JP5003118B2

JP5003118B2 - 制御システム及びマルチキャスト通信方法

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Publication number: JP5003118B2
Application number: JP2006318584A
Authority: JP
Inventors: 宣夫岡部; 昌一坂根; 和紀宮澤; 健一鎌田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: US20080175388A1; JP2008135826A

Description

本発明は、フィールド機器の制御を行う制御システムに関し、特にＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能な制御システム及びマルチキャスト通信方法に関する。

従来のフィールド機器の制御を行う制御システムやマルチキャスト通信方法等に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平１１−１２７１９７号公報特開２０００−０３１９５５号公報特開２００２−０９４５６２号公報特開２００３−２５８８９８号公報特開２００５−１３５０３２号公報特開２００５−２１０５５５号公報

図７は従来の制御システムの一例を示す構成ブロック図である。図７において、１及び２はプラント等のフィールドに設置されたセンサやアクチュエータ等の複数のフィールド機器から構成されるフィールド機器群、３及び４は各フィールド機器を制御するコントローラ、５及び６はプラント等にフィールドに設置されマンマシンインターフェースを有する制御端末、７は制御システム全体の情報を管理する情報端末である。

また、１００及び１０１は非ＩＰ（Internet Protocol）ネットワークである”FOUNDATION Fieldbus（登録商標）”等のフィールド層を相互に接続するフィールドネットワーク、１０２はＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）等のＩＰネットワークであり制御層を相互に接続する制御ネットワーク、１０３はＴＣＰ／ＩＰ等のＩＰネットワークであり情報層を相互に接続する情報ネットワークである。

フィールド機器群１を構成する各フィールド機器はフィールドネットワーク１００を介してコントローラ３と相互に接続され、同様に、フィールド機器群２を構成する各フィールド機器はフィールドネットワーク１０１を介してコントローラ４と相互に接続される。

コントローラ３及び４は制御ネットワーク１０２に相互に接続され、制御端末５及び６もまた制御ネットワーク１０２に相互に接続される。さらに、制御端末５及び６は情報ネットワーク１０３を介して情報端末７と相互に接続される。

ここで、図７に示す従来例の動作を簡単に説明する。各フィールド機器がセンサ等の測手機能を有する場合には、測定した温度や圧力等の情報をフィールドネットワーク１００等を介して上位のコントローラに提供し、各フィールド機器がアクチュエータ等の駆動機能を有する場合には、フィールドネットワーク１００等を介して受信したコントローラからの命令に従ってバルブ等を駆動したりする。

コントローラ３及び４は予め設定されたプログラムを実行することにより提供される情報等に基づきプラントを制御し、或いは、制御ネットワーク１０２を介して受信した上位の制御端末５及び６から制御命令等に従って各フィールド機器の制御等を行う。

また、情報端末７は情報ネットワーク１０３を介して制御システム全体の情報を収集すると共に収集した情報を管理する。

図７に示す従来例ではフィールドネットワークは非ＩＰのネットワークであり、各フィールド機器が直接上位のコントローラに接続される構成であるため、フィールド機器間のマルチキャスト通信やブロードキャスト通信の範囲が限定されている。

例えば、図７に示すような従来例ではグループ当たりのマルチキャスト通信、或いは、ブロードキャスト通信のメンバー数は１０台程度であり、制御システムの規模が大きくなるに従ってグループ数も増大する。

このため、フィールドネットワークをＩＰ化してこのようなフィールド機器間のマルチキャスト通信やブロードキャスト通信の制約を解消することが考えられている。図８はこのような従来の制御システムの他の一例を示す構成ブロック図である。

図８において３，４，５，６，７及び１０３は図７と同一符号を付してあり、８及び９はプラント等のフィールドに設置されたセンサやアクチュエータ等の複数のフィールド機器から構成されるフィールド機器群、１０４はＴＣＰ／ＩＰ等のＩＰネットワークでありフィールド層及び情報層を相互に接続する制御／フィールドネットワークである。

