JP2018110318A - データ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、通信の高いセキュリティレベルを確保しながらデータ通信を簡便に行えるデータ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法を提供する。【解決手段】データ通信システム１は、通信キャリアの異なる複数の通信モジュール２１，２２，・・を用いて通信する複数のデータ通信装置１１，１２を備える。データ通信装置１１は、送信用のデータを複数の分割データに分割し、分割データの各々を異なる通信キャリアの通信モジュール２１，２２，・・に分配して送信するデータ分配部３を有する。もう一つのデータ通信装置１２は、分配された各分割データを統合して復号する復号化部４を有する。データを異なる通信キャリアの通信モジュール２１，２２，・・に分配して送信するので、通信の高いセキュリティレベルを簡便に確保できる。【選択図】図１

Description

本発明は、データ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法に関する。

従来、監視対象の状態を計測するセンサ装置から出力されるセンサ情報を無線ＬＡＮを介してセンサ管理装置へ送信するため、センサ情報が代入された識別子を含むビーコンを生成してセンサ管理装置へ送信する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この無線送信装置は、識別子を利用することにより、無線リンクを確立することなくセンサ情報を迅速に伝送できるものとされている。

また、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）のサーバとして動作するネットワーク装置に接触または近接させて近距離無線通信（ＮＦＣ通信）を行うことにより、ＶＰＮによる通信が可能となる通信端末が知られている（例えば、特許文献２参照）。この通信端末は、ＮＦＣ通信によってＶＰＮ設定情報を受信してＶＰＮを確立することによりＶＰＮを確立するための作業を省略でき、ＶＰＮによる通信のセキュリティレベルを簡易に確保できるものとされている。

特許第５２０５４００号 特許第５８５３９７２号

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような無線送信装置においては、迅速にデータ通信を開始できるが、通信のセキュリティについて何ら考慮されていない。また、上述した特許文献２に示されるような通信端末においては、ＶＰＮによるセキュリティレベル向上を簡易操作で図ることができるが、ＶＰＮネットワーク装置、ルータ、ファイヤウォールなどが必要であり、装置的に簡易なものではない。

本発明は、上記課題を解消するものであって、通信の高いセキュリティレベルを確保しながらデータ通信を簡便に行えるデータ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明のデータ通信システムは、通信キャリアの異なる複数の通信モジュールを持つ複数のデータ通信装置を備え、一つのデータ通信装置は、送信用のデータを複数の分割データに分割し、分割データの各々を異なる通信キャリアの通信モジュールに分配して送信するデータ分配手段を有し、もう一つのデータ通信装置は、分配された各分割データを統合して復号する復号化手段を有することを特徴とする。

このデータ通信システムにおいて、一つのデータ通信装置は、さらに復号化手段を有し、もう一つのデータ通信装置は、さらにデータ分配手段を有してもよい。

本発明のデータ通信装置は、上記データ通信システムに用いるデータ通信装置である。

このデータ通信装置において、通信モジュールは、ＬＴＥ、有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮ、およびＷｉＦｉの中のいずれかであってもよい。

本発明のデータ通信方法は、通信キャリアの異なる複数の通信モジュールを持つ複数のデータ通信装置間のデータ通信方法において、送信側のデータ通信装置は、送信用のデータを複数の分割データに分割し、分割データの各々を異なる通信キャリアの通信モジュールに分配して送信し、受信側のデータ通信装置は、分配された各分割データを受信し、受信した各分割データを統合して復号することを特徴とする。

本発明によれば、データを通信キャリアの異なる通信モジュールに分配して送信するので、通信の高いセキュリティレベルを簡便に確保できる。

本発明の第１の実施形態に係るデータ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法についての模式的説明図。 同システムと方法によるデータ送信処理のフローチャート。 同システムと方法によるデータ受信処理のフローチャート。 同システムと方法によるデータ通信の説明図。 第２の実施形態に係るデータ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法についての模式的説明図。 同通信システムと方法によるデータ通信の説明図。 同通信システムと方法によるデータ通信の他の例を示す説明図。 同通信システムと方法によるデータ通信のさらに他の例を示す説明図。 同通信システムと方法によるデータ通信のさらに他の例を示す説明図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態に係データ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係るデータ通信システムおよびデータ通信装置を示す。この実施形態のデータ通信システム１は、２つのデータ通信装置１１，１２を含む。一方のデータ通信装置１１は、複数の通信モジュールを有する通信部２と、暗号化処理を行うデータ分配部３と、データ入出力部１１ａと、制御部１１ｂとを備えている。他方のデータ通信装置１２は、復号化処理を行う復号化部４、およびデータ通信装置１１からのデータを受信できる機能を備えている。

