(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
路側機からの路車間通信および車載器からの車車間通信を実行する車載器であって、
前記路側機は、複数のサブフレームが含まれたフレームを繰り返し規定し、前記複数のサブフレームのいずれかの先頭期間に路車送信期間を設定し、その路車送信期間にパケット信号を送信する路側機であって、
プロトコルのバージョンを示すプロトコルバージョンと、
平文データ、署名付きデータ、または暗号化データを設定可能なメッセージタイプと、
発信元として路側機、緊急車両に搭載された車載器、または一般車両に搭載された車載器を設定可能な発信元種別と、
路側機に固有の公開鍵証明書と、
他の装置に通知すべきデータと、
前記他の装置に通知すべきデータを含む署名対象に対して生成された署名と、
暗号化に使用された共通鍵を特定する鍵ＩＤと、
を含む通信データを生成し、
生成された通信データを、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式のパケット信号としてブロードキャストし、
前記路側機は、前記他の装置に通知すべきデータ及び前記署名を含む暗号化対象を、前記鍵ＩＤで特定される共通鍵を用いて暗号化する路側機であり、
本車載器は、
前記路側機からブロードキャストされたパケット信号を受信する通信部と、
前記路側機と本車載器間で共有される共通鍵を用いて、前記パケット信号に含まれる通信データの暗号化部分を復号し、前記公開鍵証明書に含まれる公開鍵を用いて、復号された署名を検証する処理部と、
を備えることを特徴とする車載器。
復号し
【請求項２】
前記通信部は、前記路車送信期間以外の車車送信期間において他の車載器からパケット信号を受信するとともに、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式でパケット信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の車載器。
【請求項３】
本車載器の処理部は、
プロトコルのバージョンを示すプロトコルバージョンと、
平文データ、署名付きデータ、または暗号化データを設定可能なメッセージタイプと、
発信元として路側機、緊急車両に搭載された車載器、または一般車両に搭載された車載器を設定可能な発信元種別と、
他の装置に通知すべきデータと、
前記他の装置に通知すべきデータを含む署名対象に対して生成されたＭＡＣ（Ｍｅｓｓａｇｅ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｄｅ）と、
ＭＡＣ生成、またはＭＡＣ生成および暗号化に使用される共通鍵を特定する鍵ＩＤと、
を含む通信データを生成し、
前記通信部は、生成された通信データを、ＯＦＤＭ変調方式のパケット信号としてブロードキャストし、
前記処理部は、前記他の装置に通知すべきデータ及び前記ＭＡＣを含む暗号化対象を、前記鍵ＩＤで特定される共通鍵を用いて暗号化することを特徴とする請求項１または２に記載の車載器。
【請求項４】
前記路側機、本車載器、他の車載器が属する通信システムでは、複数の共通鍵を含む共通鍵テーブルが複数規定され、共通鍵テーブルが定期的に更新されることを特徴とする請求項３に記載の車載器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信技術に関し、特に所定の情報が含まれた信号を送受信する車載器に関する。
【背景技術】
【０００２】
交差点の出会い頭の衝突事故を防止するために、路車間通信の検討がなされている。路車間通信では、路側機と車載器との間において交差点の状況に関する情報が通信される。路車間通信では、路側機の設置が必要になり、手間と費用が大きくなる。これに対して、車車間通信、つまり車載器間で情報を通信する形態であれば、路側機の設置が不要になる。その場合、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等によって現在の位置情報をリアルタイムに検出し、その位置情報を車載器同士で交換しあうことによって、自車両および他車両がそれぞれ交差点へ進入するどの道路に位置するかを判断する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０２９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩＥＥＥ８０２．１１等の規格に準拠した無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）と呼ばれるアクセス制御機能が使用されている。そのため、当該無線ＬＡＮでは、複数の端末装置によって同一の無線チャネルが共有される。このようなＣＳＭＡ／ＣＡでは、キャリアセンスによって他のパケット信号が送信されていないことを確認した後に、パケット信号が送信される。
【０００５】
一方、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）のような車車間通信に無線ＬＡＮを適用する場合、不特定多数の端末装置へ情報を送信する必要があるために、通信内容の秘匿性を確保することが望まれる。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信内容の秘匿性を確保する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の端末装置は、基地局装置からのパケット信号を受信する通信部と、通信部において受信したパケット信号を処理する処理部とを備える。通信部において基地局装置から受信したパケット信号では、電子署名に対して公開鍵暗号方式の秘密鍵が使用され、データに対して共通鍵暗号方式の共通鍵が使用されている。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通信内容の秘匿性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係る通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る通信システムの別の構成を示す図である。
【図３】図１および図２の基地局装置の構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）−（ｄ）は、図１および図２の通信システムにおいて規定されるフレームのフォーマットを示す図である。
【図５】図５（ａ）−（ｂ）は、図４（ａ）−（ｄ）のサブフレームの構成を示す図である。
【図６】図６（ａ）−（ｃ）は、図１および図２の通信システムにおいて規定されるパケット信号に格納されるＭＡＣフレームのフォーマットを示す図である。
【図７】図７（ａ）−（ｂ）は、図４（ａ）−（ｄ）のサブフレームの別の構成を示す図である。
【図８】図１および図２の車両に搭載された端末装置の構成を示す図である。
【図９】図３の基地局装置におけるメッセージヘッダの生成手順を示すフローチャートである。
【図１０】図３の基地局装置におけるメッセージヘッダの挿入手順を示すフローチャートである。
【図１１】図８の端末装置における報知タイミングの決定手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例に係る通信システムにおいて規定されるＭＡＣフレームに格納される車車間通信のセキュリティフレームのフォーマットを示す図である。
【図１３】図１３（ａ）−（ｂ）は、図１２のセキュリティフレームに対する処理内容を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）−（ｄ）は、本発明の実施例に係る基地局装置において実行されるセキュリティ処理の概要を示す図である。
【図１５】本発明の第４の変形例に係る基地局装置におけるメッセージヘッダの挿入手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、車両に搭載された端末装置間において車車間通信を実行するとともに、交差点等に設置された基地局装置から端末装置へ路車間通信も実行する通信システムに関する。車車間通信として、端末装置は、車両の速度や位置等の情報（以下、これらを「データ」という）を格納したパケット信号をブロードキャスト送信する。また、他の端末装置は、パケット信号を受信するとともに、データをもとに車両の接近等を認識する。ここで、基地局装置は、複数のサブフレームが含まれたフレームを繰り返し規定する。基地局装置は、路車間通信のために、複数のサブフレームのいずれかを選択し、選択したサブフレームの先頭部分の期間において、制御情報等が格納されたパケット信号をブロードキャスト送信する。
【００１２】
制御情報には、当該基地局装置がパケット信号をブローキャスト送信するための期間（以下、「路車送信期間」という）に関する情報が含まれている。端末装置は、制御情報をもとに路車送信期間を特定し、路車送信期間以外の期間においてパケット信号を送信する。このように、路車間通信と車車間通信とが時間分割多重されるので、両者間のパケット信号の衝突確率が低減される。つまり、端末装置が制御情報の内容を認識することによって、路車間通信と車車間通信との干渉が低減される。また、車車間通信を実行している端末装置が存在するエリアは、主として３種類に分類される。
【００１３】
ひとつは、基地局装置の周囲に形成されるエリア（以下、「第１エリア」という）であり、もうひとつは、第１エリアの外側に形成されるエリア（以下、「第２エリア」という）であり、さらに別のひとつは、第２エリアの外側に形成されるエリア（以下、「第２エリア外」という）である。ここで、第１エリアと第２エリアでは、基地局装置からのパケット信号をある程度の品質で端末装置が受信可能であるのに対して、第２エリア外では、基地局装置からのパケット信号をある程度の品質で端末装置が受信できない。また、第１エリアは、第２エリアよりも、交差点の中心に近くなるように形成されている。第１エリアに存在する車両は、交差点の近くに存在している車両であるので、当該車両に搭載された端末装置からのパケット信号は、衝突事故の抑制の点から重要な情報といえる。
【００１４】
このようなエリアの規定に対応して、車車間通信のための期間（以下、「車車送信期間」という）は、優先期間、一般期間の時間分割多重によって形成されている。優先期間は、第１エリアに存在する端末装置が使用するための期間であり、優先期間を形成している複数のスロットのうちのいずれかにおいて、端末装置はパケット信号を送信する。また、一般期間は、第２エリアに存在する端末装置が使用するための期間であり、端末装置は、一般期間においてＣＳＭＡ方式にてパケット信号を送信する。ここで、車両に搭載された端末装置が、どのエリアに存在するかを判定する。なお、基地局装置によっては、第１エリアを形成しない場合もある。その場合、車車送信期間は、優先期間を含まず、一般期間のみによって形成される。
