JP2018046349A - 通信システム、時刻同期方法、通信装置、及び通信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 セキュアな環境を維持しつつ、高精度で通信装置間の時刻同期処理を行う。【解決手段】 本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置とを備える通信システムに関する。そして、第１の通信装置は、第２の通信装置から時刻情報要求フレームを受信して認証情報を取得し、第２の通信装置を宛先とし認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成し、時刻情報送信用フレームに最新の時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出する手段とを有することを特徴とする。第２の通信装置は、第１の通信装置を宛先とし認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成送信し、第１の通信装置から時刻情報送信用フレームを受信して時刻情報及び認証情報を取得し、取得した認証情報が送信した任情報と一致する場合に受信した時刻情報を用いて時刻同期制御処理を行うことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

この発明は、通信システム、時刻同期方法、通信装置、及び通信プログラムに関し、例えば、複数のセンサノードにより構成されるセンサネットワークにおけるセンサノード間の時刻同期に適用し得る。

センサネットワークでは、センサノード間の時刻同期を行うことが望ましい。そして、センサネットワークにおける時刻同期機能は、各センサノードで発生するセンシングデータ（センサの測定値に基づくデータ）のタイムスタンプ等に利用されるため、精度が高ければ高いほどよい。

従来のセンサネットワークにおいては、一般的に親ノードから子ノードに対して時刻情報を送信することにより時刻同期が行われる。

従来のセンサネットワークにおける具体的な時刻同期方法としては、ＦＴＳＰ（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ；非特許文献１参照）方式がある。

ＦＴＳＰ方式では、図３に示すように、親ノードが子ノードに時刻情報を送信する際に、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層で時刻情報送信用フレームを生成し、ＰＨＹ層（物理層）で当該フレームを送信する直前に、当該フレーム内に時刻データを埋め込む。そして、当該時刻情報送信用フレームを受信した子ノードでは、当該フレーム内に埋め込まれた時刻データを読み取ることで、親ノードとの時刻同期を行うことができる。

従来のセンサネットワークでは、ＦＴＳＰ方式を採用することにより、ＭＡＣ層より上位で時刻データが入った時刻情報送信用フレームを生成して送信することに比べて、ＭＡＣ層その他の処理に伴う処理遅延を排除できるため、１μｓｅｃオーダの時刻同期が可能となる。

また、従来、９２０ＭＨｚ帯の無線マルチホップネットワークでは、ＣＳＬ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｌｉｓｔｅｎｉｎｇ）方式等のタイミング同期型の省電力無線通信方式が用いられている。従来のＣＳＬ方式が適用された無線マルチホップネットワークのノードでは、フレーム送信時、ＭＡＣ層でフレームを生成してから実際のフレーム送信までにタイムラグがあることが普通である。これは、従来のＣＳＬ方式等が適用された無線マルチホップネットワークでは、送信要求があってから受信側が受信可能なタイミングになるまでフレーム送信を遅らせる必要があるためである。

これに対して、従来のＦＴＳＰ方式が適用されたセンサノードでは、フレーム生成時ではなく、フレーム送信直前に時刻データをフレームに埋め込むため、ＣＳＬ等と比較して、精度の高い時刻同期が可能となる。

Ｍ．Ｍａｒｏｔｉ，Ｂ．Ｋｕｓｙ，Ｇ．Ｓｉｍｏｎ，ａｎｄ Ａ．Ｌｅｄｅｃｚｉ．"Ｔｈｅ Ｆｌｏｏｄｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ"．Ｉｎ Ｐｒｏｃ．Ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ ＡＣＭ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＳｅｎＳｙｓ），Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００４．

上述の図３に示す通り、従来のセンサネットワーク等の無線通信ネットワークのノードでは、通常、フレームの暗号化や認証子の生成といったセキュリティ機能はＭＡＣ層で処理される。

例えば、図４に示すように、従来のセンサネットワークを構成する親ノードにおいて、ＭＡＣ層でＦＴＳＰ方式の時刻情報送信用フレームを生成し、当該時刻情報送信用フレームにセキュリティ処理（例えば、メッセージ認証子の付与）を行ってからＰＨＹ層に引き渡し、ＰＨＹ層で当該時刻情報送信用フレームに時刻情報を付与する場合を想定する。

