WO2016158866A1 - 通信装置、認証装置およびネットワークシステム - Google Patents

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WO2016158866A1
WO2016158866A1 PCT/JP2016/059947 JP2016059947W WO2016158866A1 WO 2016158866 A1 WO2016158866 A1 WO 2016158866A1 JP 2016059947 W JP2016059947 W JP 2016059947W WO 2016158866 A1 WO2016158866 A1 WO 2016158866A1
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WO
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authentication
node
communication
time
message
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PCT/JP2016/059947
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English (en)
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陽輔 西潟
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三菱電機株式会社
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    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Definitions

  • the present invention relates to a communication device constituting a wireless multi-hop network system.
  • a wireless multi-hop network system is composed of a terminal, an aggregation device, a higher-level device of the aggregation device, and the like, and generally has a network configuration in which terminals are accommodated in a tree shape under the aggregation device.
  • the aggregation device or a higher-level device of the aggregation device can collect data from each terminal by hopping a plurality of terminals. For example, each terminal transmits data to the aggregation device by transmitting the measured data to the upper terminal and transmitting data received from the lower terminal to the upper terminal. By such a procedure, the aggregation device or the host device collects data measured at each terminal.
  • the communication between the terminals and between the terminals and between the terminals and the aggregation device is configured by applying, for example, specific low power radio and the IEEE 802.15.4 standard.
  • the aggregation device or the host device has a function of determining whether or not terminal authentication, that is, a terminal that wants to participate in the network may participate in the network.
  • the determination as to whether or not to join a terminal that wishes to participate is made using an authentication method called EAP-PSK (A Pre-Shared Key Extensible Authentication Protocol (EAP) Method), for example.
  • EAP-PSK A Pre-Shared Key Extensible Authentication Protocol (EAP) Method
  • Information related to the authentication method can be transmitted by an AA (Authentication and Authorization) protocol such as PANA (Protocol for Carrying Authentication for Network Access) or RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service).
  • PANA Protocol for Carrying Authentication for Network Access
  • RADIUS Remote Authentication Dial In User Service
  • the terminal executes terminal authentication when the power is turned on.
  • a wireless channel to be used is determined by using an active scan using a Beacon signal defined in the IEEE 802.15.4 standard.
  • the transmission destination of a message related to terminal authentication is determined, and terminal authentication is performed. If terminal authentication is successful, MSK (Master Session Key) and EMSK (Extended Master Session Key), which are information for generating an encryption key, can be shared (for example, see Non-Patent Document 1).
  • terminal authentication has an expiration date for the authentication. For example, there are cases in which the absolute time until the expiration date is notified, the remaining time until the expiration date is notified, etc. is there. In either case, terminal authentication is performed again based on the expiration date.
  • the terminal is powered off.
  • the terminal operates by receiving power supply from a commercial power supply instead of a battery, for example, when a power failure occurs, the terminal existing in the power failure occurrence area is powered off.
  • the power is turned on and channel scanning and terminal authentication are performed again.
  • Non-Patent Document 1 When the technology disclosed in Non-Patent Document 1 is applied, when the terminal recovers from the power failure, the terminal attempts encrypted communication using the master key that is the MSK or EMSK that has been replaced in the terminal authentication performed before the power failure. When encryption communication fails, such as when there is no response, terminal authentication is performed again with the other party to update the master key.
  • Non-Patent Document 1 when the technology disclosed in Non-Patent Document 1 is applied to a wireless multi-hop network system, the following problems may occur when power is restored from a power failure.
  • Non-Patent Document 1 In a wireless multi-hop network system to which the technology disclosed in Non-Patent Document 1 is applied, when a terminal recovers after a power failure, an apparatus that is an authentication partner via a multi-hop communication path between the terminals, Specifically, cryptographic communication is attempted with an aggregation device or a higher-level device such as a server higher than the aggregation device. When it is determined that there is a problem with the encryption communication, the terminal performs terminal authentication again. Therefore, the transmission of messages by each terminal constituting the tree, specifically, the transmission of messages related to the authentication sequence is concentrated in a short period of time, and there is radio resource depletion and radio congestion in the vicinity of the aggregation device that is the message transmission destination. As a result, communication quality may be degraded.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a communication device capable of reducing the consumption of radio resources in a radio multi-hop network system.
  • the present invention is a communication device that is under the control of an aggregation device and forms a tree-like wireless multi-hop network, and the time from the aggregation device or another communication device.
  • Time adjustment means for acquiring information and adjusting the time of the own apparatus, and after the time adjustment means adjusts the time of the own apparatus, the wireless multi-hop network is entered based on the adjusted time of the own apparatus.
  • transmission means for transmitting a signal requesting authentication processing is provided.
  • the figure which shows the structural example of a wireless multihop network system Diagram showing an example of node configuration The figure which shows the structural example of an aggregation apparatus The figure which shows the structural example of a time synchronous request message The figure which shows the structural example of a time synchronous response message Flow chart showing an example of node operation after power recovery The figure which shows an example of the operation
  • the figure which shows the other structural example of a wireless multihop network system Diagram showing an example of the configuration of the authentication server The figure which shows an example of the hardware which implement
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless multi-hop network system according to the present embodiment.
  • the wireless multi-hop network system includes a plurality of nodes 10a, 10b, and 10c and an aggregation device 20, and has a tree topology.
  • Nodes 10a, 10b and 10c are wireless communication terminals having the same function.
  • the node 10 and the aggregation apparatus 20 should just be 1 or more, and the number described in FIG. 1 is an example, Comprising: It does not limit to this.
  • Each of the node 10 and the aggregation device 20 has individual identification information.
  • the nodes 10a, 10b, and 10c have identification information 10a_adr, 10b_adr, and 10c_adr, respectively, and the aggregation device 20 is described as having identification information 20_adr.
  • the node 10 When receiving a signal from another node 10 or the aggregation device 20, the node 10 which is a communication device according to the present invention checks whether it needs to be transferred, and performs transfer processing if transfer is necessary. In addition, the node 10 has a clock function, acquires time information from the aggregation device 20 or another node 10 that has completed time synchronization with the aggregation device 20, and the time indicated by the acquired time information It is possible to synchronize the time with the aggregation device 20 by adjusting the local time of the own device.
  • another node 10 and the aggregation device 20 when viewed from a certain node 10 may be collectively referred to as other terminals.
  • the nodes 10b and 10c and the aggregation device 20 are other terminals.
  • the other terminals for the aggregation device 20 are nodes 10a, 10b, and 10c.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the node 10.
  • the node 10 needs to transmit to the other node 10 or the aggregation device 20 and the wireless communication unit 12 that transmits / receives a radio signal to / from the other node 10 or the aggregation device 20 via the antenna 11.
  • a message transmission unit 13 that outputs a message to the wireless communication unit 12 to request transmission, a message reception unit 14 that receives a message from another node 10 or the aggregation device 20, and a message that the message transmission unit 13 transmits are generated.
  • the storage unit 16 that stores various information
  • the message processing unit 17 that receives and analyzes the message received by the message reception unit 14, and executes an operation according to the analysis result
  • the aggregation device 20 Time for receiving and holding the acquired time information or the time information acquired via another node 10 It includes a processing section 18, the.
  • the message transmission unit 13 receives a message that needs to be transmitted to another node 10 or the aggregation device 20 from the message generation unit 15, transfers the message to the wireless communication unit 12, and requests transmission. For example, the message transmission unit 13 performs calculation such as transmission timing in accordance with rules such as CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance).
  • CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance
  • the message receiving unit 14 receives a message transmitted from another node 10 or the aggregation device 20 to the own device via the antenna 11 and the wireless communication unit 12 and passes the message to the message processing unit 17.
  • the message generator 15 generates a message that needs to be transmitted to another node 10 or the aggregation device 20 and a message that needs to be transferred. In the case of transfer, the message generator 15 receives a message to be transferred from the message processor 17 and rewrites the address. Further, the message generation unit 15 generates a time synchronization request, a message related to terminal authentication, and the like according to an instruction from the message processing unit 17.
  • the storage unit 16 is configured by a non-volatile memory, and the MAC (Media Access Control) address and IP (Internet Protocol) address of the own node, the other node 10 and the aggregation device that constitute the wireless mesh network system together with the own node device Holds 20 MAC addresses and IP addresses.
  • the storage unit 16 also holds route information called a routing table. For example, at least one of the MAC address and IP address of the parent node that is the next hop is stored as route information to the aggregation device 20.
  • the storage unit 16 further holds at least one authentication key and encryption key.
  • the authentication key is used for terminal authentication, and the aggregation device 20 that is the other party of terminal authentication also holds the authentication key having the same value.
  • the encryption key is generated or distributed at the time of terminal authentication.
  • the encryption key generated or distributed at the time of terminal authentication is managed in association with the expiration date of authentication. That is, when authentication is invalidated due to the expiration of the expiration date, the encryption key is also invalidated.
  • the encryption key is used when encrypting a frame in which a message to be transmitted to the aggregation device 20 is stored.
  • the encryption key is updated when the validity period of terminal authentication ends and re-authentication is performed.
  • the encryption key is updated based on a common authentication key held by the aggregation device 20 that performs authentication and the node 10 and information exchanged between the aggregation device 20 and the node 10 at the time of terminal authentication. In general, a key is generated, but a new encryption key generated in the aggregation device 20 can be transmitted to the node 10 and updated.
  • the message processing unit 17 analyzes the message received from the message reception unit 14 and causes the message generation unit 15 to generate a response message, and performs setting and reading of values between the storage unit 16 and the time management unit 18. Then, the message generation unit 15 is notified of a message generation opportunity. For example, when a time synchronization request message is received, the message processing unit 17 checks whether or not the time management unit 18 holds the time. If the time management unit 18 holds the time, the message generation unit generates the held time as a message. Notifying the unit 15 and instructing generation of a time synchronization response message.
  • the message processing unit 17 when the message processing unit 17 receives a time synchronization response message corresponding to the time synchronization request message transmitted by the own device, the message processing unit 17 sets the time notified by the time synchronization response message in the time management unit 18. Further, when the message processing unit 17 receives a message related to terminal authentication, the message processing unit 17 instructs the message generation unit 15 to generate a response message according to the content of the received message. The message processing unit 17 further instructs the message generation unit 15 to generate messages related to these processes when performing time synchronization processing, terminal authentication processing, and the like.
