JP6699899B2 - 無線伝送装置及び無線伝送方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、施設内における無線伝送技術に関する。

プラント等の屋内施設や地下施設の内部における電子情報伝送を無線化する場合、情報セキュリティ対策や施設内の他の電子機器の電波障害対策が必要となる。さらに、これら施設への無線伝送装置の施工は、コスト削減や工期短縮といったユーザーニーズに応える必要がある。そのためには、有線接続される中継器の設置数を絞り込みつつ、通信を実行する複数の無線機の設置位置又は移動範囲を過不足なく網羅した電波分布を形成することが要求される。

特開２００６−８６８１４号公報 特開２００６−２２９５７１号公報

ところで、中継器及び無線機の出力電波は、それぞれを中心として等方放射される。このため、この出力電波の強度を増大させれば中継器の設置数を削減しても広範囲の電波分布を確保することができる。しかしこの場合、悪意のある第三者により出力電波が故意に傍受され通信内容が盗聴されるリスクが増す。さらに高出力の電波が施設内の他の電子機器にも放射され、誤動作等の電波障害を発生させる場合がある。一方で、中継器及び無線機の出力電波を減少させれば、不足無い電波分布を形成するのに必要な中継器の設置数を増やすことが避けられず、コスト削減や工期短縮といったユーザーニーズに応えることができなくなる。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、通信内容の盗聴及び機器の電波障害に対するリスク低減を、低コストで実現する無線伝送技術を提供することを目的とする。

実施形態に係る無線伝送装置は、第１識別子を少なくとも含む第１搬送波を送信する中継器と、第２識別子と無線機信号とを含む第２搬送波を送信する無線機と、複数の前記中継器に有線接続する伝送制御部と、を備え、前記伝送制御部及び前記中継器は、前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の指向性を個別に調整する指向性調整機能を有し、前記中継器では予め指定された前記第２識別子で特定される前記無線機のみが受信するように前記第１搬送波の電波分布が調整され、複数の前記中継器の各々は、他の中継器から伝送される前記第１搬送波を検出する検出部を有し、前記伝送制御部において、相互に検出された前記第１搬送波の強度、周波数、帯域または指向性に基づいて、各々の前記中継器における前記第１搬送波の周波数、帯域または指向性を再調整することを特徴とする。

本発明の実施形態により、通信内容の盗聴及び機器の電波障害に対するリスク低減を、低コストで実現する無線伝送技術が提供される。

本発明の第１実施形態に係る無線伝送装置の配置図。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）中継器から送信される第１搬送波の電波分布を示す図。 第１実施形態に係る無線伝送装置の構成図。 第２実施形態に係る無線伝送装置の配置図。 第３実施形態に係る無線伝送装置の構成図。 第５実施形態に係る無線伝送装置の構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１及び図３に示すように第１実施形態に係る無線伝送装置５０は、第１識別子１１（図３）を含む第１搬送波１３を送信する中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）と、第１識別子１１の認識部１１ｘを有するとともに、第２識別子２１と無線機信号２６とを含む第２搬送波２３を送信する無線機２０Ａ（２０）と、複数の中継器１０に有線接続する伝送制御部３０と、を備えている。

そして、伝送制御部３０及び中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の強度を個別に調整する強度調整機能（強度調整部３１ａ）と、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の周波数を個別に調整する周波数調整機能（周波数調整部３１ｂ）と、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の帯域を個別に調整する帯域調整機能（帯域調整部３１ｃ）と、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の指向性を個別に調整する指向性調整機能（指向性調整部３１ｄ）と、ビーム形状調整機能（ビーム形状調整部３１ｅ）を有している。

そして、中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）では、予め指定された第２識別子２１で特定される無線機２０または中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）へ送信できるように第１搬送波１３の電波分布１８が調整されており、複数ある無線機２０の各々では、予め指定された第１識別子１１で特定される中継器１０へ送信できるように第２搬送波２３が調整されている。なお、本実施例では、中継器１０と無線機２０との間の無線伝送について記載するが、中継器１０は各々の中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を中継するマルチホップ形式の無線伝送も可能である。

施設内５１としては、発電プラント、上下水道プラント、化学プラント、石油プラント、製鉄プラント等の屋内空間又は地下空間が挙げられる。また、食品、自動車、鉄道、電化製品等を製造する製造プラント等の屋内空間又は地下空間も挙げられる。

さらに、施設内５１に、電磁波の影響を受けて電波障害を生じるおそれのある電子機器５２が設置されている場合を想定する。そのような電子機器５２としては、上述のプラントを制御する制御機器等が挙げられ、特に原子力プラントにおいては安全系統の制御機器が挙げられる。
中継器１０及び無線機２０Ａの各々では、そのような電子機器５２が配置されている領域において電磁波強度が電波障害を生じさせないレベルとなるように、第１搬送波１３及び第２搬送波２３の出力が調整されている。

