JP2017046255A - 無線通信装置、方法、プログラム及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ノード間の通信環境が劣悪な場合においても、効率的に周辺情報を受信できる無線通信装置を提供する。
【解決手段】 本発明の無線通信装置は、定期的に周辺情報を送信する周辺情報送信手段と、所定の通信期間中に前記周辺情報を受信する周辺情報受信手段と、少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶する周辺情報記憶手段と、前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知する周辺情報検知手段と、前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記通信期間を延長する通信期間延長手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置、方法、プログラム及びシステムに関し、例えば、無線マルチホップネットワークの無線通信装置間で通信を行う無線通信装置、方法、プログラム及びシステムに適用し得る。

近年、近距離無線ネットワーク（例えば、スマートネットワーク、センサネットワーク等）を構成する無線通信装置（以下、「ノード」と呼ぶ。）のＭＡＣ（メディアアクセスコントロール）層の標準化規格として、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２０１２系統（以下、「ＩＥＥＥ８０２．１５．４」と呼ぶ。）のプロトコルスタックが採用されている。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、セキュア通信とノンセキュア通信の２種類の通信を規定している。例えば、セキュア通信は、ノード間で暗号鍵を共有することで実施される。また、ＩＥＥＥ８０２．１５．４では、あるノードにセキュア通信を行うように設定されている場合、そのノードは、ノンセキュア通信のフレーム（つまり、暗号化されていないフレーム）を受信せずに破棄する処理を行う。

一般的なセンサネットワークのＮＷ層プロトコル（例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ＩＰ等）では、自身の周囲にあるノード情報をテーブル（以下、「周辺ノード情報テーブル」と呼ぶ。）に記憶している。「ノード情報」とは、自身のノードアドレス、セキュア通信をするための暗号鍵が含まれる情報である。

また、一般的なセンサネットワークのＮＷ層プロトコルでは、一定間隔でお互いの周辺情報を交換し合っている。「周辺情報」とは、周辺情報を送信する送信元ノードアドレスと、この送信元ノードアドレスの周辺ノードのアドレス一覧が含まれる情報である。

例えば、ＺｉｇＢｅｅＩＰに従い無線通信を行うノードは、ＭＬＥ（Ｍｅｓｈ Ｌｉｎｋ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ）等を利用して、ノード間の情報交換、及び周辺ノードの死活管理を行っている。例えば、あるノードは、他のノードと情報交換が途切れた場合、途切れた他のノードはいないものと判断し、周辺ノード情報テーブルから該当ノードのノード情報を削除する。また、ある子ノードは、自身の親ノードが発信する周辺情報内の周辺ノードアドレス一覧に自身のアドレスが存在しないことを発見した場合、その子ノードは、親ノードに存在を認識されていないと判断し、ネットワークへの再参加ルーチンを実行することになる。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２０１２

ＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠されるＭＡＣプロトコルスタックを利用する場合、次のような非対称なリンクの問題が生じ得る。

「非対称なリンク」とは、ノード間の通信環境が劣悪な場合に、一方向の通信は成立するが、逆方向の通信は成立しないリンクを指し示すが、例えば、ノードＡ（親ノード）とノードＢ（子ノード）間のリンクで、ノードＡからノードＢ宛ての通信は成立するが、ノードＢからノードＡ宛ての通信は成立しないリンクが該当する。このような非対称なリンクが発生すると、ノードＡは、ノードＢからの周辺情報が届かなくなるので、ノードＢがネットワーク内から離脱したと判断し、自身の周辺ノード情報テーブルからノードＢのノード情報を削除する。

これ以降、ノードＢのノード情報に含まれる暗号鍵も廃棄されたことになるので、ノードＡは、ノードＢへの通信要求があったとしもノンセキュア通信しか実行できないことなる。しかし、ノードＢは、セキュア通信で受信待ちをしているので、ノードＡからのフレームを破棄してしまう。

このような非対称なリンクの状態は、ノードＢがノードＡの周辺情報を受信し、ノードＢがノードＡに存在を認識されていないと判断して、ネットワークへ再参加ルーチンを実行するまで続くことになる。

