JP5468557B2

JP5468557B2 - 無線デバイスの加入キー供給

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Publication number: JP5468557B2
Application number: JP2010548743A
Authority: JP
Inventors: ジョセフザサードチトラノ; マーレイフレデリックフリーマン; ジェフリーデイルポッター; ダニエルクリフォードカールソン; ロバートジョンカルシュニア
Original assignee: フィッシャー−ローズマウントシステムズインコーポレイテッド
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: EP2255577A2; US8369880B2; JP2011514766A; US20090296601A1; CN101960888A; EP2255577B1; CN101960888B; WO2009108373A3; EP2255577A4; WO2009108373A2

Description

本発明は、無線メッシュネットワークを介して通信するデバイスに関連する。特に、本発明は、無線メッシュネットワークに加入する無線デバイスを供給することに関する。

メッシュネットワークは、安全なネットワークに新しいデバイスを組み込むための「加入」として知られるプロセスを使用する。加入プロセス中、多くの情報が交換され、構成が生じる。

この新しいデバイスは、ネットワークの所定のチャネルを使用して、無線到達範囲内の類似する複数のデバイスを発見する。これらは、新しいデバイスがネットワーク中にメンバーシップを得るために利用できる既存のネットワークノードである。範囲内の各デバイスの存在は記録される。新しいデバイスは、近隣デバイスとのハンドシェイクプロトコルを確立するためのメッセージを送信し、ネットワークに加入するように依頼し、デバイス番号およびネットワークＩＤを提供する。近隣デバイスは、たとえばネットワークゲートウェイ上で動作するソフトウェアプログラムまたはそのゲートウェイに接続されたサーバとすることができるネットワークマネージャにリクエストを通信する。新しいデバイスは、ネットワークマネージャが新しいデバイスがネットワークに参加できるようにするために確立されなければならないリンクを決定できるように、「近隣」リストをネットワークマネージャに提供する。

この新しいデバイスは、ネットワークマネージャから加入メッセージを受信する。新しいデバイスは次いで、予想される応答を、ネットワークマネージャが新しいデバイスからネットワーク内のその他のデバイスへのリンクを確立するために必要なその他の情報とともに返送する。

新しいデバイスならびにその新たな親および子は、要求されたリンクを確立するために、ネットワークマネージャから構成情報を受信し、それらを実施する。次いで、新しいデバイスは完全に加入され、ネットワークに参加している。

無線メッシュネットワークにとって、通信の安全性および使いやすさは、２つの重要な特徴である。通信の安全性により複雑になり、うまく運ばない機会が生じるので、これらの２つの特徴は、相反する場合がある。

無線メッシュネットワークで使用される１つの手法において、安全性は、対称的な加入キーのメカニズムを基礎とする。正しい加入キーをデバイスにロードすることによって、そのデバイスは次いで、その近隣デバイスおよびメッシュネットワークゲートウェイと安全な方法で通信することができる。この手法では、加入プロセス中に、近隣デバイスへのメッセージは、保存された加入キーを使用する新しいデバイスによって暗号化される。新しいデバイスが誤った加入キーをもつ場合には、加入要求は近隣デバイスによって拒否され、ネットワークマネージャに送信されない。また、新しいデバイスは、加入キーを使用して、ネットワークマネージャからの加入メッセージを復号化する。対称的な加入キーのメカニズムを必要としない安全性に対するその他の手法が可能である。これらのその他の手法は、非対称的または対称的な暗号化キー、あるいは、デバイスに保存されたその他の暗号材料を利用して、ネットワークの安全性を提供する。

無線メッシュネットワークに対する１つの挑戦は、無線デバイスに暗号材料（加入キーあるいはその他の対称的または非対称的なキーなど）をどのように最初にロードするかである。手動でロードすると、人為的エラーが起こり得る。デバイスとの無線通信を介してロードすると、通信は安全ではなく、範囲内の別の無線デバイスが、ロードされている新しいデバイスについて意図された暗号材料を受信することがあり、かつ、その別の無線デバイスが、受信した暗号材料を誤って使用する可能性がある。

加入キーは、長いランダムな文字列であり、手動でロードするには扱いにくい。供給されるべき無線デバイスがたくさんあるときには、加入キーを無線デバイスにロードする作業は面倒である。個別加入キーが使用されるときには、加入キーをロードする作業は、さらに面倒になる。

共通加入キーおよび個別加入キーはともに、無線メッシュネットワークで使用されてきた。共通加入キーは、特定のネットワークへの加入を望む全てのデバイスに対して機能する。個別加入キーは、ネットワークに加入する１つの無線デバイスのみに対して使用される。換言すると、個別加入キーを使用するときは、各無線デバイスは、異なる個別加入キーを備えなければならない。

ドキュメンテーションは、無線メッシュネットワークの使用を考慮する際のもう一つの重要な側面である。無線デバイスへの加入キーの追加、加入キー番号の生成および加入キーの下での無線デバイスに関するドキュメンテーションの発生のために従来使用されてきた手続は、断片的であり、かなりの手動労力を必要としてきた。