第１実施形態における無線機２０Ａは、施設内に固定配置された計測器２６ｘに有線もしくは一体的に接続したものであって、無線機信号２６はこの計測器２６ｘが出力した計測信号である。この計測信号は、計測器２６ｘから出力されるアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換器（図示略）により逐次的にデジタル信号に変換し生成したものである。なお、計測器２６ｘは固定配置される場合に限定されず、移動するものに配置されている場合もある。
具体的な計測器２６ｘとしては、計測器の計測対象となる機器の各種プロセス量（圧力、温度、流量、水位など）、放射線量、振動量等といった監視系の計測信号を出力するもの、電圧信号や電流信号等といった制御系の計測信号を出力するもの、が挙げられる。またこれら計測器２６ｘは、仮設または本設のどちらでもよい。

図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、中継器１０及び無線機２０Ａの各々から出力される第１搬送波１３及び第２搬送波２３の電波放射パターンの一例を表している。
このような第１搬送波１３及び第２搬送波２３の伝搬方向や指向性は、八木アンテナ、カセグレンアンテナ、ホーンアンテナ等の各種アンテナにより実現することができる。さらに、その伝搬方向や指向性の制御は、無線の送信時間に遅延を持たせたアレイアンテナなどで実現できる。

中継器１０においては、予め指定された無線機２０Ａの設定位置に向かって、電波放射パターンを有するように第１搬送波１３の出力が調整されている。
そして無線機２０Ａにおいては、必要に応じて、指定された中継器１０の設定位置に向かって電波放射パターンを有するように、第２搬送波２３の出力が調整されている。

第１搬送波１３及び第２搬送波２３の出力の調整方法としては、施設内５１に中継器１０及び無線機２０Ａを設置した後に、中継器１０からの電波強度を計測し、予め定めた初期の電波分布の標本と比較する。そして、計測値が標本と異なる場合は電波放射パターンを調整する。そして、再度、計測値と標本との一致性を確認し、一致するまでこの作業を繰り返す。なお、中継器１０からオンラインで電波強度を計測して、上述の処理を随時もしくは定期的に実施し、電波分布のパターンを自動的に維持することができる。

なお、電波分布が変化する理由としては、補修や改修工事よる機器や電子機器の形状や配置の変化、仮設機器や機材の設置、作業員の有無、中継器の劣化、故障、不具合などが考えられる。また電波分布の変化は、中継器１０に備えた電波計測手段（後述する第１搬送波検出部１７；図５）により、自分以外の中継器からの電波強度を計測することで認識することができる。
このように、第１搬送波１３及び第２搬送波２３の出力が調整されていることにより、無線の電波分布１８が通信を実行するのに必要な範囲に限定され、第三者に電波を傍受されることが無くなり、電子機器５２に電波障害を与えることも無くなる。

中継器１０と無線機２０Ａとの間では、認証とデータの暗号化が行われセキュリティの高い無線伝送が行われる。本実施形態ではＥＡＰ−ＴＬＳやＥＡＰ−ＴＴＬＳなど一般的な認証方式が採用され、また、データの暗号化には一般的なＷＥＰ、ＴＫＩＰ、ＣＣＭＰなどを適用することができる。
中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の各々には、固有の識別名称として第１識別子１１が設定されている。そのような第１識別子１１として、ＥＳＳ−ＩＤ、ＳＳＩＤ、固有のユーザ名（ＩＤ）などが適応される。

なお中継器１０と無線機２０Ａとの間の認証は、中継器１０からの送信に対して無線機２０Ａが反応することによって開始される場合のほか、逆に無線機２０Ａからの送信に対して中継器１０が反応することによって開始される場合もある。また一台の中継器１０と複数の無線機２０Ａとの間で同時に信号伝送をすることが可能となっている。また、暗号化をする対象は、識別子を含まなくてもよい。

中継器１０では、第１識別子１１を含む第１信号１２を生成部１２ｘにおいて生成する。この生成した信号１２は、暗号化部１４により暗号化された後に、送信部１３ｘにおいて第１搬送波１３に乗せられて伝送される。
ここでの暗号化及び復号化に必要な鍵は、中継器１０と無線機２０Ａとの間の認証時に交換する方式を取る場合の他に、機器に直接インストールされる場合もある。さらに暗号化鍵及び復号化鍵のペアは、固定して使用する場合もあるが、定期的に更新しながら使用してセキュリティを向上させることもできる。

中継器１０から送信された第１搬送波１３は、指定された無線機２０Ａの方向に指向性を持って進み、第１信号１２が無線伝送される。
なお、第１搬送波の送信部１３ｘには、後述する伝送制御部３０から送信される調整信号により、第１搬送波１３の強度、周波数、帯域、指向性を調整する機能が備わっている。