この場合、当該時刻情報送信用フレームでは、メッセージ認証子の付与後にフレームの内容が書き換えられている（時刻情報を追加する書き換えが行われている）ため、当該時刻情報送信用フレームを受信した子ノードでは、認証エラー（メッセージ認証子とフレームの内容が対応しない）となる。親ノードにおいて、ＭＡＣ層で時刻情報送信用フレームにセキュリティ処理（メッセージ認証子の付与）を行ってからＰＨＹ層に引き渡し、ＰＨＹ層で当該時刻情報送信用フレームに時刻情報を付与することはフレームの内容を改ざんすることなり、子ノード側でメッセージ認証が成立し得ないことになる。

しかしながら、センサノード間で時刻情報送信用フレームをセキュリティ無で送信すると、悪意のある第三者に偽の時刻情報を送信される恐れもある。また、親ノードのＰＨＹ層で、独自にセキュリティ処理をかけるとしても、通常のＭＡＣ層が行うセキュリティ処理の演算と同程度の時間（１ｍｓｅｃ程度）の時間がかかるため、ＭＡＣ層でセキュリティ処理を行ってそのまま送信する処理と遅延時間は変わらないことになる。

そのため、セキュアな環境（セキュリティの高い環境）を維持しつつ、高精度（短い遅延時間）で通信装置間の時刻同期処理を行うことができる通信システム、時刻同期方法、通信装置、及び通信プログラムが望まれている。

第１の本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置とを備える通信システムにおいて、（１）前記第１の通信装置は、（１−１）自装置内の時刻を管理する第１の時計と、（１−２）前記第１の時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成する時刻情報生成手段と、（１−３）前記第２の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得する時刻情報要求受信手段と、（１−４）前記時刻情報要求受信手段が、前記第２の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記第２の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成する時刻情報送信用フレーム生成手段と、（１−５）前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が最新の時刻に基づいて生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出する物理層フレーム送信手段とを有し、（２）前記第２の通信装置は、（２−１）自装置内の時刻を管理する第２の時計と、（２−２）認証情報を生成する認証情報生成手段と、（２−３）前記第１の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記第１の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信する時刻情報要求送信手段と、（２−４）前記第１の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信する時刻情報送信用フレーム受信手段と、（２−５）前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記第２の時計を同期制御する時刻同期処理手段とを有することを特徴とする。

第２の本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置とを備える通信システムの時刻同期方法において、（１）前記第１の通信装置は、第１の時計、時刻情報生成手段、時刻情報要求受信手段、時刻情報送信用フレーム生成手段、及び物理層フレーム送信手段を有し、（２）前記第２の通信装置は、第２の時計、認証情報生成手段、時刻情報要求送信手段、時刻情報送信用フレーム受信手段、及び時刻同期処理手段を有し、（３）前記第１の時計は、前記第１の通信装置内の時刻を管理し、（４）前記時刻情報生成手段は、前記第１の時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成し、（５）前記時刻情報要求受信手段は、前記第２の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得し、（６）前記時刻情報送信用フレーム生成手段は、前記時刻情報要求受信手段が、前記第２の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記第２の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成し、（７）前記物理層フレーム送信手段は、前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が最新の時刻に基づいて生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出し、（８）前記第２の時計は、前記第１の通信装置内の時刻を管理し、（９）前記認証情報生成手段は、認証情報を生成し、（１０）前記時刻情報要求送信手段は、前記第１の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記第１の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信し、（１１）前記時刻情報送信用フレーム受信手段は、前記第１の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信し、（１２）前記時刻同期処理手段は、前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記第２の時計を同期制御することを特徴とする。

第３の本発明は、通信装置において、（１）自装置内の時刻を管理する時計と、（２）前記時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成する時刻情報生成手段と、（３）他の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得する時刻情報要求受信手段と、（４）前記時刻情報要求受信手段が、前記他の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記他の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成する時刻情報送信用フレーム生成手段と、（５）前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が最新の時刻に基づいて生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出する物理層フレーム送信手段とを有することを特徴とする。

第４の本発明は、通信装置において、（１）自装置内の時刻を管理する時計と、（２）認証情報を生成する認証情報生成手段と、（３）他の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記他の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信する時刻情報要求送信手段と、（４）前記他の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信する時刻情報送信用フレーム受信手段と、（５）前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記時計を同期制御する時刻同期処理手段とを有することを特徴とする。