【００１５】
つまり、２種類のフレームの構成が規定されている。基地局装置は、路車送信期間において報知するパケット信号によって、使用しているフレームに関する情報を端末装置に通知する。ここで、優先期間が含まれていないフレーム（以下、「第１フレーム」という）は、優先期間が含まれているフレーム（以下、「第２フレーム」という）よりもフレーム構成が簡易であるので、制御情報の情報量を少なくできる。本実施例に係る基地局装置では、制御情報の構成を簡易にするために、第１フレームを使用する場合に、路車送信期間に関する情報をパケット信号に含め、第２フレームを使用する場合に、路車送信期間に関する情報に加えて、優先期間に関する情報をパケット信号に含める。
【００１６】
第２エリア外に存在する端末装置は、フレームの構成を把握していないので、フレームの構成に関係なくＣＳＭＡ方式にてパケット信号を送信する。他の端末装置からブロードキャスト送信されたパケット信号との衝突確率を低減するためには、このような場合であっても、フレームに含まれた複数のスロットのうちのいずれかにおいて、パケット信号をブロードキャスト送信する方が望ましい。スロット単位でパケット信号が送信されれば、パケット信号の途中から衝突する状況が発生しにくくなるからである。これに対応するため、本実施例に係る端末装置は、第２エリア外に存在する場合に、他の端末装置からブロードキャスト送信されたパケット信号であって、いずれかのスロットにおいてブロードキャスト送信されたパケット信号を受信する。端末装置は、受信したパケット信号をもとに、フレームに同期する。端末装置は、フレームに含まれた複数のスロットのいずれかにおいて、パケット信号をブロードキャスト送信する。
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係る通信システム１００の構成を示す。これは、ひとつの交差点を上方から見た場合に相当する。通信システム１００は、基地局装置１０、車両１２と総称される第１車両１２ａ、第２車両１２ｂ、第３車両１２ｃ、第４車両１２ｄ、第５車両１２ｅ、第６車両１２ｆ、第７車両１２ｇ、第８車両１２ｈ、ネットワーク２０２を含む。なお、各車両１２には、図示しない端末装置が搭載されている。また、第１エリア２１０は、基地局装置１０の周囲に形成され、第２エリア２１２は、第１エリア２１０の外側に形成され、第２エリア外２１４は、第２エリア２１２の外側に形成されている。
【００１８】
図示のごとく、図面の水平方向、つまり左右の方向に向かう道路と、図面の垂直方向、つまり上下の方向に向かう道路とが中心部分で交差している。ここで、図面の上側が方角の「北」に相当し、左側が方角の「西」に相当し、下側が方角の「南」に相当し、右側が方角の「東」に相当する。また、ふたつの道路の交差部分が「交差点」である。第１車両１２ａ、第２車両１２ｂが、左から右へ向かって進んでおり、第３車両１２ｃ、第４車両１２ｄが、右から左へ向かって進んでいる。また、第５車両１２ｅ、第６車両１２ｆが、上から下へ向かって進んでおり、第７車両１２ｇ、第８車両１２ｈが、下から上へ向かって進んでいる。
【００１９】
通信システム１００は、交差点に基地局装置１０を配置する。基地局装置１０は、端末装置間の通信を制御する。基地局装置１０は、図示しないＧＰＳ衛星から受信した信号や、図示しない他の基地局装置１０にて形成されたフレームをもとに、複数のサブフレームが含まれたフレームを繰り返し生成する。ここで、各サブフレームの先頭部分に路車送信期間が設定可能であるような規定がなされている。基地局装置１０は、複数のサブフレームのうち、他の基地局装置１０によって路車送信期間が設定されていないサブフレームを選択する。基地局装置１０は、選択したサブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。基地局装置１０は、設定した路車送信期間においてパケット信号を報知する。
【００２０】
パケット信号に含まれるべきデータとして、複数種類のデータが想定される。ひとつが、渋滞情報や工事情報等のデータであり、別のひとつが、優先期間に含まれた各スロットに関するデータである。後者には、いずれの端末装置にも使用されていないスロット（以下、「空きスロット」という）、ひとつの端末装置に使用されたスロット（以下、「使用スロット」という）、複数の端末装置に使用されているスロット（以下、「衝突スロット」という）が含まれる。渋滞情報や工事情報等のデータが含まれたパケット信号（以下、「ＲＳＵパケット信号」という）と、各スロットに関するデータが含まれたパケット信号（以下、「制御パケット信号」という）とは、別々に生成される。ＲＳＵパケット信号と制御パケット信号とは、「パケット信号」と総称される。
【００２１】
端末装置が、基地局装置１０からのパケット信号を受信したときの受信状況に応じて、通信システム１００の周囲に第１エリア２１０および第２エリア２１２が形成される。図示のごとく、基地局装置１０の近くに、受信状況が比較的よい領域として、第１エリア２１０が形成される。第１エリア２１０は、交差点の中心部分の近くに形成されるともいえる。一方、第１エリア２１０の外側に、受信状況が第１エリア２１０よりも悪化している領域として、第２エリア２１２が形成される。さらに、第２エリア２１２の外側に、受信状況が第２エリア２１２よりもさらに悪化している領域として、第２エリア外２１４が形成されている。なお、受信状況として、パケット信号の誤り率、受信電力が使用される。
【００２２】
基地局装置１０からのパケット信号には、２種類の制御情報が含まれており、ひとつは、設定された路車送信期間に関する情報（以下、「基本部分」という）であり、もうひとつは、設定された優先期間に関する情報（以下、「拡張部分」という）である。端末装置は、受信したパケット信号に含まれた基本部分をもとに、フレームを生成する。その結果、複数の端末装置のそれぞれにおいて生成されるフレームは、基地局装置１０において生成されるフレームに同期する。また、端末装置は、基地局装置１０によって報知されたパケット信号を受信し、受信したパケット信号の受信状況と拡張部分とをもとに、第１エリア２１０、第２エリア２１２、第２エリア外２１４のいずれに存在するかを推定する。端末装置は、第１エリア２１０に存在する場合に、優先期間に含まれたいずれかのスロットにてパケット信号を報知し、第２エリア２１２に存在する場合に、一般期間においてキャリアセンスにてパケット信号を報知する。そのため、優先期間においてＴＤＭＡが実行され、一般期間においてＣＳＭＡ／ＣＡが実行される。
【００２３】
なお、端末装置は、次のフレームにおいても、相対的なタイミングが同一のサブフレームを選択する。特に、優先期間において、端末装置は、次のフレームにおいて、相対的なタイミングが同一のスロットを選択する。ここで、端末装置は、データを取得し、データをパケット信号に格納する。データには、例えば、存在位置に関する情報が含まれる。また、端末装置は、制御情報もパケット信号に格納する。つまり、基地局装置１０から送信された制御情報は、端末装置によって転送される。一方、第２エリア外２１４に存在していると推定した場合、端末装置は、他の端末装置から報知されたパケット信号であって、優先期間に含まれたいずれかのスロットにて報知されたパケット信号を受信できれば、当該パケット信号をもとに、フレームを生成する。また、端末装置は、フレームの優先期間に含まれたいずれかのスロットをランダムに選択し、選択したスロットにてパケット信号を報知する。端末装置は、他の端末装置から報知されたパケット信号であって、優先期間に含まれたいずれかのスロットにて報知されたパケット信号を受信できなければ、フレームの構成に関係なく、ＣＳＭＡ／ＣＡを実行することによって、パケット信号を報知する。
【００２４】
図２は、本発明の実施例に係る通信システム１００の別の構成を示す。図２の通信システム１００は、図１と同様に構成されているが、第１エリア２１０が形成されていない。例えば、図２が想定される交差点は、図１が想定される交差点と別であるとする。図２の場合、車車送信期間には、優先期間が含まれずに、一般期間だけが含まれる。この場合、基地局装置１０からのパケット信号として、制御パケット信号は不要になり、ＲＳＵパケット信号だけが報知される。また、制御情報として、拡張部分は不要になり、基本部分だけが含まれる。つまり、図２のような第１フレームが使用される場合は、図１のような第２フレームが使用される場合と比較して、路車送信期間にて報知される複数のパケット信号の一部が報知され、制御信号の一部がパケット信号に含まれる。ここで、図１に示す基地局装置１０であるか、図２に示す基地局装置１０であるかは、事業者によって設定される。
【００２５】
図３は、基地局装置１０の構成を示す。基地局装置１０は、アンテナ２０、ＲＦ部２２、変復調部２４、処理部２６、制御部３０、ネットワーク通信部８０を含む。処理部２６は、フレーム規定部４０、選択部４２、検出部４４、生成部４６、設定部４８を含む。ＲＦ部２２は、受信処理として、図示しない端末装置や他の基地局装置１０からのパケット信号をアンテナ２０にて受信する。ＲＦ部２２は、受信した無線周波数のパケット信号に対して周波数変換を実行し、ベースバンドのパケット信号を生成する。さらに、ＲＦ部２２は、ベースバンドのパケット信号を変復調部２４に出力する。一般的に、ベースバンドのパケット信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線が示されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。ＲＦ部２２には、ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ミキサ、ＡＧＣ、Ａ／Ｄ変換部も含まれる。
【００２６】
ＲＦ部２２は、送信処理として、変復調部２４から入力したベースバンドのパケット信号に対して周波数変換を実行し、無線周波数のパケット信号を生成する。さらに、ＲＦ部２２は、路車送信期間において、無線周波数のパケット信号をアンテナ２０から送信する。また、ＲＦ部２２には、ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ミキサ、Ｄ／Ａ変換部も含まれる。
【００２７】
