JP4762046B2

JP4762046B2 - 無線通信装置、無線通信方法、および無線通信プログラム

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Publication number: JP4762046B2
Application number: JP2006136117A
Authority: JP
Inventors: 一斗安達; 竜也山田; 真治荻島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP2007311857A

Description

本発明は、アドホックネットワークのノードの集合としてのグループに対するアクセス制御に係り、グループ対グループの制御から、アドホックネットワークにおける信頼のある経路を選択することを可能とした無線通信装置、無線通信方法、および無線通信プログラムに関するものである。

従来、アドホックネットワークにおいては、単体のノード同士が１対１の通信を様々なノードと行うことで、各ノードが通信ネットワークの経路を構築している。この場合、アドホックネットワークを構成する各ノードが、自身が経路として利用されることを容認することを前提としている。ノードに対するアクセスは個別で制御していて、基本的にノード間でアクセス制御を行っている。経路制御に関しても同様で、ノード単体同士の通信を元に経路情報を作成する（特許文献１）。

特開平１１−２７２６１６号公報

アドホックネットワークにおける従来のアクセス制御は、ノード単体で考えられており、セキュリティレベルというノード個別に設定する段階分けで、他のノードのレベルを考慮して設定されるわけではない。また、扱う対象もノード内のデータという粒度の小さいものであった。

計算能力の分担など複数ノードが協力して作業を行う場合、協力しあう各ノードのアクセス権限にばらつきがあると、チームとして作業分担をする際に、権限が強いノードに仕事が集中して効率が悪くなり、チームで作業を行う意味がなくなる。

従来から、アドホックネットワークにおいて、数多くのルーティングプロトコルが提案され、通信は成立している。ところが、従来のアドホックネットワークにおいては、ノードの移動や電波強度の強弱などの状況の変化によって、接続が切断されルートが途絶えるなど経路が安定しないという問題があった。また、経路が安定していないため、どの経路を通ったアクセスであるかをアクセスの受側が推定することは難しく、通信における安全性が低いという問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、アドホックネットワークにおいて、ノードの移動によって通信の安定性や信頼性が低下してしまうことを防止し、通信における安全性を向上させることができるようにすることを目的とする。

本発明に係る無線通信装置は、アドホックネットワークを構成するノードとして用いられる無線通信装置であって、少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成するグループ形成手段と、グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与する上下関係付与手段と、自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索する上位グループ検索手段と、前記上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任するアクセス許可権委任手段と、自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付けるアクセス受付手段と、自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付けるアクセス許可権委任受付手段と、前記アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、前記下位グループへのアクセスを許可するアクセス許可判定手段とを備えたことを特徴とする。本発明に係る無線通信装置によれば、アドホックネットワークにおいて、ノードの移動によって通信の安定性や信頼性が低下してしまうことを防止し、通信における安全性を向上させることができるようになる。

グループ形成手段は、他のグループとの無線通信が実行可能なノードに付与されているユニークなグループＩＤを設定することでグループを形成し、グループ内のノードに付与されているアクセス許可レベルのうち最上位のアクセス許可レベルをグループのアクセス許可レベルとして設定する構成とされていてもよい。これによれば、適切にグループを形成することができるようになる。

上下関係付与手段は、各グループのアクセス許可レベルを比較して、自己が属するグループとアクセス許可レベルが同一であった場合にはグループ内において最上位のアクセス許可レベルが付与されているノード数が多いグループを上位グループとすることに決定し、当該ノード数も同一であった場合にはグループ内において最上位のノードの次にアクセス許可レベルが上位のノードの比較により上位下位関係を決定し、グループ内の全てのノード構成が同一である場合に限り上位下位関係のない同等なグループであることに決定する構成とされていてもよい。これによれば、上下関係を的確に決定することが可能となる。

上位グループ検索手段は、他のグループから発せられた探索メッセージを受信したことに基づいて、自己が属するグループのアクセス許可レベルが前記探索メッセージに付加されている前記他のグループが求めるアクセス許可レベル以上であればその旨を示す応答メッセージを送信し、前記他のグループが求めるアクセス許可レベル未満であればさらに他のグループに前記探索メッセージを転送する構成とされていてもよい。これによれば、求めるアクセス許可レベル以上の上位グループを簡単に探索することができる。

本発明に係る無線通信方法は、アドホックネットワークを構成するノードが実行する無線通信方法であって、少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成するグループ形成ステップと、グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与する上下関係付与ステップと、自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索する上位グループ検索ステップと、前記上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任するアクセス許可権委任ステップと、自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付けるアクセス受付ステップと、自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付けるアクセス許可権委任受付ステップと、前記アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、前記下位グループへのアクセスを許可するアクセス許可判定ステップとを含むことを特徴とする。本発明に係る無線通信方法によれば、アドホックネットワークにおいて、ノードの移動によって通信の安定性や信頼性が低下してしまうことを防止し、通信における安全性を向上させることができるようになる。