つまり、ノードＢによる再参加ルーチンを実行により、ノードＡがノードＢの周辺情報（暗号鍵を含む）を周辺ノード情報テーブルに登録するまで、両ノードはセキュア通信を行うことができない。また、ネットワーク参加ルーチンを実行により、ネットワーク内のトラフィックが増大することになる。

そのため、ノード間の通信環境が劣悪な場合においても、効率的に周辺情報を受信できる無線通信装置、方法、プログラム及びシステムが望まれている。

第１の本発明は、周辺の無線通信装置と相互に、少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を交換し合う無線通信装置において、（１）定期的に前記周辺情報を送信する周辺情報送信手段と、（２）所定の通信期間中に前記周辺情報を受信する周辺情報受信手段と、（３）少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶する周辺情報記憶手段と、（４）前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知する周辺情報検知手段と、（５）前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記通信期間を延長する通信期間延長手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明は、周辺の無線通信装置と相互に、少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を交換し合う無線通信装置においる無線通信方法において、周辺情報送信手段と、周辺情報受信手段と、周辺情報記憶手段と、周辺情報検知手段と、通信期間延長手段とを備え、（１）前記周辺情報送信手段は、定期的に前記周辺情報を送信し、（２）前記周辺情報受信手段は、所定の通信期間中に前記周辺情報を受信し、（３）前記周辺情報記憶手段は、少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶し、（４）前記周辺情報検知手段は、前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知し、（５）前記通信期間延長手段は、前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記通信期間を延長することを特徴とする。

第３の本発明は、周辺の無線通信装置と相互に、少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を交換し合う無線通信装置に搭載される無線通信プログラムおいて、（１）定期的に前記周辺情報を送信する周辺情報送信手段と、（２）所定の通信期間中に前記周辺情報を受信する周辺情報受信手段と、（３）少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶する周辺情報記憶手段と、（４）前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知する周辺情報検知手段と、（５）前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記通信期間を延長する通信期間延長手段として機能させることを特徴とする。

第４の本発明は、複数の無線通信装置と、前記複数の無線通信装置で構成されるネットワークを管理する管理装置とを有する無線通信システムにおいて、前記無線通信装置が、（１−１）定期的に少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を送信する周辺情報送信手段と、（１−２）所定の通信期間中に前記周辺情報を受信する周辺情報受信手段と、（１−３）少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶する周辺情報記憶手段と、（１−４）前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知する周辺情報検知手段と、（１−５）前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、非検知だった無線通信装置に係るノード情報を消去する予定であることを示す消去情報を通知する消去情報通知手段と、（１−６）前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、非検知だった無線通信装置に係るノード情報を前記周辺情報記憶手段から消去する周辺情報消去手段とを備え、前記管理装置が、（２−１）前記消去情報を受信する消去情報受信手段と、（２−２）前記消去情報受信手段により前記消去情報が受信されると、消去予定の無線通信装置に対して、再度ネットワークへの参加を促す所定の処理を実行するネットワーク参加促進手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ノード間の通信環境が劣悪な場合においても、効率的に周辺情報を受信できる。

実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である 実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。 実施形態に係る無線通信装置の動作を示すフローチャートである。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による無線通信装置、方法、プログラム及びシステムの実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）実施形態の構成
図２は、この実施形態に係る無線通信システム１の全体構成を示すブロック図である。

図２では、説明を容易にするために、無線通信システム１が、２台の無線通信装置１０（１０−１、１０−２）を有する場合を例示する。勿論、無線通信装置１０の数は特に限定されるものではない。

なお、無線通信装置１００（１０−１〜１０−２）の通信方式は、限定されるものではなく、例えば、種々の無線ＬＡＮインタフェースを適用することができる。例えば、この実施形態では、無線通信装置１０（１０−１、１０−２）は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の無線通信方式を採用しているものとする。

図１は、この実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示すブロック図である。実施形態に係る無線通信装置は、図１に示す各構成部を搭載した専用のＩＣチップ等のハードウェアとして構成しても良いし、又は、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムを中心としてソフトウェア的に構成して良いが、機能的には、図１で表すことができる。

