JP2015080245A - 携帯無線装置 - Google Patents

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耕司 秋田
満明 薩川
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満明 薩川
敬義 伊藤
Takayoshi Ito
敬義 伊藤
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Abstract

【課題】電力が限られる状況で認証処理を行う場合であっても、データ通信を高速に行えるようにする。
【解決手段】携帯無線装置11は、認証処理のための情報送信、待機処理、情報受信および内部処理を順繰りに行う第1通信部と、前記認証処理中にデータ通信のための無線通信を行う第2通信部と、前記第1通信部にて前記認証処理のための情報送信を開始してから前記認証処理のための情報受信が完了するまでの期間内に前記第2通信部にて前記データ通信を行うように制御する通信制御部と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、携帯無線装置および無線通信方法に関する。
Felica(登録商標)等に対応した携帯無線装置において、近接無線通信にて認証処理を行う手法が知られている。ここで、認証処理とは、例えばある装置が特定の装置であることを確認する処理である。携帯無線装置での近接無線通信を用いた認証処理は、入場ゲートで正規の携帯無線装置を所持している人間のみの入場を許可するのに用いられたり、電子マネーの決済に用いられたりする。
この種の認証処理では、携帯無線装置と通信相手装置との間で複数回の通信を行うことから、例えば数百ミリ秒〜数秒の時間を要する。
認証処理に要する時間はできるだけ短い方が望ましい。認証処理に時間がかかると、入場ゲートの入場や料金決済などに時間がかかり、利用者の使い勝手が悪くなるためである。
認証処理を高速化するには、携帯無線装置に内蔵されるプロセッサや通信部等のハードウェアの処理能力を向上させることが考えられるが、ハードウェアの処理能力を向上させると、消費電力が増大してしまう。最近は、バッテリを内蔵せず、無線で受信した電力でハードウェアを駆動する携帯無線装置も普及しているが、この種の携帯無線装置では、ハードウェアの駆動に用いることができる電力は限られており、処理能力の高いハードウェアを実装するのは困難である。
特開2009−218845号公報
本発明の実施形態は、電力が限られる状況で認証処理を行う場合であっても、データ通信を高速に行うことが可能な携帯無線装置および無線通信方法を提供する。
本実施形態による携帯無線装置は、電力を無線で受信する電力受信部と、受信した電力を用いて認証処理のための情報送信、待機処理、情報受信および内部処理を順繰りに行う第1通信部と、受信した電力を用いて前記認証処理中にデータ通信のための無線通信を行う第2通信部と、前記第1通信部にて前記認証処理のための情報送信を開始してから前記認証処理のための情報受信が完了するまでの期間内に前記第2通信部にて前記データ通信を行うように制御する通信制御部と、を備える。
第1の実施形態による携帯無線装置1の概略構成を示すブロック図。 通信相手装置11の概略構成を示すブロック図。 第1の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図。 第1の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図。 図4の一変形例のシーケンス図。 第2の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図。 第2の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図。 図7の一変形例によるシーケンス図。 第3の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図。 第3の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図。 図10の一変形例によるシーケンス図。 図9の一変形例によるタイミング図。 図9の他の変形例によるタイミング図。 第4の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図。 第4の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図。 図15の一変形例によるシーケンス図。 第5の実施形態による携帯無線装置1の概略構成を示すブロック図。 図17に対応した通信相手装置11の概略構成を示すブロック図。 第6の実施形態による携帯無線装置1の概略構成を示すブロック図。 図19の一変形例によるブロック図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態による携帯無線装置1の概略構成を示すブロック図である。図1の携帯無線装置1は、電力受信部2と、第1通信部3と、第2通信部4と、通信制御部5と、記憶部6とを備えている。