ネットワークに加入できるように共通加入キーを無線デバイスに提供するための典型的なプロセスは以下の通りである。最初に、ユーザは、無線ゲートウェイから共通加入キーを取り出す。これは、たとえば、ネットワーク上でゲートウェイに接続されるコンピュータを介して行うことができる。次いで、ユーザは、加入キーを１枚の紙に書き取り、加入キーが書かれた紙を保存する。紙および加入キーが安全な場所に保管されないことも多い。次いで、ユーザは、ハンドヘルドデバイスを利用して、加入キーを無線デバイスにロードする。ユーザは、いつ特定の無線デバイスに加入キーをロードしたか、および、ロードが行われた時刻を文書化する。ユーザは、無線メッシュネットワークに追加されるべき全ての無線デバイスが共通加入キーを受信するまで、これらのステップを繰り返す。

この実施には、いくつか不利な点がある。第一に、共通加入キーが設備内の多くの人々にさらされることである。第二に、加入キーは、紙に記録されることが多く、無線デバイスがネットワークに追加される次の機会に使用するために、安全でない状態のままになる場合があることである。第三に、ドキュメンテーションが、手動で処理されることである。したがって、忘れてしまうことがあり、無線デバイスを供給するために使用される手続の一部とならないことがあり、人為的エラーが起こりやすいことがある。第四に、無線デバイスを供給するプロセスは、特に、関連する無線デバイスが数多くあるときには、時間がかかる。加入キーをハンドヘルドデバイスに入力する際にエラーが起こり得るので、供給された全ての無線デバイスを得るためには、再処理が必要となることがある。

個別加入キーを使用するメッシュネットワークに関する典型的なプロセスは以下のとおりである。ユーザは、無線ゲートウェイから個別加入キーを取り出し、その個別加入キーを１枚の紙に書き取る。ユーザは続いて、ハンドヘルドデバイスを使用して、加入キーを無線デバイスにロードする。次いで、ユーザは、無線ゲートウェイに戻り、次の個別加入キーを取り出す。ユーザは、個別加入キーが、特定の時間に特定の無線デバイスにロードされたことを文書化する。全ての無線デバイスが完了するまで、これらのステップを繰り返す。

この実施により、個別加入キーが一度使用されると、もはや有効ではなくなるので、共通加入キーの使用よりも安全性が改善される。しかしながら、このプロセスは、各デバイスに権限が与えられた後でユーザがゲートウェイに行かなければならないので、実質的にさらに時間がかかるようになる。これは、供給されている無線デバイスが、ゲートウェイインターフェースへのアクセスが容易には使用可能でない場所に配置される場合には、不便となり得る。さらにここでも、ドキュメンテーションが手動で処理されるが、これは、忘れてしまうことがあり、手続の一部とならないことがあり、人為的エラーが起こりやすいことがあるということ意味する。

無線デバイスが無線メッシュネットワークに加入できるようにするために無線デバイスの加入キーを供給することは、２つの基本的なステップを含む。安全なデータ通信が可能になるように、物理的接続が無線デバイスに作られる。無線デバイスおよび無線メッシュネットワークの特定のゲートウェイは、加入キー情報および一意のデバイス識別子を使用して結合される。

無線メッシュネットワークが、ホストデバイスとフィールドデバイスとの間でメッセージをルーティングするプロセス制御／監視システムを示す図である。図１のネットワークの無線デバイスを無線ゲートウェイと通信するネットワークコンピュータに接続することによって、その無線デバイスに加入キーを供給する方法を示す図である。図１のネットワークの無線デバイスを無線ゲートウェイと通信するネットワークコンピュータに接続することによって、その無線デバイスに加入キーを供給する方法を示す図である。図３Ａ〜図３Ｄは、ハンドヘルドデバイスを使用する、共通加入キーおよびネットワークＩＤを１つの無線デバイスへのロードを示す図である。図４Ａ〜図４Ｄは、ハンドヘルドデバイスを使用して、個別加入キーを複数の無線デバイスへロードする方法を示す図である。図５Ａ〜図５Ｃは、ハンドヘルドデバイスが個別加入キーをランダムに発生させる場合に、個別加入キーを複数の無線デバイスにロードする方法を示す図である。図６Ａ〜図６Ｄは、後続のユーザ許可の対象である複数のフィールドデバイスへの加入キーのロードを示す図である。

図１は、プロセス制御／監視システム１０を示し、このプロセス制御／監視システム１０は、ホストコンピュータ１２、高速ネットワーク１４、無線メッシュネットワーク１６（ゲートウェイ１８および無線フィールドデバイスすなわちノード２０ａ〜２０ｉを含む）、構成デバイス３０ならびにネットワークコンピュータ３２を含む。ゲートウェイ１８は、高速ネットワーク１４を介して、メッシュネットワーク１６をホストコンピュータ１２とインターフェースさせる。メッセージは、ホストコンピュータ１２から、ネットワーク１４を介して、ゲートウェイ１８へ伝送され得、次いで、いくつかの異なる経路のうちの１つを介して、メッシュネットワーク１６の選択されたノードへ送信される。同様に、メッシュネットワーク１６の個別のノードからのメッセージは、ゲートウェイ１８に到達するまで、メッシュネットワーク１６を通じてノードからノードへといくつかの経路のうち１つを介してルーティングされ、次いで、高速ネットワーク１４を介してホスト１２へと伝送される。無線メッシュネットワーク１６は、メッシュネットワークの一実施形態を表す。スター型トポロジーのメッシュネットワークのようなその他の実施形態では、デバイスは互いに通信するように接続されていないが、各デバイスノードは、複数のゲートウェイデバイスのうちの１つに接続される。複数のゲートウェイデバイスのそれぞれを、１つまたは複数の追加のゲートウェイデバイスに接続して、ゲートウェイデバイスのメッシュネットワークを形成することができる（すなわち、ゲートウェイデバイス自体がメッシュネットワークを形成する）。その他の実施形態では、デバイスノードは、冗長なゲートウェイトポロジーで１つまたは複数のゲートウェイデバイスと結合又は関連付けすることができる。しかしながら、簡潔にするために、本発明は、図１に示されるメッシュネットワークトポロジーについて記載されるが、当技術分野で知られるその他のメッシュネットワークトポロジーに適用してもよい。

