JP2015106349A - 通信システム、通信方法及びクライアント装置 - Google Patents

通信システム、通信方法及びクライアント装置 Download PDF

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賢一 松永
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Abstract

【課題】ID領域や属性情報領域等のオーバーヘッドがセンサネットワーク上のトラヒックを圧迫したり、送信に要する消費電力を増大させたりすることの無いようパケットデータのサイズを改善する。
【解決手段】センサ端末100は、端末IDと属性情報と予備情報とを複数の断片データに分割し、それぞれの断片データをセンサ11からのセンサデータに付与してパケットデータを構築し、管理サーバ300へ送信する。管理サーバ300は、センサ端末100から送信される複数のパケットデータを順次受信して、各パケットデータ内の各断片データから端末IDと属性情報と予備情報とをそれぞれ再構築(再構成)する。
【選択図】図1

Description

本発明は、データを送信する技術に関する。
遠隔地に設置したセンサや計測機器からのデータを収集するセンサネットワークシステムがある。業務の効率化、サービス性の向上、安心・安全の確保を目的として、遠隔検針、自動販売機の在庫管理、トラックの配送管理、ビニールハウスの温度監視、受変電設備の監視、構造物モニタリング等、様々なサービスが展開されている。
近年、一般家庭においても省エネに対する意識の高まりから、電流センサ、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、人感センサ等のセンサ情報を用いて、効率的なエネルギー消費の実現に向けたエネルギーマネージメントシステムの実証実験が行われている。
センサ端末にはセンサが搭載されており、センサで検知されたセンサデータはネットワークを介してサーバへ送信される。一般にセンサデータには、送信元のセンサ端末を識別するための端末IDや、センサデータの属性を示す属性情報が付与される。特許文献1によれば、センサ機器IDとユーザIDからユーザセンサ機器IDを生成し、このユーザセンサ機器IDとセンサデータを紐付けて管理するシステムが開示されている。ここで、センサ機器から送信されるセンサデータには、センサ機器IDや、機器の属性やデータフォーマットの情報を示す機器フォーマットIDが含まれている。
特開2011−76129号公報
上述したセンサネットワークシステムにおいて、センサデータのサイズは比較的小さいため、センサネットワークシステムが世の中に普及して管理するセンサ端末が増大すると、ID領域や属性情報領域がオーバーヘッドとしてパケットデータの大部分を占めるようになる。特に、データの送信頻度が高い場合には、センサネットワーク上のトラヒックを圧迫したり、送信に要する消費電力を増大させたりする。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、パケットデータのサイズを改善することを目的とする。
請求項1に記載の通信システムは、クライアント装置とサーバ装置とを備えた通信システムにおいて、前記クライアント装置は、所定情報を記憶しておく記憶手段と、前記記憶手段から前記所定情報を読み出して、当該所定情報を複数の部分情報に分割して複数のデータにそれぞれ付与する制御手段と、前記付与された複数のデータを前記サーバ装置へ送信する通信手段と、を有し、前記サーバ装置は、前記複数のデータを受信する通信手段と、前記受信した複数のデータから前記部分情報をそれぞれ取得して、分割前の所定情報に再構成する再構築手段と、を有することを要旨とする。
請求項2に記載の通信システムは、請求項1に記載の通信システムにおいて、前記所定情報は、少なくとも2つであって、前記制御手段は、第1の所定情報の部分情報と第2の所定情報の部分情報とを前記複数のデータ間で同じ順番又は異なる順番となるように付与することを要旨とする。
請求項3に記載の通信システムは、請求項1又は2に記載の通信システムにおいて、前記制御手段は、前記所定情報とは無関係のダミー情報を前記データに付与することを要旨とする。
請求項4に記載の通信システムは、請求項1乃至3のいずれかに記載の通信システムにおいて、前記再構築手段は、受信したデータの数が閾値に到達した後に、その時点で受信している複数のデータを用いて前記再構成を行うことを要旨とする。