フィールド機器群８及び９を構成する各フィールド機器は制御／フィールドネットワーク１０４に相互に接続され、同様に、コントローラ３及び４、制御端末５及び６は制御／フィールドネットワーク１０４に相互に接続される。また、制御端末５及び６は情報ネットワーク１０３に相互に接続され、情報端末７もまた情報ネットワーク１０３に相互に接続される。

ここで、図８に示す従来例の動作を簡単に説明する。図８に示す従来例では非ＩＰのフィールドネットワークを制御層のＩＰネットワークに集約したので（制御／フィールドネットワーク１０４）、マルチキャスト通信やブロードキャスト通信は、全てＩＰマルチキャスト通信となる。

この結果、非ＩＰのフィールドネットワークを制御層のＩＰネットワークに集約することにより、非ＩＰのフィールドネットワーク上のフィールド機器間のマルチキャスト通信やブロードキャスト通信の範囲等の制限を受けることなくマルチキャスト通信等を行うことができる。

また、図９は「特許文献５」に記載されたフィールドネットワークをＩＰ化した従来の制御システムの他の一例を示す構成ブロック図である。

図９において１０はフィールド機器の認証やセキュリティ通信に必要な鍵情報を発行等する鍵管理サーバ（ＫＤＣ：Key Distribution Center）、１１はフィールド機器間の相互認証に必要な属性情報（識別子やＩＰアドレス等）を管理提供する属性サーバ、１２は機器の起動時に動的にＩＰアドレスを割り当てるＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）サーバ、１３及び１４はフィールド機器を制御するコントローラ、１５，１６及び１７はプラント等のフィールドに設置されたセンサやアクチュエータ等のフィールド機器、１０５はＩＰネットワークである。

鍵管理サーバ１０、属性サーバ１１及びＤＨＣＰサーバ１２はＩＰネットワーク１０５に相互に接続され、コントローラ１３及び１４とフィールド機器１５，１６及び１７もまたＩＰネットワーク１０５に相互に接続される。

ここで、図９に示す従来例の動作を図１０を用いて説明する。図１０はフィールド機器のセキュアな起動シーケンスを説明する説明図である。

図１０中（１）において起動したフィールド機器（例えば、フィールド機器１５）は、ＤＨＣＰサーバ１２に対してＩＰネットワーク１０５上に存在する鍵管理サーバ１０の識別子やＩＰアドレス等の情報の検索を行って情報を取得する。

そして、図１０中（２）においてフィールド機器１５は、鍵管理サーバ１０の取得した識別子やＩＰアドレス等の情報を用いて鍵管理サーバ１０の認証を行うと共に図１０中（３）においてフィールド機器１５は、ＩＰネットワーク１０５上に存在する属性サーバ１１の識別子やＩＰアドレス等の情報の検索を行って情報を取得する。

ちなみに、図１０中（２）及び図１０中（３）における通信は、Ｋｅｒｂｅｒｏｓ認証（Kerberos authentication）によるセキュリティ通信であり、セキュリティ通信であることを明確にするために、図１０中（２）及び図１０中（３）には”施錠された錠前”の記号及び”Ｋｅｒｂｅｒｏｓ”の文字を付している。

最後に、図１０中（４）においてフィールド機器１５は、識別子やＩＰアドレス等の自己情報を属性サーバ１１に登録すると共に必要とするスタートアップ情報を属性サーバ１１から取得する。

また、図１０中（４）における通信は、ＩＰｓｅｃ（IP Security）によるパケットの暗号化及び認証によるセキュリティ通信であり、セキュリティ通信であることを明確にするために、図１０中（４）には”施錠された錠前”の記号及び”ＩＰｓｅｃ”の文字を付している。

この結果、図９に示す従来例によれば、起動したフィールド機器が鍵管理サーバ１０によってＫｅｒｂｅｒｏｓ認証を行い、属性サーバに自己情報を登録すると共にスタートアップ情報を取得することにより、セキュアなフィールド機器の立ち上げを実現することができる。

但し、図８や図９に示すような制御システムにおけるマルチキャスト通信のセキュリティに関しては言及されていない。

一方、マルチキャスト通信をセキュアに行うアーキテクチャは”ＲＦＣ３７４０（The Multicast Group Security Architecture）”に定義されている。

