JP6607636B2 - 端末装置、無線信号伝送システム及び無線信号伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線信号を伝送する無線信号伝送システム及び方法に関する。

アドホック通信用ノードが相互通信をし、マルチホップ通信によりデータ伝送を行うアドホック無線通信ネットワークに関する研究が進んでいる。アドホック無線通信ネットワークは、電話回線網、モバイルネットワーク、グローバルネットワークといった既存の通信インフラに依存せず、複数のアドホック通信用ノード同士が通信端末間で相互通信を行い、データ配信元となるアドホック通信ノードの電波範囲外に存在する端末に対しては、直接通信可能な端末間をマルチホップ通信によりデータを中継することで、データ伝送を可能とする無線通信ネットワークである。

このアドホック無線通信ネットワークでは、マルチホップ通信によるデータ伝送を特徴とするが、アドホック通信ノードを介して中継を行うため、データの改ざんや盗聴を行う不正端末が存在し、この不正端末が、データの中継を行う場合においては、データの漏洩や、改竄の恐れがあることが指摘されている。アドホック無線通信ネットワークにおいて、通信データの秘匿性を安全に確保するために必要な技術としては、データ配信元となる通信ノードから、伝送されるデータをブロック暗号化して伝送する事により、通信データの漏洩を防ぐ程度の開示がなされている状況である。

従来技術では、アドホック無線通信ネットワークでは通信データの漏洩を防ぐため、あるグループに属するアドホック通信用ノードに対し、暗号化と復号化のための暗号鍵を共通鍵として配布することで、データの秘匿性を確保する技術が一般的であった。しかしながら、共通鍵が第三者に漏洩した場合には、暗号方式が開示されている場合には、その後のデータが全て解読されてしまう危険性があった。標準化されている暗号方式と前提とした場合においても、共通鍵はデータ配信より事前に配布を行う必要があり、端末からの経路構築の要求が生じた際に経路を生成するＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ）方式や、ＤＳＲ方式（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｏｕｒｃｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）を代表とするＲｅａｃｔｉｖｅ型ルーティングプロトコルを用いたアドホック無線通信ネットワークにおいても、経路生成の際に不正端末を中継端末として選択した場合の共通鍵の秘匿性を確保できる実現メカニズムは、開示されていない。

一般的には、アドホック無線通信ネットワークにおける伝送データの秘匿性については、暗号化に用いる暗号鍵の伝送方法と、データ情報の伝送方法については区別されず、同一の回線を使用するとともに、暗号鍵のセキュリティを向上させる伝送制御方法については、まったく配慮がなされていなかった。

また、グループへのノードの参加・離脱やノードの移動が頻繁に発生するアドホック無線通信ネットワークでは、グループ内の全てのノードに対して暗号鍵を事前に配布することは難しく、データ配信元となる送信ノードと、データ配信先となる受信ノードにおける暗号鍵の共有方法は、効率的かつ秘密裏に行うことにより、セキュリティを確保する事が望ましい。

特許第４２９６３０４号公報 特許第４３８５１１１号公報 特許第４５３８５８５号公報

石川慎也，宮保憲治"リンク間の通信品質を考慮した通信プロトコルの検討"， 第５回 ネットワークソフトウェア研究会，ｖｏｌ．５，ｐｐ．９−１３，２０１４

本発明の目的は、データ送信元となる通信ノードが生成したデータを、複数の無線チャネルを使用して、第３者には解読できないように、秘密分散転送を行うことにある。

本発明に係る端末装置は、
送信ノードから送信されたデータが少なくとも１つの中継ノードを介して受信ノードに伝送される無線信号伝送システムに備わる前記送信ノードとして機能する端末装置であって、
元データを暗号化した暗号化データを分割して断片化データを生成する暗号処理部と、
前記断片化データを前記元データに復元するために必要なメタデータを暗号化した復元用データを生成する復元用データ生成部と、
複数の無線チャネルを有し、前記復元用データを中継する中継ノードが前記断片化データを中継する中継ノードとは異なるように、異なる無線チャネルを用いて前記復元用データ及び前記断片化データを送信する送受信部と、
を備える。