請求項5に記載の通信システムは、請求項1乃至4のいずれかに記載の通信システムにおいて、前記制御手段は、前記所定情報内での前記複数の部分情報の配置位置を変更し、各部分情報を変更後の配置位置の順番で前記複数のデータに付与することを要旨とする。
請求項6に記載の通信システムは、請求項1乃至5のいずれかに記載の通信システムにおいて、前記所定情報は、前記クライアント装置の識別子及び前記データの属性情報であり、前記データは、センサデータであることを要旨とする。
請求項7に記載の通信方法は、クライアント装置とサーバ装置とで行う通信方法において、前記クライアント装置により、所定情報を記憶手段に記憶しておくステップと、前記記憶手段から前記所定情報を読み出して、当該所定情報を複数の部分情報に分割して複数のデータにそれぞれ付与するステップと、前記付与された複数のデータを前記サーバ装置へ送信するステップと、を有し、前記サーバ装置により、前記複数のデータを受信するステップと、前記受信した複数のデータから前記部分情報をそれぞれ取得して、分割前の所定情報に再構成するステップと、を有することを要旨とする。
請求項8に記載のクライアント装置は、所定情報を記憶しておく記憶手段と、前記記憶手段から前記所定情報を読み出して、当該所定情報を複数の部分情報に分割して複数のデータにそれぞれ付与する制御手段と、前記付与された複数のデータをサーバ装置へ送信する通信手段と、を有することを要旨とする。
本発明によれば、パケットデータのサイズを低減できる。
第1の実施の形態に係るセンサネットワークシステムの全体構成を示す図である。 センサ端末の動作フローを示す図である。 パケットデータのフォーマット例を示す図である。 管理サーバの動作フローを示す図である。 センサ情報の登録例を示す図である。 第2の実施の形態に係るパケットデータのフォーマット例を示す図である。 第3の実施の形態に係るパケットデータのフォーマット例を示す図である。 第4の実施の形態に係るパケットデータのフォーマット例を示す図である。 第5の実施の形態に係るセンサネットワークシステムの全体構成を示す図である。 管理サーバの動作フローを示す図である。
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。
〔第1の実施の形態〕
図1は、第1の実施の形態に係るセンサネットワークシステム1の全体構成を示す図である。センサネットワークシステム1は、センサで測定したセンサデータを送信するセンサ端末100と、ネットワーク500を介して受信したセンサデータを管理する管理サーバ300と、を備えて構成される。
まず、センサ端末100の機能について説明する。センサ端末100は、センサ11と、制御部12と、通信部13と、データ記憶部14とを備えて構成される。
データ記憶部14は、センサ端末100を一意に識別するための端末IDと、センサデータの属性を示す属性情報と、種々の付加機能に用いるための予備情報とを記憶している。属性情報とは、例えば、センサの種別、センサデータが生成された国や場所、事業者等の情報である。また、予備情報とは、例えば、センサデータの認証コード等である。
センサ11は、電流や温度等を計測、検知、検出等し、計測等された物理量データをセンサデータとして制御部12に出力する。例えば、電流センサ、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、人感センサ等である。
制御部12は、データ記憶部14から端末IDと属性情報と予備情報とを取得してそれらの各ビット列を複数の断片データに分割し、センサ11で計測された複数のセンサデータにそれぞれを付与する。
通信部13は、センサデータに端末IDと属性情報と予備情報との各断片データが付与されたパケットデータを管理サーバ300へ送信する。
次に、管理サーバ300の機能について説明する。管理サーバ300は、通信部31と、パケット蓄積部32と、ID等再構築部33と、データ認証部34と、センサ情報データベース35とを備えて構成される。
通信部31は、センサ端末100から送信される複数のパケットデータを順次受信して、パケット蓄積部32に時系列に蓄積する。
ID等再構築部33は、パケット蓄積部32からパケットデータを順次取得して、各パケットデータ内の各断片データから端末IDと属性情報と予備情報とをそれぞれ再構築(再構成)する。
データ認証部34は、再構築された予備情報を用いて、受信したパケットデータの正当性を認証する。