データ通信システム１は、例えば、データ通信装置１１が属するネットワーク１０Ａから送信用のデータ９を受け取り、データ分配部３によって暗号化処理を行い、通信部２と前記ネットワーク１０Ａとは別のネットワーク１０Ｂとを介して、データ通信装置１２に送信する。データ通信装置１２は、ネットワーク１０Ｂを介して受信したデータを復号化部４によって復号化する。ネットワーク１０Ａは、例えば、セキュリティが要求される内部ネットワークであり、ネットワーク１０Ｂは、例えば公衆電話回線などの外部ネットワークである。なお、データ９は、例えば、ネットワーク１０Ａが計測装置や監視装置を含む場合には、センサ出力などをソースとする。また、データ通信装置１１は、ネットワーク１０Ａに接続されてなく、単体で動作して送信用のデータ９を作成するものであってもよい。

データ通信装置１１は、有線無線を問わず通信キャリアの異なる複数の通信モジュールを有する。本実施形態では、通信部２が通信キャリアの異なる複数の通信モジュールとして、２つの互いに異なるキャリアのＬＴＥ無線モジュール２１，２２と、ＷｉＦｉ無線モジュール２３と、無線ＬＡＮモジュール２４と、有線ＬＡＮモジュール２５とを有したものを示したが、この中の２つ以上を備えていればよい。データ通信システム１において、データ通信装置１１からデータ通信装置１２へのデータ通信には、例えば、ＬＴＥ無線モジュール２１，２２を用いることができるが、これに限られず、通信キャリアの異なる複数の任意の通信モジュールを用いて行うことができる。

データ分配部３は、送信用のデータ９を複数の分割データに分割し、分割データの各々を通信部２の複数の通信モジュールに分配する。本実施形態では、データ９を２つのＬＴＥ無線モジュール２１，２２に分配する場合について、以下に説明する。ＬＴＥ無線モジュール２１，２２を用いる場合、データ通信装置１１，１２のいずれか一方または両方を移動体とすることができる利点がある。分割データの大きさは、通信モジュールが扱うデータの最小単位、例えば、インターネットなどのパケット通信におけるパケットの大きさであってもよく、任意数のパケットの集合の大きさであってもよい。

データ入出力部１１ａは、ネットワーク１０Ａに属する装置とデータの授受を行い、また、データ分配部３とデータの授受を行う。データ入出力部１１ａは、データ分配部３に含まれる構成としてもよい。制御部１１ｂは、通信部２、データ分配部３、およびデータ入出力部１１ａを制御する。データ通信装置１１は、コンピュータに、通信部２と、データ分配部３とを備えて構成することができる。

本実施形態に係るデータ通信システム１によれば、データをＬＴＥ無線モジュール２１，２２による異なる通信キャリアに分配して送信するので、簡便に通信の高いセキュリティレベルを確保できる。このセキュリティレベルの向上は、異なる通信キャリアに分配して送信されるデータが途中で一部の通信キャリアから傍受されてもデータが分配された全ての通信キャリアからの傍受がなされない限り完全なデータとはなり得ない、ということに基づく。このようなデータ通信システム１は、複数の通信キャリアを持つコンピュータによってデータ通信装置１１，１２をそれぞれ構成して、データ分配部３と、復号化部４とを、それぞれ備えることにより容易に構築できる。

また、データの分割と分配の設定は、ソフトウェアで行うことができる。データの分割と分配は、通信のプロトコルなどの専門的な知識を用いることなく任意に行えるので、分割と分配による暗号化、および分割データの統合と組み立てによる復号化のためのソフトウエアを容易に作成することができる。通信モジュール、従って通信キャリアは、２つに限らず３つ以上に増やすことができ、通信キャリアの増加によって暗号化を深めてセキュリティレベルをより向上することができる。

