JP2010016457A

JP2010016457A - 無線通信機器、無線通信方法、及びコンピュータプログラム

Info

Publication number: JP2010016457A
Application number: JP2008172307A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takahara; 誠志高原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: JP4775774B2

Abstract

【課題】無線送信機の消費電力低減を図り、長時間動作を可能とする
【解決手段】無線送信機２０は、無線送信機２０を一意に識別するための２桁以上から成るＩＤ値の全桁の情報を含む第一の送信信号と、ＩＤ値の一部の桁のみの情報を含む複数の第二の送信信号を生成する送信モジュール２１と、第一の送信信号及び複数の第二の送信信号をそれぞれ異なる送信タイミングで無線伝送するアンテナ２２を備える。無線受信機３０は、第二の送信信号に基づいて無線送信機２０を認証する。
【選択図】図１

Description

本発明はセキュリティ分野等で用いられる無線通信機器、無線通信方法、及びコンピュータプログラムに関する。

従来、携帯電話やパソコン等においては、パスワードロック／アンロック、又は電源オン／オン等の自動化が要望されており、また自動車においては、ドアロック／アンロック等の自動化が要望されている。これらの要望に応えるべく、近年、様々な手法が考案されている。例えば、ユニークなＩＤが割り当てられた無線送信機をユーザが携帯することによって、ユーザが離れた場合に携帯電話やパソコン等の端末機器のパスワードロックが行われ、ユーザが近づいた場合にアンロックが行われる手法が考案されている。この種の無線送信機では、無線送信機から端末機器に送信されるＩＤデータを暗号化し、セキュリティを高めている。例えば、特許文献１には、暗証コードを用いたキーレスエントリーシステムが開示されている。
特開平８−１４４５９４号公報

ところで、この種の無線送信機では、省電力化が強く望まれている。特に、内蔵電池からの電力供給により動作する無線通信機器では、電池交換や充電を長時間不要とし、長時間の連続動作を可能とする省電力機能が要求される。従来の無線送信機では、送信モードとスリープモードとを交互に繰り返す間欠動作により電池の電力消費を可能な限り抑制している。送信モードでは、無線送信機を認証するためのＩＤデータが端末機器へ送信されるので、このような間欠動作に基づくＩＤデータの送信方法では、無線送信機から端末機器へＩＤデータが定期的かつ断続的に送信されることとなる。無線送信機によって消費される電力のうちＩＤデータの送信に要する電力は、大部分を占めているので、ＩＤデータの送信に要する電力を低減することが無線送信機の長時間動作の課題となっている。

そこで、本発明は、無線送信機の長時間動作を可能とする無線通信機器、無線通信方法及びコンピュータプログラムを提供することを課題とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係わる無線通信機器は、無線送信機と無線受信機とを備える。無線送信機は、無線送信機を一意に識別するための２桁以上から成るＩＤ値の全桁の情報を含む第一の送信信号と、ＩＤ値の一部の桁のみの情報又はＩＤ値の一部の桁のみの情報を所定の変換規則に基づいて変換した変換情報を含む複数の第二の送信信号を生成する送信モジュールと、第一の送信信号及び複数の第二の送信信号をそれぞれ異なる送信タイミングで無線伝送するアンテナとを備える。無線受信機は、第二の送信信号に基づいて無線送信機を認証する。ＩＤ値の一部の桁のみの情報又はこれを変換規則に基づいて変換した変換情報の受信を以って、正規のＩＤ値の受信と看做して無線送信機を認証することにより、ＩＤ値送信時の通信データ量を削減できる。これにより、無線送信機の消費電力は低減され、長時間動作が可能になる。

ここで、変換情報としては、ＩＤ値の符号体系とは異なる符号体系の情報を用いてもよい。また、無線送信機は、送信モジュールに電力を供給する電池と、電池から送信モジュールへ電力を供給又は遮断するスイッチを更に備えてもよい。送信モジュールは、スイッチへの操作により電池から送信モジュールに電力が供給される都度に、ＩＤ値の一部の桁のみの情報の送信順番を変更してもよい。