本発明に係る無線通信プログラムは、アドホックネットワークを構成するノードに無線通信を実行させる無線通信プログラムであって、コンピュータに、少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成するグループ形成ステップと、グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与する上下関係付与ステップと、自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索する上位グループ検索ステップと、前記上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任するアクセス許可権委任ステップと、自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付けるアクセス受付ステップと、自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付けるアクセス許可権委任受付ステップと、前記アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、前記下位グループへのアクセスを許可するアクセス許可判定ステップとを実行させるためのものである。本発明に係る無線通信プログラムによれば、アドホックネットワークにおいて、ノードの移動によって通信の安定性や信頼性が低下してしまうことを防止し、通信における安全性を向上させることができるようになる。

本発明によれば、アドホックネットワークにおいて、ノードの移動によって通信の安定性や信頼性が低下してしまうことを防止し、通信における安全性を向上させることができる無線通信装置、無線通信方法、および無線通信プログラムを提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係る無線通信装置を含むアドホックネットワークシステムについて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置を含むアドホックネットワークシステム１００の構成例を示すブロック図である。アドホックネットワークシステム１００は、それぞれが複数のグループＡ〜Ｆの何れかに属している複数のノード１１〜１５, ２１〜２６, ３１〜３４, ４１〜４５, ５１〜５４, ６１〜６５によって構成される。なお、図１に示すグループの数及びノードの数は一例であり、いくつであってもよい。

図１には、アドホックネットワークシステム１００におけるグループＡ〜Ｆごとのアクセス網の例が表されている。グループＡ〜Ｆ内では、それぞれ、アドホックネットワークが形成されている。各グループＡ〜Ｆ間は、物理的に距離を隔てて存在し、グループＡ〜Ｆ間通信専用のノード１１, ２１, ３１, ４１, ５１, ６１で相互に通信を行っている。

各ノード１１〜１５, ２１〜２６, ３１〜３４, ４１〜４５, ５１〜５４, ６１〜６５は、それぞれ、アドホックネットワークの形成が可能な携帯通信端末などの無線通信装置により構成される。

図２は、アドホックネットワークシステム１００を構成するグループの詳細構成の例を示すブロック図である。図２では、グループＡ〜ＦのうちグループＡ〜Ｃが示されているが、他のグループについても同様に構成される。

アドホックネットワークシステム１００における各グループは、図２に示すように、数キロメートルの範囲で通信可能な１つのノードＹと、数十メートルの範囲で通信可能な１又は２以上のノードＸとを含む。すなわち、各グループは、それぞれ、長距離通信用無線端末である１つのノードＹと、短距離通信用無線端末である１又は２以上のノードＸにより構成される。

本実施形態では、ノードＸは、操作者によって常に携帯され、操作者とノードが１対１の関係にある通信端末である。一方、ノードＹは、各グループ毎にそれぞれ１つ存在し、別のグループとのやり取りを行う通信端末である。ノードＹに関しては、ある操作者が携帯する場合もあるが、必ずしも特定の操作者を必要としないものとする。

本実施形態におけるグループとは、図２に示すように、物理的な近距離でアドホックネットワークを形成するノードＸと、離れた場所に存在するアドホックネットワークを形成するグループ同士を結ぶノードＹとの集合によって形成される。ただし、ノードＹのみでアドホックネットワークやグループを形成することはなく、最低でも１以上のノードＸが含まれていることが条件となる。ノードＹ同士の通信は、グループ間通信となる。

本実施形態におけるアドホックネットワークシステム１００は、複数のノードが協力して一つの作業を行う場合に特に有効となる。例えば、各ノードそれぞれが連携して行動をとる複数の操作者それぞれに携帯されている場合、具体的には、複数のパーティに分れて登山するときの登山者や、遠隔地のチームとオンラインによりチーム対抗で対戦するようなゲームの遊戯者に各ノードが携帯されている場合などが該当する。

以下の説明においては、複数のパーティに分れて登山するときの複数の登山者に各ノードとなる通信端末がそれぞれ携帯され、各パーティが各グループを形成している場合を想定するが、そのような場合に限られず、他の場合であっても適用可能である。

本実施形態の利用環境では、各アドホックノード（アドホックネットワークを構成する各ノードＸ，Ｙ）を操作する利用者の権限の上位下位は明確になっており、利用者が定められたパーティとして複数人数で活動を共にする。通常、登山隊におけるパーティは、複数人数で構成され、活動を共にする。また、ノードに付与されるアクセス許可レベルは、そのノードの利用者の階級に応じて付与されるアクセス許可レベルとなる。

登山隊におけるパーティでは、指揮権を持ったリーダやサブリーダなどの階級が定められているため、その階級によってアクセス許可レベルが定められているものとする。また、高い階級であり高いアクセス許可レベルを持つものほどその数は少なく、全体としてみるとピラミッドのような階層構造をしているものとする。アクセス許可レベルが最も低いノードには、アクセス許可レベルとして「１」が与えられている。このアクセス許可レベルは、利用者の階級が高くなるほどその数が大きくなるものとする。

図２における３つのグループＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ短距離通信用無線端末Ｘとグループ間通信を行う長距離通信用無線端末Ｙとを含む。図２中における表記「ＸＮ」とは、短距離通信用無線端末Ｘのアクセスレベルの高さ「Ｎ」を表したものである。この表記により、図２における各グループのアクセス許可レベルの程度を知ることができる。グループＡはアクセス許可レベルＮ（Ｎは５以上）、グループＢはアクセス許可レベル２、グループＣはアクセス許可レベル１０が、各グループ内で最も高いアクセス許可レベルとなっている。