電力受信部2は、電力を無線で受信する。第1通信部3は、受信した電力を用いて認証処理のための情報送信、待機処理、情報受信および内部処理を順繰りに繰り返し行う。第2通信部4は、受信した電力を用いて認証処理中にデータ通信のための無線通信を行う。
通信制御部5は、第1通信部3にて認証処理のための情報送信を開始してから認証処理のための情報受信が完了するまでの期間内に第2通信部4にてデータ通信を行うように制御する。
より具体的には、通信制御部5は、第1通信部3にて認証処理のための情報送信が完了してから認証処理のための情報受信を開始するまでの期間内に第2通信部4にてデータ通信を行うように制御する。この期間内は、認証処理における待機処理期間であり、携帯無線装置1の処理負荷が軽い期間である。
図1の携帯無線装置1は、通信相手装置との間で、例えば近接無線通信を行う。図2は通信相手装置11の概略構成を示すブロック図である。図2に示す通信相手装置11は、電力送信部12と、第3通信部13と、第4通信部14と、記憶部15とを有する。
電力送信部12は、携帯無線装置1に対して電力を送信する。電力送信部12が送信した電力は、携帯無線装置1内の電力受信部2で受信される。
第3通信部13は、携帯無線装置1内の第1通信部3との間で認証処理のための無線通信を行う。第4通信部14は、携帯無線装置1内の第2通信部4との間でデータ通信のための無線通信を行う。
第1通信部3と第3通信部13を用いて行う認証処理は、いずれか一方の通信部が他方の通信部に認証処理のための情報を送信し終わった後に、他方の通信部から一方の通信部に認証処理のための情報を送信する処理を所定回数繰り返す。
図3は第1の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図である。図示のように、認証処理を行う携帯無線装置1内の第1通信部3と通信相手装置11内の第3通信部13は、認証処理に必要な情報の受信処理R、内部処理P、送信処理Tおよび待機処理Wを順繰りに繰り返す。
受信処理R、内部処理P、送信処理Tおよび待機処理Wの中で、最も消費電力が大きい処理は内部処理Pであり、最も消費電力が小さい処理は待機処理Wである。そこで、図3では、携帯無線装置1内の第2通信部4と通信相手装置11内の第4通信部14は、待機処理Wの期間中にデータ通信Dを行う。
図4は第1の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図である。
携帯無線装置1内の第1通信部3は通信相手装置11内の第3通信部13に対して認証処理に用いる情報の送信(認証通信)を行う(ステップS1)。この送信処理が終わると、携帯無線装置1内の第1通信部3は通信制御部5に対して送信完了通知を送信する(ステップS2)。これに応答して、通信制御部5は携帯無線装置1内の第2通信部4に通信開始要求を送信する(ステップS3)。
この通信開始要求に応答して、携帯無線装置1内の第2通信部4は通信相手装置11内の第4通信部14に対して通信開始要求を送信する(ステップS4)。この通信開始要求に応答して、通信相手装置11内の第4通信部14は携帯無線装置1内の第2通信部4に対して通信開始受託を送信する(ステップS5)。
次に、携帯無線装置1内の第2通信部4と通信相手装置11内の第4通信部14はデータ通信を行う(ステップS6)。
その後、通信相手装置11内の第3通信部13が携帯無線装置1内の第1通信部3に、認証処理に用いる情報を送信し、この情報が第1通信部3で受信されると(ステップS7)、第1通信部3は通信制御部5に対して、認証処理に用いる情報の受信を開始する通知(受信開始通知)を送信する(ステップS8)。
この受信開始通知に応答して、通信制御部5は携帯無線装置1内の第2通信部4にデータ通信の停止要求(通信停止要求)を送信する(ステップS9)。この通信停止要求に応じて、第2通信部4は、通信相手装置11内の第4通信部14にデータ通信の停止要求(通信停止要求)を送信する(ステップS10)。この通信停止要求に応じて、通信相手装置11内の第4通信部14は携帯無線装置1内の第2通信部4に対して通信停止受託を送信する(ステップS11)。これにより、携帯無線装置1内の第2通信部4と通信相手装置11内の第4通信部14との間で行われていたデータ通信は中止される。それ以降は、認証処理のみが行われる。
このように、図4では、認証処理に必要な情報を携帯無線装置1から通信相手装置11に送信し終わった後、通信相手装置11が送信した認証処理に必要な情報が携帯無線装置1で受信され始めるまでの待機処理の期間内に、携帯無線装置1内の第2通信部4と通信相手装置11内の第4通信部14とでデータ通信を行う。この待機処理の期間内は、携帯無線装置1は、負荷のかかる処理を行っていないことから、データ通信と認証処理を並行して行うことができ、データ通信を高速化することが可能となる。