センサ情報データベース35は、正当性が認証されたパケットデータをセンサ端末100のセンサ情報として記憶する。
続いて、センサネットワークシステム1の動作について説明する。本動作例では、端末IDのデータ長が32ビット、属性情報のデータ長が24ビット、予備情報のデータ長が16ビットとする。
最初に、センサ端末100の動作を説明する。図2は、センサ端末100の動作フローを示す図である。
まず、ステップS101において、センサ11は、電流や温度等を計測し、制御部12は、センサ11で計測されたセンサデータSIGを受信する。以下、第1のセンサデータSIG1〜第nのセンサデータSIGn(n:自然数)を受信したとする。
次に、ステップS102において、制御部12は、データ記憶部14から端末IDと属性情報と予備情報とを取得し、それぞれを複数の断片データに分割する。例えば、端末IDを1ビット単位で32個の断片データID_b1〜ID_b32に分割し、属性情報を同様に1ビット単位で24個の断片データP_b1〜P_b24に分割し、予備情報も同様に1ビット単位で16個の断片データR_b1〜R_b16に分割する。
次に、ステップS103において、制御部12は、第1のセンサデータSIG1〜第nのセンサデータSIGnに対して、端末IDの断片データID_bと、属性情報の断片データP_bと、予備情報の断片データR_bと、をそれぞれ付与し、複数のパケットデータを構築する。
具体的には、まず第1のセンサデータSIG1に対して、端末IDの最上位ビットである32ビット目の断片データID_b32を付与し、それに続けて属性情報の最上位ビットである24ビット目の断片データP_b24を付与し、更にそれに続けて予備情報の最上位ビットである16ビット目の断片データR_b16を付与する。
続いて第2のセンサデータSIG2に対して、端末IDの次上位ビットである31ビット目の断片データID_b31を付与し、それに続けて属性情報の次上位ビットである23ビット目の断片データP_b23を付与し、更にそれに続けて予備情報の次上位ビットである15ビット目の断片データR_b15を付与する。
続けて第3のセンサデータSIG3〜第nのセンサデータSIGnについても同様の処理を実行する。なお、最下位ビットの断片データが付与された後には最上位ビットの断片データを付与する。例えば、予備情報について言えば、第17のセンサデータSIG17に対しては最上位ビットである16ビット目の断片データR_b16を付与する。
最後に、ステップS104において、通信部13は、センサデータSIGに端末IDと属性情報と予備情報との各断片データが付与されたパケットデータを管理サーバ300へ送信する。複数のパケットデータは、ネットワーク500を介して管理サーバ300で受信される。このときのパケットデータのフォーマットを図3に示す。図3及び後述する図5〜図8では、符号を()内に記載している。
次に管理サーバ300の動作を説明する。図4は、管理サーバ300の動作フローを示す図である。
まず、ステップS301において、通信部31は、センサ端末100から送信された第1のパケットデータ〜第nのパケットデータを順次受信し、パケット蓄積部32に一旦蓄積する。
次に、ステップS302において、ID等再構築部33は、パケット蓄積部32から第1のパケットデータ〜第nのパケットデータを順次取得し、再構築するための方法を規定した再構築手引き情報に基づいて、各パケットデータに含まれている各断片データから端末IDと属性情報と予備情報との各ビット列パターンをそれぞれ再構築する。
具体的には、再構築手引き情報を参照し、第1のパケットデータ〜第nのパケットデータにそれぞれ含まれている端末IDに関する1ビットの断片データを切り出し、断片データID_b32〜断片データID_b1までのビット列の繰り返しとして再構築する。属性情報及び予備情報についても同様の処理を行うことにより再構築する。なお、最構築手引き情報には、端末ID等のデータ長や各断片データのビット数、パケットデータ内における端末ID等の位置等が規定されている。
次に、ステップS303において、ID等再構築部33は、再構築された各ビット列パターンから端末IDと属性情報と予備情報とをそれぞれ抽出する。
次に、ステップS304において、データ認証部34は、抽出された予備情報(本動作例では認証コード)が管理サーバ300に登録されている認証コードに一致する(OK)か、否か(NG)を判定する。