加入プロセスを使用して、新しい無線フィールドデバイスをネットワーク１６に追加することができる。一実施形態において、ネットワーク１６内の安全性は、対称的な加入キーのメカニズムに基づく。デバイスが、その他のフィールドデバイスによって、および、前述のゲートウェイによって容認されるように、正しい加入キーをフィールドデバイスにロードしなければならない。範囲内の別の無線デバイスが、加入キーを受信しないように、かつ、受信した加入キーを誤って使用する可能性がないように、加入キーを、安全な方法でロードしなければならない。複数の加入キーを新しいフィールドデバイスのそれぞれに手動でロードすることができるが、手動でロードすると、エラーが起こりやすく、暗号材料がヒューマンオペレータにさらされる。

目標は、キーなどの暗号材料を安全な方法で新しいフィールドデバイスにロードすることである。これは、ゲートウェイ１８、ネットワークコンピュータ３２またはハンドヘルドコミュニケータ７０（図３Ａ〜図６Ｄに示される）から直接、新しいフィールドデバイスへの安全な有線通信経路を介して達成することができる。ネットワークコンピュータ３２は、たとえば、ウェブブラウザを含むことができるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を提供する。構成デバイス３０およびコンピュータ３２上のＧＵＩにより、技術者は、ネットワークセキュリティマネージャ（たとえば、ゲートウェイ１８、ホストコンピュータ１２、サーバ、またはその他のネットワークデバイス上で動作するアプリケーションプログラムとすることができる）に問い合わせ、新しいフィールドデバイスに関する正しい加入キー（またはその他の暗号材料）を取得し、その加入キーを新しいフィールドデバイスに安全にロードできるようになる。加入キーおよびその他の必要な情報が一度ロードされると、新しいフィールドデバイスは、保存された加入キーを接続プロセスの一部として使用して、無線ネットワーク１６の一部となり得るフィールドにインストールされる。

ホストコンピュータ１２は、メッセージをフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉへ容易に送信できるようにする、かつ、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉからのメッセージに含まれるデータを容易に受信および分析できるようにするためのアプリケーションプログラムを動作させる分散制御システムのホストとすることができる。ホストコンピュータ１２は、たとえば、ＡＭＳ（商標）ＤｅｖｉｃｅＭａｎａｇｅｒをアプリケーションプログラムとして使用して、ユーザがフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉを監視し、それらと相互作用できるようにすることができる。

ゲートウェイ１８は、多くの異なる通信プロトコルを使用して、ホストコンピュータ１２とネットワーク１４を介して通信することができる。一実施形態では、ネットワーク１４は、ゲートウェイ１８がＭＯＤＢＵＳプロトコルを使用してホストコンピュータ１２と通信することができるＲＳ４８５規格の２線式通信リンクである。別の実施形態では、ネットワーク１４は、イーサネット（登録商標）ネットワークであり、ネットワーク１４を介する通信は、イーサネットインターフェースを使用して、ＭＯＤＢＵＳＴＣＰ／ＩＰをサポートし得る。

ゲートウェイ１８はまた、ネットワーク１４のユーザが、無線ネットワーク１６のフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉにアクセスし、かつ、データを処理できるようにするために、ウェブサーバとして機能する（または結合されたウェブサーバを有することができる）。ウェブサーバにより、標準的なウェブブラウザおよびネットワーク１４への安全なイーサネット接続を有するコンピュータを使用して、ゲートウェイ１８を構成できるようになる。ゲートウェイ１８によって発生されたユーザ構成可能な監視ページにより、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉからの測定値がグループ化され、ウェブインターフェースを用いて簡単に閲覧できるようになる。ホストコンピュータ１２、あるいはネットワーク１４に接続された（コンピュータ３２のような）別のコンピュータまたはネットワークデバイスを介してネットワーク１４にアクセスすることによって、ゲートウェイ１８によって生成されたウェブページを閲覧することができる。ゲートウェイ１８の機能を実行するための好適なデバイスの一例は、ＲｏｓｅｍｏｕｎｔＩｎｃ．のＲｏｓｅｍｏｕｎｔ１４２０無線ゲートウェイである。その他の実施形態では、ウェブブラウザおよびウェブサーバを必要とせずに、その他のフォーマットのＧＵＩを介して、情報を提供することができる。

システム１０は、有線分散制御システムのために設計され、その中で使用されてきたフィールドデバイス、ならびに、無線メッシュネットワーク内で使用するために無線トランスミッタとして特別に設計されるフィールドデバイスを利用することができる。無線トランスミッタの例としては、ＲｏｓｅｍｏｕｎｔＩｎｃ．のＲｏｓｅｍｏｕｎｔ３０５１Ｓ無線レベルトランスミッタ、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ６４８無線温度トランスミッタおよびＲｏｓｅｍｏｕｎｔ３０５１Ｓ無線圧力トランスミッタが挙げられる。これらの無線トランスミッタを、有線システムで使用することもできる。