変復調部２４は、受信処理として、ＲＦ部２２からのベースバンドのパケット信号に対して、復調を実行する。さらに、変復調部２４は、復調した結果を処理部２６に出力する。また、変復調部２４は、送信処理として、処理部２６からのデータに対して、変調を実行する。さらに、変復調部２４は、変調した結果をベースバンドのパケット信号としてＲＦ部２２に出力する。ここで、通信システム１００は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式に対応するので、変復調部２４は、受信処理としてＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）も実行し、送信処理としてＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）も実行する。
【００２８】
フレーム規定部４０は、図示しないＧＰＳ衛星からの信号を受信し、受信した信号をもとに時刻の情報を取得する。なお、時刻の情報の取得には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。フレーム規定部４０は、時刻の情報をもとに、複数のフレームを生成する。例えば、フレーム規定部４０は、時刻の情報にて示されたタイミングを基準にして、「１ｓｅｃ」の期間を１０分割することによって、「１００ｍｓｅｃ」のフレームを１０個生成する。このような処理を繰り返すことによって、フレームが繰り返されるように規定される。なお、フレーム規定部４０は、復調結果から制御情報を検出し、検出した制御情報をもとにフレームを生成してもよい。このような処理は、他の基地局装置１０によって形成されたフレームのタイミングに同期したフレームを生成することに相当する。図４（ａ）−（ｄ）は、通信システム１００において規定されるフレームのフォーマットを示す。図４（ａ）は、フレームの構成を示す。フレームは、第１サブフレームから第Ｎサブフレームと示されるＮ個のサブフレームによって形成されている。例えば、フレームの長さが１００ｍｓｅｃであり、Ｎが８である場合、１２．５ｍｓｅｃの長さのサブフレームが規定される。図４（ｂ）−（ｄ）の説明は、後述し、図３に戻る。
【００２９】
選択部４２は、フレームに含まれた複数のサブフレームのうち、路車送信期間を設定すべきサブフレームを選択する。具体的に説明すると、選択部４２は、フレーム規定部４０にて規定されたフレームを受けつける。選択部４２は、ＲＦ部２２、変復調部２４を介して、図示しない他の基地局装置１０あるいは端末装置からの復調結果を入力する。選択部４２は、入力した復調結果のうち、他の基地局装置１０からの復調結果を抽出する。抽出方法は後述する。選択部４２は、復調結果を受けつけたサブフレームを特定することによって、復調結果を受けつけていないサブフレームを特定する。これは、他の基地局装置１０によって路車送信期間が設定されていないサブフレーム、つまり未使用のサブフレームを特定することに相当する。未使用のサブフレームが複数存在する場合、選択部４２は、ランダムにひとつのサブフレームを選択する。未使用のサブフレームが存在しない場合、つまり複数のサブフレームのそれぞれが使用されている場合に、選択部４２は、復調結果に対応した受信電力を取得し、受信電力の小さいサブフレームを優先的に選択する。
【００３０】
図４（ｂ）は、第１基地局装置１０ａによって生成されるフレームの構成を示す。第１基地局装置１０ａは、第１サブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。また、第１基地局装置１０ａは、第１サブフレームにおいて路車送信期間につづいて車車送信期間を設定する。車車送信期間とは、端末装置がパケット信号を報知可能な期間である。つまり、第１サブフレームの先頭期間である路車送信期間において第１基地局装置１０ａはパケット信号を報知可能であり、かつフレームのうち、路車送信期間以外の車車送信期間において端末装置がパケット信号を報知可能であるような規定がなされる。さらに、第１基地局装置１０ａは、第２サブフレームから第Ｎサブフレームに車車送信期間のみを設定する。
【００３１】
図４（ｃ）は、第２基地局装置１０ｂによって生成されるフレームの構成を示す。第２基地局装置１０ｂは、第２サブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。また、第２基地局装置１０ｂは、第２サブフレームにおける路車送信期間の後段、第１サブフレーム、第３サブフレームから第Ｎサブフレームに車車送信期間を設定する。図４（ｄ）は、第３基地局装置１０ｃによって生成されるフレームの構成を示す。第３基地局装置１０ｃは、第３サブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。また、第３基地局装置１０ｃは、第３サブフレームにおける路車送信期間の後段、第１サブフレーム、第２サブフレーム、第４サブフレームから第Ｎサブフレームに車車送信期間を設定する。このように、複数の基地局装置１０は、互いに異なったサブフレームを選択し、選択したサブフレームの先頭部分に路車送信期間を設定する。図３に戻る。選択部４２は、選択したサブフレームの番号を検出部４４および生成部４６へ出力する。
【００３２】
設定部４８は、事業者からの指示を受けつけるためのインターフェイスを有し、インターフェイスを介して、パラメータの設定指示を受けつける。例えば、インターフェイスはボタンであり、設定部４８は、ボタンへの入力によってパラメータの設定指示を受けつける。また、インターフェイスは、後述のネットワーク通信部８０との接続端子であってもよい。その際、設定部４８は、ネットワーク通信部８０、図示しないネットワーク２０２、ＰＣを介して、パラメータの設定指示を受けつける。ここで、パラメータの設定指示は、第１フレームを使用するか、あるいは第２フレームを使用するかについてである。設定部４８は、受けつけた設定指示を検出部４４および生成部４６へ出力する。
【００３３】
検出部４４は、設定部４８からの設定指示を受けつける。設定指示が第１フレームの使用である場合、処理を実行しない。設定指示が第２フレームの使用である場合、検出部４４は、優先期間に含まれた複数のスロットのそれぞれが、未使用であるか、使用中であるか、衝突が発生しているかを特定する。検出部４４の処理を説明する前に、ここでは、第２フレームにおけるサブフレームの構成を説明する。
【００３４】
図５（ａ）−（ｂ）は、サブフレームの構成を示す。これは、図１の基地局装置１０において規定されるサブフレーム、つまり第２フレームが使用されているときのサブフレームに相当する。図示のごとく、ひとつのサブフレームは、路車送信期間、優先期間、一般期間の順に構成される。路車送信期間では、基地局装置１０がパケット信号を報知し、優先期間は、複数のスロットの時間分割多重にて形成され、かつ各スロットにて端末装置１４がパケット信号を報知可能であり、一般期間は、所定の長さを有し、かつ端末装置１４がパケット信号を報知可能である。優先期間および一般期間が図４（ｂ）等の車車送信期間に相当する。なお、サブフレームに路車送信期間が含まれない場合、サブフレームは、優先期間、一般期間の順に構成される。その際、路車送信期間も優先期間になっている。ここで、一般期間も、複数のスロットの時間分割多重にて形成されていてもよい。図５（ｂ）については後述する。図３に戻る。
【００３５】
検出部４４は、各スロットに対する受信電力を測定するとともに、各スロットに対する誤り率も測定する。誤り率の一例はＢＥＲ（Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）である。受信電力が受信電力用しきい値よりも低ければ、検出部４４は、当該スロットが未使用である（以下、このようなスロットを「空きスロット」という）と判定する。一方、受信電力が受信電力用しきい値以上であり、かつ誤り率が誤り率用しきい値よりも低ければ、検出部４４は、当該スロットが使用中である（以下、このようなスロットを「使用スロット」という）と判定する。受信電力が受信電力用しきい値以上であり、かつ誤り率が誤り率用しきい値以上であれば、検出部４４は、当該スロットにて衝突が発生している（以下、このようなスロットを「衝突スロット」という）と判定する。検出部４４は、このような処理をすべてのスロットに対して実行し、それらの結果（以下、「検出結果」という）を生成部４６へ出力する。
【００３６】
生成部４６は、設定部４８から、設定指示を受けつけ、選択部４２から、サブフレームの番号を受けつける。また、設定指示が第２フレームの使用である場合に、生成部４６は、検出部４４から、検出結果を受けつける。まず、設定指示が第２フレームの使用である場合を説明する。生成部４６は、受けつけたサブフレーム番号のサブフレームに路車送信期間を設定し、路車送信期間において報知すべき制御パケット信号とＲＳＵパケット信号とを生成する。図５（ｂ）は、路車送信期間におけるパケット信号の配置を示す。図示のごとく、路車送信期間において、ひとつの制御パケット信号と複数のＲＳＵパケット信号が並べられている。ここで、前後のパケット信号は、ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ  Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）だけ離れている。図３に戻る。
【００３７】
ここでは、制御パケット信号とＲＳＵパケット信号の構成を説明する。図６（ａ）−（ｃ）は、通信システム１００において規定されるパケット信号に格納されるＭＡＣフレームのフォーマットを示す。図６（ａ）は、ＭＡＣフレームのフォーマットを示す。ＭＡＣフレームは、先頭から順に、「ＭＡＣヘッダ」、「ＬＬＣヘッダ」、「メッセージヘッダ」、「データペイロード」、「ＦＣＳ」を配置する。ＭＡＣヘッダ、ＬＬＣヘッダ、および、メッセージヘッダにはデータ通信制御に関わる情報が格納されており、それぞれが通信レイヤの各層に対応する。各フィード長さは、例えば、ＭＡＣヘッダが３０バイト、ＬＬＣヘッダが８バイト、情報ヘッダが１２バイトである。データペイロードに検出結果が含まれる場合、当該ＭＡＣフレームを格納したパケット信号が、制御パケット信号に相当する。また、生成部４６は、ネットワーク通信部８０から、渋滞情報や工事情報等のデータを受けつけた場合、それらをデータペイロードに含める。そのようなＭＡＣフレームを格納したパケット信号が、ＲＳＵパケット信号に相当する。ここで、ネットワーク通信部８０は、図示しないネットワーク２０２に接続される。また、優先期間および一般期間において報知されるパケット信号も、図６（ａ）に示されたＭＡＣフレームを格納する。なお、データペイロードは、後述するセキュリティフレームに対応する。
【００３８】