  • the message processing unit 17 constitutes an encryption key update unit and a time information transmission unit.
  • the time management unit 18 is a clock circuit configured by, for example, a crystal resonator, etc., and self-runs after setting the time, and holds time information indicating the local time of the own device. If the power supply is lost, the time information is lost. In this case, time information is transmitted from the aggregation device 20, and when the time management unit 18 of the node 10 receives the time information directly from the aggregation device 20 or via another node 10, the time information is held. . As a result, each node 10 can operate in synchronization with the time held by the aggregation device 20.
  • the time information is transmitted from the node 10 or the aggregation device 20 that is the transmission destination of the time synchronization request message as a time synchronization response message for the time synchronization request message transmitted by each node.
  • the time management unit 18 constitutes time adjustment means.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the aggregation device 20.
  • the aggregation device 20 outputs an antenna 21, a wireless communication unit 22 that transmits and receives wireless signals to and from the node 10 via the antenna 21, and a message that needs to be transmitted to the node 10 to the wireless communication unit 22 for transmission.
  • a message transmission unit 23 that requests a message, a message reception unit 24 that receives a message from the node 10, a message generation unit 25 that generates a message transmitted by the message transmission unit 23, a storage unit 26 that stores various information, and a message
  • a message processing unit 27 that receives and analyzes a message received by the reception unit 24 and executes an operation according to the analysis result; and a time management unit 28 that receives and holds time information acquired from an external time source.
  • the operations of the antenna 21, the wireless communication unit 22, the message transmission unit 23, the message reception unit 24, and the message processing unit 27 are the same as the antenna 11 of the node 10, the wireless communication unit 12, and the message transmission. Since it is the same as the unit 13, the message receiving unit 14, and the message processing unit 17, detailed description thereof is omitted.
  • the storage unit 26 of the aggregation device 20 does not hold the address of the parent node of the next hop that is route information.
  • the storage unit 26 holds, as route information, the downlink route from the own device, that is, the downlink route information of each node 10 under the own device.
  • the time management unit 28 of the aggregation device 20 holds time information acquired from an external time source by a time information acquisition unit (not shown).
  • the time source is, for example, an NTP (Network Time Protocol) server. Time information may be supplied using GPS (Global Positioning System) or the like.
  • the message generation unit 25 of the aggregation device 20 is different from the message generation unit 15 of the node 10 in that No synchronization request message is generated.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a time synchronization request message.
  • the time synchronization request message includes a local destination 41, a local transmission source 42, and a message type 43.
  • the local destination 41 the MAC address or IP address of the node 10 or the aggregation device 20 that is the transmission destination of the time synchronization request message is set.
  • the local transmission source 42 is set with the MAC address or IP address of the node 10 that is the transmission source of the time synchronization request message.
  • the message type 43 information indicating that it is a time synchronization request message is set.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a time synchronization response message.
  • the time synchronization response message includes a local destination 51, a local transmission source 52, a message type 53, and a time 54.
  • the local destination 51 the MAC address or IP address of the node 10 that is the transmission destination of the time synchronization response message is set.
  • the local transmission source 52 the MAC address or IP address of the aggregation device 20 or the node 10 that is the transmission source of the time synchronization response message is set.
  • the message type 53 information indicating a time synchronization response message is set.
  • time information held by the node 10 or the aggregation device 20 that is the transmission source of the time synchronization response message is set.
  • the aggregation device 20 When the wireless multi-hop network system shown in FIG. 1 is formed, generally, the aggregation device 20 is first activated to start operation, and then the node 10, that is, the nodes 10a, 10b, and 10c is activated. Start operation. The aggregation device 20 performs an authentication process by verifying whether each node 10 holds a common authentication key necessary for entering the network system.
  • the aggregation device 20 acquires time information from a time source (not shown) when the power is turned on and started. For example, time information is acquired from an NTP server, GPS, or the like. The acquired time information is managed by the time management unit 28. The time management unit 28 sets the time of the own device, that is, the aggregation device 20 at the time indicated by the acquired time information.
  • the node 10 When the node 10 is powered on and activated, the node 10 starts an entry operation to the wireless multi-hop network system and performs a channel scan.
  • the entry operation to the wireless multi-hop network system may be referred to as the entry operation to the network.
  • a wireless multi-hop network system may be referred to as a network.
  • the channel scan is a process for investigating whether there is an aggregation device 20 or another node 10 that can be connected to the surroundings. For example, an active scan or a passive scan as defined in IEEE 802.15.4 is performed. It is investigated whether other terminals that can be connected, that is, the connectable aggregation device 20 and other nodes 10 exist in the surroundings. When there are a plurality of usable channels, the channel scan periodically checks the presence of other connectable terminals in all usable channels while switching the channels. When there is another terminal that can be connected, the channel in which the other terminal exists is selected and determined as the channel to be used. When a specific channel is specified as a use channel, the specified channel is determined as a use channel without performing channel scanning.
  • the node 10 After determining the channel, the node 10 acquires information indicating the route information from each of the other peripheral terminals that can be connected to the aggregation device 20, the quality information of the route such as the number of hops to the aggregation device 20, and the electric field strength. Based on the acquired information, a parent node serving as a route to the aggregation device 20 is selected from other connectable peripheral terminals. For example, the node 10a existing at a 1-hop position capable of direct communication with the aggregation device 20 selects the aggregation device 20 as a parent node.
  • the node 10 When the parent node is selected, the node 10 starts terminal authentication processing.
  • the terminal authentication process can be performed using an AA (Authentication and Authorization) method such as PANA and an authentication method such as EAP-PSK.
  • AA Authentication and Authorization
  • EAP-PSK an authentication method such as EAP-PSK.
  • the node 10 requests the aggregation device 20 to authenticate its own device, the aggregation device 20 determines whether the requesting node 10 is a terminal that can participate in the network.
  • the aggregation device 20 determines that the node 10 requesting terminal authentication is a terminal that can participate in the network, a notification of successful authentication is transmitted from the aggregation device 20 to the node 10, and the node 10 notifies that it has entered the network. Is transmitted to the aggregation device 20. Note that the notification from the node 10 to the aggregation device 20 can be encrypted and transmitted using a new encryption key generated in the course of the authentication process. With the above procedure, the entry operation of the node 10 to the network is completed.
  • the nodes 10b and 10c that cannot directly communicate with the aggregation device 20 can also enter the network in the same procedure.
  • the node 10b selects the node 10a as a parent node, and communicates with the aggregation device 20 using the node 10a as a relay terminal.
  • the node 10c selects the node 10a as a parent node.
  • Each node 10 stores the encryption key obtained when the terminal authentication is successful when the entry operation to the wireless multi-hop network system is normally completed, and the identification information of the parent node obtained by channel scanning. To remember.
  • the selected channel may also be stored. In this case, it is possible to efficiently search for a channel in which another terminal that can be connected exists by executing a search for another terminal by the next channel scan from the stored channel.
  • the aggregation device 20 stores in the storage unit 26 an encryption key to be shared with the node 10 for which terminal authentication has been successful.
  • the encryption key can be generated by using the terminal authentication function by EAP-PSK and using the encryption key generated in the process of terminal authentication.
  • Communication between the node 10 and the aggregation device 20 can be performed using a common key encryption such as AES (Advanced Encryption Standard).
  • AES Advanced Encryption Standard
  • the aggregation device 20 encrypts transmission information such as a control signal using an encryption key shared with the node 10.
  • each node 10 encrypts information to be transmitted to the aggregation device 20 by using an encryption key shared with the aggregation device 20.
  • the aggregating apparatus 20 can collect and aggregate information acquired by each node 10 using a sensor or the like (not shown), for example, power usage information from each node 10.
  • the startup procedure of the node 10 when power is restored from a power failure in the wireless multi-hop network system having the configuration shown in FIG. 1 will be described.
  • the power supply to all the nodes 10 and the aggregation device 20 is stopped due to the occurrence of a power failure, and when the power is restored, the power supply to all the nodes 10 and the aggregation device 20 is resumed and automatically restarted.
  • the aggregation device 20 that is the top of the tree acquires time information from the outside and adjusts the time.
  • the operation when the aggregation device 20 is activated is as described in the description of the operation when the wireless multi-hop network system shown in FIG. 1 is formed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the node 10 after the power recovery.
  • the message processing unit 17 reads the identification information of the parent node before the power failure from the storage unit 16 (step S11).
  • the identification information is a MAC address, an IP address, or the like.
  • the node 10 transmits a time synchronization request message to the parent node indicated by the identification information read in step S11 (step S12). That is, the message processing unit 17 instructs the message generation unit 15 to generate a time synchronization request message, the message generation unit 15 that receives the instruction generates a time synchronization request message, and the time synchronization request generated by the message generation unit 15
  • the message transmission unit 13 transmits the message. For example, since the parent node of the node 10 a is the aggregation device 20, the node 10 a transmits a time synchronization request message to the aggregation device 20.
  • the nodes 10b and 10c Since the parent node of the nodes 10b and 10c is the node 10a, the nodes 10b and 10c transmit a time synchronization request message to the node 10a. In the operation after power recovery, the nodes 10a, 10b and 10c transmit the time synchronization request message at almost the same timing.
  • the aggregation device 20 that has received the time synchronization request message from the node 10a holds the time information when the time synchronization request message is received, and therefore transmits a time synchronization response message to the node 10a.
  • the time synchronization response message includes time information held by the message transmission source terminal as time 54.
  • the node 10a that has received the time synchronization request message from the nodes 10b and 10c does not hold the time information at the time when the time synchronization request message is received. Since the process for adjusting the time of the device is not completed, the time synchronization response message is not transmitted.
  • the node 10a When the node 10a receives the time synchronization response message from the aggregation device 20 after receiving the time synchronization request message from the node 10b or 10c, the node 10a sends the time synchronization response message to the requesting node 10b after the time adjustment of its own device is completed. Or you may make it transmit to 10c. If the nodes 10b and 10c cannot receive the time synchronization response message even after a predetermined time has elapsed after transmitting the time synchronization request message, the nodes 10b and 10c retransmit the time synchronization request message. Further, the nodes 10b and 10c may transmit the time synchronization request message at a timing later than that of the node 10a.