本発明に係わる無線通信方法は、無線送信機を一意に識別するための２桁以上から成るＩＤ値の全桁の情報を含む第一の送信信号を無線送信機が無線受信機に送信するステップと、ＩＤ値の一部の桁のみの情報又はＩＤ値の一部の桁のみの情報を所定の変換規則に基づいて変換した変換情報を含む複数の第二の送信信号を無線送信機が無線受信機に送信するステップと、無線受信機が第二の送信信号に基づいて、無線送信機を認証するステップと、を備える。この無線通信方法によれば、無線送信機によるＩＤ値送信時の通信データ量を削減できるので、無線送信機の消費電力は低減され、長時間動作が可能になる。

本発明に係わるコンピュータプログラムは、無線送信機と無線受信機とを備える無線通信機器に上述の無線通信方法を実行させるためのものである。このコンピュータプログラムによれば、無線送信機の消費電力は低減され、長時間動作が可能になる。

本発明によれば、無線送信機の長時間動作を可能とする無線通信機器、無線通信方法、及びコンピュータプログラムを提供することができる。

以下、各図を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は無線通信機器１０の機能ブロック図を示す。無線通信機器１０は、無線送信機２０、及び端末機器３０を備える。無線送信機２０は、送信モジュール２１、アンテナ２２、電池２３、及びスイッチ２４を備える。送信モジュール２１は、信号処理回路２５、及び高周波回路２６を備える。

信号処理回路２５は、ＣＰＵとメモリＩＣとから構成されており、消費電力を抑える制御やＩＤデータの出力処理等を行う。メモリＩＣには、ＩＤデータと、通信フォーマットとが予め記憶されている。ＩＤデータは、無線送信機２０を一意に識別するために割り当てられた２桁以上の識別情報である。通信フォーマットは、所定の通信プロトコル（例えば、４００ＭＨｚ帯特定省電力無線用の通信プロトコル）に準拠している。メモリＩＣとしては、不揮発性メモリや揮発性メモリ等の各種のメモリを適用できる。ＣＰＵは、ＩＤデータと共に通信フォーマットをメモリＩＣから読み出し、所定の転送レート（例えば、９６００ｂｐｓ）で変調された所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）の変調信号を高周波回路２６へ断続的かつ定期的に出力する。ＣＰＵとしては、例えば、８ビットマイコンを用いることができる。

信号処理回路２５は、消費電力を抑えるための制御として、間欠動作を実施する。例えば、所定時間（例えば、１５秒間隔）の送信サイクルのうち、送信モードとして動作する送信期間では、信号処理回路２５は、ＩＤデータを所定の通信フォーマットに格納して出力し、スリープモードとして動作するスリープ期間では、信号処理回路２５及び高周波回路２６の動作は待機状態になる。信号処理回路２５及び高周波回路２６は、送信モードとスリープモードとを交互に繰り返すことにより、電池２３の消費電力を抑えている。

高周波回路２６は、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動部品、トランジスタ等の半導体素子等により構成される。高周波回路２６は、信号処理回路２５からの変調信号を受信し、通信フォーマットに従って、無線送信機２０のＩＤデータの情報を含む送信信号（例えば、３００ＭＨｚ帯の２値ＦＳＫ変調信号）に変調する。アンテナ２２は、高周波回路２６によって生成された送信信号を電磁波に変換して放射する。アンテナ２２から放射される電磁波は、基本周波数３１５ＭＨｚの微弱無線規格を遵守する仕様に設計されている。

電池２３は、信号処理回路２５及び高周波回路２６へ電力を供給する。電池２３は、例えば、リチウムイオン電池であり、定格でＤＣ３Ｖの電圧を出力する。電池２３では、信号処理回路２５及び高周波回路２６での最低動作電圧レベルにもよるが、１．８Ｖ〜３．３Ｖ程度の範囲で電力が消費される。スイッチ２４は、電池２３から信号処理回路２５及び高周波回路２６へ電力を供給又は遮断するための電源スイッチである。無線送信機２０からの送信信号出力を一時的に停止させたい場合には、スイッチ２４をオフにすることで、電池２３から信号処理回路２５及び高周波回路２６への電力供給を遮断できる。また、無線送信機２０からの送信信号出力を再開させたい場合には、スイッチ２４をオンにすることで、電池２３から信号処理回路２５及び高周波回路２６への電力供給を再開できる。