無線ネットワーク１６は、好ましくは、ノードのうちの多くが、長寿命バッテリまたは低電力エネルギー回収電源によって電力を供給される低電力ネットワークである。無線ネットワーク１６を介する通信は、メッセージがネットワーク１６を介してノード間で伝送されるメッシュネットワーク構成にしたがって提供することができる。これにより、ネットワーク１６がかなりの物理的領域に及んでメッセージをネットワークの一端から他端に送達できるようにしつつ、低電力ＲＦ無線を使用できるようになる。

有線制御／監視システムでは、ホストコンピュータとフィールドデバイスとの間の相互作用は、ＨＡＲＴ、ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＦｉｅｌｄｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓなどの制御システム通信プロトコルに従うよく知られる制御メッセージを使用して起こる。有線システムでも無線システムでも使用できるフィールドデバイスは、知られる制御メッセージプロトコルのうち１つに従う制御メッセージを利用できる。いくつかの場合には、ネットワーク１６を介する無線通信は、本質的に汎用の無線プロトコルにしたがって起こるので、無線ネットワーク１６の一部である無線フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉは、これらのよく知られる制御メッセージをホストコンピュータ１２と直接交換することができない場合がある。

ホストコンピュータ１２およびフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉに無線プロトコルを使用して通信することを求めるのではなく、無線ネットワーク１６を介して、ホストコンピュータ１２とフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉとの間で、よく知られるフィールドデバイス制御メッセージを送受信できるようにする方法を提供することができる。よく知られるフィールドデバイス制御メッセージを汎用無線プロトコルに埋め込むことができ、それにより、その制御メッセージをホストコンピュータ１２とフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉとの間で交換して、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉとの相互作用が制御できるようになる。その結果、無線ネットワーク１６およびその無線通信プロトコルは、ホストコンピュータ１２およびフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉに対して本質的にトランスペアレントである。ＨＡＲＴプロトコルは、知られる制御システム通信プロトコルの一例であるが、その他のプロトコル（たとえばＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＦｉｅｌｄｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓなど）を同じように使用してもよい。

同様の問題は、メッセージをフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉへ送るためにホストコンピュータ１２が使用するアドレスに関する。有線システムでは、ホストコンピュータは、各フィールドデバイスを一意のフィールドデバイスアドレスを用いてアドレス指定する。このアドレスは、使用されている特定の通信プロトコルの一部として規定され、典型的にはホストコンピュータによってフィールドデバイスに送信される制御メッセージの一部を形成する。

図１に示されたネットワーク１６のような無線ネットワークを使用して、メッセージをホストコンピュータからフィールドデバイスにルーティングするときには、ホストコンピュータが使用するフィールドデバイスアドレスは、無線ネットワークの通信プロトコルが使用する無線アドレスと互換性をもたない場合がある。

アドレスに対処する１つの方法は、ホストコンピュータ１２に、フィールドデバイスアドレスではなく、無線アドレスを使用するように求めることである。しかしながらこの手法では、ホストコンピュータ１２は、有線通信リンクを介してフィールドデバイスと通信しているかどうか、あるいは、無線ネットワークを介して．少なくとも部分的に通信しているかどうかによって、異なるようにプログラムされる必要がある。それに加えて、典型的には様々な目的を有し、かつ、個別にアドレス指定される必要がある複数のフィールドデバイスに関する問題が残っている。

代替的な手法は、ゲートウェイ１８を使用して、ホストコンピュータ１２によって提供されたフィールドデバイスアドレスを対応する無線アドレスに変換することである。無線メッセージは無線アドレスに送信され、また、無線メッセージは、メッセージを受信するノードがメッセージを適当なフィールドデバイスに送ることができるようにフィールドデバイスアドレスを含む。フィールドデバイスアドレスを対応する無線アドレスに変換することにより、ホストコンピュータ１２は、複数のフィールドデバイスと相互作用するときに、本来のフィールドアドレスドメインで機能することができる。

一実施形態では、ホストコンピュータ１２は、拡張可能マークアップ言語（ＸＭＬ）フォーマットのメッセージを使用して、ゲートウェイ１８と通信する。フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉに対して意図される制御メッセージは、ＨＡＲＴプロトコルにしたがって提示することができ、ＸＭＬフォーマットでゲートウェイ１８へ通信される。

一実施形態では、ゲートウェイ１８は、ゲートウェイインターフェース、ネットワーク（またはメッシュ）マネージャおよびラジオトランシーバを含む。ゲートウェイインターフェースは、ホストコンピュータ１２からＸＭＬ文書を受信し、ＨＡＲＴ制御メッセージを抽出し、その制御メッセージを、無線ネットワーク１６を介して伝送されることになる無線メッセージに埋め込むためのフォーマットに修正する。

ネットワークまたはメッシュマネージャは、ＨＡＲＴ制御メッセージが埋め込まれ、ノードの無線アドレスがＨＡＲＴメッセージが送られるフィールドデバイスに対応する無線メッセージを形成する。メッシュマネージャは、たとえば、各フィールドデバイスアドレスを、そのフィールドデバイスアドレスに対応するフィールドデバイスが配置されるノードの無線アドレスと相関させるルックアップテーブルを維持することができる。無線プロトコルに従う無線メッセージは、無線ノードアドレスを含み、この無線ノードアドレスを使用して、無線メッセージをネットワーク１６を介してルーティングする。フィールドデバイスアドレスは、無線メッセージ内に埋め込まれたＨＡＲＴメッセージに含まれ、ネットワーク１６を介して無線メッセージをルーティングするためには使用されない。その代わりに、無線メッセージが意図されたノードに到達すると、フィールドデバイスアドレスが使用される。

