JP6599755B2 - 通信システム、通信マスタ及び端末 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、通信マスタ及び端末に関する。

従来、通信マスタから端末に電波を送信し、その電波を受信した端末から電波を通信マスタに返信させ、通信マスタが受信した電波（受信信号）から遅延時間を推定する遅延時間推定装置が周知である（例えば、特許文献１〜４等参照）。特許文献１〜４でも示されるように、この種の遅延時間推定装置は、車両及び電子キーの間でキー照合を無線により行う電子キーシステムへの適用が検討されている。これは、車両及び電子キーの通信を中継器によって不正に成立させられ、意図しないところでＩＤ照合が成立されてしまうことを防止するためである。

特開平９−１７０３６４号公報 特開２００３−１３６４４号公報 特開２００６−５１２５１５号公報 特開２００８−５１５３１５号公報

ところで、例えば通信マスタのＣＰＵのクロックと端末のＣＰＵのクロックとにずれが発生していると、このずれが、遅延時間の演算に反映され、正しい遅延時間を演算するのに支障が生じる。よって、遅延時間を精度よく算出したいニーズがあった。

本発明の目的は、遅延時間の推定の精度を向上することができる通信システム、通信マスタ及び端末を提供することにある。

前記問題点を解決する通信システムは、端末、及び前記端末と通信する通信マスタを有する通信システムであって、前記通信マスタは、送信信号を前記端末に送信し、前記端末は、前記送信信号を受信してから所定時間後に前記送信信号に対する返信である返信信号を送信し、前記通信マスタは、前記返信信号を受信し、前記通信マスタは、前記送信信号の送信時刻から前記返信信号の受信時刻までの時間である遅延時間を、前記通信マスタのクロックに基づいて測定する測定部を備え、前記端末は、前記所定時間を変化させる切替部を備え、前記通信システムは、前記測定を複数回実行し、前記切替部は、前記所定時間を、前記測定が前に実行された際に使用された第１の所定時間から、既知である規定時間に対応する前記端末のクロックに基づいて演算した時間だけ前記第１の所定時間を変更した第２の所定時間に変化させ、前記通信マスタは、前記規定時間、前記所定時間が前記第１の所定時間である場合に測定した前記遅延時間、及び前記所定時間が前記第２の所定時間である場合に測定した前記遅延時間に基づいて、前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定する誤差算出部を備えた。

前記通信システムにおいて、前記通信マスタは、前記誤差算出部が推定した前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差に基づいて、前記送信信号の送信時刻から前記返信信号の受信時刻までの時間である前記遅延時間を補正する補正処理部をさらに備える。

前記通信システムにおいて、前記遅延時間は、前記通信マスタから送信された前記送信信号が前記端末に到達するまでの時間である往路遅延時間、前記所定時間、及び前記端末から送信された前記返信信号が前記通信マスタに到達するまでの時間である復路遅延時間を含み、前記補正処理部は、前記遅延時間のうち前記所定時間を補正する。

前記通信システムにおいて、前記補正処理部によって求められた前記遅延時間を基に、前記通信マスタ及び端末の間の通信の正否を判定する正否判定部を備えることが好ましい。この構成によれば、通信を不正に成立させてしまう状況が生じ難くなるので、通信成立のセキュリティ性を確保することが可能となる。

前記通信システムにおいて、前記誤差算出部は、前記所定時間が前記第１の所定時間である場合に測定した前記遅延時間に前記規定時間を加算した値を正値とし、前記所定時間が前記第２の所定時間である場合に測定した前記遅延時間と前記正値との差から、前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定することが好ましい。この構成によれば、クロックの誤差を簡単な計算、かつ精度よく求めるのに有利となる。

