JP2009094768A - Power line communication apparatus and automatic registration method for power line communication apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】新規の機器を電源コンセントに差し込むだけで既存の電力線通信ネットワークとセキュアに接続することを可能とする。
【解決手段】ビーコン処理部103で既存のネットワークの親機からのビーコンを受信すると同時に、AGCとCINR測定部105でビーコンのAGC値とCINR値をそれぞれ測定し、ビーコンのAGC値とCINR値により親機が同一宅内に存在することを登録判断部102で判断した場合、親機と登録、及び固有鍵生成部106を用いて暗号鍵の生成を行う。同一宅内に親機がないと判断した場合、既設子機探索・処理部104で既設の子機を探索し、既設の子機からの応答のAGC値とCINR値により既設の子機が同一宅内に存在することを判断した場合、同様な方法で該既設の子機を通して登録及び暗号鍵の生成を行う。
【選択図】図10The present invention enables secure connection to an existing power line communication network simply by inserting a new device into a power outlet.
A beacon processing unit 103 receives a beacon from a base unit of an existing network, and simultaneously measures an AGC value and a CINR value of the beacon by an AGC and a CINR measurement unit 105, respectively, and uses the AGC value and the CINR value of the beacon. When the registration determination unit 102 determines that the parent device exists in the same home, the parent device and the registration and the unique key generation unit 106 are used to generate an encryption key. If it is determined that there is no parent device in the same house, the existing child device search / processing unit 104 searches for the existing child device, and the existing child device is found in the same house based on the AGC value and CINR value of the response from the existing child device. In the same way, registration and generation of an encryption key are performed through the existing slave unit by the same method.
[Selection] Figure 10
Description
本発明は、電力線通信ネットワークにおいて、新規の通信装置の登録、暗号鍵生成を簡易に実現することを可能とする技術に関するものである。 The present invention relates to a technology that makes it possible to easily register a new communication device and generate an encryption key in a power line communication network.
家庭内の通信技術として、電力線通信のような追加配線が不要な通信技術が注目されている。電力線を伝送媒体とした電力線通信は、2MHz〜30MHzの周波数帯を使い、それをサブキャリアに細分化してOFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)を用いてひとつの論理チャンネルで送受信を行う。しかし、電力線通信の追加配線不要という便利さの反面、その電気信号は張り巡らされた電力線に沿って隣家数軒まで到達する可能性がある。このように信号の送信範囲が物理的に制限されない環境において自宅外の通信装置に、送信した情報を解読されないように、自宅の装置だけにより論理ネットワークを構成し、論理ネットワーク内でデータリンク層のフレームの送受信をする際に暗号通信を行う必要がある。 As a communication technology in the home, a communication technology that does not require additional wiring, such as power line communication, has attracted attention. Power line communication using a power line as a transmission medium uses a frequency band of 2 MHz to 30 MHz, subdivides it into subcarriers, and performs transmission / reception on one logical channel using OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). However, on the other hand, although there is no need for additional wiring for power line communication, the electrical signal may reach several neighbors along the stretched power line. In such an environment where the transmission range of the signal is not physically limited, a logical network is configured only by the home device so that the transmitted information cannot be decoded by a communication device outside the home. It is necessary to perform cryptographic communication when sending and receiving frames.
論理ネットワークを構成するには、ネットワーク識別子またはネットワークの暗号鍵をネットワークのメンバー装置に共有させておかなければならない。しかし、識別子や暗号鍵を入力するために、装置にとって入力インタフェースを備えることが必要となり、またユーザにとって煩雑な設定を行うことが必要となる。特に、内蔵機器や壁埋め込み型機器の場合、入力インタフェースの取り付けや操作が難しいため、入力操作が不要な、即ち自動的に設定できる方法が望まれる。 In order to configure a logical network, a network identifier or a network encryption key must be shared with network member devices. However, in order to input the identifier and the encryption key, it is necessary for the apparatus to have an input interface, and it is necessary to make complicated settings for the user. In particular, in the case of a built-in device or a wall-embedded device, it is difficult to attach and operate an input interface, so a method that does not require an input operation, that is, can be set automatically is desired.
