末と表現する)MN2,MN3が無線基地局APの通信エリア外に位置し、同じく中継端末MN4が基地局APの通信エリア内に位置している場合を例にして説明する。各無線端末MN(MN1,MN2,MN3,MN4)および無線基地局APは、図2に示したように、後に詳述する各種のシグナリングメッセージを送受して情報交換を行う。
図3は、前記各無線端末MNに共通する主要部の構成を示したブロック図である。情報要求メッセージ生成部101は、各無線端末MNが要求端末MN1として機能する際に、無線基地局APに対して当該無線基地局APの所在地や連絡先、あるいはサービス内容等の各種情報の提供を要求するための情報要求(AP_REQ)メッセージを生成する。メッセージ中継部102は、各無線端末MNが中継端末MN2,MN3,MN4として機能する際にメッセージを中継する。中継応答メッセージ生成部103は、前記AP_REQメッセージを受信した無線基地局APが、これに応答して返信する情報応答(AP_REP)メッセージを受信または中継した際に、その応答として無線基地局APへ返信する中継応答(TOAP_REP)メッセージを生成する。このTOAP_REPメッセージには、中継するAP_REPメッセージの経路情報として、当該メッセージを自端末へ転送した隣接端末(前ホップ)のアドレスと、当該メッセージの転送先となる隣接端末(次ホップ)のアドレスとが登録されている。
電子署名部104は、各無線端末MNが中継端末MN2,MN3,MN4として機能する際に前記TOAP_REPメッセージの電子署名を作成し、これを当該TOAP_REPメッセージに登録する。メッセージ中継制限部105は、無線基地局APから自端末宛に送信された中継停止メッセージの受信に応答して、その後のAP_REQメッセージの中継を所定期間だけ停止する。メッセージ検証部106は、各無線端末MNが要求端末MN1として機能する際に、前記無線基地局APから送信されたAP_REPメッセージの正当性を、当該メッセージに登録されている電子署名に基づいて検証する。前記各シグナリングメッセージはメッセージ送受信部100により送受信される。入力操作部111はユーザの操作を受け付ける。表示部112には各種の情報が可視表示される。
図4は、前記無線基地局APの主要部の構成を示したブロック図である。情報応答メッセージ生成部201は、前記AP_REQメッセージの受信に応答して、自局の所在地や連絡先、あるいはホットスポットサービスの案内といった各種情報(提供情報)の登録された情報応答(AP_REP)メッセージを生成する。電子署名部202は、前記AP_REPメッセージの電子署名を作成し、これを当該AP_REPメッセージに登録する。
メッセージ検証部203は、後に詳述するように、各中継端末MN2,MN3,MN4および要求端末MN1から返信されるTOAP_REPメッセージの正当性を当該メッセージに登録されている電子署名に基づいて検証する第1検証部203aと、当該TOAP_REPメッセージに登録されている前記中継経路情報の正当性を検証する第2検証部203bとを含む。不正地点推定部204は、前記メッセージ検証部203における各検証結果に基づいて、各メッセージに対して不正が行われた地点を推定する。
中継停止メッセージ生成部205は、後に詳述するように、前記推定された不正地点を経由するAP_REQメッセージが無線基地局APへ到達しないように、この不正地点よりも無線基地局AP側であって、当該不正地点から最初の信用できる中継端末に送信する中継停止メッセージを生成する。前記各シグナリングメッセージはメッセージ送受信部200により送受信される。
次いで、フローチャートを参照して本実施形態の動作を詳細に説明する。図5、6は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、図5は、前記中継端末MN2,MN3,MN4がシグナリングメッセージを受信するごとに実施する「メッセージ受信処理」の手順を示し、図6は、無線基地局APが自局宛のシグナリングメッセージを受信するごとに実施する「メッセージ応答処理」の手順を示している。
図5において、メッセージを受信した各中継端末では、ステップS10,S20,S30において、その種別が判別される。前記要求端末MN1からブロードキャストで送信されたAP_REQ(情報要求)メッセージが受信されていればステップS11へ進み、当該メッセージを転送した隣接端末のアドレスと宛先である無線基地局APのアドレスとのペアが経路情報としてルーティングテーブル113へ登録される。ステップS12では、前記中継停止メッセージを受信した際に所定期間だけセットされる中継停止フラグFstopが参照される。このフラグFstopがリセット状態であれば、ステップS13へ進んで前記AP_REQメッセージが送信すなわち中継される。