本発明に係る端末装置の無線信号伝送方法は、
送信ノードから送信されたデータが少なくとも１つの中継ノードを介して受信ノードに伝送される無線信号伝送システムに備わる前記送信ノードとして機能する端末装置の無線信号伝送方法であって、
元データを暗号化した暗号化データを分割して断片化データを生成する暗号処理手順と、
前記断片化データを前記元データに復元するために必要なメタデータを暗号化した復元用データを生成する復元用データ生成手順と、
前記復元用データを中継する中継ノードが前記断片化データを中継する中継ノードとは異なるように、異なる無線チャネルを用いて前記復元用データ及び前記断片化データを送信する送受信手順と、
を実行する。

本発明に係る無線信号伝送システムは、
送信ノードとして機能する本発明に係る端末装置と、
前記送信ノードから送信された前記復元用データを用いて、前記送信ノードから送信された前記断片化データを前記元データに復元する受信ノードと、
前記送信ノードから送信された前記断片化データを、当該断片化データの送信先である受信ノードに向けて転送する第１の中継ノードと、
前記送信ノードから送信された前記復元用データを、当該復元用データの送信先である受信ノードに向けて転送する第２の中継ノードと、
を備える。

前記送受信部は、前記中継ノードで構成される複数の伝送経路のなかから信頼性の高い優先経路を特定し、当該優先経路を前記復元用データの伝送経路に選択する経路選択部を備えていてもよい。

前記経路選択部は、複数の前記中継ノードに向けてテストパケットを送信することで各中継ノードにおける前記テストパケットの受信率を測定し、受信率の高い中継ノードとの伝送経路を信頼性の高い伝送経路と判定してもよい。

前記断片化データを送信する前記中継ノードが２以上の無線チャネルを使用可能である場合、前記経路選択部は、当該中継ノードにおける無線チャネルのうちのバッファ滞留の少ない無線チャネルを選択してもよい。

前記復元用データ生成部は、前記復元用データを分割して複数の復元用データを生成し、前記送受信部は、前記複数の復元用データを互いに異なる前記中継ノードに送信してもよい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、データ送信元となる通信ノードが生成したデータを、複数の無線チャネルを使用して、第３者には解読できないように、秘密分散転送を行うことができる。

パケットデータ処理メカニズムの一例を示す。 ノードから転送する暗号化パケットの分散転送例を示す。 伝送経路の通信障害を考慮した場合の分散転送例を示す。 無線通信ネットワークと有線通信ネットワークを併用する時の接続構成を示す。 最適負荷分散を行う場合の分散転送例を示す。 伝送経路の選択例を示す。 実施形態２に係る送信ノードの構成例を示す。 実施形態２に係る中継ノードの構成例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本発明は、データ中継機能を有するアドホック通信用ノードにより構成されるアドホック無線通信ネットワークを対象とし、アドホック無線通信ネットワークにおけるデータの高速暗号処理、およびセキュリティの向上を目的とした伝送チャネル制御および伝送経路制御を行うセキュアーでかつ、ダイナミックに経路変更を行うことのできる無線通信方法に関するものである。

本発明は、データ送信元となる通信ノードが生成したデータを、複数の無線チャネルを使用して、第３者には解読できないように、秘密分散転送を行う。この際には、配信データの暗号化および分割処理を行う時に使用した、パラメータ（以後、メタデータと呼称する）を、別の無線回線および無線チャネルを活用して効率的、かつ秘匿性を保ったまま、目的のデータ配信先に該当する着信側の通信ノード、複数の無線回線およびチャネルを同時に用いて転送する。適切なルーチングメトリックを活用することにより、無線区間においても、通信データのセキュリティを、安全に確保できる無線データの分散ルーティング技術を開示する。

実施形態に係る無線信号伝送システムは、通信ノードから伝送されるデータをストリーム暗号化した後、その暗号データを分割、シャッフリングおよび複製する暗号処理部と、この暗号処理部にて時系列的に発生するメタデータを用いて元データを復元するための復元用データ生成する復元用データ生成部と、暗号処理部で生成した断片化データ毎に異なる無線チャネルを活用して、無線回線を中継転送に適用して受信ノードへ向けて送信するための送受信部と、を備える。