目的装置を特定するために、目的装置の信号強度を検出し判定する方法は従来から用いられている。例えば、特許文献1では、親機に接続要求を同報送信し、親機から接続要求応答を受信する。そして、最も大きい受信パワーまたは最も小さいエラーレートの接続要求応答を送ってきた親機と接続する。特許文献2では、パイロットチャンネルの送信電力値を予め移動端末に通知し、パイロットチャンネルの受信電界強度値と送信電力値により計算された電波距離の最も「近い」及び希望波対干渉波比の最も良好である基地局と接続する。特許文献3では、新規デバイスを第1の位置と第2の位置に置き(何れも目的装置の近く)、周辺の装置に問い合わせ信号を送り、応答信号の受信レベルを測定する。二つの位置で測定された受信レベルの差の最も大きい装置と接続する。
前述目的装置の選択方法では、受信電界強度値と送信電力値との差、異なる2箇所での受信電界強度値の差の最も大きい機器が、電力線通信の伝送特性により必ずしも自宅の機器ではなく、それに基づいて接続すると隣家の機器と誤接続してしまう可能性がある。また、信号のエラーレートの最も小さい、希望波対干渉波比の最も良好な機器も、電力線通信の干渉特性により必ずしも自宅の機器ではなく、それに基づいて接続すると隣家の機器と誤接続してしまう可能性がある。また、機器を2回もしくは3回移動することが必要であり、プリンタやカメラなどなら問題ないが、内蔵機器(特にくらし系機器)の場合に無理あると思われる。さらに、電力線通信の場合は、近くの電源コンセントであっても、距離的に近いであることを保証することができない。 In the method for selecting the target device, the difference between the reception field strength value and the transmission power value, the device having the largest difference between the reception field strength values at two different locations is not necessarily a home device due to the transmission characteristics of power line communication. If it is connected based on that, there is a possibility that it will be erroneously connected to a neighboring device. In addition, the device with the lowest signal error rate and the best desired signal-to-interference ratio is not necessarily a home device due to the interference characteristics of power line communication. there is a possibility. In addition, it is necessary to move the device twice or three times, and there is no problem with a printer or a camera, but it seems impossible for a built-in device (particularly a living device). Furthermore, in the case of power line communication, it is not possible to ensure that even a nearby power outlet is close in distance.
本発明は、電力線通信の事情に鑑みてなされたものであり、新規装置を増設する際にユーザが設定に関する操作をすることなく、確実に宅内の装置のみからなる論理ネットワークの構成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances of power line communication, and provides a method for configuring a logical network that is configured only from devices in a house without a user performing an operation related to setting when adding a new device. For the purpose.
上記目的を達成するために本発明では、新たに増設される新規の電力線通信機器は、既設のマスタ装置から定期的に送られるビーコンの自動利得制御値(AGC値)と搬送波対干渉・雑音比値(CINR値)がそれぞれ所定の閾値を満たしたか否かより、該マスタ装置が同一宅内に設置されているか否かを判断し、であれば、該マスタ装置あてに登録要求を送信し、そして登録及び固有の暗号鍵の交換を行う。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a new power line communication device newly added includes a beacon automatic gain control value (AGC value) periodically transmitted from an existing master device and a carrier-to-interference / noise ratio. It is determined whether or not the master device is installed in the same home based on whether or not each value (CINR value) satisfies a predetermined threshold, and if so, a registration request is transmitted to the master device, and Register and exchange unique encryption keys.
一方、マスタ装置のビーコンのAGC値とCINR値がAGCとCINR値の所定閾値を満たさなかった場合またはマスタ装置からビーコンを受信できなった場合、すべての既設の電力線通信装置を送信対象に探索要求を同報で送信し、前記既設の電力線通信装置から返信された探索応答のAGC値とCINR値がそれぞれ所定の閾値を満たした場合、当該既設の電力線通信装置が同一宅内に設置されていることと判断し、該既設装置に登録要求を送信し、そして登録及び固有の暗号鍵の交換を行う。 On the other hand, when the AGC value and CINR value of the beacon of the master device do not satisfy the predetermined threshold values of the AGC and CINR values, or when the beacon cannot be received from the master device, a search request is made for all existing power line communication devices to be transmitted. When the AGC value and the CINR value of the search response returned from the existing power line communication device satisfy the predetermined threshold values, the existing power line communication device is installed in the same house. The registration request is transmitted to the existing apparatus, and registration and a unique encryption key are exchanged.
前述過程において、既設の電力線通信装置は、新たに増設される新規の電力線通信装置から同報で送信された探索要求を受信した際に、前記新規の電力線通信装置に探索応答で返信する。また、前記新規の電力線通信装置から自身あてに送信された登録要求を受信すると、前記新規の電力線通信装置と登録及び固有の暗号鍵の交換を行う。 In the above-described process, the existing power line communication device returns a search response to the new power line communication device when receiving a search request transmitted by broadcast from the newly added new power line communication device. Further, when a registration request transmitted from the new power line communication device to itself is received, registration and exchange of a unique encryption key are performed with the new power line communication device.
なお、既設のマスタ装置または既設の電力線通信装置は、選択可能な手段として、新規の電力線通信装置からの登録要求の自動利得制御値(AGC値)と搬送波対干渉・雑音比値(CINR値)がそれぞれ所定の閾値を満たした場合に、前記新規の電力線通信装置が同一宅内に設置されていることと判断し、該新規の電力線通信装置と登録及び固有の暗号鍵の交換を行う手段も備える。 The existing master device or the existing power line communication device can select, as a selectable means, an automatic gain control value (AGC value) and a carrier-to-interference / noise ratio value (CINR value) of a registration request from the new power line communication device. Each of which satisfies a predetermined threshold value, it is determined that the new power line communication device is installed in the same house, and a means for registering and exchanging a unique encryption key with the new power line communication device is also provided. .