このとき、中継端末MN2,MN3であれば無線基地局APの所在地が未知なので、当該メッセージがブロードキャストで送信される。これに対して、中継端末MN4であれば無線基地局APの所在地が既知なので、当該メッセージがユニキャストで送信される。
無線基地局APでは、図6のステップS40において前記AP_REQメッセージが受信されると、ステップS41において、要求端末MN1へ提供する情報を含むAP_REP(情報応答)メッセージが前記情報要求メッセージ生成部201で生成され、そのエントリがルーティングテーブル206へ登録される。このAP_REPメッセージには、図7に一例を示したように、「送信元(無線基地局AP)アドレス」,「送付先(要求端末MN1)アドレス」,「提供情報」が登録される。ステップS42では、当該AP_REPメッセージの電子署名が電子署名部202で生成され、これが前記AP_REPメッセージに「基地局署名」として追加登録される。ステップS43では、前記AP_REPメッセージが要求端末MN1へ、メッセージ送受信部200からユニキャストで送信される。
図5へ戻り、各中継端末では、ステップS20で前記AP_REPメッセージを受信するとステップS21へ進み、当該メッセージを転送した隣接端末のアドレスと宛先である要求端末MN1のアドレスとのペアが経路情報としてルーティングテーブル113へ登録される。ステップS22では、前記AP_REPメッセージへの応答として無線基地局APへ返信されるTOAP_REP(中継応答)メッセージが、前記中継応答メッセージ生成部103で生成される。
このTOAP_REPメッセージには、図8に一例を示したように、「送信元(自端末)アドレス」,「送付先(無線基地局AP)アドレス」,前記AP_REPメッセージに登録されていた「提供情報」および「基地局署名」,前記AP_REPメッセージを転送してきた隣接端末である「前ホップ」のアドレスおよび前記AP_REPメッセージを転送する隣接端末である「次ホップ」のアドレスが含まれる。ステップS23では、前記TOAP_REPメッセージの電子署名が電子署名部104で生成され、「中継署名」として前記TOAP_REPメッセージに追加登録される。ステップS24では、前記TOAP_REPメッセージが無線基地局APへ返信される。ステップS25では、前記AP_REPがルーティングテーブル113に登録されている経路情報にしたがって、前記メッセージ中継部102により中継される。
図6へ戻り、無線基地局APはステップS50において前記TOAP_REPメッセージを受信するとステップS51へ進む。ステップS51では、前記受信したTOAP_REPメッセージに基づいて不正の有無が検証され、不正があればその地点が推定され、さらに推定された不正地点が経路とならないように経路確立を制御する「不正管理処理」が実行される。
図10は、前記「不正管理処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップS60では、受信したTOAP_REPメッセージに対応したAP_REPメッセージのエントリがルーティングテーブル206に存在するか否かが判定される。エントリが存在すればステップS61へ進み、前記TOAP_REPメッセージに登録されている中継経路情報の「次ホップ」および「前ホップ」の各アドレスが抽出され、その正当性がメッセージ検証部106において検証される。
さらに具体的に説明すれば、本実施形態では図2にも示したように、無線基地局APに近い中継端末から順に前記TOAP_REPメッセージが返信されるように、各中継端末MNにおいて各TOAP_REPメッセージの送信および中継タイミングが制御されているので、無線基地局APは最初に、直近の中継端末MN4から返信されたTOAP_REP(4)メッセージを受信する。そして、このTOAP_REP(4)メッセージに登録されている「前ホップ」と自局のアドレスとが前記第2検証部203bで比較され、両者が不一致であれば正当性が否認される。
同様に、次に無線端末MN3からTOAP_REP(3)メッセージを受信すれば、これに登録されている「前ホップ」と無線端末MN4のアドレスとが比較され、両者が不一致であれば正当性が否認される。同様に、次に無線端末MN2からTOAP_REP(2)メッセージを受信すれば、これに登録されている「前ホップ」と無線端末MN3のアドレスとが比較されて正当性が検証される。同様に、次に要求端末MN1からTOAP_REP(1)メッセージを受信すれば、これに登録されている「前ホップ」と無線端末MN2のアドレスとが比較されて正当性が検証される。
正当性が否認されなければステップS62へ進み、受信したTOAP_REPメッセージに登録されている中継署名が復号化される。そして、復号結果とTOAP_REPメッセージに登録されている情報とが第1検証部203aで比較され、両者が不一致であれば正当性が否認される。正当性が否認されなければステップS63へ進み、今回受信したTOAP_REPメッセージの送信元が要求端末MN1であるか否かが判定される。送信元が要求端末MN1であればステップS66へ進み、該当するAP_REPのエントリが削除される。