（実施形態１）
図１に、実施形態に係る端末装置の一例を示す。端末装置９１は、送信ノードから送信されたデータが少なくとも１つの中継ノードを介して受信ノードに伝送される無線信号伝送システムに備わる送信ノードとして機能する。端末装置９１は、暗号処理部１１、復元用データ生成部１２及び送受信部１３を備える。暗号処理部１１は、ストリーム暗号化と、一体化と、分割及びシャフリング及び複製と、を行う。

暗号処理部１１では、ストリーム暗号処理（例えば排他的論理和演算（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ：ＥＯＲ）処理）で作成される暗号文ＣＤ１が、さらに一体化処理によりデータ全体の空間的な撹拌処理がなされた後に、暗号文ＣＤ２に変換され、その後、分割・シャフリング・複製処理により、暗号化された断片化データ群ＰＤ１〜ＰＤ３が構成される。ここで、一体化は、暗号化したデータファイルを複数のデータピースに分割してデータピース同士を可逆演算する。一体化により、ストリーム暗号化されたデータの空間分散化を図ることができる。可逆演算は、例えば、加算、減算又はＥＯＲ、あるいは、これらの組み合せである。

暗号処理部１１における暗号化の過程で時系列的な順序で使われるメタデータＭＤ１〜ＭＤ３は、一連の暗号鍵データに相当する。メタデータＭＤ１は、例えば、暗号化処理に用いた暗号鍵である。メタデータＭＤ２は、例えば、一体化処理に用いた可逆演算を実現するためのパラメータである。メタデータＭＤ３は、例えば、分割数、シャフリングの順番及び複製数である。

復元用データ生成部１２は、メタデータＭＤ１〜ＭＤ３から１つの復元用データＤＤを生成する。このとき、復元用データ生成部１２は、メタデータＭＤ１〜ＭＤ３を暗号化して復元用データＤＤを生成することが好ましい。この暗号化においては、共通鍵を用いることが好ましい。

ここで、１つの元データに対して生成する復元用データは１つに限定されず、２以上であってもよい。この場合、復元用データ生成部１２は、メタデータＭＤ１〜ＭＤ３を暗号化した復元用データＤＤを２以上に分割して複数の復元用データＤＤを生成する。送受信部１３は、各復元用データＤＤを異なる伝送経路で受信ノードＢに送信する。これにより、１つの復元用データＤＤだけでは元データを復元できないようにすることができる。

送受信部１３は、複数の無線チャネルを有する。例えば、周波数帯域の異なる無線チャネルｃｈ１及びｃｈ２の無線チャネルを有する。無線チャネルｃｈ１の接続先が中継ノードＸであり、無線チャネルｃｈ２の接続先が中継ノードＹであり、中継ノードＸを経由した場合の信頼性が中継ノードＹよりも高い場合、送受信部１３は、復元用データＤＤを無線チャネルｃｈ１で送信し、断片化データ群ＰＤ１〜ＰＤ３を無線チャネルｃｈ２で送信する。このように、復元用データＤＤは元データＰｋを暗号化した後に中継伝送用する無線伝送回線とは、別の、信頼性のより高い、無線伝送回線を用いて伝送することが好ましい。

元データＰｋは暗号化された後Ｐｋ’となり、Ｐｋ’は更に、ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に分割され、さらにシャフリングされてＰＤ３，ＰＤ１，ＰＤ２のパケットデータ系列となる。ここで、メタデータＭＤ１〜ＭＤ３と分割・シャフリングされた断片化データＰＤ１〜ＰＤ３は、適切に複製後、断片化データ毎に異なる無線回線や無線チャネルを利用して、送受信部１３を経て無線伝送路に伝送される。なお、一体化処理、分割処理、およびシャフリング処理やメタデータの生成手順等については、特許文献１〜３に開示されている。

図２に、パケットの分散転送例を示す。端末装置９２は受信ノードＢとして機能し、端末装置９３は中継ノードとして機能する。パケット化された断片化データＰＤ３を載せたパケットＰｋ２、断片化データＰＤ１を載せたパケットＰｋ３、及び、断片化データＰＤ２を載せたパケットＰｋ４は、それぞれ、ｃｈ２，ｃｈ３，ｃｈ４の無線チャネルを用いて、それぞれ異なる端末装置９３Ｙ、９３Ｚ、９３Ｕへ転送される。復元用データＤＤは、ｃｈ１を用いて端末装置９３Ｘへ転送される。