  • each node 10 may transmit the time synchronization request message at an earlier timing as the node 10 has a smaller number of hops according to the number of hops to the aggregation device 20. For example, each node 10 waits for a time obtained by multiplying the number of hops to the aggregation device 20 by N seconds after power is restored, and then transmits the time synchronization request message. N is a positive number. Thereby, each node 10 is more likely to transmit the time synchronization request message after the time synchronization processing by the parent node is completed, and thus it is possible to prevent the number of times of retransmission of the time synchronization request message from increasing more than necessary.
  • the node 10 may hold a plurality of identification information of the parent node. For example, when there are a plurality of other nodes 10 having the same number of hops to the aggregation device 20 and the same communication quality of the route, a plurality of identification information of the parent node is held.
  • a time synchronization request message may be transmitted. Further, when no time synchronization response message is returned from any parent node, the operation may be started from the above-described channel scan, that is, the operation of entering the network may be started.
  • the node 10a that has transmitted the time synchronization request message to the aggregation device 20 receives the time synchronization response message (step S13), and adjusts the time of its own device based on the time information included in the time synchronization response message.
  • the node 10a determines whether or not re-authentication is necessary, that is, whether or not terminal authentication needs to be performed again (step S14). For example, the node 10a determines that re-authentication is necessary when the remaining time until the expiration date of the terminal authentication performed last time is shorter than a predetermined threshold or when the expiration date has already been exceeded. . When the expiration date of terminal authentication ends, the expiration date of the encryption key held in the storage unit 16 also ends.
  • step S14 When re-authentication is necessary (step S14: Yes), the node 10a requests the aggregation device 20 to perform terminal authentication of its own device and performs re-authentication (step S15).
  • the terminal authentication operation is as described above.
  • the message processing unit 14 performs processing for determining whether re-authentication is necessary, and the message generation unit 15 performs processing for requesting terminal authentication of the own device to the aggregation device 20. That is, the message processing unit 14 operates as a processing unit that determines whether or not an authentication process for entering the network is necessary.
  • the message generation unit 15 generates a message requesting the aggregation device 20 to perform authentication processing of its own device.
  • the message generated by the message generation unit 15 is transmitted from the message transmission unit 13 as a transmission unit to the aggregation device 20 as an authentication device.
  • the node 10a updates the encryption key.
  • step S14: No the node 10a transitions to a state in which a time synchronization request message can be accepted (step S16). Thereafter, the node 10a monitors whether or not a time synchronization request message has been received (step S17).
  • Step S17: Yes When the node 10a receives the time synchronization request message (step S17: Yes), the node 10a transmits a time synchronization response message including the time information managed by the time management unit 18 to the other node 10 of the request source ( Step S18).
  • the node 10a does not receive the time synchronization request message (step S17: No)
  • the node 10a continues the monitoring operation. Further, after executing Step S18, the node 10a returns to Step S17 and continues the monitoring operation.
  • Steps S13 to S18 have been described by taking the case of the node 10a as an example, but the same applies to the nodes 10b and 10c.
  • the nodes 10b and 10c determine that re-authentication is necessary in step S14 and perform re-authentication in step S15, the nodes 10b and 10c perform re-authentication with the aggregation device 20 via the parent node 10a. To do.
  • the node 10 may perform re-authentication via a node 10 different from the parent node that performed time synchronization.
  • the node 10b may perform re-authentication via the node 10c instead of the parent node 10a.
  • each node 10 Since each node 10 operates in accordance with the above procedure, each node 10 does not necessarily need to perform re-authentication after power is restored, so that traffic related to the re-authentication process can be reduced.
  • each node 10 transitions to a state in which the parent node can accept the time synchronization request message, and determines whether or not re-authentication is necessary after receiving the time synchronization response message from the parent node. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of radio resource depletion and radio congestion.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an operation when the nodes 10a and 10b synchronize the time with the aggregation device 20.
  • the same steps as those shown in FIG. 6 are denoted by the same step numbers.
  • step S14 if both the nodes 10a and 10b determine that re-authentication is required in step S14, first, the node 10a performs re-authentication, and after the re-authentication is completed, The process proceeds to step S16 so that the time synchronization request message can be accepted. Until the re-authentication by the node 10a is completed, the node 10a does not respond to the time synchronization request message transmitted from the node 10b. As a result, the re-authentication timing of the node 10b is distributed from the re-authentication timing of the node 10a.
  • the aggregation device 20 which is the top of the tree responds to the time synchronization request message from the node 10, 10 determines whether to perform the re-authentication process based on the current time acquired by the time synchronization response message, and skips the re-authentication process when the re-authentication process is unnecessary. Thereby, unnecessary traffic related to the re-authentication process can be reduced, and the time required until encryption communication can be performed again can be shortened.
  • the node 10 When the node 10 receives the time synchronization response message from the parent node and determines whether or not re-authentication is necessary after completing the time synchronization processing with the parent node, the node 10 determines that re-authentication is unnecessary Alternatively, since the time synchronization response message is transmitted in response to the time synchronization request message from the other node 10 after the re-authentication is completed, the execution timing of the re-authentication process in the node 10 determined to require re-authentication is distributed. The As a result, wireless congestion can be avoided, message retransmission can be reduced, and the time until encryption communication can be performed again can be shortened.
  • the node 10 when the node 10 receives a time synchronization request message from another node 10 when power is restored from a power failure, the node 10 transmits a time synchronization response message after completing the determination as to whether re-authentication is necessary.
  • the time synchronization response message may be transmitted to the requesting node 10 based on the adjusted time without waiting for the determination of the necessity of re-authentication after completion of the time adjustment processing of the own device.
  • Embodiment 2 a case will be described in which the time synchronization request message and the time synchronization response message used in the time synchronization process described in the first embodiment are encrypted and transmitted.
  • the configuration of the wireless multi-hop network system is the same as that shown in FIG.
  • the configurations of the node 10 and the aggregation device 20 are the same as those in FIGS.
  • each node 10 holds a common group key in the storage unit 16, and encrypts the time synchronization request message and the time synchronization response message using the group key.
  • the group key is a common encryption key distributed to nodes that have been successfully authenticated after terminal authentication by the aggregation device 20. Unlike the encryption key that is uniquely held by each node 10 for transmission / reception with the aggregation device 20, the group key does not need to be updated at the end of the terminal authentication expiration date.
  • the node 10 when transmitting the time synchronization request message, the node 10 reads out the group key from the storage unit 16 and encrypts it, and transmits it to the parent node which is the aggregation device 20 or another node 10.
  • the parent node When receiving the time synchronization request message, the parent node reads the group key held in the storage unit 26 or 16 and decrypts the time synchronization request message.
  • the parent node encrypts and transmits the time synchronization response message using the same group key after performing necessary processing.
  • the node 10 receives the time synchronization response message, the node 10 decrypts it using the same group key used for encryption of the time synchronization request message.
  • the time synchronization request message When sending the above time synchronization request message, the time synchronization is not completed immediately after power is restored from a power failure, and the current time is unknown. For this reason, when the time synchronization request message is encrypted and transmitted using an encryption key that needs to be updated at the end of the validity period of terminal authentication, it is encrypted if the validity period of the encryption key has expired. The transmitted time synchronization request message is discarded at the parent node. However, the time synchronization request message and the time synchronization response message are encrypted using a common group key that does not require renewal at the end of the validity period of terminal authentication, thereby enabling time synchronization processing at the time of power recovery. .
  • the group key can have an expiration date different from the expiration date of terminal authentication (the expiration date of the encryption key).
  • a new group key may be distributed from the aggregation device 20 to each node 10 and updated at a predetermined date and time at each node 10 before a predetermined period of the expiration date of the group key.
  • an authentication code called MIC Message Integrity Check
  • AES-GCM Advanced Encryption Standard Galois / Counter Mode
  • the time synchronization request message and the time synchronization response message are transmitted by being encrypted using the group key, the contents of the message can be concealed and tampering can be detected.
  • traffic for encryption key sharing that occurs when a parent node is changed due to a change in communication quality, compared to a case where an encryption key that is shared only with the parent node is used. Can be avoided.
  • the node 10 according to the first embodiment is configured to hold the identification information of the parent node in the storage unit 16 after selecting the parent node.
  • the quality of the communication path characterized by the strength of the propagated radio signal and the like varies with time, there is no guarantee that the parent node once selected by each node 10 will continue to be optimal after that. It is desirable to review the parent node as necessary. For this reason, for example, the node 10 according to the present embodiment periodically searches for other surrounding nodes 10 and reselects the parent node.
  • the node 10 periodically reviews the parent node. However, in the wireless mesh network system of the second embodiment, the node 10 may periodically review the parent node. .
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the wireless multi-hop network system according to the present embodiment.
  • the wireless multi-hop network system shown in FIG. 8 includes a plurality of nodes 10a, 10b, and 10c, an aggregation device 20, and an authentication server 30 that is a server device.
  • terminal authentication is performed between the node 10 and the authentication server 30. That is, in this embodiment, the authentication server 30 corresponds to the authentication device.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the authentication server 30.
  • the authentication server 30 includes a communication unit 32 that transmits and receives signals to and from the aggregation device 20, and a message transmission unit 33 that outputs a message to be transmitted to the node 10 via the aggregation device 20 to the communication unit 32 and requests transmission.
  • a message reception unit 34 that receives a message from the node 10 via the aggregation device 20, a message generation unit 35 that generates a message transmitted by the message transmission unit 33, a storage unit 36 that stores various information, and a message
  • a message processing unit 37 that receives and analyzes a message received by the reception unit 34 and executes an operation according to the analysis result; and a time management unit 38 that receives and holds time information acquired from an external time source.
  • the authentication server 30 performs terminal authentication with each node 10 by performing the same operation as the aggregation device 20 described in the first embodiment.
  • Communication between the authentication server 30 and the aggregation device 20 may be wired communication or wireless communication.
  • information related to terminal authentication can be centrally managed by the host device, and the aggregation device 20 does not need to have information related to terminal authentication, for example, an authentication key.
  • the aggregation device 20 does not need to have information related to terminal authentication, for example, an authentication key.
  • the operation described in the second embodiment that is, the operation of encrypting a message to be transmitted / received in the time synchronization process can be applied to the wireless mesh network system of the present embodiment.
  • the operation described in the third embodiment that is, the operation in which each node 10 periodically reviews the parent node can be applied. Both the operation described in the second embodiment and the operation described in the third embodiment can be applied.
  • the hardware configuration of the node 10, the aggregation device 20, and the authentication server 30 described in each embodiment will be described.