図６（ｂ）は、第２フレームを使用する場合に、生成部４６によって生成されるメッセージヘッダの構成を示す図である。メッセージヘッダには、基本部分と拡張部分とが含まれている。前述のごとく、制御パケット信号とＲＳＵパケット信号との構成は同一なので、第２フレーム使用時に報知される制御パケット信号とＲＳＵパケット信号の両方には、基本部分と拡張部分とが含まれている。基本部分は、「プロトコルバージョン」、「送信ノード種別」、「再利用回数」、「ＴＳＦタイマ」、「ＲＳＵ送信期間長」を含み、拡張部分は、「車車スロットサイズ」、「優先一般比率」、「優先一般しきい値」を含む。
【００３９】
プロトコルバージョンは、対応しているプロトコルのバージョンを示すとともに、メッセージヘッダに基本部分だけが含まれていること、あるいはメッセージヘッダに基本部分と拡張部分とが含まれていることを識別するための識別を含む。前者は、図６（ｃ）に対応し、後者は、図６（ｂ）に対応する。また、前者の識別子は、「０」であり、後者の識別子は、「１」である。送信ノード種別は、ＭＡＣフレームが含まれたパケット信号の送信元を示す。例えば、「０」は端末装置を示し、「１」は基地局装置１０を示す。選択部４２が、入力した復調結果のうち、他の基地局装置１０からの復調結果を抽出する場合に、選択部４２は、送信ノード種別の値を利用する。
【００４０】
再利用回数は、メッセージヘッダが端末装置によって転送される場合の有効性の指標を示し、ＴＳＦタイマは、送信時刻を示す。ＲＳＵ送信期間長は、路車送信期間の長さを示しており、路車送信期間に関する情報といえる。車車スロットサイズは、優先期間に含まれるスロットのサイズを示し、優先一般比率は、優先期間と一般期間との比率を示し、優先一般しきい値は、優先期間の使用あるいは一般期間の使用を端末装置１４に選択させるためのしきい値であって、かつ受信電力に対するしきい値である。つまり、拡張部分は、優先期間と一般期間とに関する情報に相当する。図６（ｃ）の説明は後述する。図３に戻る。
【００４１】
次に、設定指示が第１フレームの使用である場合を説明する。生成部４６は、受けつけたサブフレーム番号のサブフレームに路車送信期間を設定し、路車送信期間において報知すべきＲＳＵパケット信号とを生成する。ここで、制御パケット信号は生成されない。図７（ａ）−（ｂ）は、サブフレームの別の構成を示す。図７（ａ）は、図２の基地局装置１０において規定されるサブフレーム、つまり第１フレームが使用されているときのサブフレームに相当する。図示のごとく、ひとつのサブフレームは、路車送信期間、一般期間の順に構成される。図７（ｂ）は、路車送信期間におけるパケット信号の配置を示す。図示のごとく、路車送信期間において、複数のＲＳＵパケット信号が並べられており、制御パケット信号が並べられていない。ここで、前後のパケット信号は、ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ  Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）だけ離れている。図３に戻る。
【００４２】
図６（ｃ）は、第１フレームを使用する場合のメッセージヘッダの構成を示す。図示のごとく、生成部４６は、拡張部分を生成せずに、基本部分を生成する。基本部分に含まれる情報は、第１フレームであるか、第２フレームであるかにかかわらず同一である。図３に戻る。これらをまとめると、生成部４６は、第１フレーム使用時に、ＲＳＵパケット信号に基本部分を含める。
【００４３】
処理部２６は、変復調部２４、ＲＦ部２２に対して、路車送信期間においてパケット信号をブロードキャスト送信させる。つまり、処理部２６は、第１フレーム使用時に基本部分が含まれたＲＳＵパケット信号を路車送信期間にてブロードキャスト送信させ、第２フレーム使用時に基本部分と拡張部分とが含まれた制御パケット信号とＲＳＵパケット信号を路車送信期間にて報知する。制御部３０は、基地局装置１０全体の処理を制御する。
【００４４】
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、またはハードウエアとソフトウエアとの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００４５】
図８は、車両１２に搭載された端末装置１４の構成を示す。端末装置１４は、アンテナ５０、ＲＦ部５２、変復調部５４、処理部５６、制御部５８を含む。処理部５６は、生成部６４、タイミング特定部６０、転送決定部９０、通知部７０、取得部７２を含む。また、タイミング特定部６０は、抽出部６６、選択部９２、キャリアセンス部９４を含む。アンテナ５０、ＲＦ部５２、変復調部５４は、図３のアンテナ２０、ＲＦ部２２、変復調部２４と同様の処理を実行する。そのため、ここでは、差異を中心に説明する。
【００４６】
変復調部５４、処理部５６は、図示しない他の端末装置１４や基地局装置１０からのパケット信号を受信する。なお、前述のごとく、変復調部５４、処理部５６は、路車送信期間において、基地局装置１０からのパケット信号を受信する。前述のごとく、変復調部５４、処理部５６は、第１フレーム使用時に一般期間において他の端末装置１４からのパケット信号を受信し、第２フレーム使用時に優先期間と一般期間とにおいて他の端末装置１４からのパケット信号を受信する。
【００４７】
抽出部６６は、変復調部５４からの復調結果が、図示しない基地局装置１０からのパケット信号である場合に、路車送信期間が配置されたサブフレームのタイミングを特定する。また、抽出部６６は、サブフレームのタイミングと、パケット信号のメッセージヘッダにおける基本部分の内容、具体的には、ＲＳＵ送信期間長の内容をもとに、フレームを生成する。なお、フレームの生成は、前述のフレーム規定部４０と同様になされればよいので、ここでは説明を省略する。その結果、抽出部６６は、基地局装置１０において形成されたフレームに同期したフレームを生成する。
【００４８】
抽出部６６は、路車送信期間において制御パケット信号とＲＳＵパケット信号を受信していること、あるいは受信したパケット信号のメッセージヘッダに基本部分と拡張部分とが含まれていることを検出した場合に第２フレームの使用を認識する。一方、抽出部６６は、路車送信期間においてＲＳＵパケット信号だけを受信していること、あるいは受信したパケット信号のメッセージヘッダに基本部分だけが含まれていることを検出した場合に第１フレームの使用を認識する。
【００４９】
第２フレームの使用を認識した場合、抽出部６６は、基地局装置１０からのパケット信号の受信電力を測定する。抽出部６６は、測定した受信電力をもとに、自身が第１エリア２１０に存在しているか、第２エリア２１２に存在しているか、第２エリア外２１４に存在しているかを推定する。例えば、抽出部６６は、エリア判定用しきい値を記憶する。エリア判定用しきい値は、前述の優先一般しきい値に相当する。受信電力がエリア判定用しきい値よりも大きければ、抽出部６６は、第１エリア２１０に存在していると決定する。受信電力がエリア判定用しきい値以下であれば、抽出部６６は、第２エリア２１２に存在していると決定する。基地局装置１０からのパケット信号を受信していない場合、抽出部６６は、第２エリア２１２外に存在すると決定する。なお、抽出部６６は、受信電力の代わりに、誤り率を使用してもよく、受信電力と誤り率との組合せを使用してもよい。
【００５０】
抽出部６６は、推定結果をもとに、優先期間、一般期間、フレームの構成と無関係のタイミングのいずれかを送信期間として決定する。具体的に説明すると、抽出部６６は、自身が第２エリア外２１４に存在していることを推定すると、基地局装置１０におけるフレームに同期した他の端末装置１４から報知されたパケット信号を受信しているかを確認する。このパケット信号は、優先期間のうちの少なくともひとつのスロットにて報知されている。抽出部６６は、受信したパケット信号をもとに、基地局装置１０におけるフレームに同期したフレームを生成する。例えば、受信したパケット信号には、優先期間においてパケット信号が報知されたスロットの順番に関する情報が含まれている。抽出部６６は、パケット信号を受信したタイミングと、スロットの順番に関する情報とをもとに、フレームを生成する。抽出部６６は、生成したフレームに関する情報を選択部９２へ出力する。
【００５１】
一方、抽出部６６は、基地局装置１０におけるフレームに同期した他の端末装置１４から報知されたパケット信号を受信していない場合、フレームの構成と無関係のタイミングを選択する。抽出部６６は、フレームの構成と無関係のタイミングを選択すると、キャリアセンスの実行をキャリアセンス部９４に指示する。抽出部６６は、第２エリア２１２に存在していることを推定した場合、あるいは第１フレームが使用されていることを検出した場合、一般期間を選択する。抽出部６６は、第１エリア２１０に存在していることを推定すると、優先期間を選択する。抽出部６６は、優先期間を選択した場合、制御パケット信号のデータペイロードに含まれた検出結果を選択部９２へ出力する。抽出部６６は、一般期間を選択した場合、フレームおよびサブフレームのタイミング、車車送信期間に関する情報をキャリアセンス部９４へ出力する。
【００５２】
選択部９２は、抽出部６６から、検出結果を受けつける。前述のごとく、検出結果は、優先期間に含まれた複数のスロットのそれぞれに対して、空きスロット、使用スロット、衝突スロットのいずれかであるかを示している。選択部９２は、空きスロットのうちのいずれかを選択する。既にスロットを選択している場合、選択部９２は、当該スロットが使用スロットであれば、同一のスロットを継続して選択する。一方、既にスロットを選択している場合、選択部９２は、当該スロットが衝突スロットであれば、空きスロットを新たに選択する。選択部９２は、抽出部６６から生成したフレームに関する情報を受けつけた場合、フレームの優先期間うち、少なくともひとつのスロットを選択する。例えば、選択部９２は、ランダムにスロットを選択する。選択部９２は、選択したスロットに関する情報を送信タイミングとして生成部６４へ通知する。
【００５３】
キャリアセンス部９４は、抽出部６６から、フレームおよびサブフレームのタイミング、車車送信期間に関する情報を受けつける。キャリアセンス部９４は、一般期間において、キャリアセンスを実行することによって、干渉電力を測定する。また、キャリアセンス部９４は、干渉電力をもとに、一般期間における送信タイミングを決定する。具体的に説明すると、キャリアセンス部９４は、所定のしきい値を予め記憶しており、干渉電力としきい値とを比較する。干渉電力がしきい値よりも小さければ、キャリアセンス部９４は、送信タイミングを決定する。キャリアセンス部９４は、抽出部６６から、キャリアセンスの実行を指示された場合、フレームの構成を考慮せずに、ＣＳＭＡを実行することによって、送信タイミングを決定する。キャリアセンス部９４は、決定した送信タイミングを生成部６４へ通知する。