一般に無線インタフェースにおいて、無線チャネルは、データの送受信に必要な周波数を意味する。図２では、送受信部１３が無線インタフェースを持つ物理的な４つのポート１３１−１〜１３１−４を備え、各ポート１３１−１〜１３１−４が異なる周波数の電波を発生して異なる無線チャネルｃｈ１〜ｃｈ４でデータを送受信する例を示す。Ｐｋ２，Ｐｋ３，Ｐｋ４はポート１３１−２〜１３１−４から配送先の端末装置９２へ転送される。端末装置９２は、別の伝送経路である端末装置９３Ｘから受信された復元用データＤＤを用いて、断片化データ群ＰＤ１〜ＰＤ３を元データＰｋに復元する。なお、図２では中継ノードが１ｃｈで送受信する例を示したが、中継ノードが送受信する無線チャネル数は複数であってもよい。また、各ポートは無線チャネルを変更することが可能であってもよい。

図３は、通信障害を考慮した場合の断片化データの転送例を示す。この例では、ポート１３１−２、１３１−３及び１３１−４がそれぞれ無線チャネルｃｈ２〜ｃｈ４のいずれでも切替可能であり、断片化データが２ホップで受信ノードＢに転送される場合を示す。送信ノードＡと中継ノードＹにおいては無線チャネルｃｈ３及びｃｈ４に通信障害が発生し、送信ノードＡと中継ノードＺにおいては無線チャネルｃｈ２及びｃｈ４に通信障害が発生し、送信ノードＡと中継ノードＵにおいては全ての無線チャネルに通信障害が発生している。送信ノードＡのポート１３１−４から他のノードへの通信は、障害等のため、転送に使用できない。

送信ノードＡが使用可能な無線チャネルは、中継ノードＹとのｃｈ２及び中継ノードＺとのｃｈ３のみである。この場合、送信ノードＡは、中継ノードＹとは無線チャネルｃｈ２を用い、中継ノードＺとは無線チャネルｃｈ３を用い、それぞれの伝送経路においてパケットＰｋ２、Ｐｋ３及びＰｋ４を冗長して送信することが好ましい。

中継ノードＹ及び中継ノードＺで受信された送信ノードＡからの各パケットは、適切なチャネル番号に変換されて、次の中継ノードへ転送される。例えば、中継ノードＺと受信ノードＢとの間でｃｈ３と同じ周波数の無線チャネルｃｈ６２に通信障害が発生している場合、中継ノードＺは、無線チャネルｃｈ３で受信したパケットを、ｃｈ３とは異なる周波数の無線チャネルｃｈ６１で受信ノードＢに送信する。

図４は、無線ネットワークと有線ネットワークを併用する時の接続構成の例を示す。復元用データＤＤの転送するパケットＰｋ１を伝送する信頼性の高い伝送経路は、有線ネットワークを含んでいてもよい。送信ノードＡは、復元用データＤＤを載せたパケットＰｋ１を、有線ネットワークなどの安全な伝送路で受信ノードＢへ転送する。有線ネットワークは、信頼性が高いことが好ましく、例えば、ＮＧＮ（Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）又はＩＰ−ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ−Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いる。

一方、断片化データについては、無線伝送路の信頼性を考慮して、送信ノードＡから、複数の物理ポート上から異なるチャネル（ｃｈ）を活用して、パケットＰｋ２及びＰｋ３を複製した後に、中継伝送する。中継ノードＹ、Ｚ及びＵからは、それぞれが異なる無線チャネルを使用して、冗長に、配信先の受信ノードＢへ、断片化された暗号処理後のパケットＰｋ２及びＰｋ３が転送される。この場合、受信ノードＢは、異なる経路で到着した同一の断片化データを削除する。