メッシュマネージャは、ゲートウェイ１８内のラジオに無線メッセージを伝送させ、それにより、ネットワーク１６内の１つまたは複数のホップにより意図されたフィールドデバイスに無線メッセージが伝送されることになる。たとえば、フィールドデバイス２０ｆへのメッセージは、ゲートウェイ１８からフィールドデバイス２０ａへ伝送され、次いでフィールドデバイス２０ｆへ、あるいは代替的には、ゲートウェイ１８からフィールドデバイス２０ｂへ、次いでフィールドデバイス２０ｆへ伝送することができる。ネットワーク１６において、その他のルートも可能である。

（無線プロトコルの）無線メッセージ内の（制御メッセージプロトコルの）埋め込まれた制御メッセージを使用することにより、分散制御システムのホストコンピュータは、無線通信ネットワークを介してフィールドデバイスと相互作用できるようになる。制御メッセージは、ＨＡＲＴ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓなどのような知られる制御メッセージフォーマットを使用して、ホストコンピュータとフィールドデバイスとの間で交換することができるが、無線ネットワークを介する制御メッセージの伝送に合わせるために、ホストコンピュータまたはフィールドデバイスのいずれかによって修正される必要はない。制御メッセージは、ホストコンピュータとフィールドデバイスとの間で交換された制御メッセージの実体が、無線ネットワークを通過した結果として修正されないように、無線通信プロトコル内に埋め込まれる。

無線通信プロトコルを介してルーティングするには大きすぎる制御メッセージは、複数の部分に分割され、複数の部分として送信される。それぞれの部分は、無線メッセージに埋め込まれ、複数の部分は、複数の部分が無線ネットワークを出る際に、再度組み立てられて元々の制御メッセージにすることができる。元々の制御メッセージの埋め込まれた部分を有する個別の無線メッセージが、無線ネットワークを介して異なる経路を取ることができる場合であっても、埋め込まれた制御メッセージのメッセージＩＤを使用することによって、その複数の部分を、適当な順序で再度組み立てることができる。

フィールドデバイスアドレスの対応する無線アドレスへの変換により、ホスト１２は、無線アドレスドメイン内のフィールドデバイスと相互作用しながら、元来のフィールドデバイスアドレスドメイン内で機能できるようになる。フィールドデバイスへ、または、フィールドデバイスから、メッセージをルーティングするための無線ネットワーク１６の使用は、ホスト１２に対してトランスペアレントである。アドレスを変換し、かつ、無線メッセージ内に無線アドレスとフィールドデバイスアドレスの両方を含むことにより、単一のノード（すなわち単一の無線アドレス）に結合又は関連付けされた複数のフィールドデバイスを個別にアドレス指定することができるようになる。

図２Ａおよび図２Ｂは、ネットワークコンピュータ３２およびゲートウェイ１８を使用する、新しいフィールドデバイス２０ｊの供給を示す。図２Ａに示されるように、フィールドデバイス２０ｊは、供給プロセス中、ネットワークコンピュータ３２に接続される。この接続は、ネットワークコンピュータ３２内のＨＡＲＴモデムを介して作成することができる。接続は、ＵＳＢポートまたはシリアルデータポートを介して作成してもよい。ネットワークコンピュータ３２は、ユーザがゲートウェイ１８および無線ネットワーク１６のデバイスを監視し、それらと相互作用できるようにするためのアプリケーションプログラムとして、ＥｍｅｒｓｏｎＰｒｏｃｅｓｓＭａｎａｇｅｍｅｎのＡＭＳ（商標）スイートなどのアプリケーションプログラムを動作させていることがある。

図２Ｂは、デバイス２０ｊがネットワークコンピュータ３２に接続されるときに表示される図を示すグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）の一部分を示す。ＧＵＩ４０は、さまざまなコンポーネントを表示する複数のアイコンを図に提供する。これらの複数のアイコンには、デバイスマネージャアイコン４２、プラントデータベースアイコン４４、ＨＡＲＴモデムアイコン４６、フィールドデバイスアイコン４８（図２Ａの接続されたフィールドデバイス２０ｊを表示する）、ゲートウェイアイコン５０、無線ネットワークアイコン５２、ゲートウェイアイコン５４およびネットワークアイコン５６が含まれる。この図において、フィールドデバイスアイコン４８は、無線フィールドデバイス２０ｊに対応する。ゲートウェイアイコン５４は、ゲートウェイ１８に対応し、無線ネットワークアイコン５６は、無線ネットワーク１６に対応する。この実施形態（ならびに図３Ａ〜図６Ｄについて記載された諸実施形態）では、ネットワークマネージャは、ゲートウェイデバイス上に常駐する。その他の実施形態では、ネットワークマネージャは、ホストコンピュータ１２、サーバまたはその他のネットワークデバイスに常駐することができる。これらの諸実施形態では、ネットワークマネージャは、ゲートウェイ（すなわち、高速ネットワーク側）の上に常駐し、ゲートウェイは、単にルーティングまたは収集ポイントとして機能することになる。