アドホックノードが複数集まって一つの作業を分担する場合、グループを形成する各ノードのアクセス許可レベルが異なると、分担できる作業も偏りを余儀なくされる。そこでまず「グループを形成する」ということは、グループ内でアクセス許可レベルを共有化するということと定義する。本実施形態では、グループ内のノードに付与されているアクセス許可レベルのうち最も高いアクセス許可レベルが、そのグループのアクセス許可レベルとなる。ただし、アクセス許可レベルの高さを決定する方法や要素はこれに限られるものでなく、ノードが持つ様々なパラメータを利用して決定するようにしてもよい。

［グループ形成方法］
次に、グループの形成方法について説明する。グループへの参加は、物理的に通信可能な距離に移動し、グループに設定されているグループ参加条件を満たすことで可能となる。「グループ参加条件」は、アクセス許可レベルの高さの下限値や、あらかじめ決められたリストなど、任意に設定することができる。グループに参加するということは、グループ内でアクセス許可レベルを共有するということである。グループに参加するノードのアクセス許可レベルが、それまでにグループに含まれていたノードの中で一番高いアクセス許可レベルよりも高かった場合は、グループのアクセス許可レベルも変更されるので、そのグループのアクセス許可レベルが再計算される。アクセス許可レベルの再計算は、グループ内の全てのノードが行う（以下同じ）。

「グループ参加条件」は、例えば各グループの基点となるノードＹ内に設定されているとともに、グループ内のノードＸで共有されているものとする。そして、新たなノードがグループ参加条件を満たすか否かの判定は、グループ内の全てのノードが行うことができるものとする。

グループからの離脱は、ノード自身の明示的な離脱要求のほか、物理的な距離の移動や電波状況による通信の途絶により発生する。ノードのグループからの離脱により、グループのアクセス許可レベルが変化する場合がある。具体的には、グループ内で最も高いアクセス許可レベルが設定されているノードがグループから離脱したときである。この場合、グループのアクセス許可レベルの高さが変わるので、アクセスレベルの再計算が行われる。

グループの分裂は、複数ノードが通信可能の状態のまま同時に移動した場合に発生する。この場合、互いのグループは複数のノードが一斉に物理的に通信不能になったと判断するので、グループの離脱と特別な違いはない。グループのアクセス許可レベルは、グループの分裂とともに再計算され、グループ内の各ノードで共有される。

登山隊におけるミッションの実行中は、秘密事項などを取り扱う場合もあり外部からのデータアクセスには注意を払わなければならない一方で、外部と通信したりデータにアクセスしたりして状況を知り、各パーティの足並みをそろえる必要が発生する場合もある。パーティの構成には変化が起きる可能性があり、各ノードレベルによる移動から、パーティ全体で移動する場合もある。よって、あるグループが共有していたりノードが保持したりしているデータへのアクセスを行うノードは、より高いアクセス許可レベルが設定されている必要がある。グループのアクセス許可レベルの高低は、グループを構成するノード操作者の階級によって決定される。

［ノード、グループのアクセス許可レベルの証明方法］
新たなグループの作成や、グループへのノードの新規参加の時には、グループのメンバとなるノードのアクセス許可レベルを参照する必要がある。グループを作る主体はノードＸにあり、互いのアクセスレベルを参照するのはノードＸの役目である。特にグループの中で最も高いアクセス許可レベルを持つノードの特定は、グループ自体のアクセス許可レベルに直接影響を与えるので、そのアクセス許可レベルを証明する必要がある。証明方法としてここでは以下の２通りの例を示す。ただし、その証明方法に関しては、以下に示す２例の限りではない。

［ＣＡ（Certificate Authority：認証局）による証明］
この証明方法では、例えば図３に示すように、存在し得るノードと、そのノードのアクセス許可レベルとを証明するＣＡサーバ７０がインターネットなどの通信ネットワーク上に存在するものとして、そのＣＡサーバ７０を利用して証明する。この場合、グループを形成するノードは、お互いをＣＡサーバ７０によって認証し確認してグループを形成する。グループへのノードの参加の場合も同様で、参加するノードのアクセス許可レベルを、ＣＡサーバ７０を利用して確認し、グループ参加の有無を、グループの中で最も高いアクセス許可レベルを持つノードが判断する。ＣＡサーバ７０は例えばノードＹとインターネットなどの通信ネットワークを介して接続され、ノードＸはノードＹを介してＣＡサーバ７０から認証結果情報を取得する。なお、ノードＸがインターネットなどの通信ネットワークを介してＣＡサーバ７０に接続可能であるとしてもよい。

［全ノードリストによる証明］
この証明方法では、アドホックネットワークを形成する各ノードは、例えば図４に示すような、各ノードとそのアクセス許可レベルの対応表を保持しているものとし、その対応表を使用する。この例では、本実施形態におけるアドホックノードが、ある特定の目的を持っていて、アドホックネットワークへ参加しているノードが、あらかじめ正しいノードのＩＤとアクセス許可レベルの対応を他のノードに知らせているものとする。対応表では、ノードを特定するノードＩＤと、そのノードに付与されているアクセス許可レベルとが対応付けされている。新たにグループを形成する時も、ノードがグループに参加する時も、上記の対応表を参照することによって、ノードの存在やアクセス許可レベルを確認し、グループを形成する。