第５の本発明の通信プログラムは、通信装置に搭載されたコンピュータを、（１）自装置内の時刻を管理する時計と、（２）前記時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成する時刻情報生成手段と、（３）他の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得する時刻情報要求受信手段と、（４）前記時刻情報要求受信手段が、前記他の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記他の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成する時刻情報送信用フレーム生成手段と、（５）前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が最新の時刻に基づいて生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出する物理層フレーム送信手段として機能させることを特徴とする。

第６の本発明の通信プログラムは、通信装置に搭載されたコンピュータを、（１）自装置内の時刻を管理する時計と、（２）認証情報を生成する認証情報生成手段と、（３）他の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記他の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信する時刻情報要求送信手段と、（４）前記他の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信する時刻情報送信用フレーム受信手段と、（５）前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記時計を同期制御する時刻同期処理手段として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、セキュアな環境を維持しつつ、高精度で通信装置間の時刻同期処理を行うことができる。

実施形態に係る通信システムの全体構成、及び実施形態に係る各無線通信装置の機能的構成について示したブロック図である。 実施形態に係る通信システムの動作の例（実施形態に係る各無線通信装置の動作の例）について示したシーケンス図である。 従来の無線通信装置間の時刻同期の動作の例について示したシーケンス図である。 従来の無線通信装置間の時刻同期の問題点について示したシーケンス図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による通信システム、時刻同期方法、通信装置、及び通信プログラムの一実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、通信システム１の構成例について示している。

この実施形態において、通信システム１は、複数の無線通信装置により構成される無線マルチホップネットワークであるものとして説明する。図１では、説明の都合上２つの無線通信装置１０、２０のみ図示しているが、通信システム１に配置される無線通信装置の数、配置位置、及びトポロジについては限定されないものである。

また、この実施形態の例では、通信システム１は、複数のセンサノードとしての無線通信装置により構成されたセンサネットワークであるものとして説明するが、通信システム１を構成する各無線通信装置の詳細な仕様や用途については限定されないものである。

以下では、説明の都合上、無線通信装置１０は無線通信装置２０の親ノードであり、無線通信装置２０を無線通信装置１０の子ノードであるものとする。そこで、以下では、無線通信装置１０を「親ノード」とも呼ぶものとする。また、以下では、無線通信装置２０を「子ノード」とも呼ぶものとする。

無線通信装置１０と無線通信装置２０との間の無線通信方式については限定されないものであるが、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４（いわゆるＺｉｇＢｅｅを構成するＰＨＹ層及びＭＡＣ層）の方式を適用するようにしてもよい。

また、以下では、無線通信装置１０（親ノード）と無線通信装置２０（子ノード）との間で時刻同期を行う構成を中心に説明する。通信システム１では、無線通信装置２０（子ノード）が無線通信装置１０（親ノード）に要求して時刻同期を行うものとする。すなわち、通信システム１では無線通信装置２０（子ノード）が、無線通信装置１０（親ノード）の管理する時刻に同期する処理を行うことになる。

図１では、説明を簡易とするため、無線通信装置１０（親ノード）と無線通信装置２０（子ノード）のみを図示しているが、通信システム１では、各無線通信装置のリンク間で同様の時刻同期が行われる。例えば、無線通信装置２０にさらに子ノードが存在する場合には、無線通信装置２０が親ノードとなって子ノードと時刻同期を行うことになる。以上のように、通信システム１では、上流側（親ノード側）から下流側（子ノード側）に時刻同期をしていくことにより、通信システム１を構成する全てのノードの時刻同期が図られるように構成されている。

図１では、説明を簡易とするため、無線通信装置１０について、無線通信装置２０と時刻同期（自装置が管理する時刻に、無線通信装置２０を同期させる処理）を行うために必要な構成のみを図示しているが、実際には、他の無線通信装置とフレームを送受信する機能や、自装置の親ノードとなる無線通信装置との時刻同期機能（すなわち、無線通信装置２０と同様の機能）を更に備えるようにしてもよい。

また、図１では、説明を簡易とするため、無線通信装置２０について、無線通信装置１０と時刻同期（無線通信装置１０が管理する時刻に、自装置を同期させる処理）を行うために必要な構成のみを図示しているが、実際には、他の無線通信装置とフレームを送受信する機能や、自装置の子ノードとなる無線通信装置との時刻同期機能（すなわち、無線通信装置１０と同様の機能）を更に備えるようにしてもよい。

次に、無線通信装置１０（親ノード）の機能的構成について図１を用いて説明する。

図１に示すように、無線通信装置１０は、ＰＨＹフレーム送信部１０１、ＭＡＣ部１０２、時刻情報生成部１０３、時刻情報要求ＩＤ受信部１０４、及び時計１０５を有している。