  • the node 10, the aggregation device 20, and the authentication server 30 can be realized by, for example, the hardware 100 illustrated in FIG.
  • the hardware 100 includes a processor 101, a memory 102, a clock 103, and a communication device 104.
  • the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP), a system LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the memory 102 is a nonvolatile or volatile semiconductor such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), etc. Memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc.
  • the wireless communication unit 12 of the node 10 is realized by the communication device 104.
  • the message transmission unit 13, the message reception unit 14, the message generation unit 15, and the message processing unit 17 are realized by the processor 101 and the memory 102. That is, each component is realized by the processor 101 reading out the program corresponding to each of the message transmission unit 13, the message reception unit 14, the message generation unit 15, and the message processing unit 17 from the memory 102 and executing it.
  • the storage unit 16 of the node 10 is realized by the memory 102.
  • the time management unit 18 of the node 10 is realized by the clock 103.
  • the wireless communication unit 22 of the aggregation device 20 is realized by the communication device 104.
  • the message transmission unit 23, the message reception unit 24, the message generation unit 25, and the message processing unit 27 are realized by the processor 101 and the memory 102. That is, each component is realized by the processor 101 reading out the program corresponding to each of the message transmission unit 23, the message reception unit 24, the message generation unit 25, and the message processing unit 27 from the memory 102 and executing it.
  • the storage unit 26 of the aggregation device 20 is realized by the memory 102.
  • the time management unit 28 of the aggregation device 20 is realized by the clock 103.
  • the communication unit 22 of the authentication server 30 is realized by the communication device 104.
  • the message transmission unit 33, the message reception unit 34, the message generation unit 35, and the message processing unit 37 are realized by the processor 101 and the memory 102. That is, each component is realized by the processor 101 reading out the program corresponding to each of the message transmission unit 33, the message reception unit 34, the message generation unit 35, and the message processing unit 37 from the memory 102 and executing the program.
  • the storage unit 36 of the authentication server 30 is realized by the memory 102.
  • the time management unit 38 of the authentication server 30 is realized by the clock 103.
  • the aggregation device 20, and the authentication server 30 are realized by a general-purpose processing circuit including the processor 101 and the memory 102 . It is also possible to do. Examples of dedicated processing circuits include FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), single circuit, compound circuit, programmed processor, parallel programmed processor, and the like.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • 10a, 10b, 10c node 11, 21 antenna, 12, 22 wireless communication unit, 13, 23 message transmission unit, 14, 24 message reception unit, 15, 25 message generation unit, 16, 26 storage unit, 17, 27 message Processing unit, 18, 28 Time management unit, 20 aggregation device, 30 authentication server, 41, 51 local destination, 42, 52 local transmission source, 43, 53 message type, 54 time.

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Abstract

集約装置の配下にありツリー状の無線マルチホップネットワークを形成するノード（１０）である通信装置は、集約装置または他の通信装置から時刻情報を取得して自装置の時刻を調整する時刻管理部（１８）と、時刻管理部（１８）が自装置の時刻を調整した後に、調整後の自装置の時刻に基づいて、無線マルチホップネットワークに参入するための認証処理が必要か否かを判断するメッセージ処理部（１７）と、認証処理が必要と判断された場合、通信装置が無線マルチホップネットワークに参入可能な装置であるかを判断する認証装置に対し、認証処理を要求する信号を送信するメッセージ送信部（１３）と、を備える。

Description

通信装置、認証装置およびネットワークシステム
　本発明は、無線マルチホップネットワークシステムを構成する通信装置に関する。
　無線マルチホップネットワークシステムは、端末、集約装置、また集約装置の上位装置などから構成され、集約装置配下にツリー状に端末を収容するネットワーク構成が一般的である。集約装置または集約装置の上位装置は、複数の端末をホッピングさせることによって、各端末からのデータを収集可能である。例えば各端末は、測定したデータを上位の端末に送信し、また、下位の端末から受信したデータを上位の端末に送信することで、集約装置に対してデータを送信する。このような手順により、集約装置または上位装置は、各端末で測定されたデータを収集する。端末～端末間、端末～集約装置間の通信は、例えば、特定小電力無線およびＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を適用し、構成される。
　上述した無線マルチホップネットワークシステムにおいて、集約装置または上位装置は、端末認証、すなわちネットワークへの参加を希望している端末をネットワークに参加させてよいかどうか判断する機能を有する。参加を希望している端末を参加させるか否かの判断は、例えばＥＡＰ－ＰＳＫ（A　Pre-Shared　Key　Extensible　Authentication　Protocol(EAP)　Method）と呼ばれる認証メソッドを用いて行う。当該認証メソッドに係る情報はＰＡＮＡ（Protocol　for　carrying　Authentication　for　Network　Access）、ＲＡＤＩＵＳ（Remote　Authentication　Dial　In　User　Service）等のＡＡ（Authentication　and　Authorization）プロトコルにより伝送する構成とすることができる。
　端末は、電源ＯＮを契機に、端末認証を実行する。また、端末認証に先んじて、使用する無線チャネルの決定を、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格で規定されているＢｅａｃｏｎ信号を用いたアクティブスキャンなどを使用して行う。また、使用する無線チャネルを決定後、端末認証に係るメッセージの送信先を決定し、端末認証を行う。端末認証が成功すると、暗号鍵を生成するための情報であるＭＳＫ（Master　Session　Key）やＥＭＳＫ（Extended　Master　Session　Key）を共有することができる（例えば、非特許文献１参照）。
　一般的に、端末認証にはその認証の有効期限があり、例えば有効期限の指定方法として、有効期限までの絶対時刻が通知されるケース、有効期限までの残り時間が通知されるケース、などがある。いずれのケースにおいても、有効期限に基づき端末認証を再度実施する。
　また、端末は電源断となるケースがある。端末がバッテリーではなく商用電源から電力供給を受けて動作する構成の場合、例えば停電が発生すると、停電発生エリアに存在する端末が電源断となる。停電から復旧した場合には、電源ＯＮとなりチャネルスキャンおよび端末認証を再度実施する。
一般社団法人　情報通信技術委員会、ＴＴＣ技術レポート　ＴＲ－１０５２　"ＨＥＭＳ－スマートメーター（Ｂルート）通信インタフェース実装詳細ガイドライン"、第１．０版、２０１４年