［各グループの上位下位の決定方法］
次に、各ノードにおいて、自己が属するグループと他のグループとの上位下位関係を決定する方法について説明する。アクセス権限の強弱とは、そのままアクセス許可レベルの高低を表している。２つのグループのアクセス許可レベルの高さを比較するとき、第一の比較基準となるのは、グループの中で付与されているアクセス許可レベルが最も高いノードのアクセス許可レベルである。このアクセス許可レベルを比較した結果、アクセス許可レベルが高いノードを含むグループが、アクセス許可レベルが高いグループ（高いアクセス許可権を有するグループ）となる。

グループの中で最もアクセス許可レベルが高いノードのアクセス許可レベルが同じ値であったときに、第二の比較基準となるのは、最も高いアクセス許可レベルを持つノードの数である。あるグループにおいてアクセス許可レベルＭを持つノード数をｎｕｍ（Ｍ）とする。グループの中で最も高いアクセス許可レベルを持つノードのアクセス許可レベルがＭであったとき、アクセス許可レベルの上下を比較する基準となる値はｎｕｍ（Ｍ）となる。ｎｕｍ（Ｍ）の比較でも同じになった場合は、グループの中で２番目にアクセス許可レベルの高いノードのアクセス許可レベルで比較を行う。そのアクセス許可レベルも同じであった場合には、グループの中で２番目にアクセス許可レベルの高いノードの数を比較する。その後も、差が出るまで上記の比較を繰り返し行う。そして、最終的に比較対象の２つのグループのノード構成が全く同一であった場合には、その２つのグループのアクセス許可レベルは同等であると判定される。

上記の比較判定方法によれば、例えば、リーダのいない１００人で構成されるパーティよりも、リーダがいる１０人で構成されるパーティの方が、データアクセスに対するアクセス許可レベルは高くなる。

［上位グループの探索方法］
次に、アドホックネットワークシステム１００において、あるグループが求めるアクセス許可レベル以上のグループを探索する方法を、図５及び図６を参照して説明する。ここでは、グループＫに属するノードｋが、自グループＫより強いアクセス権（＝高いアクセス許可レベル）を持つグループを探索する場合を例に説明する。ここでは、図５及び図６に示すように、５つのグループＫ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏが存在するものとし、それぞれのアクセス許可レベルが、８，９，５，１０，６であるものとする。

図５に示すように、グループＫのノードｋは、先ず、グループＫのノードＹを介して、所属するグループＫの周りに存在するグループＬ，Ｍに対して、探索メッセージを送信する。探索メッセージには、送信元ノードｋの通信アドレスと、求めるアクセス許可レベルと、メッセージＩＤと、最大転送グループ数とが含まれている。

探索メッセージを受け取ったグループＬにおけるいずれかのノードは、グループＫのアクセス許可レベルと自グループＬのアクセス許可レベルとを比較し、自グループＬのアクセス許可レベルが高いため、その旨を示す応答メッセージを、探索メッセージを送信したグループＫのノードｋに向けて送信する。

また、図６に示すように、探索メッセージを受け取ったグループＭにおけるいずれかのノードは、グループＫのアクセス許可レベルと自グループＭのアクセス許可レベルとを比較し、自グループＭのアクセス許可レベルが低いため、グループＫから受信した探索メッセージを、自グループＭの周りのグループＮ，Ｏに対して転送する。この転送は、最大転送グループ数に達するか、通信可能なグループがなくなるまで実行される。転送されたグループＮ，Ｏでは、上記と同様の処理が実行され、グループＭにおけるいずれかのノードは、グループＮ，Ｏからの応答メッセージをグループＫに転送する。

上記のように、各グループにおいて、探索依頼元のグループと自グループのアクセス許可レベルを比較し、求められているアクセス許可レベルより自グループのアクセス許可レベルが高ければその旨を返答し、求められているアクセス許可レベルより自グループのアクセス許可レベルが低ければ探索メッセージを通信可能な他のグループに転送する。こうして探索された上位グループに対して、下位グループのノードから、アクセス許可権の委任のための要求メッセージを送信する。

アドホックネットワークに限らず、ネットワークトポロジに循環する部分が存在すると、探索メッセージがループしてしまう可能性がある。最大転送グループ数だけでは、碁盤の目のように無数の循環経路が存在する場合に、無用なループが数多く発生してしまうため、探索メッセージにメッセージＩＤを付与することで、一度受け取った探索メッセージは２度転送しないことを各ノードに実行させることが可能となり、無用なループの発生を防ぐことができる。

［アクセス許可権の委任］
次に、自グループに対するアクセスの許可／不許可を判定する権限であるアクセス許可権を、上位グループに委任するための処理について説明する。アクセス許可権の委任は、あるグループからその上位にあたるグループに対して行われる。本例では、上位グループに対してアクセス許可権を委任する際に、アクセス許可権を委任する有効期限を設定する。このアクセス許可権は、有効期限が切れるか、明示的にアクセス許可権を発行したグループもしくはアクセス許可権を直接預けられたグループによるアクセス許可権の抹消が行われるまで有効となるものとする。