そして、第１搬送波１３は、無線機２０Ａの受信部１３ｙにおいて受信され、復号化部２５により第１信号１２が復号化される。そして認識部１１ｘにおいて、この第１信号１２に含まれる第１識別子１１が抽出され、予め指定された中継器１０のものに相違ないこと（真正であること）が認識される。ここで、抽出された第１識別子１１が、指定されたものと相違していれば、この後のセッションは破棄される。なお暗号化が識別子を含まないときは、復号化は信号部のみで足りる。

一方において無線機２０Ａでは、第１搬送波１３の受信と並行して、取得部２６ｙにおいて、計測器２６ｘが出力する計測信号（無線機信号２６）を取得している。
そして無線機２０Ａの生成部２２ｘにおいて、少なくともこの無線機信号２６及び第２識別子２１を含む第２信号２２を生成する。この生成した第２信号２２は、暗号化部２４により暗号化された後に、送信部２３ｘにおいて第２搬送波２３に乗せられて伝送される。

そして、この第２搬送波２３は、中継器１０の受信部２３ｙにおいて受信され、復号化部１５により第２信号２２が復号化される。そして認識部２１ｘにおいてこの第２信号２２に含まれる第２識別子２１が認識され、転送部１６ｘから無線機信号２６がこの第２識別子２１を付随させて伝送制御部３０に向けて転送される。

伝送制御部３０は、第１搬送波１３を遠隔調整するための調整信号を生成する調整部３１と、この調整信号を選定部３３により選定された中継器１０及び／又は、無線機２０Ａに送信する送信部３２と、各々の中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の転送部１６ｘから転送された無線機信号２６を受信する受信部１６ｙと、オペレータ操作による入力手段（図示略）と、無線機２０Ａの配置に応じ中継器１０から送信される第１搬送波１３の強度、周波数、帯域、指向性またはビーム形状を予め解析して設定する電波分布解析手段（図示略）と、を備えている。

伝送制御部３０は、汎用あるいは専用の計算機で構成され、複数の中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）と有線接続している。そして伝送制御部３０は、受信部１６ｙにおいて、中継器１０を介して無線機２０Ａ（２０Ａ₁，２０Ａ₂，２０Ａ₃，２０Ａ₄）の各々から送信される無線機信号２６を受信する。
伝送制御部３０で受信された無線機信号２６は、付随している第２識別子２１とともに、記憶部（図示略）に蓄積されていく。そして、第２識別子２１に基づき着目する無線機２０Ａからの無線機信号２６をソートして、モニタ（図示略）に表示させることができる。

調整部３１は、強度調整部３１ａ、周波数調整部３１ｂ、帯域調整部３１ｃ、指向性調整部３１ｄ及びビーム形状調整部３１ｅを備えており、選定部３３で選定された中継器１０が送信する第１搬送波１３の電波分布１８を制御するものである。
このような第１搬送波１３の電波分布１８は、電波障害のおそれのある電子機器５２や不正に電波を傍受しようとする不正端末が設置される可能性のある領域へ第１搬送波１３を到達させないように形成される。

強度調整部３１ａは、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の強度を個別に調整するものである。この第１搬送波１３の強度は、伝送制御部３０の送信部３２から送信した調整信号により、中継器１０の送信部１３ｘの出力回路の設定パラメータや供給電力を変更することにより実行される。

周波数調整部３１ｂは、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の周波数を個別に調整するものである。免許不要の通信周波数として、３１５ＭＨｚ、４２６ＭＨｚ、４２９ＭＨｚ、９２０ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、５．０ＧＨｚなどがある。２．４ＧＨｚなどはＷｉ−ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）で使用されている周波数である。
第１搬送波１３の周波数を低くすることで障害物の影響を低減でき、逆に周波数を高くすることで無線伝送の直進性を向上することができる。

帯域調整部３１ｃは、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の帯域を個別に調整するものである。帯域調整部３１ｃは、周波数調整部３１ｂで設定された中心周波数に対して周波数帯域を調整する。
例えば、２．４ＧＨｚでは１３チャンネルあり、２．４０２ＧＨｚ〜２．４８２ＧＨｚの帯域で使用可能である。５ＧＨｚ帯では１９チャンネルあり、５．１５〜５．２５ＧＨｚ、５．２５〜５．３５ＧＨｚ、５．４７〜５．７２５ＧＨｚの帯域で使用可能である。
第１搬送波１３の帯域を広げることで伝送容量が増加させることができ、電波強度が弱い場合には、誤り訂正符号の付加や多重伝送を行い、安定した無線伝送を実現できる。