【００５４】
取得部７２は、図示しないＧＰＳ受信機、ジャイロスコープ、車速センサ等を含んでおり、それらから供給されるデータによって、図示しない車両１２、つまり端末装置１４が搭載された車両１２の存在位置、進行方向、移動速度等（以下、「位置情報」と総称する）を取得する。なお、存在位置は、緯度・経度によって示される。これらの取得には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。取得部７２は、位置情報を生成部６４へ出力する。
【００５５】
転送決定部９０は、メッセージヘッダの転送を制御する。転送決定部９０は、パケット信号からメッセージヘッダを抽出する。パケット信号が基地局装置１０から直接送信されている場合には、再利用回数が「０」に設定されているが、パケット信号が他の端末装置１４から送信されている場合には、再利用回数が「１以上」の値に設定されている。転送決定部９０は、抽出したメッセージヘッダから、転送すべきメッセージヘッダを選択する。ここでは、例えば、再利用回数が最も小さいメッセージヘッダが選択される。また、転送決定部９０は、複数のメッセージヘッダに含まれた内容を合成することによって新たなメッセージヘッダを生成してもよい。転送決定部９０は、選択対象のメッセージヘッダを生成部６４へ出力する。その際、転送決定部９０は、再利用回数を「１」増加させる。
【００５６】
生成部６４は、取得部７２から位置情報を受けつけ、転送決定部９０からメッセージヘッダを受けつける。生成部６４は、図７（ａ）−（ｂ）に示されたＭＡＣフレームを使用し、位置情報をデータペイロードに格納する。生成部６４は、ＭＡＣフレームが含まれたパケット信号を生成するとともに、選択部９２またはキャリアセンス部９４において決定した送信タイミングにて、変復調部５４、ＲＦ部５２、アンテナ５０を介して、生成したパケット信号をブロードキャスト送信する。なお、送信タイミングは、車車送信期間に含まれている。
【００５７】
通知部７０は、路車送信期間において、図示しない基地局装置１０からのパケット信号を取得するとともに、車車送信期間において、図示しない他の端末装置１４からのパケット信号を取得する。通知部７０は、取得したパケット信号に対する処理として、パケット信号に格納されたデータの内容に応じて、図示しない他の車両１２の接近等を運転者へモニタやスピーカを介して通知する。制御部５８は、端末装置１４全体の動作を制御する。
【００５８】
以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図９は、基地局装置１０におけるメッセージヘッダの生成手順を示すフローチャートである。設定部４８において優先期間の設定があれば（Ｓ１０のＹ）、生成部４６は、基本部分と拡張部分とを生成する（Ｓ１２）。生成部４６は、基本部分の識別子を「１」に設定する（Ｓ１４）。一方、設定部４８において優先期間の設定がなければ（Ｓ１０のＮ）、生成部４６は、基本部分を生成する（Ｓ１６）。生成部４６は、基本部分の識別子を「０」に設定する（Ｓ１８）。
【００５９】
図１０は、基地局装置１０におけるメッセージヘッダの挿入手順を示すフローチャートである。設定部４８において優先期間の設定があれば（Ｓ３０のＹ）、生成部４６は、メッセージヘッダとして基本部分と拡張部分を生成する（Ｓ３２）。生成部４６は、生成したメッセージヘッダを制御パケット信号とＲＳＵパケット信号に挿入する（Ｓ３４）。一方、設定部４８において優先期間の設定がなければ（Ｓ３０のＮ）、生成部４６は、メッセージヘッダとして基本部分を生成する（Ｓ３６）。生成部４６は、生成したメッセージヘッダをＲＳＵパケット信号に挿入する（Ｓ３８）。
【００６０】
図１１は、端末装置１４における報知タイミングの決定手順を示すフローチャートである。第１エリア２１０に存在している場合（Ｓ８０のＹ）、選択部９２は、検出結果をもとに、スロットを選択する（Ｓ８２）。第１エリア２１０に存在していない場合（Ｓ８０のＮ）、第２エリア２１２に存在していれば（Ｓ８４のＹ）、キャリアセンス部９４は、一般期間でキャリアセンスを実行する（Ｓ８６）。第２エリア２１２に存在していない場合（Ｓ８４のＮ）、つまり第２エリア外２１４に存在し、他の端末装置１４からのパケット信号を受信すれば（Ｓ８８のＹ）、選択部９２は、ランダムにスロットを選択する（Ｓ９０）。他の端末装置１４からのパケット信号を受信していない場合（Ｓ８８のＮ）、キャリアセンス部９４は、キャリアセンスを実行する（Ｓ９２）。
【００６１】
ここで、ＩＴＳに使用される無線通信では、有線通信に比較して通信の傍受が容易になるので、通信内容の秘匿性を確保することが困難になる。また、ネットワーク経由で機器の制御を行う場合、第三者のなりすましにより不正な通信による操作が行われるおそれがある。無線通信において、通信内容の秘匿性を確保するためには、通信データを暗号化し、かつ、暗号化の際に使用する鍵を定期的に更新する必要がある。暗号化のための鍵を更新する場合、ユニキャスト通信を前提としていれば、端末装置ごとに状態を容易に遷移させることができる。ブロードキャスト通信を使用する場合、異なった状態の端末装置が存在すれば、共通した暗号鍵の使用が困難になる。
【００６２】
なりすまし等を抑制するために、電子署名が使用される。電子署名を生成するためには、暗号鍵が使用される。本実施例に係る通信システムでは、車車間通信において、パケット信号のサイズや処理の負荷を考慮し、暗号鍵として共通鍵暗号方式の共通鍵を使用する。一方、路車間通信では、車車間通信よりもなりすまし等をさらに抑制することが要求される。そのため、路車間通信では、署名に対して公開鍵暗号方式による公開鍵と秘密鍵を使用し、データに対して共通鍵暗号方式の共通鍵を使用する。なお、共通鍵の漏洩リスクを低減させるために複数の共通鍵を使用する。ひとつの共通鍵をひとつの共通鍵ＩＤとして管理し、複数の共通鍵を共通鍵テーブルにまとめる。さらに、共通鍵テーブルのバージョンは、テーブルＩＤとして管理される。そのため、ひとつのテーブルＩＤには、複数の共通鍵ＩＤが含まれる。このような共通鍵テーブルは定期的に更新されることが望ましい。
【００６３】
ここでは、車車間通信における処理を説明した後に、路車間通信における処理を説明する。なお、車車間通信とは、端末装置１４が、ブロードキャストで報知する通信をいい、路車間通信とは、基地局がブロードキャストで報知する通信をいう。したがって、車車間通信によって報知されたデータは、基地局でも受信される。図１の端末装置１４では、共通鍵暗号方式における共通鍵によって生成した電子署名が添付されたパケット信号が報知される。電子署名とは、パケット信号に含まれたデータ等の電磁的記録に付与すべき電子的な署名である。これは、紙文書における印や署名に相当し、主に本人確認、偽造・かいざんの防止のために使用される。具体的に説明すると、ある文書についてその作成者として文書に記載されている者がある場合、その文書が本当にその作成名義人によって作成されたものであることは、紙の文書の場合、その文書に付されたその作成者の署名や印によって証明される。しかしながら、電子文書には直接印を押したり署名を付したりすることはできないので、これを証明するために、電子署名が使用される。電子署名を生成するためには、暗号が使用される。
【００６４】
共通鍵暗号方式では、暗号化に用いる鍵と同一、または暗号化鍵から容易に導出可能な値が復号鍵として使用される。受信側の端末装置にとって復号鍵が既知であり、鍵の証明書が不要になるので、公開鍵暗号方式と比較して伝送効率の悪化が抑制される。電子署名方式としてＣＢＣ−ＭＡＣ（Ｃｉｐｈｅｒ  Ｂｌｏｃｋ  Ｃｈａｉｎｉｎｇ  Ｍｅｓｓａｇｅ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｄｅ）、ＣＭＡＣ（Ｃｉｐｈｅｒ−ｂａｓｅｄ  ＭＡＣ）やＨＭＡＣ（Ｈａｓｈ−ｂａｓｅｄ  ＭＡＣ）などがある。また、共通鍵暗号方式は、公開鍵暗号方式と比較して処理量が少ない。代表的な共通鍵暗号は、ＤＥＳ（Ｄａｔａ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）である。車車間通信では、伝送負荷および処理負荷を考慮し、暗号方式として共通鍵暗号方式を採用する。
【００６５】
なお、通信システム１００で使用される共通鍵が１種類だけであれば、悪意あるユーザであっても、共通鍵の入手が容易になる。これに対応するため、通信システム１００では、複数の共通鍵を予め規定しており、各共通鍵は共通鍵ＩＤにて管理されている。また、複数の共通鍵が共通鍵テーブルにまとめられている。さらに、共通鍵テーブルはテーブルＩＤにて管理されており、テーブルＩＤを増加させることによって、共通鍵テーブルはバージョンアップに対応する。
【００６６】
図１２は、図６（ａ）のＭＡＣフレームに格納される車車間通信のセキュリティフレームのフォーマットを示す。セキュリティフレームは、「セキュリティヘッダ」、「ペイロード」、「署名」が配置される。さらに、セキュリティヘッダには、「プロトコルバーション」、「メッセージタイプ」、「テーブルＩＤ」、「鍵ＩＤ」、「発信元種別」、「発信元ＩＤ」、「ペイロード長」が配置される。プロトコルバーションは、セキュリティフレームのフォーマットを規定するための識別情報である。通信システム１００においては固定値となる。メッセージタイプには、「データ種別」と「データ形式」とリザーブが含まれる。データ種別には、ペイロードに格納されるデータがアプリケーションデータ（＝０）であるか、メンテナンスデータ（＝１）であるかを識別するためのフラグ情報が設定される。
【００６７】
データ形式は、ペイロードに格納されるデータのセキュリティに関わる形式、つまり、ペイロードに対する暗号処理を規定するためのフラグである。ここでは、平文データ（＝０）、署名付きデータ（＝１）、暗号化データ（＝２）、暗号化署名付きデータ（＝３）が設定される。なお、リザーブは将来に対する予備であり、通信システム１００では使用しない。テーブルＩＤは、電子署名あるいはペイロードの暗号化に使用した共通鍵が含まれた共通鍵テーブルの識別情報である。鍵ＩＤは、電子署名あるいはペイロードの電子署名あるいは暗号化に使用した共通鍵を特定するための識別情報であり、前述の共通鍵ＩＤに相当する。発信元種別ＩＤは、パケット信号の発信者の種類、すなわち、救急車や消防車のような緊急車両（優先車両とよぶ）に搭載の端末装置（＝２）、その他の車両（一般車両とよぶ）に搭載の端末装置（＝１）および非車両搭載の端末装置（＝０）が設定される。なお、車車間通信では使用しないが、路車間通信において基地局装置１０が発信する場合には、路側装置（＝３）が設定される。発信元ＩＤは、パケット信号を発信した端末装置１４あるいは基地局装置１０を一意に特定するための識別情報であり、これは装置ごとにユニークに規定される。