アクセス許可権の委任に必要となるデータは、ノードＹのアドレス、アクセス許可権を委任してもよい最低限のアクセス許可レベル、委任したアクセス権限の有効期限、定期的なログ提出の時間間隔、オプションとしてノードリストなどであり、これらを暗号化して相手グループのグループ間通信用端末（ノードＹ）へ送信する。アクセス許可権の委任に必要となるデータは、アクセス許可権を上位グループに委任するグループと、アクセス許可権を委任される上位グループの双方で共有される暗号化されたデータによって管理される。このアクセス許可権の委任は、以下の手順で行われる。

ここでは、図１において、グループＡが最もアクセス許可レベルが高く、グループＡ、グループＢ、グループＣ、グループＤ、グループＥ、グループＦの順番でアクセス許可レベルが高く設定されているものとする。各グループＡ〜Ｆは、それぞれ、アクセス許可権委任データの受け渡しのための公開鍵／秘密鍵のペアを持っている。この公開鍵／秘密鍵のペアは、例えばグループ作成時に作られるが、グループのアクセス許可権が変更されるとき、つまりグループ内において最も高いアクセス許可レベルのノードの新規参加もしくは離脱の際には、新たに作り直される。

また、ここでは、グループＣがグループＡにアクセス許可権を委任する場合を例に説明する。グループＣは、下位グループのいずれかから、自グループへのアクセスに対する判断権を委任することができる上位グループＡを探索したあと、以下のように処理を実行する。

図７に示すように、アクセス許可権の委任を要求するグループＣ（具体的にはグループＣに属するノード）は、自グループＣの持つ公開鍵ＫＣＰと共に、アクセス許可権の委任要求を、上位グループＡに対して通信ネットワークを利用して送信する（ステップＳ１）。グループＡ（具体的にはグループＡに属するノード）は、アクセス許可権の委任要求とグループＣの公開鍵ＫＣＰを受信すると、その旨の応答とともに、下位グループＣに対して自グループＡの公開鍵ＫＡＰを送信する（ステップＳ２）。

グループＣは、グループＡによって送信されたグループＡの公開鍵ＫＡＰを受け取り、まず、アクセス許可権の有効期限と最低限のアクセス許可レベルを自グループＣの持つ秘密鍵ＫＣＳで暗号化しディジタル署名とする。次に、ディジタル署名されたデータをグループＡの公開鍵ＫＡＰを使って暗号化し、暗号化されたデータを、ネットワークを通じて上位グループＡに送信する（ステップＳ３）。

グループＡは、受け取った暗号化されたデータを、グループＣに送信した自グループＡの公開鍵ＫＡＰとペアの秘密鍵ＫＡＳを使って復号化する（ステップＳ４）。また、グループＡは、受け取ったディジタル署名をグループＣから受け取った公開鍵ＫＣＰを使って復号化し、アクセス許可権の有効期限と最低限のアクセス許可レベルを確認する（ステップＳ４）。

復号化の結果データの改ざんが認められなければ、上位グループＡは、グループＣに対するアクセスのアクセス許可権について委任を受け付けたことを、ネットワークを通して通知し（ステップＳ５）、グループＣに対するアクセス許可権を得る。グループＡは、自身を経由するデータ通信がどのグループから行われているかを見てアクセス制限をかける。グループＣは、グループＡからの通知によって、どのノードがアクセス許可権を与えられてアクセスしているのかを知り、アクセス制限をコントロールする。

アクセス許可権を委任された上位グループＡは、アクセス許可する条件を設定することができる。新たな有効期限や最低アクセス許可レベルだけでなく、別の要素、例えばアクセス許可条件が列挙されたリストによる管理などで、グループＣに対するアクセス許可を出すグループを制限することができる。また、アクセス許可権を委任された上位グループＡは、グループＣとの間にグループＡのグループ間通信用端末のアドレスとアクセス許可権の有効機嫌をハッシュ関数を用いてトークンとし、アクセス制御に利用する。

［下位グループによるアクセス許可権の要求］
次に、下位グループＤから上位グループＣにアクセスする場合の処理について説明する。ここでは、グループＣへのアクセスに関するアクセス許可権が、グループＡに委任されているものとする。

図８に示すように、グループＤのノードｄがグループＣのノードｃにアクセスを試みると（ステップＳ１１）、アクセス許可レベルの高い上位グループへのアクセスになるので、アクセス制限をかけられる。

グループＣのノードｃは、アクセス許可権をグループＡに委任していることを、預けていることをグループＤのノードｄに通知する（ステップＳ１２）。

グループＤのノードｄは、権限を持っている上位グループＡに対して、グループＤからグループＣへのアクセス許可の要求を、グループＤの公開鍵ＫＤＰと共に送信する（ステップＳ１３）。

グループＤのノードｄからのアクセス許可の要求と公開鍵ＫＤＰを受け取った上位グループＡは、アクセス許可の要求を受け付けた旨の応答と、グループＤに対して自グループＡの公開鍵ＫＡＰを送信する（ステップＳ１４）。公開鍵ＫＡＰを得たノードｄは、自グループＤのアクセス許可レベルと構成ノードのリストを自グループＤの秘密鍵ＫＤＳを使って暗号化しディジタル署名を行う。また、ノードｄは、グループＡから得た公開鍵ＫＡＰを使って署名したデータを暗号化する。そして、暗号化したデータをネットワーク経由でグループＡに送信する（ステップＳ１５）。