最後に、ステップS305において、データ認証部34は、その判定結果がOKの場合、第1のパケットデータ〜第nのパケットデータに含まれている各センサデータをセンサ情報として、端末IDと属性情報と予備情報とに関連付けてセンサ情報データベース35に登録する。そのデータベースの例を図5に示す。一方、判定結果がNGの場合には、ステップS306において、不正なデータと見なして関連するパケットデータを破棄する。
以上、センサネットワークシステム1について説明した。なお、断片データは2ビット以上であってもよいし、端末IDと属性情報と予備情報との間で異なるビット数を用いてもよい。また、端末IDと属性情報と予備情報との各データ長をそれら間で同一としてもよい。更に、これらのビット数やデータ長は、予め設定されているものを用いてもよいし、設定器を用いてローカルでセンサ端末100に設定してもよいし、外部のサーバから送信する設定電文により遠隔で設定してもよい。
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。図6に示すように、本実施の形態では、端末IDと属性情報と予備情報との各ビット列の各断片データを各センサデータSIGにシリアルに付与する。
具体的には、例えば、最初から32個のセンサデータSIGに対しては、端末IDの断片データID_b32〜ID_b1をそれぞれ付与する。そして、その次からの16個のセンサデータSIGに対しては、予備情報の断片データR_b16〜R_b1をそれぞれ付与する。そして、更にその次からの24個のセンサデータSIGに対しては、属性情報の断片データP_b24〜P_b1をそれぞれ付与する。
すなわち、本実施の形態では、1つのセンサデータに対して1つの断片データを付与し、連続する複数のセンサデータに対して同一情報の各断片データを連続して付与するようにしている。
なお、上記以外の処理手順は、第1の実施の形態と同様である。第1の実施の形態のようにパラレルで断片化するか、本実施の形態のようにシリアルで断片化するかは、予め設定可能である。設定器を用いてローカルでセンサ端末100に設定してもよいし、外部のサーバから送信する設定電文により遠隔で設定してもよい。
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。図7に示すように、本実施の形態では、端末IDと属性情報と予備情報との各ビット列の各断片データをランダムや入れ子になるように各センサデータSIGに付与する。
具体的には、例えば、最初から16個のセンサデータSIGに対しては、端末IDの断片データを付与し、それに続けて予備情報の断片データを付与し、更にそれに続けて属性情報の断片データを付与する。そして、その次からの8個のセンサデータSIGに対しては、属性情報の断片データを付与し、それに続けて端末IDの断片データを付与し、更にそれに続けて予備情報の断片データを付与する。そして、更にその次からの8個のセンサデータSIGに対しては、端末IDの断片データを付与し、それに続けて予備情報の断片データを付与し、更にそれに続けて属性情報の断片データを付与する。
すなわち、本実施の形態では、端末IDと属性情報と予備情報との各断片データの付与順やパケットデータ内での配置位置をランダム又は入れ子になるようにしている。その付与順等については、予め設定可能である。設定器を用いてローカルでセンサ端末100に設定してもよいし、外部のサーバから送信する設定電文により遠隔で設定してもよい。
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。図8に示すように、本実施の形態では、第1の実施の形態〜第3の実施の形態において、端末IDと属性情報と予備情報の各ビット列の各断片データを付与すると共に、ダミー情報のデータ(ダミーパケット)を挿入又は代用する。例えば、1ビットの空データやランダム値データを挿入等する。
具体的には、例えば、最初から16個のセンサデータSIGに対しては、端末IDの断片データを付与し、それに続けてダミー情報のデータを付与し、更にそれに続けて属性情報の断片データを付与する。そして、その次からの8個のセンサデータSIGに対しては、属性情報の断片データを付与し、それに続けて端末IDの断片データを付与し、更にそれに続けて予備情報の断片データを付与する。そして、更にその次からの8個のセンサデータに対しては、端末IDの断片データを付与し、それに続けて予備情報の断片データを付与し、更にそれに続けてダミー情報のデータを付与する。