図５は、最適負荷分散を行う場合の分散転送の例を示すものである。送信ノードＡから中継ノードＹへの転送速度Ｍ２および送信ノードＡから中継ノードＺへの転送速度Ｍ３の予想値が、送信ノードＡから中継ノードＵへの転送速度Ｍ４のスループットの予想値よりも低いことが予め判明しているとする。この場合、送信ノードＡは、同一のパケットＰｋ２、Ｐｋ４、Ｐｋ６を冗長化して中継ノードＹ及び中継ノードＺへ送信し、パケットＰｋ３、Ｐｋ５、Ｐｋ７を冗長化しないで中継ノードＵへ送信することが好ましい。

なお、送信ノードＡが、隣接する中継ノードのどちらを選択すれば、より高い通信品質でスループットが得られる経路選択となり得るかを決定するためのアルゴリズムは、多くの方式が検討されているが、例えば、非特許文献１に開示されている方式を使用することができる。また、ｃｈ２を使用したＰｋ２，Ｐｋ４，Ｐｋ６とｃｈ３を使用したＰｋ２，Ｐｋ４，Ｐｋ６のデータ内容は、着側の受信ノードＢで復元した後は、全く同じデータに戻れば、当該回線上では、データ形式は、異なっていてもよい。

本実施形態では、理解が容易になるよう、送信ノードＡから受信ノードＢまでが２ホップである例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、復元用データを転送する伝送経路は、中継ノードＣ１１、Ｃ１２及びＣ１３の４ホップであってもよい。この場合、中継ノードＣ１１、Ｃ１２及びＣ１３は、断片化データの伝送経路に含まれないことが好ましい。一方の断片化データについては、共通の中継ノードを経由してもよい。

（実施形態２）
図７に、本実施形態に係る端末装置９１の一例を示す。本実施形態に係る送受信部１３は、データ取得部１３２と、経路選択部として機能するダイナミックルーティング部１３３と、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）１３４−１〜１３４−４を備える。本実施形態は、復元用データ及び断片化データの伝送経路を適宜選択できるようになるため、信頼性の高い中継ノード及び無線チャネルや、最も低コストでのルーティングを、随意に、追加、削除することができる。

ダイナミックルーティング部１３３は、伝送経路及び無線チャネルを決定する。ＮＩＣ１３４−１〜１３４−４は、ダイナミックルーティング部１３３の決定した無線チャネルかつ伝送経路に、パケットを送信する。

ダイナミックルーティング部１３３は、無線チャネル及び伝送経路の信頼性若しくはコスト又はこれらの組み合わせに基づいて、無線チャネル及び伝送経路を決定する。例えば、最も信頼性の高い中継ノードが中継ノードＸである場合、ダイナミックルーティング部１３３は、中継ノードＸを経由する経路を復元用データのパケットの伝送経路に選択し、その他の中継ノードＹ及びＺを断片化データの伝送経路に選択する。

信頼性の判定方法は任意である。例えば、送信ノードＡは、各中継ノードの信頼性を評価しうる情報をサーバなどの任意の情報源から取得し、これを用いて判定する。また、送信ノードＡは、各中継ノードに対してテストパケットを送信することで、各中継ノードにおけるテストパケットの受信率を測定し、これを用いて伝送経路の信頼性を判定してもよい。例えば、ＮＩＣ１３４−１〜１３４−４が、各中継ノードにテストパケットを送信し、各中継ノードから返信されるテストパケットの応答を受信する。これにより、各中継ノードにおけるテストパケットの受信率を測定する。信頼性は、例えば、各中継ノードの受信率を比較し、受信率が高ければ信頼性が高く、受信率が低ければ信頼性が低いと判定する。このとき、中継ノードごとに重み付けを行ってもよい。

復元用データを送信する隣接ノードの選択に当たっては、伝送経路の信頼性が高い経路を優先経路として選択することが好ましい。信頼性が高い経路は、例えば、伝送可能な帯域幅が最も大きなノードに到達する経路、またはパケット到達率が最も高いと推定される経路、またはパケット転送スループットが最も大きいと推定される経路、またはパケットロス率が最も小さいと推定される経路、又はこれらの任意の組み合わせである。これら２以上をメトリックとして用いることができる場合、コストをメトリックとして用い、最小コストの伝送経路を優先経路として選択することが好ましい。