【００６８】
ペイロードは、前述のデータを格納するためのフィールドであり、発信車両の運行に関する情報等を端末装置１４から、他の端末装置１４へ通知すべき情報に相当する。署名は、セキュリティヘッダとペイロードに対する電子署名である。メッセージタイプのデータ形式が署名付きデータ(＝１)のとき、セキュリティヘッダおよびペイロードに対する電子署名が生成され、その値が署名に代入される。また、メッセージタイプのデータ形式が暗号化データ(＝２)のとき、ペイロードが暗号化される。また、メッセージタイプのデータ形式が暗号化署名付きデータ（＝３）のとき、署名には固定値、セキュリティヘッダの部分の写しなどの受信側特定可能な値、あるいは、セキュリティヘッダまたは／および暗号化前のペイロードに対するハッシュ値（ハッシュ関数による演算結果）、チェックサム、パリティなどの受信側で演算可能な値を格納する。そして、ペイロードと署名が暗号化される。なお、署名付きデータ(＝１)のときと同様に、ペイロードに対する電子署名の値を代入してもよい。このようにすることで、復号によって得られた署名に格納された値と、受信側で特定した、あるいは、演算した値とが一致すれば、復号が正常の行われ、ペイロードに格納されているデータ、あるいはセキュリティヘッダとペイロードに格納されているデータの正当性が確認できる。各フィード長さは、例えば、セキュリティヘッダが３２バイト、ペイロードが１００バイトであり、署名が１６バイトである。
【００６９】
ここで車車間通信では、暗号方式としてＡＥＳ暗号を使用する。図１３（ａ）−（ｂ）は、セキュリティフレームに対する処理内容を示す。図１３（ａ）は、メッセージタイプのデータ形式が署名付きデータ（＝１）の場合を示す。電子署名は、セキュリティヘッダの一部、ここでは、発信元種別、発信元ＩＤ、ペイロード長と、ペイロードに対して演算され、その値は、セキュリティフッダにある署名に格納される。電子署名の演算対象に、発信元種別、発信元ＩＤを含めているのは、発信元となる車載器の素性を証明するためである。
【００７０】
図１３（ｂ）は、メッセージタイプのデータ形式が暗号化署名付きデータ（＝３）の場合を示す。電子署名は、セキュリティヘッダの一部、ここでは、発信元種別、発信元ＩＤ、ペイロード長に対して演算され、その値は、セキュリティフッダにある署名に格納される。ペイロードは、ＣＢＣ（Ｃｉｐｈｅｒ  Ｂｌｏｃｋ  Ｃｈａｉｎｉｎｇ）モードで暗号化される。ＣＢＣモードでは、最初のブロックを暗号化する場合に、初期ベクトル（Ｉｎｉｔａｌ  Ｖｅｃｔｏｒ、以下では、「ＩＶ」という。）が使用される。ＩＶの値は、通常いかなる値を用いてもよいが、通信システム１００では、ペイロードに格納されたデータを、情報の発信元に対して紐付けして暗号化することですることで、データの信頼性を向上させる。ここでは、発信元種別、発信元ＩＤ、ペイロード長を元にして演算して、ＩＶを決定する。具体的には、先に求めたセキュリティヘッダに一部に対する電子署名の値を、ＩＶとして用いるものとする。
なお、他のモード、ＣＦＢ（Ｃｉｐｈｅｒ  Ｆｅｄｄｂａｃｋ）モード、ＯＦＢ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）モード、ＣＴＲ（Ｃｏｕｎｔｒｅ）モードなどであっても構わない。なお、検証付き署名方式を用いても良い。この方式としてはＣＣＭ（Ｃｏｕｎｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ＣＢＣ−ＭＡＣ）モードがよく知られている。ＣＣＭモードでは暗号化にＣＴＲモードを用い、署名にはペイロードに対するＣＢＣ−ＭＡＣを代入する。
【００７１】
次に、路車間通信における処理を説明する。前述のごとく、署名に対して公開鍵が使用され、データに対して共通鍵が使用される。公開鍵暗号方式に基づく方式として、具体的には、ＲＳＡ、ＤＳＡ、ＥＣＤＳＡ等が使用される。電子署名方式は、鍵生成アルゴリズム、署名アルゴリズム、検証アルゴリズムによって構成される。鍵生成アルゴリズムは電子署名の事前準備に相当する。鍵生成アルゴリズムは、公開鍵および秘密鍵を出力する。各基地局装置１０は、秘密鍵を保管し、公開鍵を端末装置１４へ公開する。
【００７２】
署名を作成した基地局装置１０は、署名アルゴリズムによってメッセージに対す電子署名を作成する際、各基地局装置１０は保持する秘密鍵を使用して、メッセージに対する電子署名を作成して、メッセージに添付する。秘密鍵を知っているのは署名した基地局装置１０だけのはずなので、電子署名を付したメッセージの作成者を識別する根拠になる。メッセージと電子署名を受け取った端末装置１４は、検証アルゴリズムを実行することによって、電子署名が正しいか否かを検証する。その際、端末装置１４は検証アルゴリズムに基地局装置１０の公開鍵を入力する。検証アルゴリズムは電子署名が本当にその基地局装置１０によって作成されたか否かを判定し、その結果を出力する。
【００７３】
なお、公開鍵暗号方式の公開鍵証明書と電子署名は、２００バイト程度である。一方、通信システム１００において端末装置１４から報知されるパケット信号には、１００バイト程度のデータが格納される。そのため、車車間通信のパケット信号に、公開鍵暗号方式の公開鍵証明書と電子署名とを含める場合、伝送効率の低下が大きくなってしまう。しかしながら、路車間通信のパケット信号のサイズは、車車間通信のパケット信号のサイズよりも大きい。そのため、路車間通信のパケット信号に、公開鍵暗号方式の公開鍵証明書と電子署名とを含めても、伝送効率の低下が抑制される。公開鍵暗号方式に基づく電子署名方式として、ＲＳＡ、ＤＳＡ、ＥＣＤＳＡ等が使用可能である。
【００７４】
図１４（ａ）−（ｄ）は、本発明の実施例に係る基地局装置１０において実行されるセキュリティ処理の概要を示す。図１４（ａ）は、署名を生成するためにＥＣＤＳＡを使用する場合を示す。ここでは、プロトコルバージョンを「Ｖｅｒ」、メッセージタイプを「ＭＴ」、基地局装置１０からの情報であることを示すための発信元種別を「ＩＤｓ」と示し、ＩＤsには、発信元が路側機であることを示す値（＝３）がセットされる。また、公開鍵暗号方式を楕円曲線暗号とし、認証局の署名（秘密）鍵を「Ｋｒ」と示し、認証（公開）鍵を「ＫＰｒ」と示し、基地局装置１０の公開鍵を「ＫＰｔ」と示し、基地局装置１０の秘密鍵を「Ｋｔ」と示す。また、簡単化のために、共通鍵を識別するためのテーブルＩＤおよび鍵ＩＤをまとめて「ｉ」と示し、ｉで特定される共通鍵テーブルに含まれる共通鍵を「Ｋｓｉ」と示す。図１４（ａ）の左側が基地局装置１０に対応し、右側が端末装置１４に対応する。矢印上には、基地局装置１０から端末装置１４へのパケット信号における処理が示される。なお、図１４（ａ）−（ｄ）において、Ｖｅｒから始まる部分が図１２におけるセキュリティヘッダ部分に対応し、Ｅから始まる部分が図１２におけるペイロード部分に対応し、Ｓｉｇから始まる部分が図１２における署名部分に対応する。
【００７５】
基地局の公開鍵証明書（基地局証明書とも呼ぶ）Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）は、次のように示される。
Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）＝ＫＰｔ｜｜Ｓｉｇ（Ｋｒ，Ｍａｃ（Ｋｍａｓｔｅｒ，ＫＰｔ））
ここで、「｜｜」は、データの連結を示し、「Ｓｉｇ」は、ＥＣＤＳＡでの電子署名を示し、「Ｍａｃ」は、ＡＥＳ−ＣＢＣ−ＭＡＣを示す。つまり、ＥＣＤＡＳ（ｋ、ａ）は、データａを、公開鍵ｋを用いて求めたＥＣＤＡＳによる電子署名の値である。同様に、Ｍａｃ（ｋ，ａ）は、鍵ｋを用いて演算したデータａに対するＭＡＣ値である。また、Ｋｍａｓｔｅｒは、証明書のＭＡＣ演算に用いられるシステム共通の共通鍵である。このような基地局証明書は、基地局の公開鍵ＫＰｔが正しいことを証明している。「Ｅ」は、共通鍵暗号方式、ここではＡＥＳ―ＣＢＣによる暗号化を示し、Ｅ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ）は、共通鍵Ｋiによって、データＤａｔａが暗号化されることを示す。「Ｓｉｇ（Ｋｔ，Ｍａｃ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ））」は、ＥＣＤＳＡによって、認証局の署名（秘密）鍵Ｋｒを用いて、Ｍａｃ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ）に対して求めた電子署名の値を示している。基地局証明書Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）が、認証（公開）鍵ＫＰｒを用いて検証された場合、この基地局証明書は正規の基地局装置１０に付与された基地局証明書であることが確認されるとともに、基地局証明書に含まれる公開鍵ＫＰｔで検証される電子署名された情報が、正規の基地局装置１０から発信された情報であることを示している。
【００７６】
路車間通信で、基地局装置１０から端末装置１４へ送信するセキュリティフレームのフォーマットは、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜Ｅ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ）｜｜Ｓｉｇ（Ｋｔ、ＭＡＣ（Ｋｓｉ、Ｄａｔａ））となる。ここで、「Ｄａｔａ＿Ｌ」はペイロード長、「Ｄａｔａ」は、ペイロードに格納されたデータである。したがって、図１３（ｂ）に示される車車間通信のデータフォーマットの発信元ＩＤに変えて、基地局証明書Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）が、セキュリティフッダにはセキュリティヘッダの一部と、ペイロードに対して演算された電子署名の値に変えて、ＥＣＤＳＡによる電子署名の値が格納される。なお、図１４（ａ）では、基地局装置１０に、基地局証明書Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）、基地局秘密鍵Ｋｔ、共通鍵テーブルＫｓｉ（ｉ＝０，…，Ｎ−１）が、端末装置１４には、認証鍵ＫＰｒ,とシステム共通の共通鍵Ｋｍａｓｔｅｒが、事前に保持されている。また、図示されないが、基地局装置１０と端末装置１４の双方には、楕円曲線暗号で用いる楕円曲線およびベースポイントＧも保持されている。