端末機器３０は、例えば、携帯電話やパソコン等の無線通信機能を搭載した電子機器であり、無線受信機４０、及びＣＰＵ３１を備える。無線受信機４０は、アンテナ４１、高周波回路４２、及び信号処理回路４３を備える。無線送信機２０から無線電波として放射された送信信号に含まれるＩＤデータは、アンテナ４１にて受信され、高周波回路４２にて復調され、信号処理回路４３にて復号されて、所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）でＣＰＵ３１に出力される。ＣＰＵ３１は、無線受信機４０が受信したＩＤデータに基づいて、無線送信機２０を識別する。例えば、端末機器３０が携帯電話の場合、無線送信機２０を携帯するユーザが移動することにより、無線送信機２０と端末機器３０とがある一定の距離以上離れると、端末機器３０はロックし、無線送信機２０と端末機器３０とがある一定の距離以内に近づくと、端末機器３０はアンロックする。

次に、無線送信機２０から無線受信機４０へＩＤデータを送信する方法について説明する。本実施形態では、ＩＤデータとして、２０桁の１０進数を例示する。例えば、２０桁のうち上位１０桁は、無線送信機２０を一意に識別するためのＩＤ値「０１２３４５６７８９」であり、下位１０桁は、所定の暗号アルゴリズムに従い、ＩＤ値に基づいて生成される暗号値「９８７６５４３２１０」とする。説明を簡略化するため、暗号アルゴリズムとして、ＩＤ値の各桁を逆に並べ替えることにより、暗号値を生成するアルゴリズムを例示する。なお、セキュリティを高める観点から、ＩＤデータに暗号値を付加するのが好ましいが、本実施形態に係わるＩＤデータの送信方法において、暗号値は必須ではないことに留意されたい。暗号値を使用しない場合、ＩＤ値とＩＤデータは等しい。また、ＩＤ値は２桁以上であればよく、その桁数は特に限られるものではない。更に、ＩＤ値及び暗号値は、１０進数である必要はなく、Ｎ進数でもよい（Ｎは２以上の整数）。

送信モジュール２１は、ＩＤ値及び暗号値から成るＩＤデータの全桁の情報を含む第一の送信信号と、ＩＤ値の一部の桁のみの情報を含む複数の第二の送信信号を生成する。第二の送信信号は、ＩＤ値に関する限りその一部の桁のみの情報を含むものであるが、ＩＤ値の一部の桁のみの情報以外の情報（例えば、通信プロトコル上必要な同期コードや、誤りチェック用のＣＲＣなど）を含むものでもよい。それぞれの第二の送信信号は、ＩＤ値の異なる桁の情報を含む。アンテナ２２は、第一の送信信号及び複数の第二の送信信号をそれぞれ異なる送信タイミングで無線伝送する。無線受信機４０は、第一の送信信号を受信すると、予め定められた暗号アルゴリズムに基づいて、ＩＤデータからＩＤ値の全桁の情報を復号する。上述の例では、ＩＤデータの上位１０桁を抽出することにより、１０桁のＩＤ値を得ることができる。ＩＤ値の一部の桁のみの情報の送信順番は、無線送信機２０及び無線受信機４０の間で予め認識されているので、無線受信機４０は、第二の送信信号を受信すると、その受信した第二の送信信号に含まれているＩＤ値の一部の桁のみの情報が、予め定められた送信順番に従って送信されるべき情報に一致するか否かを判定し、一致するものと判定すると、送信モジュール２１から正規のＩＤデータ（全桁のＩＤデータ）を受信したときと同様に振舞い、ＩＤ値の全桁の情報を端末機器３０に出力する。このようにして、無線受信機４０は、ＩＤ値の一部の桁のみの情報しか含まない第二の送信信号を受信しているにも関らず、あたかも正規のＩＤデータを受信しているかのように振る舞い、第二の送信信号を受信する度にＩＤ値の全桁の情報を端末機器３０に出力することで、ＩＤ送信に要するデータ量を大幅に削減し、無線送信機２０で消費される電力を抑制できる。