　非特許文献１で開示された技術を適用した場合、停電から復帰すると、端末は、停電前に実施した端末認証において交換済のＭＳＫまたはＥＭＳＫであるマスター鍵を用いた暗号通信を試みる。応答がないなど、暗号通信が失敗した場合には、相手先との間で端末認証を再度実施してマスター鍵を更新する。
　しかしながら、非特許文献１で開示された技術を無線マルチホップネットワークシステムに適用すると、停電から復電した場合に以下のような問題が発生するおそれがある。
　非特許文献１で開示された技術が適用された無線マルチホップネットワークシステムにおいては、端末が停電後、復電すると、端末間のマルチホップ通信経路を経由して、認証の相手先となる装置、具体的には、集約装置または集約装置よりも上位のサーバ等の上位装置に対して暗号通信を試みる。そして、暗号通信に問題があると判断すると、端末は端末認証を再度行う。そのため、ツリーを構成する各端末によるメッセージの送信、具体的には、認証シーケンスに係るメッセージの送信が短期間に集中し、メッセージの送信先である集約装置の近辺において無線リソースの枯渇、無線輻輳などが発生して通信品質が低下するおそれがあった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線マルチホップネットワークシステムにおける無線リソースの消費量を削減可能な通信装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、集約装置の配下にありツリー状の無線マルチホップネットワークを形成する通信装置であって、前記集約装置または他の通信装置から時刻情報を取得して自装置の時刻を調整する時刻調整手段と、前記時刻調整手段が自装置の時刻を調整した後に、調整後の自装置の時刻に基づいて、前記無線マルチホップネットワークに参入するための認証処理が必要か否かを判断する処理手段と、前記認証処理が必要と判断された場合、当該通信装置が前記無線マルチホップネットワークに参入可能な装置であるかを判断する認証装置に対し、認証処理を要求する信号を送信する送信手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、無線マルチホップネットワークシステムにおける無線リソースの消費量を削減することができる、という効果を奏する。
無線マルチホップネットワークシステムの構成例を示す図 ノードの構成例を示す図 集約装置の構成例を示す図 時刻同期要求メッセージの構成例を示す図 時刻同期応答メッセージの構成例を示す図 復電後のノードの動作例を示すフローチャート ノードが集約装置に時刻を同期させる動作の一例を示す図 無線マルチホップネットワークシステムの他の構成例を示す図 認証サーバの構成例を示す図 ノード、集約装置および認証サーバを実現するハードウェアの一例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる通信装置および無線マルチホップネットワークシステムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態にかかる無線マルチホップネットワークシステムの構成例を示す図である。無線マルチホップネットワークシステムは、複数のノード１０ａ、１０ｂおよび１０ｃと、集約装置２０とにより構成され、ツリー状トポロジを有する。なお、ノード１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは同じ機能を有する無線通信端末である。以下の説明においては、ノード１０ａ、１０ｂおよび１０ｃを区別する必要がない場合、これらをまとめてノード１０と記載することがある。また、ノード１０と集約装置２０は１台以上あればよく、図１に記載した台数は一例であって、これに限定するものではない。ノード１０、集約装置２０はそれぞれ個別の識別情報を有している。ノード１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ、識別情報１０ａ＿ａｄｒ，１０ｂ＿ａｄｒ，１０ｃ＿ａｄｒを有し、集約装置２０は識別情報２０＿ａｄｒを有しているものとして説明を行う。
　本発明にかかる通信装置であるノード１０は、他のノード１０または集約装置２０から信号を受信した場合、転送する必要があるかどうかを確認し、転送が必要な場合には転送処理を行う。また、ノード１０は時計機能を有し、集約装置２０から、または、集約装置２０との間で時刻同期が完了している他のノード１０から時刻情報を取得し、取得した時刻情報が示す時刻に自装置のローカル時刻を合わせることにより、集約装置２０との間で時刻を同期させることが可能である。
　なお、以下の説明において、あるノード１０から見たときの他のノード１０および集約装置２０をまとめて他の端末と称する場合がある。例えば、図１に示した無線マルチホップネットワークシステムのノード１０ａにとっては、ノード１０ｂ，１０ｃおよび集約装置２０が他の端末となる。また、集約装置２０にとっての他の端末はノード１０ａ，１０ｂ，１０ｃとなる。
　図２は、ノード１０の構成例を示す図である。ノード１０は、アンテナ１１と、アンテナ１１を介して他のノード１０または集約装置２０との間で無線信号を送受信する無線通信部１２と、他のノード１０または集約装置２０へ送信する必要があるメッセージを無線通信部１２へ出力して送信を依頼するメッセージ送信部１３と、他のノード１０または集約装置２０からメッセージを受信するメッセージ受信部１４と、メッセージ送信部１３が送信するメッセージを生成するメッセージ生成部１５と、各種情報を記憶する記憶部１６と、メッセージ受信部１４が受信したメッセージを受け取って解析し、解析結果に応じた動作を実行するメッセージ処理部１７と、集約装置２０から直接取得された時刻情報、または他のノード１０を経由して取得された時刻情報を受け取って保持する時刻管理部１８と、を備える。
　メッセージ送信部１３は、他のノード１０または集約装置２０に送信が必要となるメッセージをメッセージ生成部１５から受け、無線通信部１２に受け渡して送信を依頼する。メッセージ送信部１３は、例えば、送信タイミングなどの計算をＣＳＭＡ－ＣＡ（Carrier　Sense　Multiple　Access－Collision　Avoidance）などのルールに従って行う。
　メッセージ受信部１４は、他のノード１０または集約装置２０から自装置宛てに送信されたメッセージをアンテナ１１および無線通信部１２を介して受信し、メッセージ処理部１７に受け渡す。
　メッセージ生成部１５は、他のノード１０または集約装置２０に送信が必要なメッセージおよび転送が必要なメッセージを生成する。転送の場合、メッセージ生成部１５は、メッセージ処理部１７から転送対象となるメッセージを受け取り、アドレスの書き換えなどを行う。また、メッセージ生成部１５は、メッセージ処理部１７からの指示に従い、時刻同期要求、端末認証に関係するメッセージ等の生成を行う。
　記憶部１６は、不揮発性メモリにより構成され、自ノードのＭＡＣ（Media　Access　Control）アドレスおよびＩＰ（Internet　Protocol）アドレス、自ノード装置とともに無線メッシュネットワークシステムを構成している他のノード１０および集約装置２０のＭＡＣアドレスおよびＩＰアドレスを保持する。記憶部１６は、ルーティングテーブルとも呼ばれる経路情報も保持する。例えば、集約装置２０への経路情報として次ホップとなる親ノードのＭＡＣアドレスおよびＩＰアドレスの少なくとも一方を保持する。記憶部１６は、さらに、少なくとも一つの認証鍵および暗号鍵を保持する。認証鍵は端末認証に用いられ、端末認証の相手先である集約装置２０も同じ値の認証鍵を保持する。また、暗号鍵は端末認証時に生成または配布される。端末認証時に生成または配布される暗号鍵は、認証の有効期限と紐付けられて管理される。すなわち、有効期限の終了により認証が無効になると、暗号鍵も無効になる。暗号鍵は集約装置２０へ送信するメッセージが格納されるフレームを暗号化する際に使用される。暗号鍵は、端末認証の有効期限が終了し、再認証が行われると更新される。暗号鍵の更新は、認証を行う集約装置２０とノード１０が保持する共通の認証鍵、および端末認証時に両者が互いにやりとりした情報をもとに、集約装置２０およびノード１０の双方において新たな暗号鍵を生成して行うのが一般的であるが、集約装置２０において生成した新たな暗号鍵をノード１０に送信して更新することも可能である。
　メッセージ処理部１７は、メッセージ受信部１４から受け取ったメッセージを解析してメッセージ生成部１５に応答のメッセージを生成させるとともに、記憶部１６および時刻管理部１８との間で値の設定および読み出しを行い、メッセージ生成部１５にメッセージ生成の契機を通知する。例えば、時刻同期要求メッセージを受信した場合、メッセージ処理部１７は、時刻管理部１８が時刻を保持しているか否かを確認し、時刻を保持していれば、保持している時刻をメッセージ生成部１５に通知するとともに時刻同期応答メッセージの生成を指示する。また、メッセージ処理部１７は、自装置が送信した時刻同期要求メッセージに対応する時刻同期応答メッセージを受信した場合、時刻同期応答メッセージにて通知された時刻を時刻管理部１８に設定する。また、メッセージ処理部１７は、端末認証に係るメッセージを受信すると、受信したメッセージの内容に従い、応答メッセージの生成をメッセージ生成部１５に指示する。メッセージ処理部１７は、さらに、時刻同期処理、端末認証処理などを実施する場合には、これらの処理に係るメッセージの生成をメッセージ生成部１５に指示する。メッセージ処理部１７は暗号鍵更新手段および時刻情報送信手段を構成する。
　時刻管理部１８は、例えば水晶振動子などにより構成されるクロック回路であり、時刻を設定後は自走し、自装置のローカル時刻を示す時刻情報を保持する。なお、電源供給を失うと、時刻情報が失われる。この場合、集約装置２０から時刻情報が送信され、ノード１０の時刻管理部１８は、集約装置２０から直接、または他のノード１０を経由して時刻情報を受け取ると、受け取った時刻情報を保持する。その結果、各ノード１０は、集約装置２０が保持する時刻に同期して動作することが可能となる。時刻情報は、各ノードが送信する時刻同期要求メッセージに対する時刻同期応答メッセージとして、時刻同期要求メッセージの送信先のノード１０または集約装置２０から送信されてくる。時刻管理部１８は時刻調整手段を構成する。
　図３は、集約装置２０の構成例を示す図である。集約装置２０は、アンテナ２１と、アンテナ２１を介してノード１０との間で無線信号を送受信する無線通信部２２と、ノード１０へ送信する必要があるメッセージを無線通信部２２へ出力して送信を依頼するメッセージ送信部２３と、ノード１０からメッセージを受信するメッセージ受信部２４と、メッセージ送信部２３が送信するメッセージを生成するメッセージ生成部２５と、各種情報を記憶する記憶部２６と、メッセージ受信部２４が受信したメッセージを受け取って解析し、解析結果に応じた動作を実行するメッセージ処理部２７と、外部の時刻源から取得された時刻情報を受け取って保持する時刻管理部２８と、を備える。
　集約装置２０の上記各構成のうち、アンテナ２１、無線通信部２２、メッセージ送信部２３、メッセージ受信部２４およびメッセージ処理部２７の各動作は、ノード１０のアンテナ１１、無線通信部１２、メッセージ送信部１３、メッセージ受信部１４およびメッセージ処理部１７と同様であるため、詳しい説明を省略する。
　集約装置２０の記憶部２６は、ノード１０の記憶部１６とは異なり、経路情報である次ホップの親ノードのアドレスは保持しない。記憶部２６は、自装置からの下り経路、すなわち自装置の配下にある各ノード１０の下り経路の情報を経路情報として保持する。
　集約装置２０の時刻管理部２８は、図示を省略している時刻情報取得部が外部の時刻源から取得した時刻情報を保持する。時刻源は、例えば、ＮＴＰ（Network　Time　Protocol）サーバである。ＧＰＳ（Global　Positioning　System）などを利用して時刻情報の供給を受けても構わない。
　また、集約装置２０の時刻管理部２８が保持する時刻情報は上述したように外部の時刻源から取得するため、集約装置２０のメッセージ生成部２５はノード１０のメッセージ生成部１５とは異なり、時刻同期要求メッセージを生成することはない。
　つぎに、本実施の形態にかかるノード１０および集約装置２０が送受信するメッセージのうち、時刻同期に関するメッセージについて、構成を説明する。