図２Ｂは、ゲートウェイ１８と無線フィールドデバイス２０ｊとの間の結合又は関連付けがどのように作成されるかを示す。この結合は、ユーザ（典型的には技術者）が、フィールドデバイスアイコン４８上でクリックし、アイコン４８を矢印６０で示されるようにゲートウェイアイコン５４の上へとドラッグし、ゲートウェイ５４でアイコン４８をドロップするドラッグアンドドロップステップによって作成される。このアクションにより、無線デバイス２０ｊとゲートウェイ１８との間の結合が生成される。２つのデバイスは次いで、無線デバイス２０ｊが無線ネットワーク１６（および具体的には無線ネットワーク１６のゲートウェイ１８）に加入できるようにするために必要な情報を交換する。

無線フィールドデバイス２０ｊがネットワークコンピュータ３２に接続されると、ネットワークコンピュータ３２は無線デバイス２０ｊに問合せ、無線デバイス２０ｊの一意の識別子であるデバイスＩＤを受信する。ユーザがアイコン４８をアイコン５４上にドラッグアンドドロップして、無線デバイス２０ｊとゲートウェイ１８との間の結合を確立すると、ネットワークコンピュータ３２は、無線ネットワーク１６に加入するために無線デバイス２０ｊが必要とする加入キーおよびネットワークＩＤを取得し、ゲートウェイ１８と通信する。加入キーおよびネットワークＩＤは、無線デバイス２０ｊに転送される。次いで、ネットワークコンピュータ３２と無線デバイス２０ｊとの間の接続が取り除かれ、無線デバイス２０ｊを、インストールのためのフィールドに移送することができる。無線デバイス２０ｊは、インストールされると、供給プロセス中に受信したネットワークＩＤおよび加入キーを使用することによって、無線ネットワーク１６に加入するために、加入プロセスを開始することができる。

無線デバイス２０ｊは、ネットワーク１６の近くのデバイスと通信し始めると、デバイスＩＤを提供し、加入キーおよびネットワークＩＤを利用する。無線デバイス２０ｊのデバイスＩＤは、供給プロセス中に、既に受信され、ゲートウェイ１８と結合されており、したがって、無線デバイス２０ｊは、ネットワーク１６に加入できるようになる。

共通加入キーがネットワーク１６に加入する全てのデバイスに対して使用されるか、あるいは、個別加入キーが個別の無線デバイスに割り当てられるかにかかわらず、図２Ａおよび図２Ｂに示されたプロセスを使用することができる。いずれの場合でも、どの無線デバイスがゲートウェイ１８に結合されるか、また、無線ネットワーク１６に加入することが許可されるかを文書化する記録を、ネットワークコンピュータ３２またはゲートウェイ１８、あるいは両方によって維持することができる。それに加えて、各無線デバイスによって使用される特定の加入キーも保存される。

図３Ａ〜図３Ｄは、ハンドヘルドコミュニケータ７０を用いて無線デバイス２０ｊを供給する方法を示す。図３Ａには、ゲートウェイ１８、ネットワークコンピュータ３２およびハンドヘルドコミュニケータ７０が示される。ネットワークコンピュータ３２は、ゲートウェイ１８とハンドヘルドコミュニケータ７０との間のインターフェースとして機能して、共通加入キーおよびネットワークＩＤを供給する。

図３Ｂでは、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、無線デバイス２０ｊと接続されている。ハンドヘルド通信７０の無線デバイス２０ｊへの接続は、有線接続でも無線接続でもよい。コミュニケータ７０からの問合せに応答して、無線デバイス２０ｊは、ハンドヘルドコミュニケータ７０に保存されたそのデバイスＩＤを提供する。

図３Ｃに示されるように、ユーザは次いで、同じ無線ネットワーク上または異なる複数の無線ネットワーク上に常駐することができるゲートウェイのリストから、ゲートウェイを選択する。ハンドヘルドコミュニケータ７０は、選択され得るゲートウェイのそれぞれに関する共通加入キーおよびネットワークＩＤを保存する。ゲートウェイが選択されると、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、無線デバイス２０ｊのデバイスＩＤを選択されたゲートウェイと結合させる。次いで、選択されたゲートウェイの共通加入キーおよびネットワークＩＤを無線デバイス２０ｊに伝送する。

図３Ｂおよび図３Ｃに示された各ステップは、無線デバイス２０ｊが既にインストール済みであり得るフィールド内で行うことができる。代替的には、ハンドヘルドコミュニケータ７０を使用して、無線デバイス２０ｊとゲートウェイ１８との間の結合を生成し、無線デバイス２０ｊのインストールの前に、共通加入キーおよびネットワークＩＤ情報を提供することができる。

図３Ｄでは、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、再度、ネットワークコンピュータ３２と通信している。ハンドヘルドコミュニケータ７０は、供給された各無線デバイスに関するデバイスＩＤおよび選択されたゲートウェイを提供する。無線デバイスとゲートウェイの結合を、ネットワークコンピュータ３２が使用するデータベース内に保存することができ、ゲートウェイ１８のような適当なゲートウェイに提供してもよい。

図４Ａ〜図４Ｄは、個別加入キーが使用されるハンドヘルドコミュニケータ７０を使用する供給プロセスを示す。図４Ａでは、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、ネットワークコンピュータ３２と通信している。ハンドヘルドコミュニケータ７０は、ネットワーク１６に加入するために供給される無線デバイスが使用できる個別加入キーを備えるように要求する。個別加入キーはネットワークＩＤと一緒に、ネットワークコンピュータ３２によって、ゲートウェイ１８からハンドヘルドコミュニケータ７０に提供される。

図４Ｂにおいて、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、無線デバイス２０ｊに接続される。ハンドヘルドコミュニケータ７０からの問合せに応答して、無線デバイス２０ｊは、無線デバイス２０ｊを一意に識別するデバイスＩＤを提供する。