断片化データの伝送においては、当該優先経路を除いた他の複数の伝送経路の中から任意の伝送経路を選択する。このとき、コストが小さい順番で、１つまたは複数のチャネルを分割数に比例してランダムに選ぶことが好ましい。さらに、伝送可能な伝送経路のコストの変動に応じて、適切なタイミングで、ダイナミックに伝送に使用するチャネル種別の選択を変化できることが好ましい。例えば、ＮＩＣ１３４−２から中継ノードＹへの伝送経路のコストが上昇した場合、当該伝送経路をＮＩＣ１３４−３から中継ノードＺへの伝送経路へ切り替える。

コストの算定にあたっては、例えば、定期的に通知される隣接ノードからの送信用キューバッファのビジー状態通知および、隣接ノードを介して通知される全ノードにおける送信用キューバッファのビジー状態を、メトリック値とする。例えば、隣接する中継ノード９３を介して得られる隣接する中継ノード９３の受信用バッファ３１及び送信用バッファ３３におけるパケット滞留値やビジー状態を用いて判定する。この場合、どの程度の数のバッファ滞留があるかや、全体のバッファ容量の中で、どの程度の比率が使用中であるか等を考慮してメトリックを算定することが、好ましい。

このように、本実施形態は、復元用データおよび断片化データを、多数の伝送経路からなる無線伝送区間を用い、メトリック値の小さい伝送経路は復元用データ転送用に割り当て、残りの複数の伝送経路に関しては、メトリックの小さい順に、複数の断片化データの中継転送を、コスト値に応じて、断片パケット数を適切な値に、調節して、中継転送する。

図７及び図８を参照して、ノード間のコストと、最大パケット転送速度の設定を行うためのメカニズムの一例について説明する。図８は、中継ノードに備わる機能の一例を示す。送信ノードＡから次の中継ノード（例えば受信ノードＹ）へは、無線チャネルｃｈ２，ｃｈ３を用いて、断片化データを載せたパケットが転送される。ｃｈ２を用いたパケット転送は送信ノードＡからＮＩＣ１３４−２を用いて行われ、ｃｈ３を用いたパケット転送は送信ノードＡからＮＩＣ１３４−３を用いて行われる。

図８の 中継ノードＹでは、ｃｈ２、ｃｈ３を用いて転送されたパケットデータは、一旦、受信用バッファ３１−１、３１−２に格納され、その後、処理プロセッサ３２によりヘッダ分析等の処理が行われた後、ｃｈ５を用いて次ノードに転送される。ここで、受信用バッファ３１−２，３１−３内に滞留される平均キュー長がそれぞれｑ２，ｑ３であった場合を想定する。ここで、受信用バッファ３１−２，３１−３の平均キュー長は、中継ノードＹ内にあるバッファ監視部３４により、定期的にモニターされ、その平均キュー長の値ｑ２，ｑ３は、制御情報として、上位にある送信ノードＡに無線チャネルｃｈ４を用いて通知される。

送信ノードＡのダイナミックルーティング部１３３は、下位の中継ノードＹからの通知情報に基づいて、ｃｈ２及びｃｈ３を用いた場合の送信ノードＡ及び中継ノードＹ間のコストＣ２及びＣ３を決定する。例えば、平均キュー長がｑ２≫ｑ３のときはコストをＣ２≫Ｃ３とする。コストの算出決定方法は、任意の適切な方法を用いることが好ましい。

ダイナミックルーティング部１３３は、コストＣ２及びＣ３に応じて、ノードＡ及び中継ノードＹ間における、無線チャネルｃｈ２及びｃｈ３を用いて転送されるパケットの転送速度を決定することが好ましい。例えば、コストが小さいチャネルに対してはより大きなパケット転送速度を割り当て、コストが大きいチャネルに対しては、より小さなパケット転送速度を割り当てる。

例えば、平均キュー長ｑ２が１０であり、平均キュー長ｑ３が５であり、コストＣ２の方がコストＣ３よりも大きいとする。このとき、無線チャネルｃｈ２のパケット転送速度を４（パケット／ｓ）とし、無線チャネルｃｈ３のパケット転送速度Ｍ３を８（パケット／ｓ）とする。このように、各無線チャネルに割り当てる（最大）パケット転送速度をダイナミックに割り当てることが可能である。