無線通信装置１０は、無線通信を行うためのハードウェアの他は、プロセッサ及びメモリ等により構成されるコンピュータにプログラム（実施形態の通信プログラム（時刻同期の基準となる親ノード側の機能を実現するプログラム）を含む）をインストールすることにより構成することができる。

ＭＡＣ部１０２は、無線通信装置１０で送受信するフレームのＭＡＣ層の処理（この実施形態の例では、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４のＭＡＣ層の処理）を行うものである。

時計１０５は、無線通信装置１０の内部の時間を管理する時計である。

ＰＨＹフレーム送信部１０１は、ＰＨＹ層のフレーム送信処理（この実施形態の例では、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４のＰＨＹ層の処理）を行うものである。ＰＨＹフレーム送信部１０１は、ＭＡＣ部１０２から供給されたＭＡＣフレームに基づく無線信号を生成（ＰＨＹフレームに変換）して送出する。

時刻情報生成部１０３は、時計１０５で管理されている時刻に基づいて、無線通信装置２０に送信し、時刻同期させるための時刻情報（例えば、時計１０５で保持している現在時刻の情報）を生成して、ＰＨＹフレーム送信部１０１に供給する処理を行う。時刻情報生成部１０３は、例えば、時計１０５で管理されている現在時刻を示すデータを時刻情報として生成する。

時刻情報要求ＩＤ受信部１０４は、時刻情報送信用フレームの送信先（時刻同期の要求元；この実施形態では、子ノードとしての無線通信装置２０）から送出された、認証情報（認証子）としての時刻情報要求ＩＤが付与されたフレーム（以下、「時刻情報要求フレーム」と呼ぶ）を受信する。そして、時刻情報要求ＩＤ受信部１０４は、受信した時刻情報要求ＩＤを、ＭＡＣ部１０２に供給する。時刻情報要求フレームの送受信処理の詳細については後述する。

そして、ＭＡＣ部１０２は、時刻情報要求ＩＤ受信部１０４から時刻情報要求ＩＤが供給されると、無線通信装置２０を宛先とし、当該時刻情報要求ＩＤを付与（ペイロードに挿入）した時刻情報送信用フレームを生成し、ＰＨＹフレーム送信部１０１に供給する。

そして、ＰＨＹフレーム送信部１０１は、ＭＡＣ部１０２から時刻情報送信用フレームが供給されると、時刻情報生成部１０３から現在の時刻に基づく時刻情報を取得して、当該時刻情報送信用フレームに付与（例えば、ＭＡＣフレームのペイロードに挿入）する。そして、ＰＨＹフレーム送信部１０１は、時刻情報を付与した時刻情報送信用フレームをＰＨＹフレームに変換（無線信号に変換）して送出する。

次に、無線通信装置２０（子ノード）の機能的構成について図１を用いて説明する。

図１に示すように、無線通信装置２０は、ＰＨＹフレーム受信部２０１、ＭＡＣ部２０２、時刻同期処理部２０３、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４、及び時計２０５を有している。

時計２０５は、無線通信装置２０の内部の時間を管理する時計である。

無線通信装置２０は、無線通信を行うためのハードウェアの他は、プロセッサ及びメモリ等により構成されるコンピュータにプログラム（実施形態の通信プログラム（親ノードの管理する時刻に時刻同期する子ノード側の機能を実現するプログラム）を含む）をインストールすることにより構成することができる。

ＭＡＣ部２０２は、無線通信装置２０で送受信するフレームのＭＡＣ層の処理（この実施形態の例では、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４のＭＡＣ層の処理）を行うものである。

ＰＨＹフレーム受信部２０１は、ＰＨＹ層のフレーム受信処理（この実施形態の例では、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４のＰＨＹ層の処理）を行うものである。ＰＨＹフレーム受信部２０１は、受信した無線信号（ＰＨＹフレーム）を復号したフレームを、ＭＡＣ部２０２に供給する。

時刻情報要求ＩＤ送信部２０４は、時刻情報送信用フレームの送信先（時刻同期の基準となる無線通信装置；この実施形態では、親ノードとしての無線通信装置１０）を宛先として、時刻情報要求ＩＤを生成して送信する処理を行う。時刻情報要求ＩＤ送信部２０４が、認証情報としての時刻情報要求ＩＤを生成する方式については限定されないものであるが、例えば、種々のメッセージ認証方式を適用することができる。また、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４は、生成した時刻情報要求ＩＤを、時刻同期処理部２０３にも供給する。