図１において、無線通信装置１０は、周辺情報送信部１０１、周辺情報受信部１０２、周辺ノード情報テーブル１０３、通信期間延長部１０４、無線送信部１０５、無線受信部１０６を有する。

周辺情報送信部１０１は、定期的に、後述する周辺ノード情報テーブル１０３に記憶されているノード情報（例えば、ノードアドレス）を、周辺情報として無線送信部１０５に与えるものである。

無線送信部１０５は、周辺情報送信部１０１から与えられた周辺情報を無線信号（電波）に変換して周辺ノードに送信するものである。

無線受信部１０６は、他の周辺ノードから受信した電波から周辺情報を抽出して周辺情報受信部１０２に与えるものである。

周辺情報受信部１０２は、無線受信部１０６から与えられた周辺情報からノード情報を抽出し、周辺ノード情報テーブル１０３へ記憶する指示を行う。また、周辺情報受信部１０２は、あるノードからの周辺情報を受信できなかった場合には、周辺ノード情報テーブル１０３からその受信できなかったノード情報を消去する指示を行う。

周辺ノード情報テーブル１０３は、周辺ノードの情報を記憶するテーブルである。周辺ノード情報テーブル１０３は、周辺情報送信部１０１、周辺情報受信部１０２、通信期間延長部１０４の各部からの要求により内部のノード情報を更新し、又は提供するものである。ここでのノード情報とは、周辺のノード毎に保持される情報であり、ネットワーク上でノードを一意に識別する識別子（例えば、ノードアドレス）、セキュア通信を行うための暗号鍵等の情報である。ここで、周辺ノード情報テーブル１０３は、予めノード毎の暗号鍵を所定の手段により取得する。例えば、周辺ノード情報テーブル１０３は、外部記憶媒体（例えば、ＳＤメモリーカード）を介して暗号鍵を取得したり、又は他の周辺ノードと通信が確立したときに暗号鍵を生成したり、若しくは暗号鍵を管理する外部のサーバ（図示せず）から取得する。

通信期間延長部１０４は、周辺ノード情報テーブル１０３の変化を監視し、変化を検知した場合には、ノード間の通信期間を延長するものである。以下、通信期間延長部１０４の構成について詳述する。

通信期間延長部１０４は、タイマ１０４１及び制御部１０４２を有する。

タイマ１０４１は、無線通信装置１００内部の時刻を計時するものである。

制御部１０４２は、タイマ１０４１の監視値（測定時間）が所定の閾値を超えた状態において、周辺ノード情報テーブル１０３内の暗号鍵を含むあるノード情報が消去されることを、周辺情報受信部１０２からの通知（信号）により検知した場合、該当ノード情報を消去することを所定期間延期する。そして、通信期間延長部１０４は、延期期間中に周辺情報受信部１０２から該当ノードからの周辺情報を受信した場合には、ノード情報の消去を取り止め、受信できなかった場合には、実際に周辺ノード情報テーブル１０３から該当ノードを消去する指示を行う。

なお、通信期間延長部１０４は、上記のタイマ１０４１の監視値について、種々様々な値を使用することができるが、例えば、ノードがネットワークに参加してからの参加期間、暗号鍵を含む対象ノード情報が周辺ノード情報テーブル１０３に登録されてからの経過期間、ノードに電源が投入されてからの電源期間を使用して良い。また、通信期間延長部１０４がタイマ１０４１の監視値と比較する閾値は可変値でも良い。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態の無線通信システム１の動作を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、無線通信システム１の親ノードを無線通信装置１０−１（以下、「ノード１０−１」とも呼ぶ。）とし、子ノードを無線通信装置１０−２（以下、「ノード１０−２」とも呼ぶ。）とする。また、ノード１０−１の周辺ノード情報テーブル１０３には、ノード１０−２に係るノード情報が記憶されているものとする。

図３は、実施形態に係る無線通信装置の動作を示すフローチャートである。

周辺情報送信部１０１は、周辺ノード情報テーブルに記憶されるノード１０−２に係るノード情報を含む周辺情報を作成して、無線送信部１０５を介して、ノード１０−２に周辺情報を定期的に送信する（Ｓ１０１）。