すなわち、本実施の形態では、端末ID等に無関係のダミーデータをセンサデータSIGに付与するようにしている。その付与位置については、予め設定可能である。設定器を用いてローカルでセンサ端末100に設定してもよいし、外部のサーバから送信する設定電文により遠隔で設定してもよい。
本実施の形態によれば、ダミーデータを付与しているので、悪意ある第三者に傍受された場合にも、端末ID、属性情報、予備情報の解読が困難になり、データの秘匿性が向上する。
〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施の形態について説明する。図9に示すように、本実施の形態に係る管理サーバ300は、受信したパケットの数をカウントするパケット数算出部36を更に備えている。以下、管理サーバ300の動作を説明する。図10は、本実施の形態での管理サーバ300の動作フローを示す図である。
まず、ステップS501において、通信部31は、センサ端末100から送信されたパケットデータを受信し、パケット蓄積部32に一旦蓄積する。
次に、ステップS502において、パケット数算出部36は、これまでに受信したパケットデータの数をカウントする。
次に、ステップS503において、パケット数算出部36は、パケットデータの数のカウント値が予め設定された規定値に到達した(OK)か、否か(NG)を判定する。そして、その判定結果がOKの場合には、ステップS503に進み、ステップS503〜ステップS507を実行する。ステップS503〜ステップS507の各処理は、ステップS302〜ステップS306と同じ動作である。
一方、その判定結果がNGの場合には、ステップS501に戻り、受信したパケットデータの数が規定値に到達するまでステップS501〜ステップS502を繰り返し実行する。
本実施の形態によれば、受信したパケットデータの数が規定値に到達したタイミングで端末ID等を再構築するので、データの送信周期がある程度長い場合にも、適正なタイミングで端末IDと属性情報と予備情報とを抽出できる。
〔第6の実施の形態〕
次に、第6の実施の形態について説明する。本実施の形態では、端末IDと属性情報と予備情報との各ビット列を構成している各ビットの位置をランダムに変更した後に、分割してセンサデータに付与する。
第3の実施の形態では、端末IDと属性情報と予備情報との付与順や配置位置をランダム又は入れ子となるように変更する例を説明したが、本実施の形態では、端末IDを成すビット列の各ビットの位置をランダムに変更している。属性情報や予備情報についても同様である。
このようなランダム化は、例えば、スクランブル処理により行うことができる。スクランブラとしては、例えば、擬似ランダム系列を発生するM系列発生器やGold系列発生器を応用して実現できる。以下、ランダム化の方法について説明する。
まず、センサ端末100は、端末IDと属性情報と予備情報との各ビット列に対して疑似ランダム系列で排他的論理和(XOR)をとり、ビット列内の各ビットの位置を擬似的にランダムに変更した後に断片データに分割し、各断片データを変更後の位置の順番でセンサデータに付与し、そのパケットデータを管理サーバ300へ送信する。
その後、管理サーバ300は、そのパケットデータを受信した後、端末IDと属性情報と予備情報の各ビット列をそれぞれ再構築して抽出する。そして、各ビット列に対し、センサ端末100で用いたものと同じ疑似ランダム系列でXORをとり、デスクランブル処理を行うことによりランダム化されているデータ系列を元に戻す。
なお、スクランブラ処理におけるレジスタの初期値をリセットするタイミングは、例えば、カウンタが設定値に達したときとし、センサ端末100と管理サーバ300との間で同期させる。この設定値は、設定器を用いてローカルでセンサ端末100に設定してもよいし、外部のサーバから送信する設定電文により遠隔で設定してもよい。
本実施の形態によれば、端末IDと属性情報と予備情報との各ビット列を構成しているビットの位置をランダムに変更するので、悪意のある第三者に傍受された場合であっても、端末IDと属性情報と予備情報との解読が困難になり、データの秘匿性が向上する。
以上、各実施の形態について説明した。
以上より、各実施の形態によれば、端末IDと属性情報と予備情報とを複数に分割し、それぞれの断片データをセンサデータにそれぞれ付与してパケットデータを構築するので、パケットデータのデータサイズを低減できる。これにより、管理対象のセンサ端末の数が膨大であり、高頻度でパケットデータを送信するような場合でも、ネットワーク500のトラヒックに負荷をかけず、送信に要する消費電力を削減することが可能となる。