また、新規の電力線通信装置と登録を行った既設の電力線通信装置は、前記新規の電力線通信装置の識別子と固有の暗号鍵を、自身の固有の暗号鍵で暗号化して同ネットワークのマスタ電力線通信装置に転送する手段を備える。 In addition, the existing power line communication device that has registered with the new power line communication device encrypts the identifier of the new power line communication device and the unique encryption key with its own unique encryption key, and master power line communication of the network Means for transferring to the device.
本発明によれば、新規機器を増設する際に電源コンセントに差し込むだけでセキュアに既設のネットワークに接続することができる。また、ネットワークの統一や親機の交替も簡単に行うことも可能となる。 According to the present invention, when a new device is added, it can be securely connected to an existing network simply by being plugged into a power outlet. It is also possible to easily unify the network and change the parent machine.
(1)ネットワークの設定
本発明に述べている電力線通信は主に住宅(または小さなオフィス)等をターゲット環境とする。電力線が伝送媒体に使われるため、その配線構造が電力線通信ネットワークの物理的な接続に影響する要素として考えなければならない。まず外から導入される商用電源の送電方式には、単相二線式や単相三線式、また非常にまれではあるが三相三線式等がある。そして、使われる送電方式及び宅内にある分電盤の各ブレーカーに引き込まれた電線の違いによって、同宅内の任意二つの電源コンセント間の関係は、同一ブレーカーの配下(同相同一回路)、同じ引き込み線を共有する二つ異なったブレーカーの配下(同相別回路)、もしくは異なった引き込み線とつながった二つ異なったブレーカーの配下(異相別回路)というように分かれる。図1は単相三線式を示す。L1とL2は逆相の電圧線で、Nは中性線で接地される。電源コンセント11と12は同じブレーカー10の配下で同相同一回路に属し、電源コンセント11と12の何れかと21はそれぞれ同じL1とNとつながったが異なるブレーカー20と30の配下のため同相別回路に属し、電源コンセント11と12と21の何れかと31はそれぞれL1とL2の電圧線とつながって且つ別のブレーカー配下のため異相別回路に属する。上記何れの場合も、電力線通信信号が電源コンセントに接続された相手装置まで届くことが可能だが、しかし設置された回路によっては伝送特性に大きな差が現れることがある。ちなみに、単相二線式の場合、宅内の電源コンセントの間で同相同一回路または同相別回路しか存在しない。
(1) Network setting The power line communication described in the present invention is mainly targeted at a residence (or a small office) or the like. Since power lines are used as transmission media, the wiring structure must be considered as an element that affects the physical connection of the power line communication network. First, commercial power transmission systems introduced from outside include a single-phase two-wire system, a single-phase three-wire system, and a very rare three-phase three-wire system. And the relationship between any two power outlets in the house is the same under the same breaker (in-phase and same circuit) due to the difference in the power transmission method used and the wires drawn into each breaker of the distribution board in the house. It is divided into two different circuit breakers that share the lead-in line (in-phase separate circuit), or two different breakers connected to different lead-in lines (different-phase separate circuit). FIG. 1 shows a single-phase three-wire system. L1 and L2 are opposite-phase voltage lines, and N is grounded through a neutral line. The
電力線通信において使われる2MHz〜30MHzの周波数帯域の電気信号は送受信同士が同相同一回路、同相別回路もしくは異相別回路によってそれぞれ伝送特性が異なり、具体的に平均減衰で言えば、同相同一回路の場合は40dB以下に対して、同相別回路と異相別回路の場合は50dB以上まで達することが判明している。さらに、集合住宅の場合(図2)、隣の家との間では、同相別回路や異相別回路と同様に考えられるため、信号の減衰により区別できないのが現状である。こうして物理的に区切りされていなく且つセキュリティが保証されない通信環境においては、上位のデータリンク層で論理ネットワークを構成し、同一ネットワークの装置は同じネットワーク識別子及びネットワーク鍵を共有した上で通信を行うことが必要である(図3)。これにより、前記論理ネットワークに登録されていない装置が、前記論理ネットワークのネットワーク鍵をもっていないため、この論理ネットワークのメンバー装置とのデータ通信を遮断させることができる。 The transmission characteristics of electrical signals in the frequency band of 2 MHz to 30 MHz used in power line communication differ depending on the in-phase identical circuit, the in-phase separate circuit, or the out-of-phase separate circuit. Specifically, in terms of average attenuation, the in-phase identical circuit In the case of, in the case of the in-phase separate circuit and the out-of-phase separate circuit, it has been found that it reaches 50 dB or more. Furthermore, in the case of an apartment house (FIG. 2), since it can be considered in the same way as an in-phase circuit or an out-of-phase circuit with an adjacent house, the current situation is that it cannot be distinguished by signal attenuation. In a communication environment that is not physically separated and security is not guaranteed in this way, a logical network is configured in the upper data link layer, and devices on the same network communicate with each other sharing the same network identifier and network key. Is required (FIG. 3). Thereby, since a device not registered in the logical network does not have a network key of the logical network, data communication with member devices of the logical network can be blocked.