グループＡは、受け取ったデータを、秘密鍵ＫＡＳを使って復号化し、ｄから受け取った公開鍵ＫＤＰを使って、ディジタル署名の確認を行う（ステップＳ１６）。グループＡは、得られたデータからアクセス許可を与えるか否かを判断し、アクセス許可条件を満たす場合はアクセス許可を与えることに決定する。

次いで、グループＡは、有効期限と最低アクセス許可レベル、もし存在するならノードのアクセス許可リストなどに自グループＡの秘密鍵ＫＡＳを使ってディジタル署名を行い、グループＤの公開鍵ＫＤＰで暗号化をして、グループＤのノードｄに送信する（ステップＳ１７）。

グループＤのノードｄは、暗号化されたデータを受け取り、グループＤの秘密鍵ＫＤＳで復号化し、グループＡの公開鍵ＫＡＰを使ってディジタル署名の確認を行う（ステップＳ１８）。グループＤのノードｄは、確認の結果データが正しいと判断したら、グループＡのグループ間通信用端末のアドレスと有効期限と最低アクセス許可レベル、ログ取得の時間間隔と、存在するならアクセス許可リストを得てグループＣへのアクセス権限を得る。そして、グループＤのノードｄは、アクセス許可を与えたグループＡを経由して、グループＣにアクセスする（ステップＳ１９）。ここでもアクセス許可権を得たグループＤのグループ間通信用端末のアドレスと権限の有効期限をハッシュ関数を用いてトークンとする。

［有効期限の設定］
有効期限切れは、グループより管理となる。すなわち、グループ内のノードの有効期限終了要求を受けて、グループ間通信用端末が他のグループに伝達する方法を取る。以下の手順を説明する。

図２を参照すると、グループＣのメンバＸ８が有効期限の終了を要求し、最も権限の強いノードＸ１０がアクセス許可権を預けているグループＡに対して期限切れの命令を出す。

アクセス許可権を預かっているグループＡの最も権限の強いノードＸＮは、その命令に従い預かっているアクセス許可権の利用を停止する。アクセス許可権を下位グループに委任している場合は、直ちに同様の期限切れの命令を出す。

アクセス許可権の委任が行われた際に作成されたノードＹのアドレスと有効期限をハッシュ化したトークンを無効とする。経由されるグループは、アクセスしてくるノードのトークンをチェックして無効であればアクセスを制限する。

［経路の選択］
グループＣへのアクセス権限を与えられたグループＤのノードｄは、グループＣのノードｃへとアクセスをする。ただし、上記のように、ノードｄからのアクセスには、権限を与えたグループＡを必ず経由するように経路を選択する。

例えば図９に示すように、下位グループＣへのアクセス許可権を委任された上位グループＡによってアクセス権限を得た別の下位グループＤは、その権限における有効期限内に限り、さらに下位のグループＨにアクセス権限を与えることができる。アクセス権限を新たに得たより下位のグループＨは、アクセス先となるグループＣのノードへ到達するまでに、自グループに権限を与えた上位グループＤを経て、さらにそのグループにアクセス権限を与えた上位グループＡも経由し、図９のように権限を持つすべてのグループを経由する経路（太線矢印によって示されている経路）を選択する。

［アクセス権限の動的な変化］
アドホックネットワークにおいては、構成ノードが移動してグループの構成を変化させる可能性を含んでいる。グループの中で最も階級の高いノードがグループを離れれば、グループの権限の強さは変化する。

ノードの移動によりあるグループのアクセス権限が変化するとき、アクセス元グループＤ、経由される上位グループＡ、アクセス先のグループＣの三者の関係によるアクセス権限の付与を有効期限前に無効にする必要が発生し、経路が変化する可能性がある。

アクセス権限は、グループの分離の際にも考慮される必要がある。グループの分離の場合、分かれた後のグループは、分離する前よりも同じか弱い権限になる。ノードの移動によって権限が弱くなった場合にはアクセス権限を自ら放棄し、アクセス許可レベルを再計算し、必要ならばアクセス権限の付与を再び行う。ノード離脱後もアクセス許可レベルが同じであった場合にのみ、アクセス権限及びアクセス経路を維持する。

図１０に示すように、アクセス権限を発行しアクセス先となっているグループＣの権限が変化する場合には、３通りの変化が起こり得る。

グループＣにおけるアクセス許可レベルが最も高いノードの離脱によって、アクセス元となっていたグループＤよりアクセス許可レベルが低下したときは、グループＤからグループＣに直接アクセス可能となっているにもかかわらず上位グループＡを経由することになる。このため、不要なネットワーク遅延が発生する可能性があるので、グループＣに対するアクセス権限を明示的に有効期限切れにする。

ある高いアクセス許可レベルを持ったノードのグループＣへの参加によって、上位グループＡよりもアクセス許可レベルが高くなったときは、グループＡにアクセス許可権を委任する意味がなくなってしまうので、グループＣのアクセス許可レベルが変更になった時点で、グループＣに対するアクセス権限を明示的に有効期限切れにする。