図１１はセキュアなマルチキャスト通信を説明する説明図である。ちなみに、セキュリティ通信に関しては”施錠された錠前”の記号を付し、通常の通信に関しては”開錠された錠前”の記号を付している。

図１１中”ＧＳ０１”に示すＧＣＫＳ（Group Controller／Key Server：以下、単にＧＣＫＳサーバと呼ぶ。）は、セキュアなマルチキャスト通信に必要な制御を行うサーバであり、以下に示すような５つの機能を主に提供する。

（１）Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
通信の秘密を確保するために必要な秘密情報（暗号鍵や暗号アルゴリズム等）の配布。
（２）Ｍｅｍｂｅｒｒｅｖｏｃａｔｉｏｎ
マルチキャストグループのメンバー資格を無効にする。
（３）Ｒｅ−ｋｅｙ
”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いた秘密情報（暗号鍵や暗号アルゴリズム等）の更新。
（４）Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ
或るノード（フィールド機器）が或るマルチキャストグループに参加する。
（５）Ｄｅ−ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ
或るノード（フィールド機器）が所属していたマルチキャストグループから自
主的に脱退する。これに伴い”Ｍｅｍｂｅｒｒｅｖｏｃａｔｉｏｎ”が実行
される。

図１１中”ＦＥ０１”に示す送信側のフィールド機器は、図１１中”ＳＣ０１”に示すようなセキュリティ通信によって、図１１中”ＧＳ０１”に示すＧＣＫＳサーバに対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて特定のマルチキャストグループに参加する共に”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて通信の秘密を確保するために必要な秘密情報（以下、単に秘密情報）の配布を受ける。

また、この時、図１１中”ＭＧ０１”に示す当該特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”が、図１１中”ＮＳ０１”に示す通信によって図１１中”ＦＥ０１”に示す送信側のフィールド機器に設定される。

一方、図１１中”ＦＥ０３”に示す受信側のフィールド機器は、図１１中”ＳＣ０２”に示すようなセキュリティ通信によって、図１１中”ＧＳ０１”に示すＧＣＫＳサーバに対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて前記特定のマルチキャストグループに参加する共に”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて通信の秘密を確保するために必要な秘密情報（以下、単に秘密情報）の配布を受ける。

また、この時、同様に、図１１中”ＭＧ０１”に示す当該特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”が、図１１中”ＮＳ０２”に示す通信によって図１１中”ＦＥ０２”に示す受信側のフィールド機器に設定される。

そして、図１１中”ＦＥ０１”に示す送信側のフィールド機器は、取得した図１１中”ＭＧ０１”に示すＩＰマルチキャストアドレスに対して、図１１中”ＳＣ０３”に示す配布を受けた秘密情報を用いたセキュリティ通信を行うことによって、図１１中”ＦＥ０２”示す受信側のフィールド機器に対するマルチキャスト通信を行うことができる。

この結果、図１１に示す”ＲＦＣ３７４０（The Multicast Group Security Architecture）”に定義されているマルチキャスト通信をセキュアに行うアーキテクチャを用いることによって、制御システムにおけるマルチキャスト通信をセキュアに行うことが可能になる。

しかし、図１１に示すマルチキャスト通信をセキュアに行うアーキテクチャでは、特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”をセキュアな通信で設定することは未定義である。

このため、セキュリティを確保するためには、何らかの方法で”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”をセキュアな通信で個々のフィールド機器に設定するか、或いは、”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”を個々のフィールド機器に手作業で設定しなければならない。