中継ノードＹから送信ノードＡに対しては、ビジー状態を伝えることにより、転送速度の決定に用いることが可能であることは、いうまでもない。また、ダイナミックルーティング部１３３が決定するのは無線チャネルの転送速度に限定されない。例えば、どの無線チャネルを用いて断片化データを送信するかを決定してもよい。

無線チャネルｃｈ１は復元用データのパケットＰｋ１の転送に使用される。復元用データ生成部１２におけるメタデータＭＤ１〜ＭＤ３の暗号化に使用される暗号鍵は、事前に通知され、送信ノードＡと受信ノードＢ間で共有されることが好ましい。暗号鍵の共有の方法に関しては、通常、使用されているディフィー・ヘルマン（Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ）による一方向性関数（例えばＹ＝Ｇ^ｘｍｏｄ（Ｐ）において、Ｐ，Ｘ，Ｇを与えれば、容易にＹは算出できるが、Ｐ，Ｙ，Ｇを与えて、Ｘを算出するのは、極めて困難な場合等）を利用して共有鍵を安全に交換できる方法が適用可能であるが、この方法には限定されることはない。

送信ノードＡでは受信ノードＢとの間で、断片化データのパケットを無線通信する際に、復元用データＤＤ以外にｃｈ２及びｃｈ３の２つの無線チャネルが使用可能である場合に、無線チャネルｃｈ２を用いた場合のコストＣ２が、無線チャネルｃｈ３を用いた場合のコストＣ３よりも、小さいとする。この場合、Ｃ３＞Ｃ２となるように、最大パケット転送速度Ｍ２、Ｍ３を決定することが好ましい。ここで、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ、無線チャネルｃｈ２，ｃｈ３を用いた場合に、断片化データを転送するパケットの最大の転送速度である。

図７及び図８に示すように、送信ノードＡではｃｈ１〜ｃｈ４が使用されている。無線チャネルｃｈ１は復元用データＤＤのパケット転送用に使われるチャネル周波数であり、無線チャネルｃｈ２〜ｃｈ４は断片化データＰＤのパケット転送用に使用される。

ｃｈ２，ｃｈ３，ｃｈ４を使用時の予め定められた規定時間（例えば１分）内における、中継ノードＹの受信用バッファ３１−２，３１−３，３１−４に滞留している平均キュー長（ｑ２，ｑ３，ｑ４）が、ｑ２＜ｑ３＜ｑ４であったとき、送信ノードＡから中継ノードＹへの単位時間当たりに送出するパケット数の上限速度（Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）を、Ｍ２＞Ｍ３＞Ｍ４の条件を満足する範囲で適切に設定することが好ましい。

例えば、中継ノードＹの受信用バッファ３１−２，３１−３，３１−４での平均キュー長ｑ２，ｑ３，ｑ４が、ｑ２＝５、ｑ３＝１０、ｑ４＝２０であったする。この場合、送信ノードＡから単位時間当たりに中継ノードＹに送出するパケット転送速度の上限速度の設定値としては、Ｍ２＝１０パケット／ｓ，Ｍ３＝８パケット／ｓ，Ｍ４＝５パケット／ｓと設定する。この設定値は、中継ノードＹ内の受信用バッファの容量や、各ノード間の情報転送能力に基づいて適切に設定することが好ましい。

送信用バッファがビジー状態となっている発信側の１つまたは複数の、発信側のデータ配信元となる送信ノードＡ、または、送信用バッファがビジー状態であることを通知する中継ノードＸ、Ｙ、Ｚは、送信ノードＡから伝送するデータ種別の中から、最も優先度の高いデータのみを１つまたは複数を、復元用データ転送用に活用し、残りの全ての無線通信経路の中から、２つ以上の無線伝送経路を、発信または中継伝送することが好ましい。