図４Ｃにおいて、ユーザは、無線ネットワーク１６の特定のゲートウェイ（この場合には、ゲートウェイ１８）を選択している。ハンドヘルドコミュニケータ７０は、無線デバイス２０ｊのデバイスＩＤを選択されたゲートウェイ１８と結合させ、個別加入キーのうち１つならびにネットワークＩＤを無線デバイス２０ｊにダウンロードする。

図４Ｂおよび図４Ｃに示されたプロセスは、ハンドヘルドコミュニケータ７０を使用して様々な無線デバイスを供給しながら、何回も繰り返すことができる。その点において、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、供給された各無線デバイスと特定のネットワークおよびゲートウェイとの間の保存された関係性を有する。その結合は、供給された無線デバイスのそれぞれに提供された特定の個別加入キーを含む。

図４Ｄにおいて、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、ネットワークコンピュータ３２との接触を再確立し、それにより、供給プロセス中に、ゲートウェイ１８と結合された各無線デバイスに関するデバイスＩＤおよび結合された個別加入キーを、コンピュータ３２およびゲートウェイ１８へダウンロードできる。ハンドヘルドコミュニケータ７０からの情報は、ＡＭＳスイートアプリケーションプログラムを介して、ゲートウェイ「ホワイトリスト」をポピュレートする。その結果、ゲートウェイ１８は、無線ネットワーク１６の個別の無線デバイスをそれぞれ識別するリストと、加入ネットワーク１６内の個別の無線デバイスによって使用されるべき個別加入キーとにアクセスする。

図５Ａ〜図５Ｃは、ハンドヘルドコミュニケータ７０が、各無線デバイスに関する個別加入キーをランダムに発生させる無線デバイスを供給する方法を示す。図５Ａでは、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、無線デバイス２０ｊに接続される。コミュニケータ７０による問合せに応答して、無線デバイス２０ｊは、デバイスＩＤを提供する。

図５Ｂにおいて、ユーザは、無線デバイス２０ｊに関する特定の無線ネットワークおよびゲートウェイを選択している。ハンドヘルドコミュニケータ７０は、ランダムに発生された個別加入キーを、ネットワーク１６に関するネットワークＩＤと一緒に無線デバイス２０ｊへ提供する。また、無線デバイス２０ｊのデバイスＩＤおよび無線デバイス２０ｊが結合される特定のゲートウェイと合わせて、ランダムに発生された個別加入キーを保存する。

図５Ｃにおいて、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、ネットワークコンピュータ３２と通信している。コミュニケータ７０は、供給された各無線デバイスに関するデバイスＩＤおよび個別加入キーを提供する。無線ゲートウェイ１８と結合されたデバイスに関するデバイスＩＤおよび個別加入キーは、ネットワークコンピュータネットワーク３２によって、ゲートウェイ１８に提供される。これにより、ゲートウェイ１８は、ネットワーク１６の加入の権限を与えるために無線デバイスが使用するゲートウェイのホワイトリストをポピュレートできるようになる。

図６Ａ〜図６Ｄは、ゲートウェイ１８によって発生される一時的加入キーを使用して無線デバイスを供給する方法を示す。図６Ａにおいて、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、通信ネットワークコンピュータ３２内にある。一実施形態では、一時的加入キーおよびネットワークＩＤは、ネットワークコンピュータ３２によって、ゲートウェイ１８からハンドヘルドコミュニケータ７０にロードされる。

図６Ｂでは、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、無線デバイス２０ｊに接続されている。ハンドヘルドコミュニケータ７０による問合せに応答して、無線デバイス２０ｊは、そのデバイスＩＤを提供する。

図６Ｃにおいて、ユーザは、無線デバイス２０ｊに関する特定のネットワークおよびゲートウェイを選択している。この例では、ゲートウェイ１８が選択されている。ハンドヘルドコミュニケータ７０は、デバイス２０ｊに関するデバイスＩＤをゲートウェイ１８および一時的加入キーのうちの１つと結合させる。コミュニケータ７０は次いで、一時的加入キーおよびゲートウェイ１８に関するネットワークＩＤを無線デバイス２０ｊにロードする。

一時的加入キーを使用することにより、ユーザは、一時的加入キーを用いてネットワークに加入しようとするデバイスを、後で容認または拒絶できるようになる。ハンドヘルドコミュニケータ７０は、ネットワークコンピュータ３２との通信を再確立し、供給された各無線デバイスに関するデバイスＩＤおよび一時的加入キー情報をダウンロードする。ネットワークコンピュータ３２は、次いで、その情報をゲートウェイ１８に提供する。

その後、無線デバイス２０ｊのような新しいデバイスがネットワーク１６に加入しようと試みるときに、ネットワークコンピュータ３２におけるユーザは、そのデバイスを容認するか拒絶するかを決定することができる。ユーザは、一時的にではなく恒久的にネットワーク上のデバイスを容認するかどうかについて決定するために、グラフィカルユーザインターフェースを閲覧して、ネットワーク１６に加入しようと試みているデバイスに関する情報を取得することができる。

別の実施形態では、ハンドヘルドコミュニケータ７０は、一時的加入キーを（ゲートウェイ１８とは反対に）ランダムに発生させ、ゲートウェイに関する一時的加入キーおよびネットワークＩＤをデバイス２０ｊにロードする。コミュニケータ７０は、一時的加入キー、供給された無線デバイスのデバイスＩＤを、ネットワークコンピュータ３２を介してゲートウェイデバイスに通信する。その後、ユーザは次いで、一時的にではなく恒久的にネットワーク上のデバイスを容認するかどうか決定することができる。