前記通信システムにおいて、前記通信マスタが車両に設けられ、前記端末が電子キーであり、前記車両及び電子キーの間で行われるＩＤ照合の通信の正否が判定されることが好ましい。この構成によれば、車両及び電子キーの間の通信セキュリティを確保することが可能となるので、例えば車両盗難に対する安全性を確保するのに有利となる。
前記問題点を解決する通信マスタは、端末と通信する通信マスタであって、送信信号を前記端末に送信し、前記端末が前記送信信号を受信してから所定時間後に前記送信信号に対する返信として送信する返信信号を受信し、前記送信信号の送信時刻から前記返信信号の受信時刻までの時間である遅延時間を、前記通信マスタのクロックに基づいて測定する測定部と、前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定する誤差算出部と、を備え、前記測定部は、前記測定を複数回実行し、前記端末は、前記所定時間を、前記測定が前に実行された際に使用された第１の所定時間から、既知である規定時間に対応する前記端末のクロックに基づいて演算した時間だけ前記第１の所定時間を変更した第２の所定時間に変化させ、前記誤差算出部は、前記規定時間、前記所定時間が前記第１の所定時間である場合に測定した前記遅延時間、及び前記所定時間が前記第２の所定時間である場合に測定した前記遅延時間に基づいて、前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定する。
前記問題点を解決する端末は、通信マスタと通信する端末であって、前記通信マスタから送信された送信信号を受信し、前記送信信号を受信してから所定時間後に前記送信信号に対する返信である返信信号を送信することを含む通信処理を複数回実行する際に前記所定時間を変化させる切替部を備え、前記切替部は、前記所定時間を、前記通信処理が前に実行された際に使用された第１の所定時間から、既知である規定時間に対応する前記端末のクロックに基づいて演算した時間だけ前記第１の所定時間を変更した第２の所定時間に変化させる。

本発明によれば、遅延時間の推定の精度を向上することができる。

一実施形態の遅延時間推定装置の構成図。 遅延時間の測定の仕方を説明するシーケンス図。 クロックに誤差が発生していないときの通信のシーケンス図。 クロックに誤差が発生しているときの通信のシーケンス図。

以下、遅延時間推定装置の一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、遅延時間推定装置１は、遅延時間Ｔｓの推定の動作を管理する通信マスタ２と、遅延時間推定の対象となる端末３とを備える。通信マスタ２及び端末３は、双方が交互に電波を送信し合う半二重通信を通じて、遅延時間Ｔｓの推定を行う。また、通信マスタ２及び端末３の間の通信に用いる周波数は、同じに限らず異なっていてもよく、種々の周波数が採用可能である。

通信マスタ２は、遅延時間Ｔｓを測定する時間測定部４を備える。時間測定部４は、通信マスタ２から送信電波Ｓａを送信させ、この送信電波Ｓａに対する応答として、返信電波Ｓｂを端末３に返信させる。このとき、時間測定部４は、通信マスタ２から送信電波Ｓａを送信してから、端末３が送信した返信電波Ｓｂを受信するまでの時間を求めることにより、遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓを測定（推定）する。時間測定部４は、電波を送受信して遅延時間Ｔｓを計測する処理を複数回実施する。

遅延時間推定装置１は、測定した遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓを基に通信マスタ２及び端末３の間の通信の正否を判定する正否判定部５を備える。正否判定部５は、通信マスタ２に設けられる。正否判定部５は、遅延時間Ｔｓが規定時間内に収まるか否か、又は規定の変化をとるか否かを確認することにより、いま確立している通信の正否を判定する。また、例えば通信マスタ２が車両に設けられ、端末３が電子キーであり、車両及び電子キーの間で行われるＩＤ照合の通信の正否が判定されることが好ましい。

図２に示すように、遅延時間推定装置１が推定する遅延時間（以降、推定遅延時間と記す）Ｔｓは、通信マスタ２から送信された送信電波Ｓａが端末３に到達するまでの往路遅延時間「τ」と、端末３が送信電波Ｓａを保持するデータ保持時間「ｔ１」と、端末３から送信された返信電波Ｓｂが通信マスタ２に到達するまでの復路遅延時間「τ」とを合算した値に相当する。このように、推定遅延時間Ｔｓは、「２τ＋ｔ１」から求まる。このように、データ保持時間ｔ１を予め通信マスタ２及び端末３の間で共有しておき、推定遅延時間Ｔｓからデータ保持時間ｔ１を減算すれば、遅延時間τを算出できることが分かる。