以上説明したように、実施形態によれば、無線信号を伝送する無線通信ネットワークを活用したネットワークにおいて、データ配信元となる送信ノードＡからデータ配信先となる受信ノードＢへと伝送されるデータ情報を、データ情報をやり取りする当事者ら以外の第三者に漏洩または改ざんされることなく、効率的かつ秘密裏に行うことが可能である。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１：暗号処理部
１２：復元用データ生成部
１３：送受信部
１３１−１、１３１−２、１３１−３、１３１−４：物理ポート
１３２：データ取得部
１３３：ダイナミックルーティング部
１３４−１、１３４−２、１３４−３、１３４−４：ＮＩＣ
３１−２、３１−３、３１−４：受信用バッファ
３２：処理プロセッサ
３３：送信用バッファ
３４：バッファ監視部
９１〜９３：端末装置

Claims (7)

1. 送信ノードから送信されたデータが複数の伝送経路で受信ノードに伝送される無線信号伝送システムに備わる前記送信ノードとして機能する端末装置であって、
   元データを暗号化し、暗号化後の暗号化データを複数の断片化データに分割する暗号処理部と、
   前記断片化データを前記元データに復元するために必要なメタデータを暗号化した復元用データを生成する復元用データ生成部と、
   前記複数の伝送経路に向けてテストパケットを送信することで、各伝送経路に接続された各中継ノードにおける前記テストパケットの受信率を測定し、前記複数の伝送経路のなかから受信率の高い中継ノードが接続されている優先経路を選択する経路選択部と、
   前記経路選択部で選択された優先経路に接続されている中継ノードのみに前記復元用データを送信し、前記優先経路を除く伝送経路に接続されている２以上の中継ノードに前記断片化データを分散して送信する送受信部と、
   を備える端末装置。
2. 前記経路選択部は、さらに、前記複数の伝送経路のうち、伝送可能な帯域幅が最も大きなノードに到達する経路、パケット到達率が最も高いと推定される経路、パケット転送スループットが最も大きいと推定される経路、及びパケットロス率が最も小さいと推定される経路の少なくとも一つを用いて、前記優先経路を選択する、
   請求項１に記載の端末装置。
3. 前記送受信部は、前記複数の無線チャネルのうちの前記優先経路を除く伝送経路のなかから、前記暗号処理部における分割数に応じた数の伝送経路を、ノードにおける送信用キューバッファのビジー状態が少ない順に選択し、選択した伝送経路に前記断片化データを送信する、
   請求項１又は２に記載の端末装置。
4. 前記断片化データを送信する前記中継ノードが２以上の無線チャネルを使用可能である場合、
   前記経路選択部は、当該中継ノードにおける無線チャネルのうちのバッファ滞留の少ない無線チャネルを選択する、
   請求項１から３のいずれかに記載の端末装置。
5. 前記復元用データ生成部は、前記復元用データを分割して複数の復元用データを生成し、
   前記送受信部は、前記複数の復元用データを互いに異なる前記中継ノードに送信する、
   請求項１から４のいずれかに記載の端末装置。
6. 送信ノードとして機能する請求項１から５のいずれかに記載の端末装置と、
   前記送信ノードから送信された前記復元用データを用いて、前記送信ノードから送信された前記断片化データを前記元データに復元する受信ノードと、
   前記送信ノードから送信された前記断片化データを、当該断片化データの送信先である受信ノードに向けて転送する第１の中継ノードと、
   前記送信ノードから送信された前記復元用データを、当該復元用データの送信先である受信ノードに向けて転送する第２の中継ノードと、
   を備える無線信号伝送システム。
7. 送信ノードから送信されたデータが複数の伝送経路で受信ノードに伝送される無線信号伝送システムに備わる前記送信ノードとして機能する端末装置の無線信号伝送方法であって、
   元データを暗号化し、暗号化後の暗号化データを複数の断片化データに分割する暗号処理手順と、
   前記断片化データを前記元データに復元するために必要なメタデータを暗号化した復元用データを生成する復元用データ生成手順と、
   前記複数の伝送経路に向けてテストパケットを送信することで、各伝送経路に接続された各中継ノードにおける前記テストパケットの受信率を測定し、前記複数の伝送経路のなかから受信率の高い中継ノードが接続されている優先経路を選択する経路選択手順と、
   前記経路選択手順で選択された優先経路に接続されている中継ノードのみに前記復元用データを送信し、前記優先経路を除く伝送経路に接続されている２以上の中継ノードに前記断片化データを分散して送信する送受信手順と、
   を実行する端末装置の無線信号伝送方法。

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