グループＣのアクセス許可レベルの高さが変更になったあとも、アクセス元グループＤと上位グループＡの間の強さであるときは、有効期限内で経路を維持する。

図１１に示すように、アクセス許可権を委任されたグループＡのアクセス許可レベルが変化する場合、まずアクセス許可レベルが高くなるならばグループＡ，Ｃ，Ｄの関係は変わらないので、アクセス権限や経路をそのまま維持する。もしグループＡのアクセス許可レベルが低下する場合には、次の２通りの変化が起こり得る。

アクセス許可権を委任していたグループＣよりもグループＡのアクセス許可レベルが低下してしまったときは、グループＣがアクセス許可権を委任するに足るグループではなくなったと判断して、有効期限切れとしてグループＡのアクセス許可権を破棄する。もし、下位グループにアクセス許可権を委任している場合は、その下位グループに対しても有効期限切れを通知し、グループＡを経由したグループＣへのアクセスを制限する。

アクセス許可権が委任されていたグループＡが分離したときは、分離した双方のグループに対してアクセス許可レベルの判定がなされ、アクセス許可レベルに変化がないグループはそのままアクセス許可権や経路を維持し、アクセス許可レベルが低下した方の分離グループはアクセス許可権を破棄する。

図１２に示すように、アクセス元となっているグループＤのアクセス許可レベルが変化した場合、グループＤに属する最もアクセス許可レベルが高いノードの離脱によって、グループＤのアクセス許可レベルが低下するときは、一度アクセス権限を破棄し、必要があるならば、再度上位グループＡに対してアクセス権限の付与要求を送信し、アクセス権限を取得する。

グループＤに含まれていた各ノードより高いアクセス許可レベルを持つノードの参加によって、グループＤのアクセス許可レベルが高くなったが、アクセス許可レベルの再計算の結果、三者の関係は変わらないときは、権限、経路を維持する。

グループＤのアクセス許可レベルがアクセス先グループＣよりも高くなったときは、グループＡを経由することも、グループＣへ直接アクセスをすることも可能となる。

［アクセスログの取得］
次にログ情報の取得方法について説明する。アドホックネットワークにおいては、各ノードは常に移動し様々なノードと接続、切断を繰り返すことから、アクセスしているノードがどの経路を辿ってきているかを全て推定することは難しい。アクセス経路の信頼性を高める手段として、ある下位グループからアクセス許可権を委任されデータが経由するアクセス経路となる上位グループにおいて、アクセス許可権を委任している下位グループへのアクセスログを取得する。これによって不安定なアドホックネットワークにおいても常に信頼する経路を通ったアクセスがなされていることを確認することができる。

ここで、ログ取得の例を、図１３を用いて説明する。図１３のシーケンス図は、自グループＣへのアクセス許可権を上位グループＡに委任するグループＣと、アクセス許可権を委任される上位グループＡ、グループＡからアクセス権限を付与されてグループＣにグループＡを経由してアクセスできるグループＤ、そしてグループＤからグループＣへのアクセス権限を付与されてグループＤ、グループＡの順番の経路をたどってグループＣにアクセスするグループＧにおけるアクセスログの生成消滅のシーケンスを表している。ログを取得するのは自身を経由させるグループであり、図１３においてはグループＡとグループＤにあたる。

ログ取得を行う機能はすべてのノードが持っていて、アクセス許可権を委任され、下位グループにそのアクセス許可を出したときからその機能を有効にする（ステップＳ２１，Ｓ２２）。また、アクセスログの取得自体はグループ内のノード全てで行われ、定期的にグループ内でログを合わせることによりグループの中でも通らない経路がある場合の不足を補う。

グループ内から集められたログの作成編集は、グループで最もアクセス許可レベルが高いノードによって行われる。自グループを経由してアクセス権限を付与されているグループへのアクセスのログをすべて取得し、記録する。実際にアクセスログを保管しているのはグループ間通信を行うノードＹである。アクセスログの定期的な報告によってアクセスの正しさをチェックするが、その時間間隔はアクセス許可権を委任する側で設定することができる。

ログの記録は、下位グループから委任されたアクセス許可権と共に移動する。つまり、アクセス許可権を委任されたグループで、ノードの離脱やグループの分離が発生しても、アクセス許可権を維持している限りログもグループに残される。反対にアクセス許可権を失う場合は、ログ情報はアクセス許可権の委任の際と同じ手順で暗号化され、グループＣのノードＹに受け渡され、ログ取得を終了する（ステップＳ２３，Ｓ２４）。

以上のように、アドホックネットワークシステム１００を構成する各ノードＸが、少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードＹを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成し、グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与し、自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索し、上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任し、自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付け、自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付け、アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、下位グループへのアクセスを許可する構成としたので、アドホックネットワークにおいて、ノードの移動によって通信の安定性や信頼性が低下してしまうことを防止し、通信における安全性を向上させることができるようになる。