但し、大規模な制御システムの場合、フィールド機器の数は数万台であり、マルチキャストグループの数も数千規模になり、手作業での設定は実質的に困難であり、誤設定の危険性を増大させる恐れがあると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能な制御システム及びマルチキャスト通信方法を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
フィールド機器の制御を行う制御システムにおいて、
ＩＰネットワークに相互に接続された複数のフィールド機器と、前記ＩＰネットワークに相互に接続され複数の前記フィールド機器の認証やセキュリティ通信に必要な鍵情報を発行する鍵管理サーバと、前記ＩＰネットワークに相互に接続され前記フィールド機器間の相互認証に必要な属性情報を管理提供すると共に特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報が予め設定され、且つ、ＧＣＫＳサーバ機能を有する属性サーバとを備え、起動した前記フィールド機器は、前記鍵管理サーバの認証を行うと共に前記ＩＰネットワーク上に存在する前記属性サーバの情報を取得し、自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから前記グループ情報の通知を受け、前記ＧＣＫＳサーバ機能により特定のマルチキャストグループに参加し、前記ＧＣＫＳサーバ機能により秘密情報の配布を受け、前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことにより、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

請求項２記載の発明は、
フィールド機器の制御を行う制御システムにおいて、
ＩＰネットワークに相互に接続された複数のフィールド機器と、前記ＩＰネットワークに相互に接続され複数の前記フィールド機器の認証やセキュリティ通信に必要な鍵情報を発行する鍵管理サーバと、前記ＩＰネットワークに相互に接続され前記フィールド機器間の相互認証に必要な属性情報を管理提供すると共に特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報が予め設定される属性サーバと、前記ＩＰネットワークに相互に接続されたＧＣＫＳサーバとを備え、起動した前記フィールド機器は、前記鍵管理サーバの認証を行うと共に前記ＩＰネットワーク上に存在する前記属性サーバの情報を取得し、自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから前記グループ情報の通知を受け、前記ＧＣＫＳサーバにより特定のマルチキャストグループに参加し、前記ＧＣＫＳサーバから秘密情報の配布を受け、前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことにより、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である制御システムにおいて、
前記マルチキャスト通信が、
前記フィールド機器間、前記フィールド機器を制御するコントローラ間、若しくは、前記フィールド機器と前記コントローラの間で行われることにより、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

請求項４記載の発明は、
制御システムのマルチキャスト通信方法であって、
起動したフィールド機器が、
鍵管理サーバの認証を行う共にＩＰネットワーク上に存在する属性サーバの情報を取得し、自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報の通知を受け、前記属性サーバのＧＣＫＳサーバ機能により特定のマルチキャストグループに参加し、前記ＧＣＫＳサーバ機能により秘密情報の配布を受け、前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことにより、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

請求項５記載の発明は、
制御システムのマルチキャスト通信方法であって、
起動したフィールド機器が、
鍵管理サーバの認証を行うと共にＩＰネットワーク上に存在する属性サーバの情報を取得し、自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから前記グループ情報の通知を受け、ＧＣＫＳサーバにより特定のマルチキャストグループに参加し、前記ＧＣＫＳサーバから秘密情報の配布を受け、前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことにより、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

請求項６記載の発明は、
請求項４若しくは請求項５記載の発明であるマルチキャスト通信方法でえあって、
前記マルチキャスト通信が、
前記フィールド機器間、前記フィールド機器を制御するコントローラ間、若しくは、前記フィールド機器と前記コントローラの間で行われることにより、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，３，４及び請求項６の発明によれば、属性サーバが、スタートアップ情報と共にグループ情報を起動したフィールド機器に通知することにより、グループ情報をセキュアな通信でフィールド機器に設定することが可能になり、属性サーバが有するＧＣＫＳサーバ機能でマルチキャスト通信を制御することによって、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

また、請求項２，３，５及び請求項６の発明によれば、属性サーバが、スタートアップ情報と共にグループ情報を起動したフィールド機器に通知することにより、グループ情報をセキュアな通信でフィールド機器に設定することが可能になり、ＧＣＫＳサーバがマルチキャスト通信を制御することによって、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る制御システムの一実施例を示す構成ブロック図である。

図１において１０，１２，１３，１４，１５，１６及び１７は図９と同一符号を付してあり、１８はフィールド機器間の相互認証に必要な属性情報（識別子やＩＰアドレス等）を管理提供すると共に特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”が予め設定され、且つ、ＧＣＫＳサーバ機能を有する属性サーバ、１０６はＩＰネットワークである。