周辺情報受信部１０２は、ノード１０−２からの周辺情報を一定期間受信できたか否か判定する（Ｓ１０２）。周辺情報受信部１０２は、ノード１０−２からの周辺情報を受信できた場合には、次以降の処理を行わずに終了し、受信できなかった場合には、次の処理を行う。

周辺情報受信部１０２は、ノード１０−２からの周辺情報を一定期間受信できなかった場合、周辺ノード情報テーブル１０３からノード１０−２に係るノード情報を、ノード１０−２とのセキュア通信で使用する暗号鍵と共に削除する予定であること（ノード情報削除予告）を、通信期間延長部１０４に通知する（Ｓ１０３）。

通信期間延長部１０４（制御部１０４２）は、ノード情報削除予告を検知すると、自身内部のタイマ１０４１の監視値（例えば、ノード１０−２に係る暗号鍵を含むノード情報が周辺ノード情報テーブル１０３に記憶されてからの経過時間）が閾値を超えているかどうかを判定する（Ｓ１０４）。通信期間延長部１０４は、タイマ１０４１の監視値が閾値を超えていない場合には、後述するステップＳ１０８の処理を行い、閾値を超えた場合には、次の処理を行う。

通信期間延長部１０４は、タイマ１０４１の監視値が閾値を超えている場合には、周辺ノード情報テーブル１０３からノード１０−２に係る暗号鍵を含むノード情報が消去されることを延長させる（Ｓ１０５）。

通信期間延長部１０４は、ステップＳ１０５の処理により延長された期間中、周辺情報受信部１０２にノード１０−２からの周辺情報を受信できたか否か判定する（Ｓ１０６）。通信期間延長部１０４は、ノード１０−２からの周辺情報を受信できなかった場合には、後述するするステップＳ１０８の処理を行い、受信できた場合には、次の処理を行う。

通信期間延長部１０４は、ステップＳ１０５の処理により延長された期間中、周辺情報受信部１０２にノード１０−２の周辺情報が受信された場合、ノード１０−２に係る暗号鍵を含むノード情報を周辺ノード情報テーブル１０３から消去することを取りやめる（Ｓ１０７）。

一方、通信期間延長部１０４は、ステップＳ１０５の処理により延長された期間中、周辺情報受信部１０２にノード１０−２の周辺情報が受信できなかった場合、当初の予定通り周辺ノード情報テーブル１０３からノード１０−２に係る暗号鍵を含むノード情報を消去する（Ｓ１０８）。

（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

通信期間延長部１０４は、タイマ１０４１の監視値が閾値を超えている場合には、周辺ノードからの周辺情報を受信できる期間を延長（言い換えれば、周辺ノード情報テーブル１０３からノード情報を消去するタイミングを延期）することにより、周辺ノードからの周辺情報を受信できる確率が高くなる。例えば、ネットワーク内の通信環境が悪化する等の事情により、周辺ノード間の通信のやりとりが一時的に出来なくなる場合においても、この実施形態の無線通信装置1０は、周辺情報を受信できる確率が従来に比べて高くなる。

無線通信装置1０は、延長期間中に周辺ノードから周辺情報を受信できる。これにより、無線通信装置1０は、周辺ノード情報テーブル１０３からの暗号鍵を含む対象ノード情報の消去によって生じる周辺ノードとのセキュア通信不可を回避することができる。また、対象ノードのネットワーク参加ルーチンの無駄な発生を抑止することができる。つまり、ネットワーク内のトラフィックが低下する。

（Ｂ）他の実施形態
この実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｂ−１）この実施形態において、無線通信装置１０は、無線通信方式として、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の無線通信方式を採用した例を示したが、本発明は、この例に限らず、当該無線通信方式より発展、派生、及び類似した無線通信方式を採用した通信装置に適用することができる。

（Ｂ−２）この実施形態において、ノード１０−２から周辺情報を受信できない場合において、通信期間延長部１０４が、周辺ノード情報テーブル１０３からノード１０−２に係るノード情報を、セキュア通信で使用する暗号鍵と共に削除するタイミング（ノード１０−２がネットワークから離脱と判断）で、ノード情報を実際に消去させることを延長させていた。これに対して、通信期間延長部１０４は、延長せずに、実際にノード情報を消去させ、その旨を、ネットワークを管理する管理装置（例えば、ゲートウェイ）へ通知して良い。管理装置が、消去されたノード１０−２に対してネットワークへの再参加を早期に促すことにより、間接的にノード１０−１とノード１０−２の通信不可の期間が短縮されることになる。