指向性調整部３１ｄは、中継器１０の各々から出力させる第１搬送波１３の指向性を個別に調整するものである。これにより、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、第１搬送波１３の伝搬方向や放射形状を調整することができる。
この放射形状の大きさは強度調整部３１ａで調整することができ、強度調整部３１ａや指向性調整部３１ｄを調整しても無線伝送が達成されない領域がある場合は、周波数調整部３１ｂや帯域調整部３１ｃの調整が行われる。

（第２実施形態）
次に図４から図５を参照して本発明における第２実施形態について説明する。
第２実施形態における無線伝送装置５０において、無線機２０は施設内５１を移動する移動体が所持する携帯端末２０Ｂであって、無線機信号はこの携帯端末が出力した通信信号となる。この通信信号は、この携帯端末に対するデータ入力又は内部処理にともない逐次的に生成されたものである。

携帯端末２０Ｂとしては、携帯情報端末（Personal Digital Assistant）、タブレット、スマートフォン、携帯電話などが挙げられ、Ｗｉ-ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの通信機能３６ｙを備えたものであれば適宜採用される。
中継器１０及び携帯端末２０Ｂの通信機能３６ｘ，３６ｙについては、第１実施形態の図３で説明した機能を包含し、さらに一般的な無線通信の技術が採用されているものなので、詳細な説明を省略する。この通信機能３６ｘ，３６ｙを介して、伝送制御部３０のデータ入力手段（図示略）から携帯端末２０Ｂに向けてデータ信号を送信し、またはその逆に携帯端末２０Ｂで入力したデータを伝送制御部３０に送信することもできる。

無線機２０が携帯端末２０Ｂである場合、計測器に固定される無線機２０Ａと異なり、通信対象となる中継器１０を特定することができない。よって、認証手続では、受信可能な第１搬送波１３の強度が最も大きい中継器１０、またはこの第１搬送波１３の電波分布１８の境界までの平均距離が最も遠い中継器１０が選定される。

図５に示すように携帯端末２０Ｂは、施設内５１における自身の位置情報５５を取得する位置情報取得部２７と、施設内に配置された電子機器５２に第２搬送波２３が電波障害を生じさせる携帯端末２０Ｂの立入制限区域５３を情報記憶する記憶部と、位置情報５５及び立入制限区域５３の情報に基づいて電波障害の危険性を知らせる警告情報を発信する警告部２８と、を有する。

なお位置情報取得部２７は、ＧＰＳ（Global Positioning System）が採用される場合の他に、携帯端末２０Ｂに設けられた加速度センサ及び方位センサにより実現される場合もある。

この立入制限区域５３の情報は、第２搬送波２３の発信位置の強度と、伝送距離に対する強度減衰率と、電子機器５２に電波障害を生じさせる第２搬送波２３の下限強度と、のデータに基づいて予め作成される。
携帯端末２０Ｂの位置がこの立入制限区域５３に近づくと、表示画面もしくは音声としての警告情報が発せられる。そして、携帯端末２０Ｂの位置がこの立入制限区域５３に入った場合、携帯端末２０Ｂにおける第２搬送波の出力をシャットダウンするようにしてもよい。

次に第１実施形態及び第２実施形態の作用について説明する。
計測器２６ｘに固定される無線機２０Ａは、接続される中継器１０が予め特定されている。一方で、携帯端末２０Ｂは、施設内５０における自身の位置に依存して、接続対象となる中継器１０が置き換わり、特定されているわけではない。

そこで、携帯端末２０Ｂが無線伝送を開始する際は、携帯端末２０Ｂが中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の各々の識別名称を無線送信する。そして複数のうち、とある中継器１０ｃが、この無線送信された識別名称を受信して自らの識別名称を返信し、携帯端末２０Ｂに受信させる。
中継器１０ｃは、携帯端末２０Ｂの位置に第１信号１２の送信ができるように、第１搬送波１３の電波分布１８を調整しているために、電子機器５２に電波障害を与えることがない。また非正規の端末に、電波を不正に傍受されることもない。

続いて、携帯端末２０Ｂは固有のユーザ名（ＩＤ）とパスコードを中継器１０へ送信し、中継器１０でユーザ名（ＩＤ）とパスコードを照合する。この後、中継器１０から携帯端末２０Ｂへユーザ名（ＩＤ）とパスコードを送信し、携帯端末２０Ｂでユーザ名（ＩＤ）とパスコードを照合することで相互認証して無線伝送を確立する。
このように中継器１０と携帯端末２０Ｂとの間でユーザ名（ＩＤ）とパスコードを交換する時も、電波分布１８が制限されているため、電波障害や不正傍受のおそれがない。

なお複数以上の中継器１０で携帯端末２０Ｂの無線送信を受信できる場合は、受信強度が最も大きい中継器１０、または無線伝送の境界までの平均距離が最も遠い中継器が選定される。
また、携帯端末２０Ｂは位置情報取得部２７により自己位置を把握しているために、電波障害のおそれのある電子機器５２の立入制限区域５３に立ち入った場合は、無線伝送を中止する。