ＰＨＹフレーム受信部２０１は、受信して復号したフレームが時刻情報送信用フレームであった場合、当該時刻情報送信用フレームから時刻情報を抽出して時刻同期処理部２０３に供給する。また、ＰＨＹフレーム受信部２０１は、当該時刻情報送信用フレームから時刻情報要求ＩＤも取得して、時刻同期処理部２０３に供給する。そして、ＰＨＹフレーム受信部２０１は、時刻情報を抽出した後の時刻情報送信用フレームを、ＭＡＣ部２０２に供給する。

時刻同期処理部２０３は、ＰＨＹフレーム受信部２０１から、時刻情報及び時刻情報要求ＩＤが供給されると、時刻情報送信用フレームに設定された時刻情報要求ＩＤと、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４から供給された時刻情報要求ＩＤとを照合して認証処理（例えば、同一であるか否かに基づく認証処理）を行う。例えば、時刻同期処理部２０３は、時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報要求ＩＤと、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４から供給された時刻情報要求ＩＤとが同一である場合に認証ＯＫと判断するようにしてもよい。

時刻同期処理部２０３は、時刻情報送信用フレームに設定された時刻情報要求ＩＤの認証結果が認証ＯＫの場合、ＰＨＹフレーム受信部２０１から供給された時刻情報に基づき、時計２０５の管理する時刻（現在時刻）を、取得した時刻情報に基づき設定（同期）する処理を行う。一方、時刻情報送信用フレームに設定された時刻情報要求ＩＤの認証結果が認証ＮＧだった場合、時刻同期処理部２０３は、ＰＨＹフレーム受信部２０１から時刻情報が供給されても、時計２０５の管理する現在時刻の設定（同期）は行わない。

次に、無線通信装置２０（子ノード）から無線通信装置１０（親ノード）に、時刻情報要求フレーム（時刻情報要求ＩＤ）を伝送する構成について説明する。

図１に示す構成では、時刻情報要求フレームは、無線通信装置２０の時刻情報要求ＩＤ送信部２０４から、無線通信装置１０の時刻情報要求ＩＤ受信部１０４に直接伝送されるように図示しているが、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４から時刻情報要求ＩＤ受信部１０４に時刻情報要求フレームを伝送する経路や通信方式は限定されないものである。

例えば、無線通信装置２０の時刻情報要求ＩＤ送信部２０４は、ＭＡＣ部２０２を介して、時刻情報送信用フレームと同様の構成の手順（ＩＥＥＥ ８０２．１５．４に従ったフレーム構成）で、時刻情報要求フレームを送信するようにしてもよい。そして、無線通信装置１０の時刻情報要求ＩＤ受信部１０４は、ＭＡＣ部１０２を介して、時刻情報送信用フレームと同様の構成の手順で、時刻情報要求フレームを送受信するようにしてもよい。

また、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４及び時刻情報要求ＩＤ受信部１０４は、時刻情報要求フレームを伝送する際、セキュアな通信方式（時刻情報要求ＩＤの盗聴や改ざん等を抑止する方式）で送信する。例えば、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４は、時刻情報要求ＩＤを暗号化したデータを時刻情報要求フレームに設定して、時刻情報要求ＩＤの盗聴を抑止するようにしてもよい。時刻情報要求ＩＤ送信部２０４と時刻情報要求ＩＤ受信部１０４との間で用いられる通信方式（暗号化方式）については限定されないものであるが、例えば、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）等の種々の暗号化方式を適用することができる。

一方、ＰＨＹフレーム送信部１０１、ＭＡＣ部１０２、ＰＨＹフレーム受信部２０１、及びＭＡＣ部２０２では、時刻情報送信用フレームを伝送する際、特に暗号化処理やメッセージ認証等のセキュア処理を伴わない通信方式（すなわち、時刻情報要求フレームよりも処理量の少ない通信方式）で伝送する。

さらに、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４は、時刻情報要求フレームに、メッセージ認証子（メッセージ認証コード）を付与して、時刻情報要求ＩＤのかい算を抑止するようにしてもよい。

そして、無線通信装置１０の時刻情報要求ＩＤ受信部１０４では、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４で行われた暗号処理やメッセージ認証子の付与に対応する復号やメッセージ認証を行い、安全に時刻情報要求ＩＤを取得する。