一方、前記ステップS61,S62において正当性が否認されるとステップS64へ進み、前記不正地点推定部204によって不正地点が推定される。さらに具体的に説明すれば、TOAP_REPメッセージの正当性が否認される原因は、第1に、当該TOAP_REPメッセージを送信した無線端末が不正を行った場合、第2に、その手前(無線基地局AP側)の無線端末が不正を行った場合、に大別できる。ただし、TOAP_REPメッセージの検証結果のみでは、前記2つの無線端末のいずれが不正を働いたかまでは推定できない。そこで、本実施形態では、正当性が否認されたTOAP_REPメッセージを最初に送信した無線端末と、その手前側(無線基地局AP側)の直近に位置して正当性の確認されたTOAP_REQメッセージを最後に送信した無線端末とを含む範囲が不正地点と推定される。
したがって、例えば中継端末MN2から送信されたTOAP_REPメッセージの正当性が否認され、中継端末MN3から送信されたTOAP_REPメッセージの正当性が確認されていれば、中継端末MN2,MN3を含む当該端末MN2−MN3間が不正地点と推定される。ステップS65では、前記不正地点の推定結果に基づいて、一部の中継端末におけるメッセージ中継を停止させることで確立経路を制限する「経路制限処理」が実施される。
図11は、前記「経路制限処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップS70では、前記中継停止メッセージ生成部205において中継停止メッセージが生成される。この中継停止メッセージには、図9に一例を示したように、「送信元(無線基地局AP)アドレス」,「送付先アドレス」,「中止指示」,「中止時間」および「不正地点」が登録されている。前記「送付先アドレス」には、AP_REQメッセージの中継を中止させる中継端末として、無線基地局APから見て信用できる最遠の無線端末、換言すれば、前記不正地点の手前(無線基地局AP側)の無線端末のアドレスが登録される。したがって、上記したように、中継端末MN2から送信されたTOAP_REPメッセージの正当性が否認され、中継端末MN3から送信されたTOAP_REPメッセージの正当性が確認され、その結果、中継端末MN2−MN3間が不正地点と推定されていれば、中継端末MN4のアドレスが「送付先アドレス」となる。前記「不正地点」には、前記不正地点の無線端末MN2,MN3の各アドレスが登録される。
ステップS71では、当該中継停止メッセージの電子署名が作成されて当該メッセージに追加登録される。ステップS72では、前記中継停止メッセージがユニキャストで送信される。
図5へ戻り、中継端末では、ステップS30において自端末宛の中継停止メッセージが受信されるとステップS31へ進み、当該メッセージがその電子署名に基づいて検証される。メッセージの正当性が確認されればステップS32へ進み、「不正地点」として指定された無線端末MN2,MN3の中継停止フラグFstopがセットされる。ステップS33では、前記「中止時間」を計時するタイマがスタートする。前記中継停止フラグFstopは、前記タイマがタイムアウトした時点でリセットされる。
各中継端末では、AP_REQメッセージが受信されるごとにステップS12で前記中継停止フラグFstopが参照され、中継停止フラグFstopがセット状態と判定されればステップS14へ進み、前記メッセージ中継制限部105により当該AP_REQメッセージが破棄される。
図12は、前記中継停止メッセージ送信後に改めて要求端末MN1から送信されたAP_REQメッセージの転送経路を示したブロック図であり、図13はそのシーケンスフローである。
ここでは、中継端末MN2−MN3間が不正地点と推定され、中継端末MN4へ中継停止メッセージが送信された場合の動作を示している。中継端末MN4は、中継端末MN3で中継されたAP_REQメッセージの中継を停止するので、中継端末MN6で中継されたAP_REQメッセージのみを無線基地局APへ中継する。したがって、無線基地局APから送信されたAP_REPメッセージは、中継端末MN4,MN6,MN5を経由して要求端末MN1まで中継されることになり、前記不正地点を経由しない。
101…情報要求メッセージ生成部,102…メッセージ中継部,103…中継応答メッセージ生成部,104…電子署名部,105…メッセージ中継制限部,106…メッセージ検証部,201…情報応答メッセージ生成部,202…電子署名部,203…メッセージ検証部,204…不正地点推定部,205…中継停止メッセージ生成部
Claims (9)
- アドホック無線ネットワーク上で無線基地局が一の無線端末からの要求に応じて送信した提供情報を、他の無線端末が前記一の無線端末までマルチホップで中継するアドホック無線ネットワークシステムにおいて、