図5は図4の一変形例のシーケンス図である。図4では、通信相手装置11内の第3通信部13が事前連絡もなく、認証処理に必要な情報の送信を開始した(ステップS7)のに対し、図5では、第3通信部13が認証処理に必要な情報の送信を開始するのに先だって、第3通信部13が第4通信部14に情報の送信を開始する旨を通知し(ステップS12)、この通知に応答して、第4通信部14は認証処理に必要な情報の送信を開始する旨の通知(認証情報送信開始通知)を携帯無線装置1内の第2通信部4に送信する(ステップS13)。
この通知を受けた第2通信部4は通信制御部5に対して、認証に必要な情報の受信を開始する旨の通知(受信開始通知)を送信する(ステップS14)。その後は、図4のステップS9〜S11と同様の処理を行う。
通信相手装置11内の第4通信部14は、携帯無線装置1内の第2通信部4に対して通信停止受託を送信した(ステップS11)後に、第3通信部13に対して、認証に必要な情報の送信要求(通信開始要求)を送信する(ステップS15)。これに応答して、第3通信部13は第1通信部3に対して、認証に必要な情報を送信する(ステップS7)。
このように、第1の実施形態による携帯無線装置1は、認証に必要な情報の送信が完了してから、認証に必要な情報の受信を開始するまでの待機処理の期間内に、通信相手装置11とデータ通信を行うため、実質的に認証処理とデータ通信を並行して行うことができ、データ通信を迅速に開始でき、認証処理が完了するまでデータ通信を開始できないという不具合がなくなる。また、待機処理の期間内は、携帯無線装置1の処理負担は小さいため、この期間内にデータ通信を行っても、携帯無線装置1の処理負担が急増して消費電力が増大するというおそれもない。
(第2の実施形態)
以下に説明する第2の実施形態は、認証に必要な情報を送信している期間内もデータ通信を行うものである。
第2の実施形態による携帯無線装置1と通信相手装置11の内部構成は、それぞれ図1および図2と同様であるため、説明を省略する。
図6は第2の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図である。
携帯無線装置1内の第2通信部4は、第1通信部3が認証に必要な情報の送信を開始してから、第1通信部3が認証に必要な情報の受信を開始するまでの期間、すなわち、認証に必要な情報の送信期間Tと待機処理の期間Wとを合わせた期間内に、通信相手装置11内の第4通信部14とデータ通信Dを行う。
図7は第2の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図である。以下では、図4と異なる処理を中心に説明する。
携帯無線装置1内の第1通信部3は通信制御部5に対して、認証に必要な情報の送信を開始する旨の通知(送信開始通知)を送信する(ステップS16)。この通知に応答して、通信制御部5は第2通信部4に対して、データ通信の開始要求(通信開始要求)を送信する(ステップS3)。その後は、図4のステップS3〜S11と同様の処理が行われる。
これにより、認証に必要な情報を送信する期間内と待機処理の期間内とにデータ通信を行うことができる。
図8は図7の一変形例によるシーケンス図である。図8は、図5と同様に、通信相手装置11が認証に必要な情報の送信を開始する前に、認証に必要な情報の送信を開始する旨の通知を行うものである(ステップS12〜S14)。
このように、第2の実施形態では、認証に必要な情報を送信する期間内と待機処理の期間内とにデータ通信を行うため、認証処理の期間内にデータ通信を行う期間が第1の実施形態よりも長くなり、その分多くのデータを認証処理の期間内に送受できる。
(第3の実施形態)
以下に説明する第3の実施形態は、認証に必要な情報を受信している期間内もデータ通信を行うものである。
第3の実施形態による携帯無線装置1と通信相手装置11の内部構成は、それぞれ図1および図2と同様であるため、説明を省略する。
図9は第3の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図である。
携帯無線装置1内の第2通信部4は、第1通信部3が認証に必要な情報の送信を完了してから、認証に必要な情報の受信を完了するまでの期間、すなわち、待機処理の期間Wと認証に必要な情報の受信期間Rとを合わせた期間内に、通信相手装置11内の第4通信部14とデータ通信を行う。
図10は第3の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図である。以下では、図4と異なる処理を中心に説明する。
認証に必要な情報の送信が完了した後にデータ通信を開始するまでの手順は図4のステップS1〜S7と同様である。
携帯無線装置1内の第1通信部3は、認証に必要な情報の受信が完了すると、受信完了通知を通信制御部5に送信する(ステップS17)。その後は、図4のステップS9〜S11と同様の処理が行われる。