鍵管理サーバ１０、属性サーバ１８及びＤＨＣＰサーバ１２はＩＰネットワーク１０６に相互に接続され、コントローラ１３及び１４とフィールド機器１５，１６及び１７もまたＩＰネットワーク１０６に相互に接続される。

ここで、図１に示す実施例の動作を図２及び図３を用いて説明する。図２はフィールド機器のセキュアな起動シーケンスを説明する説明図、図３はセキュアなマルチキャスト通信を説明する説明図である。ちなみに、セキュリティ通信に関しては”施錠された錠前”の記号を付している。

図２中（１）において起動したフィールド機器（例えば、フィールド機器１５）は、ＤＨＣＰサーバ１２に対してＩＰネットワーク１０６上に存在する鍵管理サーバ１０の識別子やＩＰアドレス等の情報の検索を行って情報を取得する。

そして、図２中（２）においてフィールド機器１５は、鍵管理サーバ１０の取得した識別子やＩＰアドレス等の情報を用いて鍵管理サーバ１０の認証を行うと共に図２中（３）においてフィールド機器１５は、ＩＰネットワーク１０６上に存在する属性サーバ１８の識別子やＩＰアドレス等の情報の検索を行って情報を取得する。

ちなみに、図２中（２）及び図２中（３）における通信は、Ｋｅｒｂｅｒｏｓ認証によるセキュリティ通信であり、セキュリティ通信であることを明確にするために、図２中（２）及び図２中（３）には”施錠された錠前”の記号及び”Ｋｅｒｂｅｒｏｓ”の文字を付している。

また、図２中（４）においてフィールド機器１５は、識別子やＩＰアドレス等の自己情報を属性サーバ１８に登録すると共に必要とするスタートアップ情報を属性サーバ１８から取得し、且つ、属性サーバ１８から特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”の通知を受ける。

さらに、図２中（４）においてフィールド機器１５は、属性サーバ１８（具体的には、ＧＣＫＳサーバ機能）に対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて特定のマルチキャストグループに参加する。

最後に、図２中（５）においてフィールド機器１５は、属性サーバ１８（具体的には、ＧＣＫＳサーバ機能）に対して”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて秘密情報の配布を受ける。

また、図２中（４）及び図２中（５）における通信は、ＩＰｓｅｃ（IP Security）によるパケットの暗号化及び認証によるセキュリティ通信であり、セキュリティ通信であることを明確にするために、図２中（４）及び図２中（５）には”施錠された錠前”の記号及び”ＩＰｓｅｃ”の文字を付している。

一方、図３中”ＰＳ１１”に示す属性サーバはＧＣＫＳサーバ機能を併せ持ち、フィールド機器間の相互認証に必要な属性情報を管理提供すると共にセキュアなマルチキャスト通信に必要な制御を行うサーバであり、前述のような５つの機能（説明は省略する。）を主に提供する。

図３中”ＦＥ１１”に示す送信側のフィールド機器は、図３中”ＳＣ１１”に示すようなセキュリティ通信によって、図３中”ＰＳ１１”に示す属性サーバ（具体的には、ＧＣＫＳサーバ機能）に対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて特定のマルチキャストグループに参加する共に”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて通信の秘密を確保するために必要な秘密情報（以下、単に秘密情報）の配布を受ける。

また、この時、図３中”ＦＥ１１”に示す送信側のフィールド機器は、図３中”ＳＣ１３”に示すようなセキュリティ通信によって、図３中”ＰＳ１１”に示す属性サーバ（具体的には、ＧＣＫＳサーバ機能）から図３中”ＭＧ１１”に示す前記特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”の通知を受ける。

一方、図３中”ＦＥ１２”に示す受信側のフィールド機器は、図３中”ＳＣ１２”に示すようなセキュリティ通信によって、図３中”ＰＳ１１”に示す属性サーバ（具体的には、ＧＣＫＳサーバ機能）に対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて前記特定のマルチキャストグループに参加する共に”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて通信の秘密を確保するために必要な秘密情報（以下、単に秘密情報）の配布を受ける。