一方で、計測器２６ｘに固定される無線機２０Ａでは、固有のユーザ名（ＩＤ）とパスコードを付加し、暗号化された信号データを一定時間間隔または任意の時間で中継器１０へ無線伝送する。また、通信確立後の携帯端末２０Ｂにおいても、固有のユーザ名（ＩＤ）とパスコードを付加し、暗号化された信号データを中継器１０へ無線伝送する。そして、中継器１０はユーザ名（ＩＤ）とパスコードを無線伝送毎に照合し、計測器２６ｘに固定される無線機２０Ａ及び携帯端末２０Ｂをする。正当な場合は信号データをケーブル伝送時のフォーマットへ変換して伝送制御部３０へ伝送する。

なお、中継器１０が無線機２０の信号データを受信できない場合や、無線機２０の信号データに異常がある場合には、中継器１０から無線機２０へ再送要求を送信し、無線機２０は信号データを再送する。また無線機２０は、中継器１０からの確認応答を受信しない場合にも信号データを再送することができる。

また携帯端末２０Ｂにおいても中継器１０から携帯端末２０Ｂへ受信の確認応答が無線伝送され、確認応答が受信されない時は信号データを再送する。また、伝送制御部３０から携帯端末２０Ｂへ各種情報を無線伝送するように要求を送信することもできる。
中継器１０から無線機２０Ａへ再送要求や確認応答を無線伝送する場合や中継器１０から携帯端末２０Ｂへ確認応答や要求を無線伝送する場合も、電波分布１８の大きさが制限されているために、電子機器５２に電波障害を与えることがなく、また非正規の端末に、電波を不正に傍受されることもない。

そして伝送制御部３０では、各々の中継器１０における搬送波の電波分布１８をマップとして閲覧することができ、計測器２０Ａ及び携帯端末２０Ｂから送信された情報も取得することができ、さらに計測器２０Ａ及び携帯端末２０Ｂに対して要求信号を送ることもできる。

第１実施形態及び第２実施形態によれば、次の効果が得られる。
すなわち、中継器の強度調整機能、周波数調整機能、帯域調整機能、指向性調整機能を調整して電波分布が制御されるため、電子機器に電波障害を与えたり、また無線伝送領域が限定されることで不正中継器や不正携帯端末などが存在する可能性がある計画外の領域へ電波が到達することがない。従って、無線電波が電子機器へ電波障害を与えたり、不正に傍受されたりする問題を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に図５を参照して本発明における第３実施形態について説明する。
第３実施形態に係る無線伝送装置において、複数の中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の各々は、他の中継器１０から伝送される第１搬送波１３を検出する検出部１７を有している。
この検出部１７は、電界や磁界を検出する検出器で構成され、さらに検出した電波をスペクトラムアナライザにかけて周波数スペクトルの強度及び帯域などについて解析した値を検出値とする場合がある。
中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の各々の検出部１７で検出された検出値は、通信機能３６ｘを介して伝送制御部３０に送信され集積される。

伝送制御部３０に設けられた解析部３５は、集積した検出値に基づいて、現在の施設内５１に形成されている第１搬送波１３の電波分布１８をシミュレーションする。
このような電波分布１８のシミュレーション手法は、伝搬経路を追跡するレイトレース法、マクスウェルの方程式の時間進展を計算する時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）、要素に分割して計算する有限要素法（ＦＥＭ）やモーメント法（ＭｏＭ）などがある。
そして、電波の送信強度や指向性、周波数や帯域なども設定して電波分布１８のシミュレーションが実行される。

経時的にこの第１搬送波１３の電波分布１８が変化している場合は、これを戻すために、各々の中継器１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の調整部３１（図３）により第１搬送波１３の出力を再調整する。この伝送制御部３０に付随するモニタ（図示略）により、シミュレーションした第１搬送波１３の電波分布１８をビジュアル的に表示してもよい。

（第４実施形態）
第４実施形態においては、中継器１０及び無線機２０（２０Ａ，２０Ｂ）の両方に、暗号化鍵及び復号化鍵の元となるパスコードを生成するパスコード生成手段（図示略）が設けられている。このパスコード生成手段は、無線伝送時毎に異なるパスコードを生成する回路またはソフトウエアである。
中継器１０及び無線機２０（２０Ａ，２０Ｂ）の各々において、一致するパスコードが生成されるので、相互にパスコードを伝送させる必要がない。異なる場所で、一致するパスコードを同期して生成する方法として、時刻や疑似乱数、計算式、暗号方式に基づくパスコード生成方式、チャレンジ＆レスポンス方式、などの方法がある。