【００７７】
図１４（ｂ）は、ＥＣ−ＤＨによる鍵交換によって交換した鍵ＫＤＨを使用した暗号化を示す。これは、暗号鍵を乱数化することに相当する。ここでは、端末装置１４の秘密鍵として、共通鍵テーブルの鍵Ｋｓｉが使用される。端末装置１４の公開鍵は、「Ｋｓｉ×Ｇ」で求められる。Ｇは、ベースポイント、Ｘは楕円曲線上の乗算である。ＥＣ−ＤＨによる共有座標は、「」と示され、ｒは、乱数であり、情報を報知する毎に発生させる。データを暗号化する鍵ＫＤＨは、「ｆ（ｒ×Ｋｓｉ×Ｇ）」と示される。関数ｆは、楕円曲線状の座標から、鍵ＫＤＨを求める関数である。
【００７８】
路車間通信で、基地局装置１０から端末装置１４へ送信するセキュリティフレームのフォーマットは、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜ｒ×Ｇ｜｜Ｅ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ）｜｜Ｓｉｇ（Ｋｔ、ＭＡＣ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ））となる。なお、基地局装置１０と端末装置１４の双方に関数ｆが保持されている。
【００７９】
図１４（ｃ）は、基地局装置１０の公開鍵を共通としてオーバヘッドを減らす場合に相当する。この場合、基地局証明書を送付しない。図１４（ｄ）は、基地局装置１０の公開鍵を共通としてオーバヘッドを減らしたうえで、ＥＣ−ＤＨによる鍵交換を行う場合に相当する。図１４（ｃ）および（ｄ）では、証明書の検証が省略される。基地局証明書を送付しないので、基地局装置１０は、基地局証明書Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）を保持しない。同様に、端末装置１４には、基地局証明書の検証に用いる認証鍵ＫＰｒおよびシステム共通の共通鍵Ｋｍａｓｔｅｒを保持しない。代わりに、基地局装置１０の公開鍵ＫＰｔが事前に保持されている。この場合、複数の基地局装置１０を識別はできないが、基地局装置１０からパケット信号であることは確認できる。
【００８０】
なお、図１４（ａ）−（ｄ）は、メッセージタイプのデータ形式が暗号化署名付きデータ（＝３）のときの概要である。メッセージタイプのデータ形式が署名付きデータ(＝１)のときは、Ｄａｔａの暗号化を必要としないので、Ｅ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ）あるいはＥ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ）をＤａｔａに置き換えればよい。また、公開鍵暗号における電子署名の対象を「ＭＡＣ」としたが、ＡＥＳ−ＣＢＣ−ＭＡＣに代えて、ハッシュ関数、例えば、ＳＨＡ２２４あるいはＳＨＡ２５６を用いるようにしてもよい。この場合、「ＭＡＣ」に代えて「Ｈａｓｈ」を使用して、Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）＝ＫＰｔ｜｜Ｓｉｇ（Ｋｒ，Ｈａｓｈ（ＫＰｔ））で示される。Ｄａｔａに対する署名も同様である。この場合、図１４（ａ）および（ｂ）において、システム共通の共通鍵Ｋｍａｓｔｅｒを保持しなくてよい。
【００８１】
また、車車間同様に、Ｄａｔａとともに電子署名を暗号化してもよい。路車間通信で基地局装置１０から端末装置１４へ送信するセキュリティフレームのフォーマットは、図１４（ａ）では、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜Ｅ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ｜｜Ｓｉｇ（Ｋｔ、ＭＡＣ（Ｋｓｉ、Ｄａｔａ）））、図１４（ｂ）では、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜ｒ×Ｇ｜｜Ｅ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ｜｜Ｓｉｇ（Ｋｔ、ＭＡＣ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ）））となる。図１４（ｃ）および図１４（ｄ）の場合も同様である。
【００８２】
本発明の第１の変形例を説明する。第１の変形例も、実施例と同様に、無線通信区間での通信内容の秘匿性の確保と、第三者のなりすまし等の抑制を目的とする。図７を参照する。基地局装置１０から端末装置１４へ送信する路車間通信のパケット信号は、図７（ａ）のごとく、ひとつのサブフレームに配置された路車送信期間に送信される。さらに、路車送信期間には、複数のＲＳＵパケット信号が配置される。ひとつのＲＳＵパケット信号が、ひとつの路車間パケット信号に相当する。図１４を参照する。第１の変形例では、路車送信期間の先頭の路車間パケット信号が、図１４（ａ）に従い、後続の路車間パケット信号が、図１４（ｃ）に従うものとする。すなわち、路車送信期間の後続の路車間パケット信号は、先頭の路車間パケット信号にて送信される路側機証明書を用いて検証される。このような構成にすることによって、基地局装置１０に固有の路側機証明書を持たせ基地局装置１０の個別認証と、路車間パケット信号に対するオーバヘッドを削減することができる。なお、路車送信期間の先頭の路車間パケット信号が、図１４（ｂ）に従い、後続の路車間パケット信号が、図１４（ｄ）に従うとしても同様の効果が得られる。
【００８３】
本発明の第２の変形例を説明する。これは第１の変形例の路車送信期間の後続の路車間パケット信号の処理を変形したものである。図１４を参照する。第２の変形例では、路車送信期間の先頭の路車間パケット信号が、図１４（ａ）または（ｂ）に従う。後続の路車間のパケット信号は、先頭の路車間パケット信号における路側機証明書Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）に代えて、路側機証明書のダイジェストＤ（Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ））を送信する。ダイジェストとは、路側機証明書から求められる値で、路側機証明書を特定するための情報で、路側機証明書Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）のデータ量に比べて、路側機証明書のダイジェストＤ（Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ））のデータ量は極めて少ない。ダイジェストＤ（Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ））としては、路側機証明書例えば、路側機証明書のハッシュ値、ＭＡＣ値等を使用する。
【００８４】
したがって、路車間通信で基地局装置１０から端末装置１４へ送信する後続のパケット信号のセキュリティフレームのフォーマットは、先頭パケット信号が図１４（ａ）の場合、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｄ（Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ））｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜Ｅ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ）｜｜Ｓｉｇ（Ｋｔ、ＭＡＣ（Ｋｓｉ、Ｄａｔａ））、図１４（ｂ）の場合、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｄ（Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ））｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜ｒ×Ｇ｜｜Ｅ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ｜｜Ｓｉｇ（Ｋｔ、ＭＡＣ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ））となる。
【００８５】
端末装置１４は、路車間通信ごとに最後に使用した路側機証明書のダイジェストと公開鍵を保持する。路車送信期間の先頭の路車間パケット信号を受信した場合、路側証明書の検証と路側機証明書に含まれる公開鍵を用いたＤａｔａの署名検証を行う。検証に成功すると路側機証明書のダイジェストを求め、求めたダイジェストと公開鍵を保持する。路車送信期間の後続の路車間パケット信号を受信した場合、受信した路車間パケット信号に含まれる路側機証明書のダイジェストＤ（Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ））と、保持する路側機証明書のダイジェストＤ（Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ））を比較する。両者が一致すれば、保持する公開鍵を用いて後続の路車間パケット信号に含まれるＤａｔａの署名検証を行う。なお、両者が一致しない場合は、路側機証明書Ｃ（ｋｒ，ＫＰｔ）が、検証によって否認された場合に相当する。
【００８６】
このような構成にすることによって、基地局装置１０に固有の路側機証明書を持たせ基地局装置１０の個別認証と、路車間パケット信号に対するオーバヘッドを削減するとともに、路車送信期間の先頭の路車間パケット信号が受信できない場合であっても、後続の路車間パケット信号の検証することができるようになる。
【００８７】
本発明の第３の変形例を説明する。これは第１の変形例の路車送信期間の後続の路車間パケット信号の処理を変形したものである。路側機証明書の検証と、路側機公開鍵証明書に含まれる公開鍵を用いたＤａｔａの検証によって、Ｄａｔａを含む路車間パケット信号が、正規の基地局装置１０から発信された情報であることが証明される。本システムでは、図７のごとく、ひとつの路車送信期間の路車間パケット信号は同一の基地局装置１０からの送信であることが保証されている。したがって、路車送信期間の後続の路車間パケット信号については、Ｄａｔａの改ざん検出機能のみ持たせる。すなわち、共通鍵によってＤａｔａの電子署名を行う。図１４（ａ）の路車送信期間の後続の路車間パケット信号は、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜Ｅ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ）｜｜ＭＡＣ（Ｋｓｉ、Ｄａｔａ）となり、図１３の別の変形例における車車間のセキュリティフレームの処理と同様になる。また、図１４（ｂ）の路車送信期間の後続の路車間パケット信号は、Ｖｅｒ｜｜ＭＴ｜｜ｉ｜｜ＩＤｓ｜｜Ｄａｔａ＿Ｌ｜｜ｒ×Ｇ｜｜Ｅ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ｜｜ＭＡＣ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ）となる。