また、この時、同様に、図３中”ＦＥ１２”に示す受信側のフィールド機器は、図３中”ＳＣ１４”に示すようなセキュリティ通信によって、図３中”ＰＳ１１”に示す属性サーバ（具体的には、ＧＣＫＳサーバ機能）から図３中”ＭＧ１１”に示す前記特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”の通知を受ける。

そして、図３中”ＦＥ１１”に示す送信側のフィールド機器は、取得した図３中”ＭＧ１１”に示すＩＰマルチキャストアドレスに対して、図３中”ＳＣ１５”に示す配布を受けた秘密情報を用いたセキュリティ通信を行うことによって、図３中”ＦＥ１２”示す受信側のフィールド機器に対するマルチキャスト通信を行うことができる。

この結果、属性サーバ１８が、スタートアップ情報と共にグループ情報である”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”を起動したフィールド機器に通知することにより、”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”をセキュアな通信（ＩＰｓｅｃ）でフィールド機器に設定することが可能になり、属性サーバが有するＧＣＫＳサーバ機能でマルチキャスト通信を制御することによって、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

なお、図１に示す実施例の説明に際しては、鍵管理サーバ１０を検索するためにＤＨＣＰサーバを設けているが、鍵管理サーバ１０の識別子やＩＰアドレス等の情報が予め分かっていれば、ＤＨＣＰサーバは必須の構成要素ではない。

また、図１に示す実施例の説明に際しては、フィールド機器間のマルチキャスト通信を例示して説明しているが、勿論、コントローラ間、或いは、コントローラとフィールド機器間のマルチキャスト通信に適用しても構わない。

また、図１に示す実施例の説明に際しては、属性サーバ１８にＧＣＫＳサーバ機能を持たせているが、属性サーバ１８とは別個にＧＣＫＳサーバを設けても構わない。

図４はこのような本発明に係る制御システムの他の実施例を示す構成ブロック図である。図４において１０，１２，１３，１４，１５，１６及び１７は図１と同一符号を付してあり、１９はフィールド機器間の相互認証に必要な属性情報（識別子やＩＰアドレス等）を管理提供すると共に特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”が予め設定された属性サーバ、２０はＧＣＫＳサーバ、１０７はＩＰネットワークである。

鍵管理サーバ１０、属性サーバ１９、ＤＨＣＰサーバ１２及びＧＣＫＳサーバ２０はＩＰネットワーク１０７に相互に接続され、コントローラ１３及び１４とフィールド機器１５，１６及び１７もまたＩＰネットワーク１０７に相互に接続される。

ここで、図４に示す実施例の動作を図５及び図６を用いて説明する。図５はフィールド機器のセキュアな起動シーケンスを説明する説明図、図６はセキュアなマルチキャスト通信を説明する説明図である。ちなみに、セキュリティ通信に関しては”施錠された錠前”の記号を付している。

図５中（１）において起動したフィールド機器（例えば、フィールド機器１５）は、ＤＨＣＰサーバ１２に対してＩＰネットワーク１０７上に存在する鍵管理サーバ１０の識別子やＩＰアドレス等の情報の検索を行って情報を取得する。

そして、図５中（２）においてフィールド機器１５は、鍵管理サーバ１０の取得した識別子やＩＰアドレス等の情報を用いて鍵管理サーバ１０の認証を行うと共に図５中（３）においてフィールド機器１５は、ＩＰネットワーク１０７上に存在する属性サーバ１９の識別子やＩＰアドレス等の情報の検索を行って情報を取得する。

ちなみに、図５中（２）及び図５中（３）における通信は、Ｋｅｒｂｅｒｏｓ認証によるセキュリティ通信であり、セキュリティ通信であることを明確にするために、図５中（２）及び図５中（３）には”施錠された錠前”の記号及び”Ｋｅｒｂｅｒｏｓ”の文字を付している。

また、図５中（４）においてフィールド機器１５は、識別子やＩＰアドレス等の自己情報を属性サーバ１９に登録すると共に必要とするスタートアップ情報を属性サーバ１９から取得し、且つ、属性サーバ１９から特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”の通知を受ける。