そして、時刻情報要求ＩＤ受信部１０４は、最新に取得した時刻情報要求ＩＤをＭＡＣ部１０２に与える。

無線通信装置２０（子ノード）の時刻情報要求ＩＤ送信部２０４では、複数回連続して同じ時刻情報要求ＩＤを用いるようにしてもよいが、時刻情報要求フレームを送信するごとに、異なる時刻情報要求ＩＤを生成する方がセキュリティ上は望ましい。

また、無線通信装置２０（子ノード）の時刻同期処理部２０３では、セキュリティ上、一旦発行された時刻情報要求ＩＤの寿命は、可能な限り短く設定しておく方が望ましい。例えば、時刻同期処理部２０３では、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４で新たな時刻情報要求ＩＤが設定された時刻情報要求フレームが送出されてから、所定のタイムアウト期間（予め設定された所定期間）が経過するまでに、当該時刻情報要求ＩＤが付与された時刻情報送信用フレームが到達した場合のみ、認証処理を行うようにしてもよい。すなわち、時刻同期処理部２０３は、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４で新たな時刻情報要求ＩＤが設定された時刻情報要求フレームが送出されてから、所定のタイムアウト期間が経過するまでに、当該時刻情報要求ＩＤが付与された時刻情報送信用フレームが到達しなかった場合、当該時刻要求ＩＤを無効とし、その後当該時刻情報要求ＩＤが付与された時刻情報送信用フレームが到達した場合でも認証処理を行わない（若しくは認証結果を必ず認証ＮＧとする）ものとする。

時刻情報要求ＩＤの具体的なデータ形式は限定されないものであるが、例えば、所定長のランダムなデータとしてもよい。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態の通信システム１の動作（実施形態の時刻同期方法）を説明する。

図２は、この実施形態の無線通信装置２０（子ノード）が、無線通信装置１０（親ノード）と時刻同期を行う処理について示したシーケンス図である。

まず、無線通信装置２０（子ノード）では、無線通信装置１０（親ノード）と時刻同期を行うタイミングとなった際、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４が無線通信装置１０（親ノード）宛に時刻情報要求ＩＤを設定した時刻情報送信用フレームを生成し、さらにセキュア処理（例えば、暗号化やメッセージ認証子の付与）を施して送出する（Ｓ１０１）。

無線通信装置２０（子ノード）から送出された時刻情報要求フレームは、無線通信装置１０（親ノード）の時刻情報要求ＩＤ受信部１０４で受信される。そして、時刻情報要求ＩＤ受信部１０４は、受信した時刻情報要求フレームから時刻情報要求ＩＤを取得する（Ｓ１０２）。

そして、時刻情報要求ＩＤ受信部１０４は、取得した時刻情報要求ＩＤを、ＭＡＣ部１０２に供給する（Ｓ１０４）。

時刻情報要求ＩＤが供給されると、ＭＡＣ部１０２は、無線通信装置２０（子ノード）を宛先とする時刻情報送信用フレームを生成し、当該時刻情報送信用フレームに新たに供給された時刻情報要求ＩＤを付与（時刻情報送信用フレームのペイロードに挿入）する。そして、ＭＡＣ部１０２は、時刻情報要求ＩＤを付与した時刻情報送信用フレームを、ＰＨＹフレーム送信部１０１に供給する（Ｓ１０５）。

時刻情報送信用フレームが供給されると、ＰＨＹフレーム送信部１０１は、時刻情報生成部１０３から時刻情報を取得して、時刻情報送信用フレームに付与（時刻情報送信用フレームのペイロードに挿入）する。そして、ＰＨＹフレーム送信部１０１は、時刻情報を付与した時刻情報送信用フレームを、ＰＨＹフレームに変換（無線信号に変換）し送出する（Ｓ１０６）。

そして、無線通信装置１０（親ノード）から送出された時刻情報送信用フレームは、無線通信装置２０（子ノード）のＰＨＹフレーム受信部２０１で受信される。そして、時刻同期処理部２０３により、当該時刻情報送信用フレームの時刻情報、及び時刻情報要求ＩＤが取得される。そして、時刻同期処理部２０３は、時刻情報送信用フレームに設定された時刻情報要求ＩＤと、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４から供給された時刻情報要求ＩＤとを照合して認証処理を行う。ここでは、時刻同期処理部２０３による認証結果は認証ＯＫ（時刻情報送信用フレームに設定された時刻情報要求ＩＤと、時刻情報要求ＩＤ送信部２０４から供給された時刻情報要求ＩＤとが同一）であったものとする。したがって、ここでは、時刻同期処理部２０３は、最新に時刻情報送信用フレームから取得した時刻情報に基づいて、自装置の時計２０５の時刻同期を行う（Ｓ１０７）。