前記各無線端末が、
情報要求メッセージを生成する手段と、
前記情報要求メッセージを無線基地局へ送信する手段と、
前記情報要求メッセージに応答して無線基地局から返信される情報応答メッセージの正当性を検証する手段と、
前記情報応答メッセージの登録内容およびその中継経路に関する情報の少なくとも一方を含む中継応答メッセージを生成する手段と、
前記中継応応答メッセージを前記無線基地局へ送信する手段とを含むことを特徴とするアドホック無線ネットワークシステム - アドホック無線ネットワーク上で無線基地局が一の無線端末からの要求に応じて送信した提供情報を、他の無線端末が前記一の無線端末までマルチホップで中継するアドホック無線ネットワークシステムにおいて、
前記無線基地局が、
要求端末から受信した情報要求メッセージに応答して、所定の提供情報を含む情報応答メッセージを生成する手段と、
前記情報応答メッセージを要求端末へ送信する手段と、
前記各無線端末が前記情報応答メッセージの受信に応答して返信する中継応答メッセージの正当性を検証する手段と、
前記中継応答メッセージの検証結果に基づいて、前記情報応答メッセージに対して不正が行われた地点を推定する手段とを含むことを特徴とするアドホック無線ネットワークシステム。 - 前記中継応答メッセージの正当性を検証する手段は、
当該中継応答メッセージに登録されている前記情報応答メッセージの登録内容の正当性を検証する手段と、
当該中継応答メッセージに登録されている前記中継経路情報の正当性を検証する手段とを含むことを特徴とする請求項2に記載のアドホック無線ネットワークシステム。 - 前記不正が行われた地点を推定する手段は、正当性の否認された中継応答メッセージを送信した無線端末の中で無線基地局に経路上で最も近い第1無線端末と、当該第1無線端末と経路上で無線基地局側に隣接し、正当性の確認された中継応答メッセージを送信した第2無線端末とを不正地点として推定することを特徴とする請求項2または3に記載のアドホック無線ネットワークシステム。
- 前記無線基地局がさらに、
前記不正地点から転送された情報要求メッセージの中継を停止させる中継停止メッセージを生成する手段と、
前記不正地点と経路上で無線基地局側に隣接し、正当性の確認された中継応答メッセージを送信した第3無線端末へ前記中継停止メッセージを送信する手段とを含むことを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載のアドホック無線ネットワークシステム。 - 前記各無線端末がさらに、
前記中継停止メッセージの受信に応答して、前記不正地点から転送される情報要求メッセージの中継を停止する手段を含むことを特徴とする請求項1に記載のアドホック無線ネットワークシステム。 - アドホック無線ネットワーク上で無線基地局が一の無線端末からの要求に応じて送信した提供情報を、他の無線端末が前記一の無線端末までマルチホップで中継するアドホック無線ネットワークシステムの不正管理方法において、
前記要求端末が情報要求メッセージを無線基地局へ送信する手順と、
前記中継端末が前記情報要求メッセージを無線基地局まで中継する手順と、
前記無線基地局が、前記情報要求メッセージの受信に応答して、所定の提供情報を含む情報応答メッセージを要求端末へ返信する手順と、
前記各中継端末が前記情報応答メッセージを要求端末まで中継する手順と、
前記各中継端末および要求端末が前記情報応答メッセージの受信に応答して、当該情報応答メッセージの登録内容およびその中継経路に関する情報の少なくとも一方を含む中継応答メッセージを前記無線基地局へ返信する手順と、
前記無線基地局が、前記各中継応答メッセージを受信して、その正当性を検証する手順と、
前記無線基地局が、前記中継応答メッセージの検証結果に基づいて、前記情報応答メッセージに対して不正が行われた地点を推定する手順とを含むことを特徴とするアドホック無線ネットワークシステムの不正管理方法。 - 前記不正が行われた地点を推定する手順は、正当性の否認された中継応答メッセージを送信した無線端末の中で無線基地局に経路上で最も近い第1無線端末と、当該第1無線端末と経路上で無線基地局側に隣接し、正当性の確認された中継応答メッセージを送信した第2無線端末とを不正地点として推定することを特徴とする請求項7に記載のアドホック無線ネットワークシステムの不正管理方法。
- 前記無線基地局が、前記不正地点から転送された情報要求メッセージの中継を停止させる中継停止メッセージを、前記不正地点と経路上で無線基地局側に隣接する無線端末へ送信する手順と、
前記中継停止メッセージを受信した中継端末が、前記不正地点から転送される情報要求メッセージの中継を停止する手順とを含むことを特徴とする請求項7または8に記載のアドホック無線ネットワークシステムの不正管理方法。
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