また、公開鍵暗号方式における電子署名の検証処理に時間かかることを鑑み、路側機証明書の検証と、路側機公開鍵証明書に含まれる公開鍵を用いたＤａｔａの検証は、予め定めた特定のタイミングで行うものとし、他のタイミングでは共通鍵によってＤａｔａの電子署名を行うものとしてもよい。この場合、路車送信期間の先頭の路車間パケット信号に２つの電子署名を付ける。
【００８８】
このような構成にすることによって、基地局装置１０に固有の路側機証明書を持たせ基地局装置１０の個別認証と、路車間パケット信号に対するオーバヘッドを削減するとともに、Ｄａｔａの検証処理の負荷も軽減することができる。
また、第１、第２および第３の変形例においても、基地局証明書を送るパケット信号を路車通信期間の先頭パケットとしたが、複数のパケットにて基地局証明書を送る構成にしても構わない。
なお、第１、第２および第３の変形例においても、本実施例と同様に、Ｄａｔａとともに電子署名を暗号化してもよい。
また、メッセージタイプのデータ形式が署名付きデータ(＝１)の場合には、Ｄａｔａを非暗号、すなわち、Ｅ（Ｋｓｉ，Ｄａｔａ）あるいはＥ（ＫＤＨ，Ｄａｔａ）をＤａｔａに置き換えてよい。
なお、本実施例、第１、第２、第３の変形例において、送信元と送信先との間で共通鍵ＫＤＨを共有するために、「ｒ×Ｇ」を送信し、鍵Ｋｉを用いて復号することで実現している。すなわち、鍵Ｋｓｉを使用して鍵ＫＤＨを暗号化して送信していることになる。
【００８９】
次に、本発明の第４の変形例を説明する。第４の変形例も、本実施例と同様に、ＩＴＳに使用される通信システムに関する。本実施例では、第１フレームが使用される場合に、基本部分によって形成されるメッセージヘッダがＲＳＵパケット信号に格納され、第２フレームが使用される場合に、基本部分と拡張部分とによって形成されるメッセージヘッダが制御パケット信号とＲＳＵパケット信号に格納される。第４の変形例は、第２フレームが使用される場合の伝送効率を改善することを目的とする。第４の変形例では、第２フレームが使用される場合に、基本部分と拡張部分とによって形成されるメッセージヘッダが制御パケット信号のみに格納される。第４の変形例に係る通信システム１００は、図１と図２と同様のタイプであり、基地局装置１０は、図３と同様のタイプであり、端末装置１４は、図８と同様のタイプである。ここでは、差異を中心に説明する。
【００９０】
生成部４６は、第１フレームを使用する場合に、路車送信期間において報知すべきＲＳＵパケット信号を生成し、第２フレームを使用する場合に、路車送信期間において報知すべき制御のパケット信号とＲＳＵパケット信号とを生成する。生成部４６は、第１フレーム使用時に報知すべきＲＳＵパケット信号のメッセージヘッダに基本部分を含め、第２フレーム使用時に報知すべき制御パケット信号のメッセージヘッダに基本部分と拡張部分とを含める。生成部４６は、第２フレーム使用時に報知すべきＲＳＵパケット信号にメッセージヘッダを含めない。なお、生成部４６は、第２フレーム使用時に報知すべきＲＳＵパケット信号のメッセージヘッダに基本部分のみを含めてもよい。
【００９１】
図１５は、本発明の第４の変形例に係る基地局装置１０におけるメッセージヘッダの挿入手順を示すフローチャートである。設定部４８において優先期間の設定があれば（Ｓ５０のＹ）、生成部４６は、メッセージヘッダとして基本部分と拡張部分を生成する（Ｓ５２）。生成部４６は、生成したメッセージヘッダを制御パケット信号に挿入する（Ｓ５４）。一方、設定部４８において優先期間の設定がなければ（Ｓ５０のＮ）、生成部４６は、メッセージヘッダとして基本部分を生成する（Ｓ５６）。生成部４６は、生成したメッセージヘッダをＲＳＵパケット信号に挿入する（Ｓ５８）。
【００９２】
本発明の実施例によれば、基地局装置からのパケット信号を受信できない場合であっても、他の端末装置からのパケット信号をもとにフレームを生成するので、基地局装置におけるフレームに同期できる。また、基地局装置におけるフレームに同期するので、フレームに含まれた複数のスロットのうちのいずれかを使用できる。また、フレームに含まれた複数のスロットのうちのいずれかが使用されるので、パケット信号の途中で衝突が発生する状況を抑制できる。また、パケット信号の途中で衝突が発生する状況が抑制されるので、パケット信号の衝突確率を低減できる。
【００９３】
また、第１フレームを使用する場合に基本部分を生成し、第２フレームを使用する場合に基本部分と拡張部分とを生成するので、フレーム構成に応じたメッセージヘッダを生成できる。また、フレーム構成に応じたメッセージヘッダが生成されるので、柔軟性の高い車車間通信を実現できる。また、第１フレームを使用する場合に基本部分を生成し、拡張部分を生成しないので、伝送効率を向上できる。また、第２フレームを使用する場合に基本部分と拡張部分とを生成するので、必要な情報を通知できる。また、第１フレームを使用するか、あるいは第２フレームを使用するかに応じて、拡張部分を生成するか否かを変更するだけなので、処理を簡易にできる。また、第１フレームを使用するか、あるいは第２フレームを使用するかにかかわらず、基本部分を生成するので、処理を簡易にできる。
【００９４】
また、パケット信号には、パケット信号に基本部分だけが含まれていること、あるいはパケット信号に基本部分と拡張部分とが含まれていることを識別するための識別子が含まれているので、拡張部分が含まれているか否かを確実に通知できる。また、パケット信号には、パケット信号に基本部分だけが含まれていること、あるいはパケット信号に基本部分と拡張部分とが含まれていることを識別するための識別子が含まれているので、拡張部分が含まれているかを簡易に通知できる。また、拡張部分に、優先期間に含まれるスロットのサイズ、優先期間と一般期間との比率、優先期間の使用あるいは一般期間の使用を端末装置に選択させるためのしきい値を含めるので、優先期間が使用される場合に、動作に必要な情報を通知できる。
【００９５】
また、制御パケット信号とＲＳＵパケット信号には、基本部分と拡張部分とが含まれているので、基本部分と拡張部分との受信確率を向上できる。また、受信確率が向上されるので、端末装置の処理を正確にできる。また、第１フレーム使用時に報知されるＲＳＵパケット信号には、基本部分が含まれ、第２フレーム使用時に報知される制御パケット信号とＲＳＵパケット信号には、基本部分と拡張部分とが含まれているので、伝送効率の悪化を抑制しながら、受信確率を向上できる。また、第１フレーム使用時に報知されるＲＳＵパケット信号には、基本部分が含まれ、第２フレーム使用時に報知される制御パケット信号には、基本部分と拡張部分とが含まれているので、伝送効率を改善しながら、受信確率を向上できる。
【００９６】
第１エリアと第２エリアとを区別するために、受信電力を使用するので、伝搬損失が所定の程度に収まっている範囲を第１エリアに規定できる。また、伝搬損失が所定の程度に収まっている範囲が第１エリアに規定されているので、交差点の中心付近を第１エリアとして使用できる。また、優先期間ではスロットによる時間分割多重を実行するので、誤り率を低減できる。また、一般期間ではＣＳＭＡ／ＣＡを実行するので、柔軟に端末装置数を調節できる。
【００９７】
また、他の基地局装置から直接受信したパケット信号だけではなく、端末装置から受信したパケット信号をもとに、他の基地局装置によって使用されているサブフレームを特定するので、使用中のサブフレームの特定精度を向上できる。また、使用中のサブフレームの特定精度が向上するので、基地局装置から送信されるパケット信号間の衝突確率を低減できる。また、基地局装置から送信されるパケット信号間の衝突確率が低減されるので、端末装置が制御情報を正確に認識できる。また、制御情報が正確に認識されるので、路車送信期間を正確に認識できる。また、路車送信期間が正確に認識されるので、パケット信号の衝突確率を低減できる。
【００９８】
また、使用中のサブフレーム以外を優先的に使用するので、他の基地局装置からのパケット信号と重複したタイミングで、パケット信号を送信する可能性を低減できる。また、いずれのサブフレームも他の基地局装置によって使用されている場合に、受信電力の低いサブフレームを選択するので、パケット信号の干渉の影響を抑制できる。また、端末装置によって中継された制御情報の送信元になる他の基地局装置からの受信電力として、当該端末装置の受信電力を使用するので、受信電力の推定処理を簡易にできる。
【００９９】
また、車車間通信での暗号鍵として共通鍵暗号方式の共通鍵を使用するので、パケット信号のサイズや処理の負荷を低減できる。また、路車間通信では、署名に対して公開鍵暗号方式による公開鍵と秘密鍵を使用し、データに対して共通鍵暗号方式の共通鍵を使用するので、車車間通信よりもなりすまし等をさらに抑制できる。また、複数の共通鍵を使用するので、共通鍵の漏洩リスクを低減できる。
【０１００】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  基地局装置、  １２  車両、  １４  端末装置、  ２０  アンテナ、  ２２  ＲＦ部、  ２４  変復調部、  ２６  処理部、  ３０  制御部、  ４０  フレーム規定部、  ４２  選択部、  ４４  検出部、  ４６  生成部、  ４８  設定部、  ５０  アンテナ、  ５２  ＲＦ部、  ５４  変復調部、  ５６  処理部、  ５８  制御部、  ６０  タイミング特定部、  ６４  生成部、  ６６  抽出部、  ７０  通知部、  ７２  取得部、  ８０  ネットワーク通信部、  ９０  転送決定部、  ９２  選択部、  ９４  キャリアセンス部、  １００  通信システム。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、通信内容の秘匿性を確保できる。
【図１】
0005390036.tif 000002
【図２】
0005390036.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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