（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

無線通信装置２０（子ノード）では、セキュアな時刻情報の伝送を実施するために、無線通信装置１０（親ノード）からの時刻情報を必要とする場合には、予め、無線通信装置１０（親ノード）にセキュアな通信方式で、時刻情報要求ＩＤを送信しておく処理を行う。そして、無線通信装置１０（親ノード）は、無線通信装置２０（子ノード）に時刻情報を送信する際に無線通信装置２０（子ノード）から取得した時刻情報要求ＩＤを時刻情報送信用フレームに付与する。

また、この実施形態の無線通信装置２０（子ノード）では、時刻情報要求フレームに付与して送信した時刻情報要求ＩＤと、受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報要求ＩＤとを比較する処理だけで、時刻情報の認証（時刻同期に用いるか否かの認証／判断）を行うことができる。単に２つの時刻情報要求ＩＤの同一性を確認する処理であれば、通常のセキュア処理で利用されるメッセージ認証と比較して非常に短時間の処理で済む。

さらに、この実施形態の無線通信装置１０（親ノード）では、ＭＡＣ部１０２（ＭＡＣ層）で時刻情報要求ＩＤを付与した時刻情報送信用フレームを生成した後、ＰＨＹフレーム送信部１０１（ＰＨＹ層）で、送信直前（ＰＨＹフレームへの変換直前）に、最新の時刻情報が付与されることになる。すなわち、無線通信装置１０（親ノード）では、ＰＨＹ層で時刻情報送信用フレームに時刻情報を付与してから送信されるまでの以遠時間を極めて短く維持しつつ、セキュアな環境（セキュリティ性が確保された環境）で時刻情報を送出することができる。

以上のように、この実施形態の無線通信装置２０（子ノード）では、セキュアな環境（セキュリティの高い環境）を維持しつつ、高精度（短い遅延時間）で、無線通信装置１０（親ノード）と無線通信装置２０（子ノード）との時刻同期を実現することができる。言い換えると、無線通信装置１０（親ノード）と無線通信装置２０（子ノード）との間では、例えば、従来のＦＴＳＰと同程度の精度で、かつ、セキュアな環境（セキュリティ性が確保された環境）で時刻同期を実現することができる。

（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｂ−１）上記の実施形態では、本発明の通信装置を無線通信装置に適用する例について示したが、本発明の通信装置を有線接続する通信装置（例えば、有線イーサネット（登録商標）を用いて接続する通信装置）に適用するようにしてもよい。通常、有線・無線問わずイーサネットインタフェースを備える通信装置では、通信処理のレイヤとしてＰＨＹ層とＭＡＣ層を備えている。したがって、本発明の通信装置において、ネットワークインタフェースを有線接続するインタフェースに置き換えたとしても、上記の実施形態と同様の効果を奏することができる。

１…通信システム、１０…無線通信装置、１０１…ＰＨＹフレーム送信部、１０２…ＭＡＣ部、１０３…時刻情報生成部、１０４…時刻情報要求ＩＤ受信部、１０５…時計、２０…無線通信装置、２０１…ＰＨＹフレーム受信部、２０２…ＭＡＣ部、２０３…時刻同期処理部、２０４…時刻情報要求ＩＤ送信部、２０５…時計。

Claims (10)