　図４は、時刻同期要求メッセージの構成例を示す図である。時刻同期要求メッセージは、ローカル宛先４１、ローカル送信元４２およびメッセージ種別４３を含んでいる。ローカル宛先４１には、時刻同期要求メッセージの送信先となるノード１０または集約装置２０のＭＡＣアドレスまたはＩＰアドレスが設定される。ローカル送信元４２には、時刻同期要求メッセージの送信元となるノード１０のＭＡＣアドレスまたはＩＰアドレスが設定される。メッセージ種別４３には、時刻同期要求メッセージであることを示す情報が設定される。
　図５は、時刻同期応答メッセージの構成例を示す図である。時刻同期応答メッセージはローカル宛先５１、ローカル送信元５２、メッセージ種別５３および時刻５４を含んでいる。ローカル宛先５１には、時刻同期応答メッセージの送信先となるノード１０のＭＡＣアドレスまたはＩＰアドレスが設定される。ローカル送信元５２には、時刻同期応答メッセージの送信元となる集約装置２０またはノード１０のＭＡＣアドレスまたはＩＰアドレスが設定される。メッセージ種別５３には、時刻同期応答メッセージであることを示す情報が設定される。時刻５４には、時刻同期応答メッセージの送信元のノード１０または集約装置２０で保持されている時刻情報が設定される。
　つづいて、上述したノード１０および集約装置２０により図１に示した無線マルチホップネットワークシステムが形成されるまでの動作について説明を行う。
　図１に示した無線マルチホップネットワークシステムを形成する場合、一般的には、まず、集約装置２０が起動して動作を開始し、次に、ノード１０、すなわちノード１０ａ、１０ｂおよび１０ｃが起動して動作を開始する。集約装置２０は、各ノード１０がネットワークシステムに参入するために必要な共通の認証鍵を保持しているかを検証することにより認証処理を行う。
　集約装置２０は、電源が投入されて起動すると、図示を省略している時刻源から時刻情報を取得する。例えば、ＮＴＰサーバ、ＧＰＳなどから時刻情報を取得する。取得した時刻情報は時刻管理部２８で管理する。時刻管理部２８は取得した時刻情報が示す時刻に自装置、すなわち集約装置２０の時刻を設定する。
　ノード１０は、電源が投入されて起動すると、無線マルチホップネットワークシステムへの参入動作を開始し、チャネルスキャンを実行する。以下、無線マルチホップネットワークシステムへの参入動作をネットワークへの参入動作と称する場合がある。また、無線マルチホップネットワークシステムをネットワークと称する場合もある。
　チャネルスキャンは周囲に接続可能な集約装置２０または他のノード１０が存在するかどうかを調査する処理であり、例えば、ＩＥＥＥ　８０２．１５．４で規定されているようなアクティブスキャン、またはパッシブスキャンを用い、接続可能な他の端末、すなわち接続可能な集約装置２０および他のノード１０が周囲に存在するかどうかを調査する。使用可能なチャネルが複数存在する場合、チャネルスキャンでは、周期的にチャネルを切り替えつつ、使用可能な全てのチャネルにおいて、接続可能な他の端末の有無を調査する。接続可能な他の端末が存在する場合、他の端末が存在しているチャネルを選択して使用チャネルに決定する。なお、特定のチャネルが使用チャネルとして規定されている場合には、チャネルスキャンは行わずに、規定されているチャネルを使用チャネルに決定する。
　ノード１０は、チャネルを決定後、接続可能な周囲の他の端末の各々から集約装置２０までの経路情報を表す情報、集約装置２０までのホップ数、電界強度等の経路の品質情報を取得し、取得した情報に基づき、接続可能な周囲の他の端末の中から、集約装置２０までの経路となる親ノードを選択する。例えば、集約装置２０との直接通信が可能な１ホップの位置に存在するノード１０ａは、集約装置２０を親ノードとして選択する。
　親ノードを選択すると、ノード１０は、端末認証処理を開始する。端末認証処理は、ＰＡＮＡといったＡＡ（Authentication　and　Authorization）メソッドと、ＥＡＰ－ＰＳＫ等の認証メソッドを用いて行うことができる。ノード１０が集約装置２０に対し自装置の端末認証を要求すると、集約装置２０は要求元のノード１０がネットワークに参加参入可能な端末であるか、判断する。
　集約装置２０が、端末認証の要求元のノード１０がネットワークに参加可能な端末と判断すると、認証成功の通知が集約装置２０からノード１０へ送信され、ノード１０は、ネットワークに参入した旨の通知を集約装置２０へ送信する。なお、ノード１０から集約装置２０への通知は、認証処理の過程で生成される新たな暗号鍵を用いて暗号化し、送信することも可能である。以上の手順により、ノード１０のネットワークへの参入動作が完了となる。
　集約装置２０とは直接通信できないノード１０ｂおよび１０ｃも、同様の手順にてネットワークに参入できる。ノード１０ｂは、ノード１０ａを親ノードとして選択し、ノード１０ａを中継端末として集約装置２０と通信する。同様に、ノード１０ｃは、ノード１０ａを親ノードとして選択する。
　このような手順により、集約装置２０をツリーの頂点とする無線マルチホップネットワークが形成される。
　なお、各ノード１０は、無線マルチホップネットワークシステムへの参入動作が正常に完了した場合、端末認証が成功した場合に得られる暗号鍵、およびチャネルスキャンにより得られる親ノードの識別情報を記憶部１６に記憶する。ここで、選択したチャネルも記憶する構成としてもよい。この場合、次回のチャネルスキャンによる他の端末の探索を記憶しておいたチャネルから実行することで接続可能な他の端末が存在するチャネルを効率的に探索することが可能となる。集約装置２０は、端末認証が成功したノード１０との間で共有すべき暗号鍵を記憶部２６に記憶する。
　暗号鍵の生成は、ＥＡＰ－ＰＳＫによる端末認証の機能を利用し、端末認証の過程で生成される暗号鍵を用いて行うことが可能である。ノード１０と集約装置２０との間の通信は、ＡＥＳ（Advanced　Encryption　Standard）等の共通鍵暗号を用いて行うことができる。集約装置２０は、各ノード１０に対して制御信号を送信する場合、当該ノード１０との間で共有する暗号鍵を用いて制御信号等の送信情報を暗号化する。各ノード１０も同様に、集約装置２０に送信する情報を、集約装置２０との間で共有する暗号鍵を用いて情報を暗号化する。
　集約装置２０は、各ノード１０が図示していないセンサなどを用いて取得した情報、例えば、電力使用量の情報を各ノード１０から収集して集約することができる。
　つづいて、図１に示した構成の無線マルチホップネットワークシステムにおいて、停電から復電した場合のノード１０の起動手順について説明する。ここでは、停電の発生により全てのノード１０および集約装置２０への給電が停止し、復電すると全てのノード１０および集約装置２０への給電が再開されて自動的に再起動するものとして説明を行う。復電後、ツリーの頂点である集約装置２０は外部から時刻情報を取得して時刻の調整を行う。なお、集約装置２０が起動した場合の動作は、図１に示した無線マルチホップネットワークシステムを形成する場合の動作説明で示したとおりである。
　図１、図２および図６を参照しながらノード１０の動作を説明する。なお、図６は、復電後のノード１０の動作例を示すフローチャートである。
　復電後、ノード１０においては、まず、メッセージ処理部１７が記憶部１６から停電前の親ノードの識別情報を読み込む（ステップＳ１１）。識別情報はＭＡＣアドレス、ＩＰアドレスなどである。
　ノード１０は、次に、ステップＳ１１で読み込んだ識別情報が示す親ノードに対して時刻同期要求メッセージを送信する（ステップＳ１２）。すなわち、メッセージ処理部１７がメッセージ生成部１５に時刻同期要求メッセージの生成を指示し、指示を受けたメッセージ生成部１５が時刻同期要求メッセージを生成し、メッセージ生成部１５で生成された時刻同期要求メッセージをメッセージ送信部１３が送信する。例えば、ノード１０ａの親ノードは集約装置２０であるため、ノード１０ａは集約装置２０に時刻同期要求メッセージを送信する。ノード１０ｂおよび１０ｃの親ノードはノード１０ａであるため、ノード１０ｂおよび１０ｃは、ノード１０ａに時刻同期要求メッセージを送信する。復電後の動作においては、ノード１０ａ、１０ｂおよび１０ｃがほぼ同じタイミングで時刻同期要求メッセージを送信することになる。
　なお、説明が煩雑になるのを避けるため、以下の説明ではノード１０内の各部の動作および集約装置２０内の各部の動作については説明を省略する。
　ノード１０ａから時刻同期要求メッセージを受信した集約装置２０は、時刻同期要求メッセージを受信した時点で時刻情報を保持しているため、ノード１０ａに時刻同期応答メッセージを送信する。図５に示したように、時刻同期応答メッセージは、メッセージの送信元端末が保持している時刻情報を時刻５４として含んでいる。一方、ノード１０ｂおよび１０ｃから時刻同期要求メッセージを受信したノード１０ａは、時刻同期要求メッセージを受信した時点で時刻情報を保持していない、すなわち、集約装置２０から時刻同期応答メッセージを受信して自装置の時刻を調整する処理が完了していないため、時刻同期応答メッセージを送信しない。ノード１０ａは、ノード１０ｂまたは１０ｃから時刻同期要求メッセージを受信した後に集約装置２０から時刻同期応答メッセージを受信した場合、自装置の時刻調整が終了してから時刻同期応答メッセージを要求元のノード１０ｂまたは１０ｃへ送信するようにしてもよい。ノード１０ｂおよび１０ｃは、時刻同期要求メッセージを送信後、一定時間が経過しても時刻同期応答メッセージを受信することができない場合、時刻同期要求メッセージを再送信する。また、ノード１０ｂおよび１０ｃは、ノード１０ａよりも遅いタイミングで時刻同期要求メッセージを送信するようにしてもよい。すなわち、各ノード１０は、集約装置２０までのホップ数に応じて、ホップ数が小さいノード１０ほど時刻同期要求メッセージを早いタイミングで送信するようにしてもよい。例えば、各ノード１０は、復電後、集約装置２０までのホップ数にＮ秒を掛け合わせた時間だけ待ってから時刻同期要求メッセージを送信するようにする。なお、Ｎは正の数とする。これにより、各ノード１０は、親ノードによる時刻同期処理が完了してから時刻同期要求メッセージを送信する可能性が高まるので、時刻同期要求メッセージの再送回数が必要以上に増加するのを防止できる。
　なお、ノード１０は、親ノードの識別情報を複数保持するようにしてもよい。例えば、集約装置２０までのホップ数が同一、かつ経路の通信品質が同等の他のノード１０が複数存在する場合に、親ノードの識別情報を複数保持するようにする。親ノードの識別情報を複数保持している場合、時刻同期応答メッセージが返ってこないと判断した時点、例えば、時刻同期要求メッセージを送信してから一定時間が経過した時点で、別の親ノードに対して時刻同期要求メッセージを送信するなどしてもよい。また、いずれの親ノードからも時刻同期応答メッセージが返ってこない場合は、上述したチャネルスキャンから動作する、すなわち、ネットワークへの参入動作を開始するようにしてもよい。
　集約装置２０へ時刻同期要求メッセージを送信したノード１０ａは、時刻同期応答メッセージを受信し（ステップＳ１３）、時刻同期応答メッセージに含まれている時刻情報に基づいて自装置の時刻を調整する。次に、ノード１０ａは、再認証が必要か否か、すなわち、端末認証を再度実施する必要があるか否かを判断する（ステップＳ１４）。ノード１０ａは、例えば、前回実施した端末認証の有効期限が終わるまでの残り時間が予め決められている閾値よりも短い場合、もしくは既に有効期限を超過している場合、再認証が必要と判断する。なお、端末認証の有効期限が終了すると、記憶部１６で保持している暗号鍵の有効期限も終了する。再認証が必要な場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ノード１０ａは、集約装置２０に対して自装置の端末認証を要求して再認証を実施する（ステップＳ１５）。端末認証動作は上述したとおりである。なお、再認証が必要か否かを判断する処理はメッセージ処理部１４が行い、集約装置２０に対して自装置の端末認証を要求する処理はメッセージ生成部１５が行う。すなわち、メッセージ処理部１４は、ネットワークに参入するための認証処理が必要か否かを判断する処理手段として動作する。また、メッセージ生成部１５は、集約装置２０に対して自装置の認証処理を要求するメッセージを生成する。メッセージ生成部１５が生成したメッセージは、送信手段であるメッセージ送信部１３から認証装置としての集約装置２０へ送信される。ノード１０ａは、端末認証が完了すると、暗号鍵の更新を行う。再認証が必要ではない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、または再認証が正常に終了した場合、ノード１０ａは、時刻同期要求メッセージを受け付け可能な状態に遷移する（ステップＳ１６）。これ以降、ノード１０ａは、時刻同期要求メッセージを受信したか否かを監視する（ステップＳ１７）。ノード１０ａは、時刻同期要求メッセージを受信した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、時刻管理部１８で管理している時刻の情報を含んだ時刻同期応答メッセージを要求元の他のノード１０へ送信する（ステップＳ１８）。ノード１０ａは、時刻同期要求メッセージを受信しない場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、監視動作を継続する。また、ノード１０ａは、ステップＳ１８を実行後、ステップＳ１７に戻って監視動作を継続する。