図１に戻り、遅延時間推定装置１は、通信マスタ２のＣＰＵのクロックと端末３のＣＰＵのクロックとの間のずれ（誤差）を補正するクロックずれ補正機能を備える。本例のクロックずれ補正機能は、端末３から通信マスタ２に返信電波Ｓｂを送信するときのタイミングを意識的にずらし、このずらし量が正しい値をとるか否かを判定することを通じて、クロックの誤差ｅを求めるものである。

この場合、遅延時間推定装置１は、端末３で送信電波Ｓａを受信してから返信電波Ｓｂを返信するまでに要する時間（データ保持時間ｔ１）を規定時間Δｔ、変化させるタイミング切替部８を備える。タイミング切替部８は、端末３に設けられている。タイミング切替部８は、複数回行われる遅延時間測定の所定回のとき、返信電波Ｓｂの送信タイミングを変化させることが好ましい。規定時間Δｔは、予め通信マスタ２及び端末３の間で共有された既知の値である。

遅延時間推定装置１は、遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓ及び規定時間Δｔを基に通信マスタ２及び端末３の間のクロックずれを求める誤差算出部９を備える。誤差算出部９は、通信マスタ２に設けられている。誤差算出部９は、受信した返信電波Ｓｂから求めた遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓと、既知である規定時間Δｔとを基に、通信マスタ２及び端末３のクロックの誤差ｅを算出する。

遅延時間推定装置１は、誤差算出部９により算出されたクロックの誤差ｅを基に遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓを補正する補正処理部１０を備える。補正処理部１０は、通信マスタ２に設けられている。補正処理部１０は、誤差算出部９により算出された誤差ｅを、時間測定部４により求められた遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓに反映することにより、遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓを補正する。正否判定部５は、補正後の遅延時間（推定遅延時間）Ｔｓを基に、通信マスタ２及び端末３の間の通信の正否を判定する。

次に、図３及び図４を用いて、遅延時間推定装置１の動作を説明する。
［クロックずれがない場合］
図３に示すように、まず通信マスタ２のＣＰＵと端末３のＣＰＵとの間にクロックずれがない場合を想定する。クロックの誤差ｅの判定に先立ち、通信マスタ２及び端末３は、通常通りの形式に沿い、遅延時間Ｔｓを測定する。すなわち、端末３は、通信マスタ２から送信電波Ｓａを受信すると、規定時間Δｔを待つことなく、データ保持時間ｔ１経過後、返信電波Ｓｂを送信する。通信マスタ２は、端末３から返信電波Ｓｂを受信すると、遅延時間「Ｔｓ１」を算出する。

また、複数回実行される遅延時間推定において、タイミング切替部８は、遅延時間推定の所定回のとき、返信電波Ｓｂを、既知である規定時間Δｔだけずらして通信マスタ２に送信する。すなわち、タイミング切替部８は、返信電波Ｓｂの送信タイミングを意識的にずらすようにする。本例の場合、端末３は、送信電波Ｓａを受信してからデータ保持時間ｔ２経過後、返信電波Ｓｂを送信する。通信マスタ２は、端末３から送信された返信電波Ｓｂを、通常時に対して規定時間Δｔだけ遅れたタイミングで受信し、遅延時間「Ｔｓ２」を算出する。

規定時間Δｔ遅らせた返信電波Ｓｂから遅延時間Ｔｓ２を算出した後、誤差算出部９は、クロックの誤差ｅを算出する。本例の場合、誤差算出部９は、返信電波Ｓｂの送信を規定時間Δｔ変化させない状態下で求めた遅延時間（第１遅延時間「Ｔｓ１」）に規定時間Δｔを加算した値を正値Ｔｋとし、返信電波Ｓｂの送信を規定時間Δｔ変化させた状態下で求めた遅延時間（第２遅延時間「Ｔｓ２」）が正値Ｔｋに対してどれだけずれているかを求めて、クロックの誤差ｅを算出する。