論理ネットワークの具体的な構成方法は、大きく二つのステップに分けられる。ステップ1では、新規装置が既設機器(通常、マスタ装置あるいは親機)と、登録及び固有の暗号鍵交換・共有を行う。例えば、図4中に、新規装置の子機A1が、親機Aと固有鍵A1交換41を行う。ステップ2では、新規装置が同一ネットワーク同士との暗号通信に必要なネットワーク鍵を取得する。その結果、親機以外の各装置(子機)がそれぞれ親機と固有の暗号鍵を共有し、すべての装置(親機とすべての子機)が同じネットワーク鍵を共有することになる。例えば、図4中に、子機A1は、親機Aから固有鍵A1で暗号化された親機Aのネットワーク鍵をネットワーク鍵配付42で受信し、取得する。
The specific configuration method of the logical network is roughly divided into two steps. In step 1, the new device performs registration and unique encryption key exchange / sharing with an existing device (usually a master device or a parent device). For example, in FIG. 4, the child device A1 of the new device performs a unique
同一論理ネットワークの装置同士は、前述のように同相同一回路、同相別回路もしくは異相別回路に設置されている。新規装置(子機)の登録を開始する際に、まず、同相同一回路に既設装置が存在するか否かを確認する。そのため、既設装置と同相同一回路の電源コンセント(例えば、同一電源コンセント)に接続することが必要である。登録が完了すると、新規装置を設置されたい場所、即ち同相別回路もしくは異相別回路に移動してもよい。なお、登録一旦完了後、リセットされない限り、子機の登録情報がずっと非揮発性メモリに保存されており、該新規装置はその論理ネットワークの一員として変わらない。ちなみに、同一電源コンセントは勿論同相同一回路であるが、通常、同じ部屋における電源コンセント同士も同相同一回路になる可能性が高い。 As described above, the devices in the same logical network are installed in the same-phase same circuit, the same-phase different circuit, or the different-phase different circuit. When registration of a new device (child device) is started, first, it is confirmed whether or not an existing device exists in the same phase and same circuit. Therefore, it is necessary to connect to a power outlet (for example, the same power outlet) of the same circuit as the existing device. When the registration is completed, the new device may be moved to a place where the new device is to be installed, that is, the in-phase circuit or the out-of-phase circuit. Note that the registration information of the slave unit is always stored in the non-volatile memory unless it is reset once registration is completed, and the new device does not change as a member of the logical network. Incidentally, although the same power outlet is of course the same phase and same circuit, the power outlets in the same room are also likely to be the same phase and same circuit.
同一論理ネットワークの装置はすべて同相同一回路に設置して使用される場合と、そうでない場合がある。後者の場合は、ネットワークの中に少なくとも移動可能な装置が1台あればよい。具体的には、まずこの装置を親機と登録しておく。そして、この装置を設定用の装置として、必要な場合、例えば、移動不可能の新規装置の増設時に、新規装置の近傍にもっていき、新規装置に対して登録を行う。なお、親機をこの設定用の装置として使ってもよい。 All devices in the same logical network may or may not be used in the same circuit in the same phase. In the latter case, it is sufficient that there is at least one movable device in the network. Specifically, first, this device is registered as a parent device. Then, if necessary, for example, when adding a new device that cannot be moved, this device is used as a setting device, and the device is moved to the vicinity of the new device and registered with the new device. Note that the master unit may be used as a device for this setting.
なお、同相同一回路において複数の論理ネットワークを設置することは、普通は行わないと思われるが、設置すること自体はユーザの意図の下で可能である。しかし、複数の親機が存在する同相同一回路、または異なるネットワークに属する複数の子機が存在する同相同一回路の電源コンセントに、新規装置を接続すると、新規装置はそれを検出し、自動接続不可能の信号を表示部に表示する。この場合、ユーザにとって二つの方法の何れかを選択することが可能である。接続先でない親機または子機を電源コンセントから抜き、新規装置を電源コンセントに再接続する。もしくは、新規装置を、接続先となる同一ネットワークの親機または子機のみ存在する同相同一回路の電源コンセントに再接続する。また、どうしても異なるネットワークの装置が存在する同相同一回路において新規装置を増設したい場合は、親機または既設子機に備え付けられているボタンの押下によって登録先を選択する。ボタンを押されたとき、その装置からネットワーク識別子通知を送信され、新規装置は受信した該ネットワーク識別子をもつ親機と直接に登録するか、もしくはネットワーク識別子を送信した装置を通して親機と登録するようにしてもよい。 In addition, although it seems that it is not usually performed to install a plurality of logical networks in the same-phase same circuit, the installation itself is possible under the intention of the user. However, when a new device is connected to a power outlet of the same-phase same circuit where multiple master units exist, or the same-phase same circuit where multiple slave units belonging to different networks exist, the new device detects it and automatically A signal indicating that connection is impossible is displayed on the display unit. In this case, it is possible for the user to select one of two methods. Unplug the base unit or handset that is not connected to the power outlet, and reconnect the new device to the power outlet. Alternatively, the new device is reconnected to a power outlet of the same-phase same circuit where only the parent device or the child device of the same network as the connection destination exists. If a new device is to be added in the same-phase same circuit where devices of different networks exist, a registration destination is selected by pressing a button provided in the parent device or the existing child device. When the button is pressed, a network identifier notification is transmitted from the device, and the new device registers directly with the parent device having the received network identifier, or registers with the parent device through the device that transmitted the network identifier. It may be.