図11は図10の一変形例によるシーケンス図である。通信相手装置11内の第3通信部13は、認証に必要な情報の送信が完了する前に、送信が完了する旨の通知を第4通信部14に送信する(ステップS18)。この通知に応答して、第4通信部14は携帯無線装置1内の第2通信部4に対して、認証に必要な情報の送信が完了した旨の通知(認証情報送信完了通知)を送信する(ステップS19)。この通知に応答して、第2通信部4は通信制御部5に対して、認証に必要な情報の受信が完了した旨の通知を送信する(ステップS20)。その後は、図4のステップS9〜S11と同様の処理が行われる。
ところで、図9では、認証処理が開始された直後と認証処理が終了する直前であっても、認証に必要な情報を受信する期間内と待機処理の期間内であれば、データ通信を行っている。ところが、認証処理が開始された直後と認証処理が終了する直前は、携帯無線装置1の動作がまだ安定しておらず、正常にデータ通信が行える保障が得られない。
そこで、図12に示すように、少なくとも認証処理が開始された直後は、認証に必要な情報を受信する期間R内であっても、データ通信を行わないようにしてもよい。
あるいは、図13に示すように、少なくとも認証処理が終了する直前は、認証に必要な情報を受信する期間R内であっても、データ通信を行わないようにしてもよい。
このように、第3の実施形態では、認証に必要な情報を受信する期間内と待機処理の期間内とにデータ通信を行うため、認証処理の期間内にデータ通信を行う期間が第1の実施形態よりも長くなり、その分多くのデータを認証処理の期間内に送受できる。
(第4の実施形態)
以下に説明する第4の実施形態は、上述した第1〜第3の実施形態を組み合わせたものである。
第4の実施形態による携帯無線装置1と通信相手装置11の内部構成は、それぞれ図1および図2と同様であるため、説明を省略する。
図14は第4の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11との間で行われる認証処理のタイミング図である。
携帯無線装置1内の第2通信部4は、第1通信部3が認証に必要な情報の送信を開始してから、認証に必要な情報の受信を完了するまでの期間、すなわち、認証に必要な情報の送信期間Tと、待機処理の期間Wと、認証に必要な情報の受信期間Rとを合わせた期間内に、通信相手装置11内の第4通信部14とデータ通信を行う。
これにより、携帯無線装置1は、認証処理における内部処理の期間Pを除いて、通信相手装置11とデータ通信を行うことになり、認証処理中の大部分の期間において通信相手装置11とデータ通信を行うことから、携帯無線装置1と通信相手装置11の間でのデータ通信を迅速化できる。
図15は第4の実施形態における携帯無線装置1と通信相手装置11が行う近接無線通信のシーケンス図である。以下では、図4と異なる処理を中心に説明する。
まず、図7のステップS16と同様に、携帯無線装置1内の第1通信部3は通信制御部5に対して、認証に必要な情報の送信を開始する旨の通知(送信開始通知)を送信する(ステップS16)。その後、図7のステップS3〜S7と同様の処理を行う。その後、図10のステップS17と同様に、携帯無線装置1内の第1通信部3は、認証に必要な情報の受信が完了すると、受信完了通知を通信制御部5に送信する(ステップS17)。その後は、図4のステップS9〜S11と同様の処理を行う。
図16は図15の一変形例によるシーケンス図である。図11と同様に、通信相手装置11内の第3通信部13は、認証に必要な情報の送信が完了する前に、送信が完了する旨の通知を第4通信部14に送信する(ステップS18)。この通知に応答して、第4通信部14は携帯無線装置1内の第2通信部4に対して、認証に必要な情報の送信が完了した旨の通知(認証情報送信完了通知)を送信する(ステップS19)。この通知に応答して、第2通信部4は通信制御部5に対して、認証に必要な情報の受信が完了した旨の通知を送信する(ステップS20)。その後は、図4のステップS9〜S11と同様の処理が行われる。
このように、携帯無線装置1は、認証に必要な情報の送信期間と、待機処理の期間と、認証に必要な情報の受信期間とに、並行して通信相手装置11とデータ通信を行うため、認証処理中の大部分の期間でデータ通信を並行して行うことができ、データ通信を迅速に開始してデータ通信に要する期間を短縮できる。
(第5の実施形態)
以下に説明する第5の実施形態は、上述した第1〜第4の実施形態による携帯無線装置1と通信相手装置11の内部構成の一変形例を示す。
図17は第5の実施形態による携帯無線装置1の概略構成を示すブロック図である。図17の携帯無線装置1は、図1の構成に加えて、復号化部7を有する。この復号化部7は、通信相手装置11から送信されて携帯無線装置1で受信された暗号化情報を復号する。
復号化部7は、携帯無線装置1と通信相手装置11との間での認証処理が正常に終了した後に、両装置間で互いに交換する鍵を用いて、暗号化情報を復号するようにしてもよい。
図18は図17に対応した通信相手装置11の概略構成を示すブロック図である。図18の通信相手装置11は、図2の構成に加えて、暗号化部16を有する。この暗号化部16は、携帯無線装置1に受信する情報を暗号化した暗号化情報を生成する。この暗号化情報は、上述したように、携帯無線装置1と通信相手装置11との間での認証処理が正常に終了した後に、両装置間で互いに交換する鍵を用いて暗号化してもよい。