例示的な１つまたは複数の実施形態を参照して本発明を記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を行うことができ、均等物を実施形態の各要素と置換できることが、当業者には理解されよう。たとえば、図２Ａ〜図６Ｄについて記載された諸実施形態では、ネットワークセキュリティマネージャは、ゲートウェイデバイス上で動作するアプリケーションプログラムとして実施される。その他の実施形態では、ネットワークマネージャは、コンピュータ、サーバ、または、メッシュネットワークに接続されたその他の制御システム上に常駐することができる。ゲートウェイデバイスは、ネットワークに関するルーティングポイントの範囲内でのみ動作するが、新しい無線デバイスを供給することを負うものではない。それに加えて、特定の状況または材料を、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に適合させるために、多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、開示された特定の１つまたは複数の特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内の全ての実施形態を含むことが意図される。

Claims

無線デバイスが無線メッシュネットワークに加入することをハンドヘルドデバイスが支援する方法であって、前記方法が、
ハンドヘルドデバイスが、前記無線デバイスを一意に識別するデバイスＩＤの、前記無線メッシュネットワークのネットワークマネージャとの結合を生成するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが加入キーを生成し、前記加入キーをヒューマンユーザに明らかにすることなく、ハンドヘルドデバイスが前記加入キーとネットワークＩＤを保存するステップと、
前記無線デバイスに、前記ハンドヘルドデバイスが前記加入キーおよび前記ネットワークＩＤを安全なデータ通信を介して、ヒューマンユーザに前記加入キーを明らかにすることなく提供するステップと、を含み、
前記ヒューマンユーザは、前記加入キーにアクセスする時点を有しない、方法。
結合を生成するステップが、
前記デバイスＩＤを、前記無線デバイスが前記ハンドヘルドデバイスに転送するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスがユーザから受信した選択指示に従ってネットワークマネージャを特定するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが前記特定されたネットワークマネージャに前記無線デバイスの前記デバイスＩＤを結合するステップと、を含む請求項１に記載される方法。
結合を生成するステップが、
前記デバイスＩＤを、前記無線デバイスが前記ハンドヘルドデバイスに転送するステップと、
前記無線デバイスの前記デバイスＩＤが結合されるネットワークマネージャを、前記ハンドヘルドデバイスがユーザから受信した選択指示に従って特定するステップと、を含む請求項１に記載される方法。
前記ハンドヘルドデバイスが、前記加入キーおよびネットワークＩＤを前記無線デバイスに自動的に提供する、請求項３に記載される方法。
前記加入キーが、前記ハンドヘルドデバイスがランダムに発生した個別加入キーである、請求項１乃至４に記載される方法。
前記無線デバイスの前記デバイスＩＤおよび前記無線デバイスに提供された前記加入キーを、前記ハンドヘルドデバイスが前記ネットワークマネージャに送信するステップをさらに備える、請求項１乃至５に記載される方法。
前記ネットワークマネージャが、前記無線メッシュネットワークのゲートウェイデバイスに常駐する、請求項１に記載される方法。
無線デバイスが無線ネットワークに加入することをハンドヘルドデバイスが支援する方法であって、前記方法が、
ハンドヘルドデバイスが、前記無線デバイスに前記無線デバイスを一意に識別するデバイスＩＤを問い合わせし、前記デバイスＩＤをハンドヘルドデバイスに保存するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスがユーザから受信した選択指示に従って前記無線デバイスが加入すべき前記無線ネットワークのゲートウェイを特定するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが、ネットワークＩＤを自動的に取得し、ヒューマンユーザに加入キーを明らかにすることなく、前記加入キーをランダムに生成するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが前記加入キーおよびネットワークＩＤを前記無線デバイスにヒューマンユーザに前記加入キーを明らかにすることなく安全なデータ通信を介して提供するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが、前記デバイスＩＤを提供された前記加入キーと結合させるステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが前記デバイスＩＤおよび結合された加入キーを前記特定された前記ゲートウェイに通信するステップと、を含む方法。
前記ハンドヘルドデバイスが、前記ネットワークＩＤを前記ゲートウェイから取得するステップと、
前記加入キーおよびネットワークＩＤをハンドヘルドデバイスが保存するステップと、を含む請求項８に記載される方法。
前記加入キーが、個別加入キーである、請求項８に記載される方法。
無線デバイスが無線メッシュネットワークに加入することをハンドヘルドデバイスが支援する方法であって、前記方法が、
ハンドヘルドデバイスがネットワークＩＤをロードするステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが加入キーを生成し、前記加入キーをヒューマンユーザに明らかにすることなく、前記加入キーを前記ハンドヘルドデバイスに保存するステップと、前記ハンドヘルドデバイスが、前記無線デバイスにデバイスＩＤを問い合わせし、前記デバイスＩＤを前記ハンドヘルドデバイスに保存するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスが前記ネットワークＩＤおよび前記加入キーを前記無線デバイスにヒューマンユーザに前記加入キーを明らかにすることなく安全なデータ通信を介して送信するステップと、
前記ハンドヘルドデバイスがネットワークマネージャへ前記デバイスＩＤを送信するステップと、を含み、
前記ヒューマンユーザは、前記加入キーにアクセスする時点を有しない、方法。