なお、新規装置は親機からビーコンを受信可能な状態にあるとされるが、実際、親機から直接ビーコンを受信不能な場合でも、同一論理ネットワークの既設装置が同相同一回路に設置されていれば、この既設子機を代理として前述同じ仕組みで登録を行ってもよい。ただし、この場合、登録後、通信(同期等)を行うためには、ビーコンに含まれた情報を前記子機に転送してもらい、転送された情報に基づいて送受信するような付加仕組みを利用することが必要である。 The new device is said to be in a state where it can receive a beacon from the parent device. In fact, even if a beacon cannot be received directly from the parent device, an existing device of the same logical network is installed in the same phase and same circuit. If this is the case, registration may be performed by the same mechanism as described above using this existing slave as a proxy. However, in this case, in order to perform communication (synchronization, etc.) after registration, an additional mechanism is used in which the information contained in the beacon is transferred to the slave unit and transmitted / received based on the transferred information. It is necessary to.
なお、住宅(または小さなオフィス)の場合は、基本的にブレーカーを有する分電盤が設置されており、各部屋の電源コンセントは分電盤中のブレーカーを介して互につながるようになっている。一方、ブレーカーを有する分電盤を使わない環境においては、電力線通信信号がより遠く届き、広い範囲内の機器と自動接続される可能性がある。このような使用環境においては、ブレーカーのあるのと同様な信号の減衰手段(例えば、減衰器やフィルタ)を持たせることで、本発明の自動接続を同様に適用してもよい。 In the case of a house (or a small office), a distribution board with a breaker is basically installed, and the power outlets of each room are connected to each other via the breaker in the distribution board. . On the other hand, in an environment where a distribution board having a breaker is not used, there is a possibility that the power line communication signal reaches farther and is automatically connected to a device within a wide range. In such a use environment, the automatic connection of the present invention may be similarly applied by providing a signal attenuating means (for example, an attenuator or a filter) similar to that of a breaker.
(2)装置の構成
図5は電力線通信装置の外部構成を示す。50は電源入口、51はEthernet(登録商標)の接続口、52は表示部(LED)である。これは、典型的なLAN-PLCアダプタの外部構成である。ただ、外部インタフェースとして、Ethernet(登録商標)の代わりに無線LANや他の通信インタフェースにしてもよい。
(2) Device Configuration FIG. 5 shows the external configuration of the power line communication device.
表示部のLEDは、少なくとも設定前、設定中、登録先特定不可、設定成功、設定失敗という5つの状態を表示できるものとする。なお、登録先特定補助等必要な場合の入力手段として、ボタンを備え付けてもよい。 The LED of the display unit can display at least five states, that is, before setting, during setting, registration destination unspecified, setting success, and setting failure. Note that a button may be provided as an input means when registration destination identification assistance is required.
さらに、同相同一回路の環境を容易に備えるために、一部の装置(例えば、設定専用装置)に対しては、増設される新規装置に電源と通信路を提供するために、電源の電路を分岐して付属電源コンセントを用意してもよい(図6中の63)。 Furthermore, in order to easily provide an environment of the same phase and the same circuit, for some devices (for example, a setting-dedicated device), a power supply circuit is provided in order to provide a power supply and a communication path to the newly added device. An attached power outlet may be prepared by branching (63 in FIG. 6).
なお、前述のように単独なアダプタ装置のほかに、内蔵型や埋め込み型の装置への適用も想定可能である。例としては、ドアホン、分電盤、電力線電源タップ等が挙げられる。換言すれば、本発明の技術を他の装置に組み込まれるハードウェアモジュール及びソフトウェアモジュール(例えば、SDK:Software Development Kit)の形にして提供してよい。このような場合は、前述のような各部分は外観的に図示の様子と多少異なってもよい。 In addition to the single adapter device as described above, application to a built-in type or an embedded type device can be assumed. Examples include door phones, distribution boards, power line power taps, and the like. In other words, the technology of the present invention may be provided in the form of hardware modules and software modules (for example, SDK: Software Development Kit) incorporated in other devices. In such a case, each part as described above may be slightly different from the illustrated state in appearance.