1. 第１の通信装置と第２の通信装置とを備える通信システムにおいて、
   前記第１の通信装置は、
   自装置内の時刻を管理する第１の時計と、
   前記第１の時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成する時刻情報生成手段と、
   前記第２の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得する時刻情報要求受信手段と、
   前記時刻情報要求受信手段が、前記第２の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記第２の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成する時刻情報送信用フレーム生成手段と、
   前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出する物理層フレーム送信手段とを有し、
   前記第２の通信装置は、
   自装置内の時刻を管理する第２の時計と、
   認証情報を生成する認証情報生成手段と、
   前記第１の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記第１の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信する時刻情報要求送信手段と、
   前記第１の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信する時刻情報送信用フレーム受信手段と、
   前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記第２の時計を同期制御する時刻同期処理手段とを有する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記時刻情報要求送信手段、及び記時刻情報要求受信手段により、第１の通信方式で時刻情報要求フレームが伝送され、
   前記時刻情報送信用フレーム生成手段、前記物理層フレーム送信手段、及び前記時刻情報送信用フレーム受信手段により、第１の通信方式と異なる第２の通信方式で、時刻情報送信用フレームが伝送される
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第１の通信方式はセキュアな通信方式であり、前記第２の通信方式は第１通信方式よりも処理量の少ない通信方式であることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記第１の通信方式は、ＡＥＳを用いた通信方式であることを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記時刻同期処理手段は、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報について、取得してから一定期間経過後に無効とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の通信システム。
6. 第１の通信装置と第２の通信装置とを備える通信システムの時刻同期方法において、
   前記第１の通信装置は、第１の時計、時刻情報生成手段、時刻情報要求受信手段、時刻情報送信用フレーム生成手段、及び物理層フレーム送信手段を有し、
   前記第２の通信装置は、第２の時計、認証情報生成手段、時刻情報要求送信手段、時刻情報送信用フレーム受信手段、及び時刻同期処理手段を有し、
   前記第１の時計は、前記第１の通信装置内の時刻を管理し、
   前記時刻情報生成手段は、前記第１の時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成し、
   前記時刻情報要求受信手段は、前記第２の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得し、
   前記時刻情報送信用フレーム生成手段は、前記時刻情報要求受信手段が、前記第２の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記第２の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成し、
   前記物理層フレーム送信手段は、前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出し、
   前記第２の時計は、前記第１の通信装置内の時刻を管理し、
   前記認証情報生成手段は、認証情報を生成し、
   前記時刻情報要求送信手段は、前記第１の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記第１の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信し、
   前記時刻情報送信用フレーム受信手段は、前記第１の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信し、
   前記時刻同期処理手段は、前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記第２の時計を同期制御すること
   を特徴とする時刻同期方法。
7. 通信装置において、
   自装置内の時刻を管理する時計と、
   前記時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成する時刻情報生成手段と、
   他の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得する時刻情報要求受信手段と、
   前記時刻情報要求受信手段が、前記他の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記他の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成する時刻情報送信用フレーム生成手段と、
   前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出する物理層フレーム送信手段と
   を有することを特徴とする通信装置。
8. 通信装置において、
   自装置内の時刻を管理する時計と、
   認証情報を生成する認証情報生成手段と、
   他の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記他の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信する時刻情報要求送信手段と、
   前記他の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信する時刻情報送信用フレーム受信手段と、
   前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記時計を同期制御する時刻同期処理手段と
   を有することを特徴とする通信装置。
9. 通信装置に搭載されたコンピュータを、
   自装置内の時刻を管理する時計と、
   前記時計が管理する時刻に基づく時刻情報を生成する時刻情報生成手段と、
   他の通信装置から、時刻情報の送信要求を示す時刻情報要求フレームを受信し、受信した時刻情報要求フレームから認証情報を取得する時刻情報要求受信手段と、
   前記時刻情報要求受信手段が、前記他の通信装置から時刻情報の送信要求を受け付けた場合、前記他の通信装置を宛先とし、前記時刻情報要求受信手段が取得した認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを生成する時刻情報送信用フレーム生成手段と、
   前記時刻情報送信用フレーム生成手段が生成した時刻情報送信用フレームを物理層フレームに変換して送出するものであって、当該時刻情報送信用フレームに前記時刻情報生成手段が生成した時刻情報を付与してから物理層フレームに変換して送出する物理層フレーム送信手段と
   して機能させることを特徴とする通信プログラム。
10. 通信装置に搭載されたコンピュータを、
    自装置内の時刻を管理する時計と、
    認証情報を生成する認証情報生成手段と、
    他の通信装置に時刻情報の送信を要求するものであって、前記他の通信装置を宛先とし、前記認証情報生成手段が生成した認証情報を付与した時刻情報要求フレームを生成して送信する時刻情報要求送信手段と、
    前記他の通信装置から、時刻情報及び認証情報が付与された時刻情報送信用フレームを受信する時刻情報送信用フレーム受信手段と、
    前記認証情報生成手段が生成した認証情報と、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された認証情報が一致する場合、前記時刻情報送信用フレーム受信手段が受信した時刻情報送信用フレームに付与された時刻情報を用いて前記時計を同期制御する時刻同期処理手段と
    して機能させることを特徴とする通信プログラム。
    

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