不正を行う端末としては、Ｗｉ-ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線機能を備えた電子機器や携帯電話などが想定される。無線伝送が行われた時に、データの送信元と送信先のパスコードが一致しなければ、いずれか一方が不正な端末であると判定される。この判定は、さらにユーザ名（ＩＤ）を組み合せて行っても良い。このユーザ名（ＩＤ）には、ＭＡＣアドレス、電子署名などが適用できる。特に携帯端末２０Ｂでは携帯者の生体情報（指紋、静脈、虹彩、声紋、網膜、顔等）をユーザ名（ＩＤ）として適用することができる。

次に第３実施形態及び第４実施形態の作用について説明する。
検出値解析部３５では、建屋内５１の図面、ＣＡＤデータ、調整部３１の設定値を使用して、中継器１０の電波分布１８を解析計算し、二次元や三次元像として表示させることができる。これにより、電子機器５２に電波障害を与えないように、かつ非正規の端末に電波を不正に傍受されないように、建屋内の電波分布１８を予め計画的に設定することができる。

また、中継器１０と無線機２０（２０Ａ，２０Ｂ）との通信は、通信ごとに変更されるパスコードを利用したセキュリティの高いものである。そして、通信が成立したが否かにかかわらず、中継器と無線機（携帯端末）との位置関係がモニタ表示される。これにより、不正端末の有無及びその位置を把握することができる。
中継器１０と無線機２０との通常の交信時において、解析部３５における電波分布１８のシミュレーションが行われる。そして当初計画とのずれ量を参酌して、調整部３１で電波分布１８の再調整を行う。

第３実施形態及び第４実施形態によれば、次の効果が得られる。
すなわち、現状の電波分布１８をシミュレーションすることができ、電子機器に電波障害を与えたり、無線電波が不正に傍受されたりする問題を抑制するように予め設定できる。さらに中継器１０で電波を計測して再調整することで電子機器に電波障害を与えたり、無線電波が不正に傍受されたりする問題を抑制するように常に維持できる。これにより、電子機器に電波障害を与えたり、無線電波が不正に傍受されたりする問題を抑制することが高い信頼性で可能となる。
また中継器１０と無線機２０との両方に、時間的に一致して変化するパスコードを無電伝送毎に発生させて中継器１０と無線機２０とで相互に認証することにより、さらにセキュリティの高い通信が実現される。

（第５実施形態）
図６に基づいて無線伝送装置５０の第５実施形態について説明する。
なお図６において、図５と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第５実施形態では、これまで述べてきた機能に加えて、中継器１０に位置測定部４７、判定部４５及びデータ消去部４３が設けられ、無線機２０（２０Ａ，２０Ｂ）に撮影部４１及び録音部４２が設けられ、伝送制御部３０に再生部４８が設けられている。

撮影部４１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子で構成され、無線機２０の周辺を撮像する。この撮像された静止画や動画は、無線機２０の内部メモリ（図示略）に記憶され、または通信機能３６ｘ、３６ｙを介して、伝送制御部３０に無線伝送され再生部４８において再生される。

録音手段４２は、ダイナミックマイクやコンデンサマイク等で構成され、無線機２０の周辺の音声を録音する。この録音された音声は、無線機２０の内部メモリ（図示略）に記憶され、または通信機能３６ｘ、３６ｙを介して、伝送制御部３０に無線伝送され再生部４８において再生される。

位置測定部４７は、無線機２０（２０Ａ，２０Ｂ）が発信する電波の強度または到達時間からこれらの位置を求めるものである。中継器１０からの距離と電波強度の関係、中継器１０からの距離と到達時間の関係は予め実測することで、これらの位置を把握できる。また中継器１０と無線機２０の距離Ｌは、Ｉ＝Ｃ／Ｌ２やＬ＝ｖ×ｔ（Ｃ：定数、ｖ：電波の速度、t：到達時間）の計算式から求めることもできる。
このため一つの無線機２０（２０Ａ，２０Ｂ）について、周辺の少なくとも三つの中継器１０からの距離Ｌを求め、各々の中継器１０を中心として距離Ｌを半径とする同心円の交点を、この無線機２０の位置と認定することができる。

また位置測定部４７における、その他の測位方法として、複数以上のＧＰＳ信号を受信して時間差から位置を求める手法、ビーコンを予め設置してBluetoothなどを発信してその場所を示す指標信号とする手法、無線機２０に加速度センサや方位センサを搭載して移動距離や方位を求めて現在位置を計算する手法、あるいはこれらを組み合せて位置を求める手法がある。二つ以上の手法を組み合せることで精度向上も可能である。

判定部４５は、予め設定されている施設内５１における無線機２０（２０Ａ，２０Ｂ）の位置／範囲に関する設置情報４６に対し、測定された無線機２０の位置が、適合しているか否かについて判定するものである。
着目する無線機２０の位置が、設置情報４６に適合しないと判定された場合は、この無線機２０もしくは中継器１０が、不正なものであるかもしくは正規なものであっても不正に移動されていると判断できる。