図２は、無線送信機２０から無線受信機４０に送信されるＩＤデータと、無線受信機４０から端末機器３０に出力されるＩＤ値との関係を示している。スイッチ２４がオンになって以来、初めての送信タイミングでは、ＩＤデータの全桁の情報「０１２３４５６７８９９８７６５４３２１０」を含む第一の送信信号が無線送信器２０から無線受信機４０に送信される。無線受信機４０では、受信した第一の送信信号からＩＤ値の全桁の情報を復号し、これを端末機器３０に出力する。２回目〜２１回目の各送信タイミングでは、予め定められた送信順番に従って、ＩＤデータの１桁の情報を含む第２の送信信号が順次送信される。例えば、２回目の送信タイミングでは、ＩＤデータの１桁目の情報「０」を含む第二の送信信号が送信され、３回目の送信タイミングでは、ＩＤデータの２桁目の情報「１」を含む第二の送信信号が送信される。無線受信機４０は、２回目〜２１回目の各送信タイミングで送信される第二の送信信号を受信する度に、ＩＤ値の全桁の情報を端末機器３０に出力する。なお、２２回目以降の送信では、１回目〜２１回目の送信を周期的に繰り返してもよく、或いは２回目〜２１回目の送信を周期的に繰り返してもよい。

図３はＩＤデータを送信する送信信号の無線通信フォーマットを示す。この無線通信フォーマットは、パケットの先頭を示すプリアンブル（ＰＲ）、同期を確立するための同期コード（ＳＮＣ）、制御情報（ＣＴＬ）、ＩＤデータを格納するデータ部（ＤＡＴＡ）、及び巡回冗長符号（ＣＲＣ）を含む。ここで、プリアンブル、同期コード、制御情報、及び巡回冗長符号のそれぞれのビット数は、３２ビット、３２ビット、８ビット、及び１６ビットである。２０桁のＩＤデータの情報を一度に全て送信する第一の送信信号では、データ部に４８ビットのデータを格納する必要があるのに対して、１桁のＩＤ値の情報を送信する第二の送信信号では、データ部に２ビットのデータを格納するだけで足りる。その結果、ＩＤデータの全桁の情報を第一の送信信号に格納して送信する送信モードでは、図４に示すように、１５ｍｓｅｃの送信時間を要し、そのときの消費電流は１．０ｍＡである。これに対し、１桁のＩＤ値の情報を第二の送信信号に格納して送信する送信モードでは、図５に示すように、僅か９．９ｍｓｅｃの送信時間で足り、そのときの消費電流は１．０ｍＡである。なお、何れの場合でも、スリープモードの時間は１４８５ｍｓｅｃであり、そのときの消費電流は１．０μＡである。以上の分析を基に平均消費電力を算出すると、２０桁のＩＤデータの情報を一度に全て送信するときに消費される電流の平均値は、２．０μＡであるのに対し、１桁のＩＤ値の情報を送信するときに消費される電流の平均値は、１．６６μＡである。電池２３の電池容量が６０ｍＡｈである場合、平均消費電流が２．０μＡのときでは、電池寿命は３．４年であるのに対し、平均消費電流が１．６６μＡのときでは、電池寿命は４．１年まで延ばすことができる。

なお、上述の説明では、ＩＤ値の各桁の情報を１桁ずつ送信する場合を例示したが、これに限られるものではなく、ＩＤ値の２桁以上の情報を第二の送信信号に格納して送信してもよい。また、ＩＤ値の各桁の送信順番については、必ずしも上位桁から下位桁にかけて順番に送信する必要はなく、無線通信機２０と無線受信機４０とが予め認識する送信順番であればよい。また、ＩＤ値の各桁の送信順番は、無線送信機２０が主導権を持って決定してもよい。例えば、無線送信機２０から無線受信機４０に向けてＩＤ値の各桁の情報をランダムに送信する。無線受信機４０は、これを受信するとともに、各桁の送信順番を記憶する。然る後、無線送信機２０は、再度、同じ送信順番でＩＤ値の各桁の情報を送信する。無線受信機４０は、既にＩＤ値の各桁の送信順番を記憶しているので、受信したＩＤ値の一部の桁のみの情報が、予め記憶してある送信順番に従って送信されるべき情報に一致するか否かを判定できる。また、ＩＤ値の一部の桁のみの情報それ自体を必ずしも送信する必要はなく、無線送信機２０及び無線受信機４０が予め認識する変換規則に基づいて、ＩＤ値の一部の桁のみの情報を変換した変換情報を無線受信機４０に送信してもよい。この変換情報は、例えば、ＩＤ値の符号体系とは異なる符号体系の情報である。例えば、変換規則として、数字をアルファベットに変換する変換規則などを用いることができる。無線受信機４０は、変換規則を予め認識しているので、受信した変換情報をＩＤ値の一部の桁のみの情報に逆変換できる。また、無線送信機２０は、ＩＤ値の一部の桁のみの情報の送信順番をスイッチ２４への操作により、電池２３から送信モジュール２１に電力が供給される都度に変更してもよい。