ここでは、クロックずれがない場合を想定しているので、正値Ｔｋに対する差ΔＴｋ（図４参照）は、「０」又はその近似値をとる。誤差算出部９は、差ΔＴｋが「０」又はその近似値をとることを確認すると、クロックずれがない（誤差ｅ＝０である）と認識する。

［クロックずれがある場合］
図４に示すように、続いて通信マスタ２のＣＰＵと端末３のＣＰＵとの間にクロックずれがある場合を想定する。なお、クロックに誤差ｅが存在する場合、端末３におけるデータ保持時間ｔ１’は、「ｔ１×（１＋ｅ）」の値をとる。すなわち、クロックずれのない通常時のｔ１に「ｔ１×ｅ」のずれが発生した時間長となる。また、通信マスタ２において算出される遅延時間Ｔｓ１’は、「２τ＋ｔ１×（１＋ｅ）」となる。すなわち、クロックずれのない通常のＴｓ１に、「ｔ１×ｅ」のずれが発生した時間長となる。

また、複数回実行される遅延時間推定において、タイミング切替部８は、遅延時間推定の所定回のとき、返信電波Ｓｂを、既知である規定時間Δｔだけずらして通信マスタ２に送信する。ここでは、端末３におけるデータ保持時間ｔ２’は、「（ｔ１＋Δｔ）×（１＋ｅ）」の値をとる。すなわち、返信電波Ｓｂの送信に規定時間Δｔの変化を持たせないときのデータ保持時間ｔ１’に、（１＋ｅ）×Δｔだけ遅れた時間長となる。また、通信マスタ２において算出される遅延時間Ｔｓ２’は、「２τ＋（ｔ１＋Δｔ）×（１＋ｅ）」となる。すなわち、返信電波Ｓｂの送信に規定時間Δｔの変化を持たせないときの推定遅延時間Ｔｓ１’に、（１＋ｅ）×Δｔのずれが発生した時間長となる。

誤差算出部９は、返信電波Ｓｂの送信を規定時間Δｔ変化させない状態下で求めた遅延時間（第１遅延時間「Ｔｓ１’」）に規定時間Δｔを加算した値を正値Ｔｋに対し、返信電波Ｓｂの送信を規定時間変化させた状態下で求めた遅延時間（第２遅延時間「Ｔｓ２’」）がどれだけずれているのかを確認すべく、これらの差ΔＴｋを求める。ここでは、差ΔＴｋが「０」よりも大きくなる。

誤差算出部９は、差ΔＴｋが「０」又はその近似値を超えることを確認すると、クロックずれを補正すべきと認識する。このとき、補正処理部１０は、第１遅延時間Ｔｓ１’と第２遅延時間Ｔｓ２’との差ΔＴｋを求め、この差ΔＴｋからクロックの誤差ｅを算出する。そして、補正処理部１０は、誤差算出部９により算出された誤差ｅを第２遅延時間Ｔｓ２’に反映して、推定遅延時間Ｔｓを計算し直す。これにより、遅延時間推定の演算が、クロックの誤差ｅに影響を受けなくなる。そして、正否判定部５は、以上のようにして算出された複数の推定遅延時間Ｔｓを判断材料に、通信の正否を判定する。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）遅延時間Ｔｓを測定するにあたり、端末３で送信電波Ｓａを受信してから返信電波Ｓｂを返信するまでに要する時間（データ保持時間ｔ１，ｔ１’）を、規定時間Δｔ、変化させ、実際に求めた遅延時間Ｔｓ（Ｔｓ１，Ｔｓ２）と、既知である規定時間Δｔとを基に、通信マスタ２及び端末３の間のクロックの誤差ｅを求める。このとき、クロックに誤差ｅがなければ、遅延時間Ｔｓが規定時間Δｔだけずれるのに対し、クロックに誤差ｅがあると、遅延時間Ｔｓのずれが規定時間Δｔとはならない。これにより、クロック誤差を算出して、演算により求めた遅延時間Ｔｓに反映することが可能となる。よって、遅延時間Ｔｓの推定の精度を向上することができる。