最後に、本実施の形態で説明したセンサ端末100及び管理サーバ300は、メモリやCPUを備えたコンピュータにより実現できる。また、センサ端末100及び管理サーバ300の各動作をプログラムとして構築し、コンピュータにインストールして実行させることや、通信ネットワークを介して流通させることも可能である。
1…センサネットワークシステム(通信システム)
100…センサ端末(クライアント装置)
11…センサ
12…制御部
13…通信部
14…データ記憶部
300…管理サーバ(サーバ装置)
31…通信部
32…パケット蓄積部
33…ID等再構築部
34…データ認証部
35…センサ情報データベース
36…パケット数算出部
500…ネットワーク
ID_b…端末IDの断片データ(断片ビット)
P_b…属性情報の断片データ(断片ビット)
R_b…予備情報の断片データ(断片ビット)
SIG…センサデータ
S101〜S104、S301〜S306、S501〜S507…ステップ

Claims (8)

  1. クライアント装置とサーバ装置とを備えた通信システムにおいて、
    前記クライアント装置は、
    所定情報を記憶しておく記憶手段と、
    前記記憶手段から前記所定情報を読み出して、当該所定情報を複数の部分情報に分割して複数のデータにそれぞれ付与する制御手段と、
    前記付与された複数のデータを前記サーバ装置へ送信する通信手段と、を有し、
    前記サーバ装置は、
    前記複数のデータを受信する通信手段と、
    前記受信した複数のデータから前記部分情報をそれぞれ取得して、分割前の所定情報に再構成する再構築手段と、
    を有することを特徴とする通信システム。
  2. 前記所定情報は、少なくとも2つであって、
    前記制御手段は、
    第1の所定情報の部分情報と第2の所定情報の部分情報とを前記複数のデータ間で同じ順番又は異なる順番となるように付与することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記制御手段は、
    前記所定情報とは無関係のダミー情報を前記データに付与することを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
  4. 前記再構築手段は、
    受信したデータの数が閾値に到達した後に、その時点で受信している複数のデータを用いて前記再構成を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の通信システム。
  5. 前記制御手段は、
    前記所定情報内での前記複数の部分情報の配置位置を変更し、各部分情報を変更後の配置位置の順番で前記複数のデータに付与することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の通信システム。
  6. 前記所定情報は、前記クライアント装置の識別子及び前記データの属性情報であり、前記データは、センサデータであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の通信システム。
  7. クライアント装置とサーバ装置とで行う通信方法において、
    前記クライアント装置により、
    所定情報を記憶手段に記憶しておくステップと、
    前記記憶手段から前記所定情報を読み出して、当該所定情報を複数の部分情報に分割して複数のデータにそれぞれ付与するステップと、
    前記付与された複数のデータを前記サーバ装置へ送信するステップと、を有し、
    前記サーバ装置により、
    前記複数のデータを受信するステップと、
    前記受信した複数のデータから前記部分情報をそれぞれ取得して、分割前の所定情報に再構成するステップと、
    を有することを特徴とする通信方法。
  8. 所定情報を記憶しておく記憶手段と、
    前記記憶手段から前記所定情報を読み出して、当該所定情報を複数の部分情報に分割して複数のデータにそれぞれ付与する制御手段と、
    前記付与された複数のデータをサーバ装置へ送信する通信手段と、
    を有することを特徴とするクライアント装置。
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