図7は装置の内部構成を示す。本発明と係わるのは、AGC72、PLC PHY74、PLC MAC76、CPU77等である。AGC値はレジスタ75に保存され、次のフレームが受信されるとその値にオーバーライトされる。登録に関係するプログラムはCPU77で実行される。NIC79としてEthernet(登録商標)のモジュールが用いられる。しかし、前述のように、ここに無線LANや他の通信インタフェースのモジュールが取って代わってもよい。
FIG. 7 shows the internal configuration of the apparatus. The present invention relates to
図7に示すように、AGC値とCINR値はそれぞれ、PLC PHY74のレジスタ75とPLC MAC76から取得される。こうして取得されたAGC値とCINR値は同一フレームのものであることが、図8に示された処理の仕組みを備えることで保証される。具体的には、μコード81レベルでPHY80から電力線通信のフレームを受信検知83すると、ファームウェアにμコード割り込み84を行い、MACアドレス保存レジスタ86から送信元のMACアドレスとAGCレジスタ85からAGC値を読み出し、MACアドレス:AGC値ペア87で一時記憶し、後にファームウェアで処理されるフレームをキャッチし、そのCINR値とともに前記AGC値をフレームの情報として提供する。
As shown in FIG. 7, the AGC value and the CINR value are obtained from the
図9は装置内部における接続設定部と関係する機能部を示す。接続設定部90は本発明のプログラムが含まれ、その実行結果が端末情報記録部91に保存される。端末管理部92は、端末情報記録部91に保存されている情報に基づいて端末の認証や管理を行う。接続設定に関する状態の信号は表示部93により表示される。
FIG. 9 shows functional units related to the connection setting unit in the apparatus. The
図10は子機の接続設定部の各機能部を示す。101は既設の機器(親機等)と登録を行う登録実行部である。102は登録先の判断を行う登録判断部である。103は親機からのビーコンに対する処理を行うビーコン処理部である。104は既設子機を探索しその存在を確認する既設子機探索・処理部である。105はビーコンや既設子機探索応答のAGC値とCINR値を測定するAGCとCINR測定部である。106は既設の機器(親機等)と固有な暗号鍵を生成する固有鍵生成部。新規子機の場合は、ビーコンのAGC値とCINR値により親機と同相同一回路であるか否かを登録判断部で判断し、同相同一回路であれば、親機と登録する。同相同一回路でなければ、既設子機探索及び探索応答のAGC値とCINR値により同相同一回路に既設子機が存在するか否かを判断し、存在すれば、該子機と登録する。存在しなければ、自動接続不可となる。また、登録において、固有鍵生成部106を用いて、登録される新規子機の固有の暗号鍵を生成する。
FIG. 10 shows each functional unit of the connection setting unit of the slave unit.
図11は親機の接続設定部の各機能部を示す。登録受付部113で新規子機から受信した登録要求のAGC値とCINR値をAGCとCINR測定部114で取得し、該新規子機と同相同一回路であるか否かを登録判断部112で判断し、同相同一回路であれば該新規子機と登録し、また固有鍵生成部115を用いて新規子機の固有の暗号鍵を生成する。
FIG. 11 shows each functional unit of the connection setting unit of the base unit. The AGC and
(3)装置の機能(親機、既設子機、新規子機)
図12は接続設定に関する親機のフローチャートを示す。親機は、周期的にビーコンを同報(ブロードキャスト)(S120)で送信する。新規子機から宛先特定(ユニキャスト)で送信された登録要求を受信すると(S121)、該新規子機と登録を実行する(S122)。なお、親機は前記新規子機が自身と同相同一回路であることを登録要求のAGC値とCINR値により判断してから、該新規子機と登録を実行してもよい。また、既設子機から代理登録要求を受信すると(S123)、親機は代理登録要求を解読して、含まれた新規子機の情報(少なくともMACアドレスと固有の暗号鍵)を端末情報記録部に記録する(S124)。そして、代理登録の結果が含まれた代理登録応答を前記既設子機に返信する。代理登録要求や代理登録応答は前記既設子機の固有の暗号鍵で暗号化して送信される。なお、これらのフレームはネットワーク鍵で暗号化して送信してもよい。
(3) Device functions (master unit, existing slave unit, new slave unit)
FIG. 12 shows a flowchart of the master unit regarding connection setting. The base unit periodically transmits a beacon by broadcast (broadcast) (S120). When a registration request transmitted by destination identification (unicast) is received from the new slave unit (S121), registration with the new slave unit is executed (S122). Note that the master unit may execute registration with the new slave unit after determining that the new slave unit is in the same phase and same circuit with the AGC value and CINR value of the registration request. When receiving the proxy registration request from the existing slave unit (S123), the master unit decrypts the proxy registration request and stores the information of the new slave unit (at least the MAC address and the unique encryption key) included in the terminal information recording unit. (S124). Then, a proxy registration response including the result of proxy registration is returned to the existing slave unit. The proxy registration request and proxy registration response are transmitted after being encrypted with the unique encryption key of the existing slave unit. These frames may be transmitted after being encrypted with a network key.
図13は接続設定に関する既設子機のフローチャートを示す。既設子機は、新規子機からブロードキャストで送信された既設子機探索要求を受信すると(S130)、既設子機探索応答を返信する(S131)。そして、新規子機からユニキャストで送信された登録要求を受信すると(S132)、該新規子機と登録を実行する(S133)。既設子機は該新規子機が自身と同相同一回路であることを登録要求のAGC値とCINR値により判断してから、該新規子機と登録を実行してもよい。登録完了後、新規子機の情報(少なくともMACアドレスと固有の暗号鍵)が含まれた代理登録要求を親機に送信し、新規子機の本登録を実行させる(S134)。 FIG. 13 shows a flowchart of an existing slave unit related to connection setting. When the existing child device receives the existing child device search request transmitted by broadcast from the new child device (S130), it returns an existing child device search response (S131). When a registration request transmitted by unicast is received from the new slave unit (S132), registration with the new slave unit is executed (S133). The existing slave unit may execute registration with the new slave unit after determining that the new slave unit is in the same phase and same circuit as the self-slave unit based on the AGC value and CINR value of the registration request. After the registration is completed, a proxy registration request including information on the new slave unit (at least the MAC address and the unique encryption key) is transmitted to the master unit, and the main registration of the new slave unit is executed (S134).