（２）通信マスタ２から端末３の間で電波を送受信して遅延時間Ｔｓを推定する処理は、複数回実行される。これにより、遅延時間Ｔｓのデータを複数収集して、最終的な遅延時間Ｔｓを割り出すことが可能となる。よって、遅延時間Ｔｓを精度よく求めるのに一層有利となる。

（３）補正処理部１０によって求められた補正後の遅延時間Ｔｓを基に、正否判定部５によって通信マスタ２及び端末３の間の通信の正否が判定される。よって、通信を不正に成立させてしまう状況が生じ難くなるので、通信成立のセキュリティ性を確保することができる。

（４）誤差算出部９は、返信電波Ｓｂの送信を規定時間Δｔ変化させない状態下で求めた遅延時間Ｔｓ（Ｔｓ１，Ｔｓ１’）に規定時間Δｔを加算した値を正値Ｔｋとし、返信電波Ｓｂの送信を規定時間Δｔ変化させた状態下で求めた遅延時間Ｔｓ（Ｔｓ２，Ｔｓ２’）と正値Ｔｋとの差ΔＴｋから、クロックの誤差ｅを算出する。よって、クロックの誤差ｅを簡単な計算、かつ精度よく求めるのに有利となる。

（５）通信マスタ２が車両に設けられ、端末３が電子キーであり、車両及び電子キーの間で行われるＩＤ照合の通信の正否が判定される。よって、車両及び電子キーの間の通信セキュリティを確保することが可能となるので、例えば車両盗難に対する安全性を確保するのに有利となる。

（６）通信の正否を判定するにあたり、例えば測定した遅延時間Ｔｓが前回と今回とで同じ値をとるとき、通信成立を許可しないようにしてもよい。これは、通常ならば端末３が徐々に通信マスタ２に近づいてくるであろうことを前提とし、遅延時間Ｔｓが同一となるときは、保管場所に置かれている端末３が中継器等を用いて不正に通信確立が試みられたとして、通信成立を不許可とする。こうすれば、通信成立のセキュリティ性を確保するのに一層有利となる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・規定時間Δｔは、一定時間に限らず、途中で切り替わるなど、可変としてもよい。
・クロックずれの確認は、１回のみ実施されることに限らず、複数回実施されてもよい。

・通信マスタ２が電子キーに設けられ、端末３相当の部材が車両に設けられてもよい。
・通信マスタ２は、種々の機器や装置に搭載可能である。
・送信電波Ｓａは、種々の電波に変更可能である。例えば、電子キーシステムに適用した場合、ＩＤ照合の通信課程で送受される電波を用いてもよい。すなわち、種々の通信の過程に本例の遅延時間測定のロジックを組み込むことが可能である。

・送信電波Ｓａや返信電波Ｓｂのデータ内容は、どのような情報でもよい。
・端末３は、電子キーに限らず、種々の通信端末に変更可能である。
・通信マスタ２及び端末３は、半二重通信方式に限らず、全二重通信方式により遅延時間Ｔｓを推定してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記遅延時間推定装置において、前記遅延時間（推定遅延時間）は、前記返信電波の送信を規定時間変化させない状態下で求めた第１遅延時間（第１推定遅延時間）と、前記返信電波の送信を規定時間変化させた状態下で求めた第２遅延時間（第２推定遅延時間）とを備える。この構成によれば、これらパラメータを用いて、クロックの誤差を算出することが可能となる。

１…遅延時間推定装置、２…通信マスタ、３…端末、４…時間測定部、５…正否判定部、８…タイミング切替部、９…誤差算出部、１０補正処理部、Ｓａ…送信電波、Ｓｂ…返信電波、Ｔｓ（Ｔｓ１，Ｔｓ２，Ｔｓ１’，Ｔｓ２’）…遅延時間、ｔ１，ｔ２，ｔ１’，ｔ２’…データ保持時間、Δｔ…規定時間、ｅ…クロックの誤差、Ｔｋ…正値、差…ΔＴｋ。