さらに、図５中（５）においてフィールド機器１５は、ＧＣＫＳサーバ２０に対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて特定のマルチキャストグループに参加すると共にＧＣＫＳサーバ２０に対して”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて秘密情報の配布を受ける。

また、図５中（４）及び図５中（５）における通信は、ＩＰｓｅｃ（IP Security）によるパケットの暗号化及び認証によるセキュリティ通信であり、セキュリティ通信であることを明確にするために、図５中（４）及び図５中（５）には”施錠された錠前”の記号及び”ＩＰｓｅｃ”の文字を付している。

一方、図６中”ＰＳ２１”に示す属性サーバは、フィールド機器間の相互認証に必要な属性情報を管理提供すると共にグループ情報である”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”が予め設定されている。

図６中”ＦＥ２１”に示す送信側のフィールド機器は、図６中”ＳＣ２１”に示すようなセキュリティ通信によって、図６中”ＰＳ２１”に示す属性サーバから図６中”ＭＧ２１”に示す前記特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”の通知を受ける。

また、図６中”ＧＳ２１”に示すＧＣＫＳサーバは、セキュアなマルチキャスト通信に必要な制御を行うサーバであり、前述のような５つの機能（説明は省略する。）を主に提供する。

図６中”ＦＥ２１”に示す送信側のフィールド機器は、図６中”ＳＣ２３”に示すようなセキュリティ通信によって、図６中”ＧＳ２１”に示すＧＣＫＳサーバに対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて特定のマルチキャストグループに参加する共に”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて通信の秘密を確保するために必要な秘密情報（以下、単に秘密情報）の配布を受ける。

一方、図６中”ＦＥ２２”に示す受信側のフィールド機器は、図６中”ＳＣ２２”に示すようなセキュリティ通信によって、図６中”ＰＳ２１”に示す属性サーバから図６中”ＭＧ２１”に示す前記特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報であるＩＰマルチキャストアドレス等の”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”の通知を受ける。

そして、図６中”ＦＥ２２”に示す受信側のフィールド機器は、図６中”ＳＣ２４”に示すようなセキュリティ通信によって、図６中”ＧＳ２１”に示すＧＣＫＳサーバに対して”Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”を用いて前記特定のマルチキャストグループに参加する共に”Ｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”を用いて通信の秘密を確保するために必要な秘密情報（以下、単に秘密情報）の配布を受ける。

そして、図６中”ＦＥ２１”に示す送信側のフィールド機器は、取得した図６中”ＭＧ２１”に示すＩＰマルチキャストアドレスに対して、図６中”ＳＣ２５”に示す配布を受けた秘密情報を用いたセキュリティ通信を行うことによって、図６中”ＦＥ２２”示す受信側のフィールド機器に対するマルチキャスト通信を行うことができる。

この結果、属性サーバ１９が、スタートアップ情報と共にグループ情報である”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”を起動したフィールド機器に通知することにより、”Ｍｕｌｔｉｃａｓｔｇｒｏｕｐｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”をセキュアな通信（ＩＰｓｅｃ）でフィールド機器に設定することが可能になり、ＧＣＫＳサーバ２０がマルチキャスト通信を制御することによって、ＩＰネットワークを用いてセキュアなマルチキャスト通信を行うことが可能になる。

本発明に係る制御システムの一実施例を示す構成ブロック図である。フィールド機器のセキュアな起動シーケンスを説明する説明図である。セキュアなマルチキャスト通信を説明する説明図である。本発明に係る制御システムの他の実施例を示す構成ブロック図である。フィールド機器のセキュアな起動シーケンスを説明する説明図である。セキュアなマルチキャスト通信を説明する説明図である。従来の制御システムの一例を示す構成ブロック図である。従来の制御システムの他の一例を示す構成ブロック図である。従来の制御システムの他の一例を示す構成ブロック図である。フィールド機器のセキュアな起動シーケンスを説明する説明図である。セキュアなマルチキャスト通信を説明する説明図である。