複数の通信キャリアは、同時接続してデータ通信を並行できることが効率的に望ましいが、必ずしも同時接続と並行通信でなくともよい。例えば、各分割データにラベル付けをすること等の処理により復号化部４が復号化処理を行えれば、通信の同期性や順序は任意とすることができる。通信キャリアは、有線無線を問わず、いずれでも用いることできる。ＬＴＥ無線モジュールなどによる無線の通信キャリアを用いることにより、データ通信装置として移動体を含めることができ、移動体に対するデータ通信を行うことができる。

通信キャリアの用語は、通信事業者の意味に解釈することの他に、データを搬送する担体やメディア、通信回線、データの移動経路などの意味に解釈することができる。従って、「通信キャリアの異なる複数の通信モジュール」を用いることには、例えば、無線ＬＡＮモジュール２４と、有線ＬＡＮモジュール２５とを用いることが含まれる。これらのＬＡＮモジュール２４，２５と、ＷｉＦｉ無線モジュール２３とを組み合わせて用いることもできる。ＷｉＦｉ無線モジュール２３は、直接または別途のルータ等を介してインターネットに接続してデータ通信に用いることができる。

次に、図２、図３を参照して、一実施形態に係るデータ通信方法を説明する。本実施形態のデータ通信方法は、例えば、図１のデータ通信システム１を用いて実施することができるので、引き続き図１を参照する。なお、本データ通信方法は、データ通信システム１を用いることに限られず、一般に、複数の通信モジュールによる異なる通信キャリアを持つ複数のデータ通信装置間のデータ通信に適用できる。

図２に示すように、送信側のデータ通信装置１１による送信処理が、送信用のデータの入手（Ｓ１１）、送信先と通信キャリアの決定（Ｓ１２）、送信用のデータの分割データへの分割（Ｓ１３）、各通信キャリアへの分割データの分配と送信（Ｓ１４）、という手順で行われる。データ通信装置１２に対し、ＬＴＥ無線モジュール２１，２２を用いて送信する場合のように、送信先と通信キャリアとが固定されているときは、ステップＳ１２の処理は不要となる。

また、図３に示すように、受信側のデータ通信装置１２による受信処理は、通信キャリアごとの分割データの受信（Ｓ２１）、通信キャリアと各分割データの確認（Ｓ２２）、データの復号化（Ｓ２３）、データ受信の通知（Ｓ２４）、という手順で行われる。ステップＳ２２の通信キャリアと各分割データの確認は、複数の分割データを互いに組み合わせて統合する際に、復号化のアルゴリズムを適切に適用するために行われる。

本実施形態のデータ通信方法によれば、複数の通信モジュールによる異なる通信キャリアを持つデータ通信装置間の通信に適用して、通信の高いセキュリティレベルを確保できる。これは、例えば、スペクトラム拡散通信技術のアナロジーとして理解できる。スペクトラム拡散通信は、拡散符号が判らなければ通信を傍受できないので通信の秘匿性に優れるとされている。本実施形態におけるデータの分割と分配のアルゴリズムが、スペクトラム拡散通信の拡散符号に対応づけられる。

次に、図４を参照して、データ通信システム１による、暗号化したデータ通信の例を説明する。本例は、一方向のデータ通信の例である。ここで、送信用のデータ９が、データ通信装置１１からデータ通信装置１２に２つの互いに異なるキャリア（通信事業者の異なる）通信キャリア２ａ，２ｂによって、送信される場合を想定する。通信キャリア２ａは、ＬＴＥ無線モジュール２１によるキャリアであり、通信キャリア２ｂは、ＬＴＥ無線モジュール２２によるキャリアである。これらの２つの通信キャリア２ａ，２ｂは、互いに通信事業者を異ならせることにより、通信の秘匿性（暗号化）をより高めている。この秘匿性の向上は、通信事業者が異なれば通信経路も異なることによる。

データ分配部３は、データ９を、例えば、［１｜２｜３｜４］の如く、４つの分割データに分割し、一つの分割データの組９１である［１｜３］を通信キャリア２ａに分配し、もう一つの分割データの組９２である［２｜４］を通信キャリア２ｂに分配する。各分割データの組９１，９２は、それぞれ個別に２つの通信キャリア２ａ，２ｂを介して、データ通信装置１２に送信される。この分割と分配とによってデータ９の暗号化がなされる。