　ノード１０ａの場合を例にステップＳ１３～Ｓ１８を説明したが、ノード１０ｂおよび１０ｃの場合も同様である。ただし、ノード１０ｂおよび１０ｃは、ステップＳ１４で再認証が必要と判断してステップＳ１５の再認証を実施する場合、親ノードであるノード１０ａを経由し、集約装置２０との間で再認証を実施する。
　なお、ノード１０は、時刻同期を行った親ノードとは異なるノード１０を経由して再認証を行うようにしても構わない。例えば、ノード１０ｂは親ノードであるノード１０ａではなく、ノード１０ｃを経由して再認証を行っても構わない。
　以上の手順で各ノード１０が動作することにより、各ノード１０は復電後、必ずしも再認証を実施する必要がなくなることから、再認証処理に係るトラヒックを削減することができる。
　また、各ノード１０は、親ノードが時刻同期要求メッセージを受付可能な状態に遷移し、親ノードから時刻同期応答メッセージを受信した後に、再認証が必要か否かを判断するので、再認証処理に係るトラヒックが時間的に分散され、無線リソースの枯渇、無線輻輳などが発生するのを防止できる。
　図７は、ノード１０ａ、ノード１０ｂが集約装置２０に時刻を同期させる際の動作の一例を示す図である。なお、図７においては、図６に示した処理と同じ処理に同一のステップ番号を付している。
　図７に示したように、仮に、ノード１０ａおよび１０ｂの双方がステップＳ１４において再認証が必要と判断する場合、まず、ノード１０ａが再認証を実施し、再認証が完了した後に、ノード１０ａがステップＳ１６へ遷移して時刻同期要求メッセージの受付が可能な状態となる。ノード１０ａによる再認証が完了するまでの間、ノード１０ａは、ノード１０ｂから送信された時刻同期要求メッセージに応答しない。この結果、ノード１０ｂの再認証の実施タイミングがノード１０ａの再認証の実施タイミングとは分散される。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、ツリー状トポロジを有する無線マルチホップネットワークシステムにおいて、ツリーの頂点である集約装置２０はノード１０からの時刻同期要求メッセージに対して応答し、ノード１０は時刻同期応答メッセージにより取得した現在時刻に基づき再認証処理を実施するか否かを判断し、再認証処理が不要の場合には再認証処理をスキップすることとした。これにより、再認証処理に係る不要なトラヒックを削減できるとともに、再度暗号通信が可能な状態となるまでの所要時間を短縮することができる。
　また、ノード１０は、親ノードから時刻同期応答メッセージを受信して親ノードとの間の時刻同期処理が完了した後に再認証が必要か否かを判断し、再認証が不要と判断された場合または再認証が完了してから、他のノード１０からの時刻同期要求メッセージに対し時刻同期応答メッセージを送信するので、再認証が必要と判断されたノード１０における再認証処理の実施タイミングが分散される。この結果、無線輻輳を回避することが可能となり、メッセージの再送を減少させることができるとともに、再度暗号通信が可能な状態となるまでの時間を短縮することができる。
　上記の説明において、ノード１０は停電から復電した際に他のノード１０から時刻同期要求メッセージを受信した場合、再認証が必要か否かの判断が完了してから時刻同期応答メッセージを送信するものとしたが、自装置の時刻調整処理完了後、再認証の要否の判断を待たず、調整後の時刻に基づいて時刻同期応答メッセージを要求元のノード１０に送信してもよい。
実施の形態２．
　本実施の形態では、実施の形態１で説明した時刻同期処理で使用される時刻同期要求メッセージおよび時刻同期応答メッセージを暗号化して送信する場合について説明する。無線マルチホップネットワークシステムの構成は図１と同様である。また、ノード１０および集約装置２０の構成も図２および３と同様である。
　本実施の形態において、各ノード１０は記憶部１６に共通のグループ鍵を保持し、当該グループ鍵を用いて時刻同期要求メッセージおよび時刻同期応答メッセージを暗号化する。グループ鍵は、集約装置２０による端末認証後、認証が成功したノードに対して配布される共通の暗号鍵である。集約装置２０との送受信のために各ノード１０が固有に保持する暗号鍵と異なり、グループ鍵は、端末認証の有効期限終了時における更新を必要としない。
　本実施の形態において、ノード１０は、時刻同期要求メッセージを送信する際、記憶部１６からグループ鍵を読み出して暗号化を行い、集約装置２０または他のノード１０である親ノードへ送信する。親ノードは、時刻同期要求メッセージを受信した場合、記憶部２６または１６で保持しているグループ鍵を読み出し、時刻同期要求メッセージを復号する。親ノードは、時刻同期要求メッセージの復号が成功すると、必要な処理を実施した後に同じグループ鍵を使用して時刻同期応答メッセージを暗号化し、送信する。ノード１０は、時刻同期応答メッセージを受信すると、時刻同期要求メッセージの暗号化で使用したものと同じグループ鍵を用いて復号する。
　上記の時刻同期要求メッセージを送信する際、停電から復電した直後は時刻同期が完了しておらず、現在時刻が不明である。このため、端末認証の有効期限終了時に更新を必要とするような暗号鍵を用いて時刻同期要求メッセージを暗号化して送信すると、当該暗号鍵の有効期限が満了している場合には暗号化して送信した時刻同期要求メッセージが親ノードで破棄されてしまう。しかし、端末認証の有効期限終了時における更新を必要としない共通のグループ鍵を用いて時刻同期要求メッセージおよび時刻同期応答メッセージの暗号化を行うことにより、復電時の時刻同期処理が可能となる。
　なお、グループ鍵には、端末認証の有効期限（暗号鍵の有効期限）と異なる有効期限を設けることが可能である。この場合、グループ鍵の有効期限の一定期間前に新たなグループ鍵を集約装置２０から各ノード１０に配布し、各ノード１０において所定の日時に更新するようにしてもよい。
　時刻同期要求メッセージおよび時刻同期応答メッセージを暗号化して送信することに加えて、ＭＩＣ（Message　Integrity　Check）と呼ばれる認証コードを付与して送信するようにしてもよい。例えばＡＥＳ－ＧＣＭ（Advanced　Encryption　Standard　Galois/Counter　Mode）等の認証子付き暗号方式を適用する。暗号化された情報を復号する際に認証子の確認処理も併せて行うことにより、改竄の有無を検知できる。
　このように、本実施の形態においては、時刻同期要求メッセージおよび時刻同期応答メッセージをグループ鍵を用いて暗号化して送信する構成としたことにより、メッセージの内容を秘匿できるとともに、改ざんを検出できる。また、各端末で共通のグループ鍵を用いることにより、親ノードのみと共通の暗号鍵を用いる場合に比して、通信品質の変動による親ノード変更に伴って発生する暗号鍵共有のためのトラヒックを回避することが可能となる。
実施の形態３．
　実施の形態１のノード１０は、親ノードを選択後、親ノードの識別情報を記憶部１６で保持する構成としていた。しかし、例えば、伝搬する無線信号の強度などで特徴づけられる通信路の品質は時間的な変動があるため、各ノード１０が一度選択した親ノードがその後もずっと最適なものであり続ける保証はなく、必要に応じて親ノードの見直しを行うことが望ましい。このような理由から、本実施の形態のノード１０は、例えば、定期的に、周囲の他のノード１０を探索し、親ノードを再選択する。
　このような構成とすることにより、高品質な通信を維持することができ、各種メッセージの再送等が発生するのを防止できる。復電後の時刻同期処理で送受信する時刻同期要求メッセージおよび時刻同期応答メッセージの再送が発生する頻度を低く抑えることができるため、復電してからネットワークの運用が可能となるまでの所要時間が長くなるのを防止できる。
　実施の形態１の無線メッシュネットワークシステムにおいてノード１０が親ノードを定期的に見直すこととしたが、実施の形態２の無線メッシュネットワークシステムにおいてノード１０が親ノードを定期的に見直すようにしてもよい。
実施の形態４．
　実施の形態１では、ノード１０と集約装置２０との間で端末認証を行うこととしたが、集約装置２０が上位装置に対して認証にかかるメッセージを転送し、上位装置とノード１０の間で端末認証を行う構成としてもよい。図８は、本実施の形態にかかる無線マルチホップネットワークシステムの構成例を示す図である。図８に示す無線マルチホップネットワークシステムは、複数のノード１０ａ、１０ｂおよび１０ｃと、集約装置２０と、サーバ装置である認証サーバ３０により構成される。図８に示すネットワークシステムにおいて、端末認証は、ノード１０と認証サーバ３０との間で行われる。すなわち、本実施の形態においては認証サーバ３０が認証装置に相当する。
　図９は、認証サーバ３０の構成例を示す図である。認証サーバ３０は、集約装置２０との間で信号を送受信する通信部３２と、集約装置２０を経由してノード１０へ送信するメッセージを通信部３２へ出力して送信を依頼するメッセージ送信部３３と、集約装置２０を経由してノード１０からメッセージを受信するメッセージ受信部３４と、メッセージ送信部３３が送信するメッセージを生成するメッセージ生成部３５と、各種情報を記憶する記憶部３６と、メッセージ受信部３４が受信したメッセージを受け取って解析し、解析結果に応じた動作を実行するメッセージ処理部３７と、外部の時刻源から取得された時刻情報を受け取って保持する時刻管理部３８と、を備える。
　認証サーバ３０は、実施の形態１において説明した集約装置２０と同様の動作を行うことで、各ノード１０との間で端末認証を行う。認証サーバ３０と集約装置２０との間の通信は有線による通信であってもよいし無線による通信としてもよい。
　このような構成とすることにより、端末認証に係る情報を上位装置で一元管理でき、集約装置２０は端末認証に係る情報、例えば、認証鍵を持つ必要がなくなるので、機器の管理、機器の設置の容易性を高める効果を奏する。例えば、集約装置２０が複数存在する構成のシステムの場合、集約装置２０の故障等により集約装置２０を新しいものに交換する際、新しい集約装置２０に端末認証に係る情報を設定する作業が不要となる。集約装置２０を追加で設置する場合も同様に、追加設置する集約装置２０に端末認証に係る情報を設定する作業が不要となる。
　なお、本実施の形態の無線メッシュネットワークシステムに対して実施の形態２で説明した動作、すなわち、時刻同期処理で送受信するメッセージを暗号化する動作を適用することも可能である。また、実施の形態３で説明した動作、すなわち、各ノード１０が親ノードを定期的に見直す動作を適用することも可能である。実施の形態２で説明した動作および実施の形態３で説明した動作の双方を適用することも可能である。
　各実施の形態で説明したノード１０、集約装置２０および認証サーバ３０のハードウェア構成について説明する。ノード１０、集約装置２０および認証サーバ３０は、例えば、図１０に示したハードウェア１００により実現することができる。ハードウェア１００は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、時計１０３および通信装置１０４を備える。
　プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）などである。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　Erasable　Programmable　Read-Only　Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）等である。
　ハードウェア１００でノード１０を実現する場合、ノード１０の無線通信部１２は通信装置１０４により実現する。