このように、認証処理が正常に終了した場合に両装置間で交換される認証鍵を用いて、情報の暗号化と復号化を行うようにすれば、認証処理が正常に終了した装置間でのみ情報の送受ができることになり、有料コンテンツや著作権保護の必要なコンテンツの送受に利用できる。
図17と図18では、通信相手装置11から携帯無線装置1に暗号化情報を送信する例を示したが、その逆に、携帯無線装置1から通信相手装置11に暗号化情報を送信してもよい。この場合、携帯無線装置1内に暗号化部16を設けて、通信相手装置11内に復号化部7を設ければよい。
(第6の実施形態)
以下に説明する第6の実施形態は、上述した第1〜第4の実施形態による携帯無線装置1と通信相手装置11の内部構成の他の変形例を示す。
図19は第6の実施形態による携帯無線装置1の概略構成を示すブロック図である。図19の携帯無線装置1は、図1の構成に加えて、蓄電部8を有する。
携帯無線装置1内の第2通信部4と通信相手装置11内の第4通信部14との間で行われるデータ通信は、携帯無線装置1内の第1通信部3と通信相手装置11内の第3通信部13との間で行われる認証処理よりも、伝送すべき情報量が多いため、高速な通信速度が要求される。
ところが、通信速度を高速化すると、一般に消費電力が増大する。上述した第1〜第4の実施形態では、無線で受信した電力を利用してデータ通信を行うことを想定しており、高速なデータ通信を行うには、電力が不足するおそれがある。
そこで、携帯無線装置1内に蓄電部8を設けて、電力受信部2が無線で受信した電力を蓄積する。第1通信部3と第2通信部4は、蓄電部8に蓄積された電力で駆動される。より詳細には、蓄電部8に蓄積された電力量が、第1通信部3と第2通信部4を駆動するのに十分な量になったときに、これら通信部に蓄電部8から電力が供給されて、これら通信部が動作を開始する。
図20は図19の一変形例によるブロック図である。図20の携帯無線装置1は、高速のデータ通信を行う第2通信部4は蓄電部8からの蓄積電力で駆動し、低速の認証処理を行う第1通信部3は電力受信部2からの電力で駆動する。
図19の場合、蓄電部8に蓄積された電力量が所定の基準量に達するまでは、認証処理とデータ通信の双方とも開始できなかったが、図20の場合、蓄電部8に蓄積される電力量に関係なく、認証処理を開始できるため、認証処理の開始タイミングを早めることができる。
このように、第6の実施形態では、携帯無線装置1内に、電力受信部2で受信した電力を蓄積する蓄電部8を設けるため、高速のデータ通信を行うのに必要な電力を携帯無線装置1内で生成できる。
図19および図20は、図1の構成に蓄電部8を追加しているが、図17の構成に蓄電部8を追加してもよい。
携帯無線装置1内の第1通信部3と通信相手装置11内の第3通信部13との間の近接無線通信は、NFC(Near Field Communication)やFelica(登録商標)のような電磁誘導を用いた非接触通信でもよいし、あるいはマイクロ波やミリ波を用いた無線通信、例えばTransferJet、WiFi、UWBなどでもよい。
携帯無線装置1内の第2通信部4と通信相手装置11内の第4通信部14との間の近接無線通信も、上述した電磁誘導を用いた非接触通信、あるいはマイクロ波やミリ波を用いた無線通信でもよい。
上述した携帯無線装置1は、例えば、バッテリを内蔵または非内蔵のカード状の装置でもよいし、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、または携帯型PCでもよい。通信相手装置11は、例えば、リーダライタ端末でもよい。
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
1 携帯無線装置、2 電力受信部、3 第1通信部、4 第2通信部、5 通信制御部、6 記憶部、7 復号化部、8 蓄電部、11 通信相手装置、12 電力受信部、13 第1通信部、14 第2通信部、15 記憶部、16 暗号化部
本発明の一態様では、認証処理のための情報送信、第1内部処理、情報受信および前記第1内部処理よりも消費電力の多い第2内部処理を順繰りに行う第1通信部と、
前記認証処理中にデータ通信のための無線通信を行う第2通信部と、
前記第1通信部にて前記認証処理のための情報送信を開始してから前記認証処理のための情報受信が完了するまでの期間内に前記第2通信部にて前記データ通信を行うように制御する通信制御部と、を備える携帯無線装置が提供される。

Claims (1)

  1. 認証処理のための情報送信、待機処理、情報受信および内部処理を順繰りに行う第1通信部と、
    前記認証処理中にデータ通信のための無線通信を行う第2通信部と、
    前記第1通信部にて前記認証処理のための情報送信を開始してから前記認証処理のための情報受信が完了するまでの期間内に前記第2通信部にて前記データ通信を行うように制御する通信制御部と、を備える携帯無線装置。
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