Claims (8)

1. 端末、及び前記端末と通信する通信マスタを有する通信システムであって、
   前記通信マスタは、送信信号を前記端末に送信し、
   前記端末は、前記送信信号を受信してから所定時間後に前記送信信号に対する返信である返信信号を送信し、
   前記通信マスタは、前記返信信号を受信し、
   前記通信マスタは、前記送信信号の送信時刻から前記返信信号の受信時刻までの時間である遅延時間を、前記通信マスタのクロックに基づいて測定する測定部を備え、
   前記端末は、前記所定時間を変化させる切替部を備え、
   前記通信システムは、前記測定を複数回実行し、
   前記切替部は、前記所定時間を、前記測定が前に実行された際に使用された第１の所定時間から、既知である規定時間に対応する前記端末のクロックに基づいて演算した時間だけ前記第１の所定時間を変更した第２の所定時間に変化させ、
   前記通信マスタは、前記規定時間、前記所定時間が前記第１の所定時間である場合に測定した前記遅延時間、及び前記所定時間が前記第２の所定時間である場合に測定した前記遅延時間に基づいて、前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定する誤差算出部を備える、通信システム。
2. 前記通信マスタは、前記誤差算出部が推定した前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差に基づいて、前記送信信号の送信時刻から前記返信信号の受信時刻までの時間である前記遅延時間を補正する補正処理部をさらに備える、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記遅延時間は、前記通信マスタから送信された前記送信信号が前記端末に到達するまでの時間である往路遅延時間、前記所定時間、及び前記端末から送信された前記返信信号が前記通信マスタに到達するまでの時間である復路遅延時間を含み、
   前記補正処理部は、前記遅延時間のうち前記所定時間を補正する、請求項２に記載の通信システム。
4. 前記補正処理部によって求められた前記遅延時間を基に、前記通信マスタ及び前記端末の間の通信の正否を判定する正否判定部を備える、請求項２又は請求項３に記載の通信システム。
5. 前記誤差算出部は、前記所定時間が前記第１の所定時間である場合に測定した前記遅延時間に前記規定時間を加算した値を正値とし、前記所定時間が前記第２の所定時間である場合に測定した前記遅延時間と前記正値との差から、前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の通信システム。
6. 前記通信マスタが車両に設けられ、前記端末が電子キーであり、前記車両及び前記電子キーの間で行われるＩＤ照合の通信の正否が判定される、請求項４に記載の通信システム。
7. 端末と通信する通信マスタであって、
   送信信号を前記端末に送信し、前記端末が前記送信信号を受信してから所定時間後に前記送信信号に対する返信として送信する返信信号を受信し、前記送信信号の送信時刻から前記返信信号の受信時刻までの時間である遅延時間を、前記通信マスタのクロックに基づいて測定する測定部と、
   前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定する誤差算出部と、
   を備え、
   前記測定部は、前記測定を複数回実行し、
   前記端末は、前記所定時間を、前記測定が前に実行された際に使用された第１の所定時間から、既知である規定時間に対応する前記端末のクロックに基づいて演算した時間だけ前記第１の所定時間を変更した第２の所定時間に変化させ、
   前記誤差算出部は、前記規定時間、前記所定時間が前記第１の所定時間である場合に測定した前記遅延時間、及び前記所定時間が前記第２の所定時間である場合に測定した前記遅延時間に基づいて、前記通信マスタ及び前記端末の間のクロックの誤差を推定する、通信マスタ。
8. 通信マスタと通信する端末であって、
   前記通信マスタから送信された送信信号を受信し、前記送信信号を受信してから所定時間後に前記送信信号に対する返信である返信信号を送信することを含む通信処理を複数回実行する際に前記所定時間を変化させる切替部を備え、
   前記切替部は、前記所定時間を、前記通信処理が前に実行された際に使用された第１の所定時間から、既知である規定時間に対応する前記端末のクロックに基づいて演算した時間だけ前記第１の所定時間を変更した第２の所定時間に変化させる、端末。

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