データ通信装置１２は、２つの通信キャリア２ａ，２ｂを介して、各分割データの組９１，９２を、それぞれ個別に受信する。データ通信装置１２は、復号化部４による復号化処理によって、各分割データの組［１｜３］，［２｜４］の個々の分割データを互いに組み合わせて統合する。これにより、分割データから組み立てられて元の送信用のデータ９の状態とされた復号化データ９０である［１｜２｜３｜４］が得られる。データの送受信にあたり、データ通信装置１１とデータ通信装置１２とは、例えば、双方でデータの分割と組み立てのアルゴリズムを認識しておくものとする。これにより、復号化部４は、復号化処理を実行することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るデータ通信システム、データ通信装置、およびデータ通信方法を示す。この実施形態のデータ通信システム１のデータ通信装置１１は、第１の実施形態（図１）のデータ分配部３に復号化部４を加えて拡張したデータ分配復号化部５を備えている。また、データ通信装置１２は、データ通信装置１１と同等の機能を有する構成とされており、データ通信装置１１と同じくデータ分配復号化部５を備えている。

データ通信システム１において、データ通信装置１１とデータ通信装置１２とは、それぞれネットワーク１０Ａとネットワーク１０Ｃに接続されており、これらのネットワーク１０Ａ，１０Ｃが中継用のネットワーク１０Ｂによって接続される。データ通信装置１１とデータ通信装置１２は、いずれもデータ分配復号化部５を備えているので、互いに暗号化と復号化の処理を認識することにより、双方向通信によるデータの送受信ができる。

図６は、上記第２の実施形態によるデータ通信システム１によるデータ通信の例を示す。この例は、図４において、データ通信装置１１がデータ分配部３に替えてデータ分配復号化部５を有し、データ通信装置１２が復号化部４に替えてデータ分配復号化部５を有する場合に相当する。すなわち、データ通信装置１１のデータ分配復号化部５は、データ９を分割データに分割し、分割データの各組９１，９２を２つの異なる通信キャリア２ａ，２ｂに分配して、データ通信装置１２に送信する。通信キャリア２ａ，２ｂは、例えば、ＬＴＥ無線モジュール２１，２２による通信キャリアを用いることができるが、これに限られず、通信キャリアの異なる複数の任意の通信モジュールによる通信キャリアを用いることができる。データ通信装置１２のデータ分配復号化部５は、２つの通信キャリア２ａ，２ｂを介して各分割データの組９１，９２を受信し、復号化処理を行い、各分割データを組み立てて元の送信用のデータ９の状態とした復号化データ９０を得る。

図７は、図６に示したデータ通信システム１が双方向通信（逆方向通信）をする例を示す。データ通信装置１２は、データ通信装置１１に、２つの異なる通信キャリア２ａ，２ｂによってデータ９を送信する。本例では、データ通信装置１２のデータ分配復号化部５は、データ９を、例えば、［１｜２｜３｜４］の如く、４つの分割データに分割する。

このデータ分配復号化部５は、さらに、ダミーの分割データ［ｘ｜ｙ｜ａ｜ｂ］を各分割データに付加した上で分配する。例えば、データ通信装置１２のデータ分配復号化部５は、付加がなされた分割データの組９１、すなわち［１｜ｘ｜３｜ｙ］を生成して通信キャリア２ａに分配し、付加がなされた分割データの組９２、すなわち［２｜ａ｜４｜ｂ］を生成して通信キャリア２ｂに分配する。各分割データの組９１，９２は、それぞれ個別に２つの通信キャリア２ａ，２ｂを介して、データ通信装置１１に送信される。データ通信装置１１は、所定のまたは後から通知された復号化アルゴリズムに従って、受信データを復号化する。

図８は、図６に示したデータ通信システム１によるさらに他のデータ通信の例を示す。本例では、データ通信装置１１のデータ分配復号化部５は、データ９を暗号化した１つの分割データの組９１、例えば順番を組み替えた［４｜２｜３｜１］とし、通信キャリア２ａによってデータ通信装置１２にデータ９を送信する。また、データ通信装置１１は、データ９の復号化に用いる暗号キー９３を、通信キャリア２ｂによってデータ通信装置１２に送信する。