図14は接続設定に関する新規子機のフローチャートを示す。新規子機は、起動後に親機からのビーコンを受信し(S140)、ビーコンのAGC値とCINR値により親機と同相同一回路であるか否かを判断し(S141)、同相同一回路であれば、親機にユニキャストで登録要求を送信し、登録を実行する(S142)。同相同一回路でなければ、既設子機探索要求をブロードキャストで送信し(S143)、既設子機からの既設子機探索応答のAGC値とCINR値により、該既設子機が自身と同相同一回路であるか否かを判断し(S144)、同相同一回路であれば、該既設子機にユニキャストで登録要求を送信し登録を実行する(S145)。同相同一回路でなければ、登録先判断不可として(S146)、再接続することが必要となる。また、同相同一回路において異なるネットワークの親機または既設子機が存在すると判断した場合、登録先判断不可として、登録先としたい親機または既設子機のボタン押下によってネットワーク識別子を通知されると、その識別子をもつ親機にユニキャストで登録要求を送信し登録を実行してもよい(図示なし)。 FIG. 14 is a flowchart of the new slave unit related to connection setting. The new slave unit receives a beacon from the master unit after activation (S140), and determines whether the same phase and same circuit as the master unit is based on the AGC value and CINR value of the beacon (S141). If so, a registration request is transmitted to the base unit by unicast, and registration is executed (S142). If it is not an in-phase identical circuit, an existing slave unit search request is transmitted by broadcast (S143), and the existing slave unit is in phase with itself by the AGC value and CINR value of the existing slave unit search response from the existing slave unit. It is determined whether or not the circuit is a circuit (S144), and if it is an in-phase identical circuit, a registration request is transmitted to the existing slave unit by unicast and registration is executed (S145). If they are not in-phase and identical circuits, the registration destination cannot be determined (S146), and reconnection is required. In addition, if it is determined that there is a parent device or an existing child device in a different network in the same circuit and the same circuit, if the network identifier is notified by pressing the button of the parent device or existing child device to be registered as a registration destination cannot be determined. The registration may be performed by transmitting a registration request to the base unit having the identifier by unicast (not shown).
前述の既設子機探索の方法としては、シーケンシャルな方法を使う。具体的には、送信方式や送信電力を変更して送信範囲を徐々に拡大しながら既設子機探索要求を送信する(図15)。そうすることにより、既設子機は多く存在する場合、各既設子機からの既設子機探索応答の衝突する可能性を低減させることができる。さらに、既設子機探索応答の数を減らすために、既設子機は、既設子機探索要求のAGC値とCINR値から新規子機が自分と同相同一回路でないとわかった場合に既設子機探索応答を返送しないようにしてもよい。 A sequential method is used as the method of searching for the existing slave unit. Specifically, the existing slave unit search request is transmitted while gradually expanding the transmission range by changing the transmission method and transmission power (FIG. 15). By doing so, when there are many existing slave units, the possibility of collision of existing slave unit search responses from the respective slave units can be reduced. Further, in order to reduce the number of existing slave unit search responses, the existing slave unit can be configured when it is determined from the AGC value and CINR value of the existing slave unit search request that the new slave unit is not in the same phase and same circuit as itself. The search response may not be returned.
同相同一回路であるか否かの論理判別式の一例を以下に示す。 An example of a logical discriminant for determining whether or not they are in-phase and identical circuits is shown below.
ただし、AGCthreshold1とAGCthreshold2は予め決まったAGCの閾値、CINRthreshold1とCINRthreshold2は予め決まったCINRの閾値である。 However, AGC threshold 1 and AGC threshold 2 are predetermined AGC thresholds, and CINR threshold 1 and CINR threshold 2 are predetermined CINR thresholds .
なお、この式に対して若干変更や拡張を加えて使用したとしても、AGC値とCINR値を利用して同相同一回路の判断を行うこと自体が変わらなければ本発明の実施範囲に含まれると考えてよい。 It should be noted that even if this formula is used with some changes or expansions, it is included in the scope of the present invention as long as it does not change the in-phase same circuit determination using the AGC value and the CINR value. You may think.
AGC値やCINR値を測定する際に、ビーコンや登録要求や既設子機探索応答の送信電力は一定または既知のものとする。なお、同一フレームを複数のサブキャリアに分けて送信する場合でも、すべてのサブキャリアでの送信は同様な送信電力を使うため、上記同相同一回路の判別式は依然として成り立つ。 When measuring the AGC value and the CINR value, the transmission power of the beacon, the registration request, and the existing slave unit search response is assumed to be constant or known. Even when the same frame is divided into a plurality of subcarriers and transmitted, transmission on all the subcarriers uses the same transmission power, so that the discriminant of the in-phase and same circuit still holds.