データ消去部４３は、無線機２０が不正に移動されていると判断された場合に、その内部メモリに記憶されているデータを再生不能なレベルに消去するものである。無線機２０の内部メモリがＤＲＡＭやＳＲＡＭ等の揮発性メモリであれば電力の供給を断つことにより、無線機２０の内部メモリがＦＲＡＭ（登録商標）、ＭＲＡＭ、ＲＯＭなど不揮発性メモリであれば、消去後にランダムデータを上書きすることで、再生を不可能にすることができる。

次に第５実施形態の作用について説明する。
計測器２６ｘにつながる無線機２０Ａは、中継器１０への信号データの伝送毎に電波を送信し、携帯端末２０Ｂは通信確立時やデータや要求信号の伝送時に電波を送信する。
中継器１０はこれらの電波を受信し、位置測定部４７でその電波強度または到達時間を検出し、これらの現在位置を測定する。

判定部４５では、測定された無線機２０の現在位置または動線を、事前に登録されている設置情報４６に照らし、これら無線機２０が不正なものであるかもしくは盗難の可能性について判定する。このように位置または動線、さらには移動範囲や行動から不正等の発生が疑われる場合、中継器１０のデータ消去部４３は、対象となる無線機２０に対し、データ消去の要求信号を送信する。
無線機２０において、このデータ消去の要求信号が受信されると、内部メモリのデータが全て消去され、盗難時における情報漏えいが防止される。

さらに、判定部４５において不正等の事象発生が判定された場合、中継器１０は対象となる無線機２０に対し、撮影及び録音の要求信号を送信する。
無線機２０において、この撮影及び録音の要求信号が受信されると、周辺状況や携帯者の映像や画像、音声などが記録される。記録された映像や画像、音声は中継器１０へ無線伝送されてさらに伝送制御部３０の再生部４８において再生される。これにより、無線機２０が盗難にあった時でもその探索、容疑者の特定などが容易になる。

第５実施形態によれば、無線機の位置を特定でき、計測器の配置や携帯端末の行動及び配置計画と現在位置や動線とを比較することで不正中継器や不正携帯端末を特定できる。これにより、不正中継器や不正携帯端末のユーザ名(ID)やパスコードを照合することなく不正な端末を判定できる。このため、施設内５１から正規な無線機が不正に持ち出される場合に、そのことを検知して、必要な対応をとることによりセキュリティの向上に寄与する。
また計測器や携帯端末の盗難時にはデータ消去の無線信号を中継器から計測器や携帯端末へ送信することで計測器や携帯端末の内部記憶装置の全データを消去できる。これにより、計測器や携帯端末が盗難された時でも情報漏えいを防止できる。これにより、セキュリティの向上に寄与する。
さらに計測器や携帯端末の盗難時に撮影または録音、その両方の駆動要求の無線信号を中継器から計測器や携帯端末へ送信することで周辺状況や携帯者の映像や画像、音声などが記録され、また無線伝送できる。盗難時は、計測器や携帯端末の盗難時にも計測器や携帯端末の探索、容疑者の特定などが容易になる。これにより、セキュリティの向上に寄与する。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の装置及び方法によれば、搬送波の伝搬方向や指向性、放射形状が制御されるため、電波障害に弱い電子機器に対する障害リスクを低減することができる。さらに搬送波の電波分布１８が限定されるために不正に電波を傍受しようとする行為に対し耐性を具備させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、無線伝送装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能である。

以上説明した無線伝送装置は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた伝送制御部と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

１０…中継器、１１…第１識別子、１１ｘ…第１識別子認識部、１２…第１信号、１２ｘ…第１生成部、１３…第１搬送波、１３ｘ…第１搬送波送信部、１３ｙ…第１搬送波受信部、１４…暗号化部、１５…復号化部、１６ｘ…無線機信号転送部、１６ｙ…無線機信号受信部、１７…第１搬送波検出部、１８…電波分布、２０Ａ（２０）…無線機、２０Ｂ（２０）…携帯端末、２０Ｂ１…第２識別子、２１ｘ…第２識別子認識部、２２…第２信号、２２ｘ…第２信号生成部、２３…第２搬送波、２３ｘ…第２搬送波送信部、２３ｙ…第２搬送波受信部、２４…暗号化部、２５…復号化部、２６…無線機信号、２６ｘ…計測器、２６ｙ…無線機信号取得部、２７…位置情報取得部、２８…警告部、３０…伝送制御部、３１…調整部、３１ａ…強度調整部、３１ｂ…周波数調整部、３１ｃ…帯域調整部、３１ｄ…指向性調整部、３２…調整信号送信部、３３…中継器選定部、３５…検出値解析部、３６ｘ，３６ｙ…通信機能、５０…無線伝送装置、５１…施設内、５２…電子機器、５３…立入制限区域、５５…位置情報。