なお、ＩＤ値の一部の桁のみの情報又はこれを変換規則に基づいて変換した変換情報の受信を以って、正規のＩＤ値の受信と看做すことは、セキュリティの低下に繋がる可能性も考えられる。しかし、無線送信機２０は、上述の例に示すように、デューティ０．１％の間欠動作をしているため、異なる複数の無線送信機２０からのＩＤデータの送信タイミングが競合することは、確率的にほぼゼロに近いものと考えられる。また、本実施形態では、無線送信機２０と無線受信機４０との間の通信可能距離は、約１．５ｍ〜３ｍ程度に設定しているので、異なる複数の無線送信機２０から無線受信機４０へＩＤデータが送信されること自体が稀である。このような理由により、ＩＤ値の一部の桁のみの情報又はこれを変換規則に基づいて変換した変換情報の受信を以って、正規のＩＤ値の受信と看做すことにより、送信モード時の通信データ量を低減し、低消費電力化を実現できる。

本実施形態に係わる無線通信機器の機能ブロック図である。無線送信機から無線受信機に送信されるＩＤデータと、無線受信機から端末機器に出力されるＩＤ値との関係を示す図である。無線通信フォーマットの説明図である。ＩＤデータの全桁の情報を送信する送信モードの説明図である。ＩＤ値の一部の桁のみの情報を送信する送信モードの説明図である。

符号の説明

１０…無線通信機器２０…無線通信機２１…送信モジュール２２…アンテナ２３…電池２４…スイッチ２５…信号処理回路２６…高周波回路３０…無線受信機３１…ＣＰＵ４０…無線受信機４１…アンテナ４２…高周波回路４３…信号処理回路

Claims

無線送信機と無線受信機とを備える無線通信機器であって、
前記無線送信機は、
前記無線送信機を一意に識別するための２桁以上から成るＩＤ値の全桁の情報を含む第一の送信信号と、前記ＩＤ値の一部の桁のみの情報又は前記一部の桁のみの情報を所定の変換規則に基づいて変換した変換情報を含む複数の第二の送信信号を生成する送信モジュールと、
前記第一の送信信号及び前記複数の第二の送信信号をそれぞれ異なる送信タイミングで無線伝送するアンテナを備え、
前記無線受信機は、
前記第二の送信信号に基づいて前記無線送信機を認証する、無線通信機器。
請求項１に記載の無線通信機器であって、
前記変換情報は、前記ＩＤ値の符号体系とは異なる符号体系の情報である、無線通信機器。
請求項１又は請求項２に記載の無線通信機器であって、
前記無線送信機は、前記送信モジュールに電力を供給する電池と、前記電池から前記送信モジュールへ電力を供給又は遮断するスイッチを更に備え、
前記送信モジュールは、前記スイッチへの操作により前記電池から前記送信モジュールに電力が供給される都度に、前記ＩＤ値の一部の桁のみの情報の送信順番を変更する、無線通信機器。
無線送信機を一意に識別するための２桁以上から成るＩＤ値の全桁の情報を含む第一の送信信号を前記無線送信機が無線受信機に送信するステップと、
前記ＩＤ値の一部の桁のみの情報又は前記一部の桁のみの情報を所定の変換規則に基づいて変換した変換情報を含む複数の第二の送信信号を前記無線送信機が前記無線受信機に送信するステップと、
前記無線受信機が前記第二の送信信号に基づいて、前記無線送信機を認証するステップと、
を備える無線通信方法。
請求項４に記載の無線通信方法であって、
前記変換情報は、前記ＩＤ値の符号体系とは異なる符号体系の情報である、無線通信方法。
請求項４又は請求項５に記載の無線通信方法であって、
前記無線送信機は、前記第一及び前記第二の送信信号を生成する送信モジュールと、電池から前記送信モジュールへ電力を供給又は遮断するスイッチを更に備え、
前記スイッチへの操作により前記電池から前記送信モジュールに電力が供給される都度に、前記ＩＤ値の一部の桁のみの情報の送信順番を前記送信モジュールが変更するステップを更に備える、無線通信方法。
無線送信機と無線受信機とを備える無線通信機器に請求項４乃至請求項６のうち何れか１項に記載の無線通信方法を実行させるためのコンピュータプログラム。