　ノード１０の構成要素のうち、メッセージ送信部１３、メッセージ受信部１４、メッセージ生成部１５およびメッセージ処理部１７は、プロセッサ１０１およびメモリ１０２により実現する。すなわち、メッセージ送信部１３、メッセージ受信部１４、メッセージ生成部１５およびメッセージ処理部１７のそれぞれに対応するプログラムをプロセッサ１０１がメモリ１０２から読み出して実行することにより、各構成要素を実現する。
　ノード１０の記憶部１６はメモリ１０２により実現する。ノード１０の時刻管理部１８は時計１０３により実現する。
　ハードウェア１００で集約装置２０を実現する場合、集約装置２０の無線通信部２２は通信装置１０４により実現する。
　集約装置２０の構成要素のうち、メッセージ送信部２３、メッセージ受信部２４、メッセージ生成部２５およびメッセージ処理部２７は、プロセッサ１０１およびメモリ１０２により実現する。すなわち、メッセージ送信部２３、メッセージ受信部２４、メッセージ生成部２５およびメッセージ処理部２７のそれぞれに対応するプログラムをプロセッサ１０１がメモリ１０２から読み出して実行することにより、各構成要素を実現する。
　集約装置２０の記憶部２６はメモリ１０２により実現する。集約装置２０の時刻管理部２８は時計１０３により実現する。
　ハードウェア１００で認証サーバ３０を実現する場合、認証サーバ３０の通信部２２は通信装置１０４により実現する。
　認証サーバ３０の構成要素のうち、メッセージ送信部３３、メッセージ受信部３４、メッセージ生成部３５およびメッセージ処理部３７は、プロセッサ１０１およびメモリ１０２により実現する。すなわち、メッセージ送信部３３、メッセージ受信部３４、メッセージ生成部３５およびメッセージ処理部３７のそれぞれに対応するプログラムをプロセッサ１０１がメモリ１０２から読み出して実行することにより、各構成要素を実現する。
　認証サーバ３０の記憶部３６はメモリ１０２により実現する。認証サーバ３０の時刻管理部３８は時計１０３により実現する。
　なお、ノード１０、集約装置２０および認証サーバ３０の一部の構成要素をプロセッサ１０１およびメモリ１０２からなる汎用の処理回路で実現する場合について説明したが、これらの構成要素を専用の処理回路で実現することも可能である。専用の処理回路としては、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、などが該当する。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１０ａ，１０ｂ，１０ｃ　ノード、１１，２１　アンテナ、１２，２２　無線通信部、１３，２３　メッセージ送信部、１４，２４　メッセージ受信部、１５，２５　メッセージ生成部、１６，２６　記憶部、１７，２７　メッセージ処理部、１８，２８　時刻管理部、　２０　集約装置、３０　認証サーバ、４１，５１　ローカル宛先、４２，５２　ローカル送信元、４３，５３　メッセージ種別、５４　時刻。

Claims (11)

  1. 　集約装置の配下にありツリー状の無線マルチホップネットワークを形成する通信装置であって、
    　前記集約装置または他の通信装置から時刻情報を取得して自装置の時刻を調整する時刻調整手段と、
    　前記時刻調整手段が自装置の時刻を調整した後に、調整後の自装置の時刻に基づいて、前記無線マルチホップネットワークに参入するための認証処理が必要か否かを判断する処理手段と、
    　前記認証処理が必要と判断された場合、当該通信装置が前記無線マルチホップネットワークに参入可能な装置であるかを判断する認証装置に対し、認証処理を要求する信号を送信する送信手段と、
    　を備えることを特徴とする通信装置。
  2. 　他の通信装置から時刻情報を要求された場合、前記時刻調整手段において調整した自装置の時刻情報を要求元の他の通信装置へ送信する時刻情報送信手段、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  3. 　前記時刻情報送信手段は、他の通信装置から時刻情報を要求された場合、前記認証処理が必要か否かを判断した後に、調整した自装置の時刻情報を要求元の他の通信装置へ送信することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
  4. 　前記認証装置により前記無線マルチホップネットワークへの参入を許可された場合、前記認証装置との暗号通信に用いる暗号鍵を更新する暗号鍵更新手段、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の通信装置。
  5. 　前記無線マルチホップネットワークを形成する他の通信装置との暗号通信に用いるグループ鍵を前記他の通信装置との間で共有し、
    　前記時刻調整手段は、前記グループ鍵を用いた暗号通信により、前記他の通信装置に対する時刻情報の要求を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の通信装置。
  6. 　前記時刻調整手段は、時刻情報の要求先を、前記集約装置および他の通信装置の中から定期的に再選択することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の通信装置。
  7. 　前記暗号鍵の有効期限は、前記無線マルチホップネットワークに参入するための認証の有効期限であることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の通信装置。
  8. 　前記認証装置は、前記通信装置との間で情報の送受信を行う集約装置、または前記集約装置の上位にあって前記集約装置を経由して前記通信装置と通信するサーバ装置であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の通信装置。
  9. 　ツリー状の無線マルチホップネットワークを形成する複数の通信装置の上位に存在し、前記通信装置が前記無線マルチホップネットワークに参入可能な装置か否かを判断する認証処理を行う認証装置であって、
    　前記認証装置は、配下の通信装置に対し時刻情報を送信する時刻情報送信手段を備え、
    　配下の通信装置は、前記認証装置から取得した時刻情報または他の通信装置から取得した時刻情報に基づいて前記認証処理が必要か否かを判断し、必要と判断された場合に前記認証処理を要求する信号を前記認証装置に送信し、
    　前記認証装置は、前記認証処理を要求した配下の通信装置について前記認証処理を行うことを特徴とする認証装置。
  10. 　前記認証処理を要求した配下の通信装置が前記無線マルチホップネットワークに参入可能な通信装置であると判断された場合、当該通信装置との暗号通信に用いる暗号鍵を前記通信装置に送信することを特徴とする請求項９に記載の認証装置。
  11. 　複数の通信装置により構成されるツリー状の無線マルチホップネットワークと、前記通信装置の上位に存在し、前記通信装置が前記無線マルチホップネットワークに参入可能な装置か否かを判断する認証処理を行う認証装置と、からなるネットワークシステムであって、
    　前記認証装置は、配下の通信装置に対し時刻情報を送信する時刻情報送信手段を備え、
    　前記通信装置は、前記認証装置から取得した時刻情報または他の通信装置から取得した時刻情報に基づいて前記認証処理が必要か否かを判断し、必要と判断された場合に前記認証処理を要求する信号を前記認証装置に送信し、
    　前記認証装置は、前記認証処理を要求した配下の通信装置について前記認証処理を行うことを特徴とするネットワークシステム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017175499A (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 東芝ライテック株式会社 通信システム及び通信方法
WO2019217032A1 (en) * 2018-05-10 2019-11-14 Qualcomm Incorporated Methods and apparatuses for concurrent communications in a network
JP2021502749A (ja) * 2017-11-06 2021-01-28 オラクル・インターナショナル・コーポレイション 認証有効化期間を使用するための方法、システム、およびコンピュータ読取可能媒体

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124810A (ja) * 2006-11-13 2008-05-29 Seiko Epson Corp 情報表示装置、通信方法およびプログラム
JP2011160098A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Oki Electric Industry Co Ltd 通信システム及び通信装置
JP2013153400A (ja) * 2011-12-27 2013-08-08 Mitsubishi Electric Corp 無線通信システム、無線通信装置および基準装置
WO2014020714A1 (ja) * 2012-08-01 2014-02-06 株式会社日立製作所 無線ネットワークシステムにおける時刻同期方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8886935B2 (en) * 2010-04-30 2014-11-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Key management device, system and method having a rekey mechanism
JP5676331B2 (ja) * 2011-03-24 2015-02-25 株式会社東芝 ルートノード及びプログラム
JP5944184B2 (ja) * 2012-02-29 2016-07-05 株式会社東芝 情報通知装置、方法、プログラム及びシステム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124810A (ja) * 2006-11-13 2008-05-29 Seiko Epson Corp 情報表示装置、通信方法およびプログラム
JP2011160098A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Oki Electric Industry Co Ltd 通信システム及び通信装置
JP2013153400A (ja) * 2011-12-27 2013-08-08 Mitsubishi Electric Corp 無線通信システム、無線通信装置および基準装置
WO2014020714A1 (ja) * 2012-08-01 2014-02-06 株式会社日立製作所 無線ネットワークシステムにおける時刻同期方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017175499A (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 東芝ライテック株式会社 通信システム及び通信方法
JP2021502749A (ja) * 2017-11-06 2021-01-28 オラクル・インターナショナル・コーポレイション 認証有効化期間を使用するための方法、システム、およびコンピュータ読取可能媒体
JP7349984B2 (ja) 2017-11-06 2023-09-25 オラクル・インターナショナル・コーポレイション 認証有効化期間を使用するための方法、システム、およびコンピュータ読取可能媒体
WO2019217032A1 (en) * 2018-05-10 2019-11-14 Qualcomm Incorporated Methods and apparatuses for concurrent communications in a network
US11051349B2 (en) 2018-05-10 2021-06-29 Qualcomm Incorporated Concurrent communications in a network
TWI770381B (zh) * 2018-05-10 2022-07-11 美商高通公司 在網路中的併發通訊

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