登録過程に伴う固有の暗号鍵の生成に際して、まず鍵生成用の情報を交換し、次に交換された情報を用いて固有の暗号鍵を生成する。鍵生成の方法は、Diffie−Hellmanのような公開的な情報交換に基づく鍵生成方法を使う。なお、秘密的な情報交換に基づく鍵生成方法を使ってもよい。 When generating a unique encryption key accompanying the registration process, first, information for key generation is exchanged, and then a unique encryption key is generated using the exchanged information. The key generation method uses a key generation method based on public information exchange such as Diffie-Hellman. A key generation method based on secret information exchange may be used.
新規子機において登録のトリッガは起動及び初期化完了後に自動的に行われる。しかし、ボタンが装着している場合には、登録先判定不可の後の再登録のトリッガとしてボタン押下にしてもよい。 In the new slave unit, the registration trigger is automatically performed after the start-up and initialization. However, when the button is attached, the button may be pressed as a re-registration trigger after the registration destination determination is impossible.
なお、機器モード(親機と子機)選択ボタンが備えている機器の場合は、親子モードの選択を手動で行う。機器モード(親機と子機)選択ボタンが備えていない機器の場合は、機器モードの選択を自動で行う。後者の場合、1台目は、ビーコン等電力線信号を何も受信していなければ、親機になる。何か受信していれば、同相同一回路で2台目が接続されるのを待って、2台目から既設子機探索要求を送信されると、既設子機探索応答を返信すると同時に親機になる。また、既設子機探索要求と応答による情報交換により、含まれた機器の移動性やファームウェアのバージョン等情報に基づいて1台目もしくは2台目を親機として決めてもよい。 In the case of a device provided with a device mode (parent device and child device) selection button, the parent / child mode is manually selected. In the case of a device that does not have a device mode (parent device and child device) selection button, the device mode is automatically selected. In the latter case, the first unit becomes a base unit if no power line signal such as a beacon is received. If something is received, it waits for the second unit to be connected in the same phase and same circuit, and when an existing slave unit search request is sent from the second unit, an existing slave unit search response is returned and at the same time Become a machine. Alternatively, the first or second unit may be determined as the parent unit based on information such as the mobility of the included device and the firmware version by exchanging information based on the existing slave unit search request and response.
なお、図示しないが、本発明は二つのネットワークの統一や親機交替に適用してもよい。 Although not shown in the drawings, the present invention may be applied to unification of two networks or replacement of a parent device.
二つのネットワークの統一を行う場合は、それぞれの親機を同相同一回路に接続し、そしてボタン押下して(ボタンない場合は押下しなくてもよい)、二つの親機間で相手のビーコンのAGC値とCINR値から同相同一回路であることを判断し、所定の規定に従って親機の一つを新しい親機として決め、もう一つの親機は子機になり、新しい親機に自動登録を行い、自身のもっている子機に関する端末登録情報を新しい親機に転送し、そして自身の各子機に親機変更の通知を送る。こうすることにより、二つのネットワークは一つのネットワークに統一することができる。 To unify the two networks, connect each parent unit to the same phase and same circuit, and press the button (you do not have to press it if there is no button), and the beacon of the other party between the two parent units From the AGC value and CINR value, it is determined that the circuits are in-phase and the same circuit, and one of the parent devices is determined as a new parent device in accordance with the prescribed rules, and the other parent device becomes a child device. Registration is performed, terminal registration information related to the child device that the device has is transferred to the new parent device, and a notification of changing the parent device is sent to each child device. By doing so, the two networks can be unified into one network.
親機交替を行う場合は、既設親機を電源コンセントから抜き、新しい親機をある既設子機と同相同一回路の電源コンセントに接続することで、該既設子機は新しい親機の子機として再登録される。さらに、該既設子機は親機が変わったことを他の既設子機に通知し、他のすべての既設子機はそれぞれ新しい親機と再登録する。 When changing the master unit, unplug the existing master unit from the power outlet and connect the new master unit to a power outlet in the same circuit as the existing slave unit. Will be re-registered as Furthermore, the existing slave unit notifies the other existing slave units that the master unit has changed, and all the other existing slave units re-register with the new master unit.
本発明にかかる電力線通信装置及び電力線通信装置の自動登録方法は、新規機器を増設する際に電源コンセントに差し込むだけでセキュアに既設のネットワークに接続することが可能な効果を有し、通信装置間の秘密通信に用いられる共通秘密鍵の設定を行う自動登録方法及び通信装置として有用である。また、ネットワークの統一や親機の交替を簡単に行う等の用途にも応用できる。 The power line communication device and the automatic registration method of the power line communication device according to the present invention have an effect that can be securely connected to an existing network simply by plugging into a power outlet when adding a new device. It is useful as an automatic registration method and communication apparatus for setting a common secret key used for secret communication. Also, it can be applied to applications such as network unification and easy replacement of the master unit.
101 登録実行部
102 登録判断部
103 ビーコン処理部
104 既設子機探索・処理部
105 AGCとCINR測定部
106 固有鍵生成部
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