１…無線通信システム、１０（１０−１、１０−２）…無線通信装置、１００…無線通信装置、１０１…周辺情報送信部、１０２…周辺情報受信部、１０３…周辺ノード情報テーブル、１０４…通信期間延長部、１０５…無線送信部、１０６…無線受信部、１０４１…タイマ、１０４２…制御部。

Claims (7)

1. 周辺の無線通信装置と相互に、少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を交換し合う無線通信装置において、
   定期的に前記周辺情報を送信する周辺情報送信手段と、
   所定の通信期間中に前記周辺情報を受信する周辺情報受信手段と、
   少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶する周辺情報記憶手段と、
   前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知する周辺情報検知手段と、
   前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記通信期間を延長する通信期間延長手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、非検知だった無線通信装置に係るノード情報を前記周辺情報記憶手段から消去する周辺情報消去手段をさらに備え、
   前記周辺情報消去手段は、前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記ノード情報を消去する処理を一時的に中断し、
   前記通信期間延長手段は、延長した前記通信期間中に前記周辺情報検知手段により消去する予定の無線通信装置に係る前記周辺情報を検知した場合には、前記ノード情報を消去する処理を実際に中止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 当該無線通信装置に関する所定の測定時間と、閾値とを比較し、その比較結果により前記通信期間延長手段による延長処理を行うか否かを判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 前記測定時間は、当該無線通信装置が周辺のネットワークへ参加してからの経過時間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 周辺の無線通信装置と相互に、少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を交換し合う無線通信装置においる無線通信方法において、
   周辺情報送信手段と、周辺情報受信手段と、周辺情報記憶手段と、周辺情報検知手段と、通信期間延長手段とを備え、
   前記周辺情報送信手段は、定期的に前記周辺情報を送信し、
   前記周辺情報受信手段は、所定の通信期間中に前記周辺情報を受信し、
   前記周辺情報記憶手段は、少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶し、
   前記周辺情報検知手段は、前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知し、
   前記通信期間延長手段は、前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記通信期間を延長する
   ことを特徴とする無線通信方法。
6. 周辺の無線通信装置と相互に、少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を交換し合う無線通信装置に搭載される無線通信プログラムおいて、
   定期的に前記周辺情報を送信する周辺情報送信手段と、
   所定の通信期間中に前記周辺情報を受信する周辺情報受信手段と、
   少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶する周辺情報記憶手段と、
   前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知する周辺情報検知手段と、
   前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、前記通信期間を延長する通信期間延長手段と
   して機能させることを特徴とする無線通信プログラム。
7. 複数の無線通信装置と、前記複数の無線通信装置で構成されるネットワークを管理する管理装置とを有する無線通信システムにおいて、
   前記無線通信装置が、
   定期的に少なくとも周辺の無線通信装置の識別子を含む周辺情報を送信する周辺情報送信手段と、
   所定の通信期間中に前記周辺情報を受信する周辺情報受信手段と、
   少なくとも周辺の無線通信装置を識別する識別子と、周辺の無線通信装置とセキュア通信を行うための暗号鍵とを含むノード情報を記憶する周辺情報記憶手段と、
   前記通信期間中に前記周辺情報が受信できたかを検知する周辺情報検知手段と、
   前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、非検知だった無線通信装置に係るノード情報を消去する予定であることを示す消去情報を通知する消去情報通知手段と
   前記周辺情報検知手段により非検知だった場合には、非検知だった無線通信装置に係るノード情報を前記周辺情報記憶手段から消去する周辺情報消去手段と
   を備え、
   前記管理装置が、
   前記消去情報を受信する消去情報受信手段と、
   前記消去情報受信手段により前記消去情報が受信されると、消去予定の無線通信装置に対して、再度ネットワークへの参加を促す所定の処理を実行するネットワーク参加促進手段と
   を備える
   ことを特徴とする無線通信システム。

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