すなわち、アドホックネットワークシステム１００を構成する各ノードＸは、それぞれ、例えば図１４に示すように、少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードＹを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成するグループ形成手段２０１と、グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与する上下関係付与手段２０２と、自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索する上位グループ検索手段２０３と、上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任するアクセス許可権委任手段２０４と、自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付けるアクセス受付手段２０５と、自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付けるアクセス許可権委任受付手段２０６と、アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、下位グループへのアクセスを許可するアクセス許可判定手段２０７とを含む構成となっている。よって、このような複数のノードＸとノードＹとでアドホックネットワークを構成すれば、グループ単位でのアクセス権限の設定や委任を行うことが可能となり、ノードの移動によって通信の安定性や信頼性が低下してしまうことを防止することができ、通信における安全性を向上させることができるようになるのである。

なお、上述した実施の形態においては特に言及していないが、各ノードは、各ノードに搭載されている処理プログラム（無線通信プログラム）に従って、上述した各種の処理を実行する。

本発明の一実施形態に係る無線通信装置（ノード）を含むアドホックネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。２種類の無線端末によるアドホックネットワーク成立状態を示す説明図である。ＣＡサーバを含むアドホックネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。ノードＩＤとアクセス許可レベルの対応表の例を示す説明図である。グループＫが自グループのアクセス許可レベル以上のグループを探索する方法の例を示す説明図である。グループＫが自グループのアクセス許可レベル以上のグループを探索する方法の例を示す説明図である。アクセス許可権の委任処理の例を示すシーケンス図である。アクセス許可権を委任しているグループに対するアクセス処理の例を示すシーケンス図である。選択される経路の例を示す説明図である。アクセス権限を発行しアクセス先となっているグループＣの権限が変化する場合を示す説明図である。アクセス許可権を委任されたグループＡのアクセス許可レベルが変化する場合を示す説明図である。アクセス元となっているグループＤのアクセス許可レベルが変化した場合を示す説明図である。ログ情報の取得処理の例を示すシーケンス図である。ノードＸの構成の例を示すブロック図である。

符号の説明

１１〜１５, ２１〜２６, ３１〜３４, ４１〜４５, ５１〜５４, ６１〜６５…ノード（無線通信端末）、７０…ＣＡサーバ、１００…アドホックネットワークシステム

Claims

アドホックネットワークを構成するノードとして用いられる無線通信装置であって、
少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成するグループ形成手段と、
グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与する上下関係付与手段と、
自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索する上位グループ検索手段と、
前記上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任するアクセス許可権委任手段と、
自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付けるアクセス受付手段と、
自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付けるアクセス許可権委任受付手段と、
前記アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、前記下位グループへのアクセスを許可するアクセス許可判定手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信装置。
グループ形成手段は、他のグループとの無線通信が実行可能なノードに付与されているユニークなグループＩＤを設定することでグループを形成し、グループ内のノードに付与されているアクセス許可レベルのうち最上位のアクセス許可レベルをグループのアクセス許可レベルとして設定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
上下関係付与手段は、各グループのアクセス許可レベルを比較して、自己が属するグループとアクセス許可レベルが同一であった場合にはグループ内において最上位のアクセス許可レベルが付与されているノード数が多いグループを上位グループとすることに決定し、当該ノード数も同一であった場合にはグループ内において最上位のノードの次にアクセス許可レベルが上位のノードの比較により上位下位関係を決定し、グループ内の全てのノード構成が同一である場合に限り上位下位関係のない同等なグループであることに決定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線通信装置。
上位グループ検索手段は、他のグループから発せられた探索メッセージを受信したことに基づいて、自己が属するグループのアクセス許可レベルが前記探索メッセージに付加されている前記他のグループが求めるアクセス許可レベル以上であればその旨を示す応答メッセージを送信し、前記他のグループが求めるアクセス許可レベル未満であればさらに他のグループに前記探索メッセージを転送することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の無線通信装置。
アドホックネットワークを構成するノードが実行する無線通信方法であって、
少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成するグループ形成ステップと、
グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与する上下関係付与ステップと、
自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索する上位グループ検索ステップと、
前記上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任するアクセス許可権委任ステップと、
自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付けるアクセス受付ステップと、
自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付けるアクセス許可権委任受付ステップと、
前記アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、前記下位グループへのアクセスを許可するアクセス許可判定ステップとを含む
ことを特徴とする無線通信方法。
アドホックネットワークを構成するノードに無線通信を実行させる無線通信プログラムであって、
コンピュータに、
少なくとも他のグループとの無線通信が実行可能なノードを含む直接通信可能な１又は２以上の近隣ノードとグループを形成するグループ形成ステップと、
グループを構成するノードのアクセス許可レベルによりグループに上位下位関係を付与する上下関係付与ステップと、
自己が属するグループよりも上位のアクセス許可レベルが付与されている上位グループを検索する上位グループ検索ステップと、
前記上位グループに対して自己が属するグループへのアクセス許可権を委任するアクセス許可権委任ステップと、
自己が属するグループへのアクセス許可権を委任した上位グループによってアクセスが許可されたノードからのアクセスを受け付けるアクセス受付ステップと、
自己が属するグループよりも下位のアクセス許可レベルが付与されている下位グループから、該下位グループへのアクセス許可権の委任を受け付けるアクセス許可権委任受付ステップと、
前記アクセス許可権の委任を受けている下位グループへのアクセス許可要求を受け付け、所定のアクセス許可条件を満たしていれば、前記下位グループへのアクセスを許可するアクセス許可判定ステップとを
実行させるための無線通信プログラム。