Claims (12)

1. 第１識別子を少なくとも含む第１搬送波を送信する中継器と、第２識別子と無線機信号とを含む第２搬送波を送信する無線機と、複数の前記中継器に有線接続する伝送制御部と、を備え、
   前記伝送制御部及び前記中継器は、前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の指向性を個別に調整する指向性調整機能を有し、
   前記中継器では、予め指定された前記第２識別子で特定される前記無線機のみが受信するように前記第１搬送波の電波分布が調整され、
   複数の前記中継器の各々は、他の中継器から伝送される前記第１搬送波を検出する検出部を有し、
   前記伝送制御部において、相互に検出された前記第１搬送波の強度、周波数、帯域または指向性に基づいて、各々の前記中継器における前記第１搬送波の周波数、帯域または指向性を再調整することを特徴とする無線伝送装置。
2. 請求項１に記載の無線伝送装置において、
   複数ある前記無線機の各々では、予め指定された前記第１識別子で特定される前記中継器のみが受信するように前記第２搬送波が調整されていることを特徴とする無線伝送装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の無線伝送装置において、前記伝送制御部及び前記中継器はさらに、
   前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の強度を個別に調整する強度調整機能と、
   前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の周波数を個別に調整する周波数調整機能と、
   前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の帯域を個別に調整する帯域調整機能と、のうち少なくとも一つを有することを特徴とする無線伝送装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線伝送装置において、前記伝送制御部は、
   前記無線機の配置に応じ、前記中継器から送信される前記第１搬送波の強度、周波数、帯域、指向性またはビーム形状を予め解析して設定する電波分布解析手段、を備えたことを特徴とする無線伝送装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線伝送装置において、
   施設内に設置された電子機器の領域における電磁波強度がこの電子機器に電波障害を生じさせないように、前記第１搬送波及び前記第２搬送波がさらに調整されていることを特徴とする無線伝送装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線伝送装置において、
   前記無線機は計測器に接続したものであって、前記無線機信号はこの計測器が出力した計測信号であることを特徴とする無線伝送装置。
7. 請求項６に記載の無線伝送装置において、
   前記無線機では、前記特定された前記中継器の設定位置に向かって指向性を有するように、第２搬送波の強度、周波数、帯域または指向性が調整されていることを特徴とする無線伝送装置。
8. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線伝送装置において、
   前記無線機は施設内を移動できる携帯端末であって、前記無線機信号はこの携帯端末が出力した通信信号であることを特徴とする無線伝送装置。
9. 請求項８に記載の無線伝送装置において、
   前記携帯端末は、
   前記施設内における自身の位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記施設内に配置された電子機器に前記第２搬送波が電波障害を生じさせる前記携帯端末の立入制限区域を情報記憶する記憶部と、
   前記位置情報及び前記立入制限区域の情報に基づいて前記電波障害の危険性を知らせる警告情報を発信する警告部と、を有することを特徴とする無線伝送装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の無線伝送装置において、
    複数の前記中継器の各々は、着目する前記無線機が発信する前記第２搬送波に基づいて、この無線機の位置を測定する位置測定部を有することを特徴とする無線伝送装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の無線伝送装置において、
    前記中継器及び前記無線機は、互いに送受信する認証またはデータの暗号化/復号化またはその両方のパスコードを、各々において使用時毎に同期更新して適用することを特徴とする無線伝送装置。
12. 第１識別子を少なくとも含む第１搬送波を送信し、第２搬送波を受信する中継器を配置するステップと、
    前記第１搬送波を受信し、第２識別子と無線機信号とを含む前記第２搬送波を送信する無線機を配置するステップと、
    複数の前記中継器に有線接続する伝送制御部を配置するステップと、
    前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の強度を個別に調整するステップと、
    前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の周波数を個別に調整するステップと、
    前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の帯域を個別に調整するステップと、
    前記中継器の各々から出力させる前記第１搬送波の指向性を個別に調整するステップと、を含み、
    前記中継器では、予め指定された前記第２識別子で特定される前記無線機のみが受信するように前記第１搬送波の電波分布が調整され、
    複数ある前記無線機の各々では、予め指定された前記第１識別子で特定される前記中継器のみが受信するように前記第２搬送波が調整され、
    複数の前記中継器の各々は、他の中継器から伝送される前記第１搬送波を検出する検出部を有し、
    前記伝送制御部において、相互に検出された前記第１搬送波の強度、周波数、帯域または指向性に基づいて、各々の前記中継器における前記第１搬送波の周波数、帯域または指向性を再調整することを特徴とする無線伝送方法。

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