符号の説明

１，２，８，９フィールド機器群
３，４，１３，１４コントローラ
５，６制御端末
７情報端末
１０鍵管理サーバ
１１，１８，１９属性サーバ
１２ＤＨＣＰサーバ、
１５，１６，１７フィールド機器
２０ＧＣＫＳサーバ
１００，１０１フィールドネットワーク
１０２制御ネットワーク
１０３情報ネットワーク
１０４制御／フィールドネットワーク
１０５，１０６，１０７ＩＰネットワーク

Claims

フィールド機器の制御を行う制御システムにおいて、
ＩＰネットワークに相互に接続された複数のフィールド機器と、
前記ＩＰネットワークに相互に接続され複数の前記フィールド機器の認証やセキュリティ通信に必要な鍵情報を発行する鍵管理サーバと、
前記ＩＰネットワークに相互に接続され前記フィールド機器間の相互認証に必要な属性情報を管理提供すると共に特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報が予め設定され、且つ、ＧＣＫＳサーバ機能を有する属性サーバとを備え、
起動した前記フィールド機器は、前記鍵管理サーバの認証を行うと共に前記ＩＰネットワーク上に存在する前記属性サーバの情報を取得し、自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから前記グループ情報の通知を受け、前記ＧＣＫＳサーバ機能により特定のマルチキャストグループに参加し、前記ＧＣＫＳサーバ機能により秘密情報の配布を受け、前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことを特徴とする制御システム。
フィールド機器の制御を行う制御システムにおいて、
ＩＰネットワークに相互に接続された複数のフィールド機器と、
前記ＩＰネットワークに相互に接続され複数の前記フィールド機器の認証やセキュリティ通信に必要な鍵情報を発行する鍵管理サーバと、
前記ＩＰネットワークに相互に接続され前記フィールド機器間の相互認証に必要な属性情報を管理提供すると共に特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報が予め設定される属性サーバと、
前記ＩＰネットワークに相互に接続されたＧＣＫＳサーバとを備え、
起動した前記フィールド機器は、前記鍵管理サーバの認証を行うと共に前記ＩＰネットワーク上に存在する前記属性サーバの情報を取得し、自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから前記グループ情報の通知を受け、前記ＧＣＫＳサーバにより特定のマルチキャストグループに参加し、前記ＧＣＫＳサーバから秘密情報の配布を受け、前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことを特徴とする制御システム。
前記マルチキャスト通信が、
前記フィールド機器間、前記フィールド機器を制御するコントローラ間、若しくは、前記フィールド機器と前記コントローラの間で行われることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の制御システム。
制御システムのマルチキャスト通信方法であって、
起動したフィールド機器が、
鍵管理サーバの認証を行う共にＩＰネットワーク上に存在する属性サーバの情報を取得し、
自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから特定のマルチキャストグループ内でのマルチキャスト通信に必要なグループ情報の通知を受け、
前記属性サーバのＧＣＫＳサーバ機能により特定のマルチキャストグループに参加し、
前記ＧＣＫＳサーバ機能により秘密情報の配布を受け、
前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことを特徴とするマルチキャスト通信方法。
制御システムのマルチキャスト通信方法であって、
起動したフィールド機器が、
鍵管理サーバの認証を行うと共にＩＰネットワーク上に存在する属性サーバの情報を取得し、
自己情報を前記属性サーバに登録すると共に必要とするスタートアップ情報を前記属性サーバから取得し、且つ、前記属性サーバから前記グループ情報の通知を受け、
ＧＣＫＳサーバにより特定のマルチキャストグループに参加し、
前記ＧＣＫＳサーバから秘密情報の配布を受け、
前記グループ情報及び前記秘密情報に基づきマルチキャスト通信を行うことを特徴とするマルチキャスト通信方法。
前記マルチキャスト通信が、
前記フィールド機器間、前記フィールド機器を制御するコントローラ間、若しくは、前記フィールド機器と前記コントローラの間で行われることを特徴とする
請求項４若しくは請求項５記載のマルチキャスト通信方法。