データ通信装置１２は、暗号化された分割データの組９１を通信キャリア２ａによって受け取り、暗号キー９３を通信キャリア２ｂによって受け取る。データ通信装置１２のデータ分配復号化部５は、暗号化された分割データの組９１を暗号キー９３を用いて復号化して、元の送信用のデータ９の状態とした復号化データ９０を得る。この例によれば送信データ（分割データの組９１）と暗号キー９３とが揃って初めて復号化できることにより、データ通信の高いセキュリティレベルを確保しながらデータ通信を簡便に行うことができる。

図９は、図８に示したデータ通信の例において、通信キャリア２ｂをバックアップ用とする例を示す。データ通信装置１２が暗号キー９３を事前にまたは別途の手段で取得する場合に、通信キャリア２ｂをバックアップ用とすることができる。

本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、送信用のデータを複数の分割データに分割し分配するアルゴリズム（暗号化規約）は、任意に設定することができ、予め複数のアルゴリズムを定めて、データ通信を行うデータ通信装置間で共有しておくことができる。いずれのアルゴリズムを適用するかについては、事前に適用ルールを定めたり、データ通信時に、適用アルゴリズムの番号を通知したりすればよい。また、データ分配部３は、送信用のデータを分割する前に、一般的な暗号化ツールを用いて暗号化の処理を行い、暗号化された送信用のデータを分割し分配するように構成してもよい。

本発明のデータ通信装置は、例えば、ＩｏＴやＩｎｄｕｓｔｒｙ４．０に対応する産業用コンピュータとして用いることができ、遠隔地や移動体からのデータを暗号化して収集するために好適に用いることができる。複数の通信キャリアは、暗号化通信に用いる場合の他に、何れかのキャリアを予備キャリアとして危機管理に用いるために備えることができる。上記において、ＬＴＥ（Long Term Evolution）は次世代高速携帯通信規格のことであり、ＷｉＦｉは無線ＬＡＮ規格の普及を目指す業界団体（Wi-Fi Alliance）が無線ＬＡＮの標準規格の互換性を保証するために定めたブランド名である。

１ データ通信システム
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ ネットワーク
１１ データ通信装置
１１ａ データ入出力部
１２ データ通信装置
２ 通信部（通信モジュール）
２１，２２ ＬＴＥ無線モジュール（通信モジュール）
２３ ＷｉＦｉ無線モジュール（通信モジュール）
２４ 無線ＬＡＮモジュール（通信モジュール）
２５ 有線ＬＡＮモジュール（通信モジュール）
２ａ，２ｂ 通信キャリア
３ データ分配部（データ分配手段）
４ 復号化部（復号化手段）
５ データ分配復号化部（データ分配手段と復号化手段）
９ 送信用のデータ
９０ 復号化データ
９１，９２ 分割データの組
９３ 暗号キー

Claims (5)

1. 通信キャリアの異なる複数の通信モジュールを持つ複数のデータ通信装置を備え、
   一つのデータ通信装置は、送信用のデータを複数の分割データに分割し、前記分割データの各々を前記異なる通信キャリアの通信モジュールに分配して送信するデータ分配手段を有し、
   もう一つのデータ通信装置は、前記分配された各分割データを統合して復号する復号化手段を有する、データ通信システム。
2. 前記一つのデータ通信装置は、さらに前記復号化手段を有し、
   前記もう一つのデータ通信装置は、さらに前記データ分配手段を有する、請求項１に記載のデータ通信システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のデータ通信システムに用いるデータ通信装置。
4. 前記通信モジュールは、ＬＴＥ、有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮ、およびＷｉＦｉの中のいずれかである、請求項３に記載のデータ通信装置。
5. 通信キャリアの異なる複数の通信モジュールを持つ複数のデータ通信装置間のデータ通信方法において、
   送信側のデータ通信装置は、送信用のデータを複数の分割データに分割し、前記分割データの各々を前記異なる通信キャリアの通信モジュールに分配して送信し、
   受信側のデータ通信装置は、前記分配された各分割データを受信し、前記受信した各分割データを統合して復号する、データ通信方法。

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