(57)【要約】【課題】需要家装置が子機から需要家情報を取得可能でありながらも、子機での需要家情報の送信回数が増えることがない通信システム、通信端末、管理装置を提供する。【解決手段】需要家情報をマルチホップ通信で親機１に伝送するに当たり、１ホップ目の送信元となる子機２０１は、自需要家４０１の需要家情報を共通鍵Ｋ１を用いて暗号化し、隣接ノードである子機２０２および同一需要家４０１の管理装置３０１に同時に送信する。２ホップ目の送信元となる子機２０２は、子機２０１から受信した需要家情報を、共通鍵Ｋ１を用いて復号し、さらに親機１の公開鍵Ｋａ１を用いて暗号化して、隣接ノードである子機２０３に送信する。子機２０１と同一需要家４０１の管理装置３０１は、子機２０１から受信した需要家情報を共通鍵Ｋ１を用いて復号することにより、需要家情報を取得する。【選択図】図１
2014072733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムであって、
前記複数台の前記子機の各々は、
需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第１暗号化部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部と、
前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第２暗号化部とを有し、
前記需要家情報を前記親機に伝送する際、１ホップ目の送信元の子機は、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第１暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、２ホップ目以降の送信元の子機は、前記第２暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されている
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記子機は、前記隣接ノードの公開鍵で暗号化した前記共通鍵を当該隣接ノードに送信し、同一需要家の前記需要家装置の公開鍵で暗号化した前記共通鍵を当該需要家装置に送信することにより、前記共通鍵を配布する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記子機は、前記需要家情報の送信先となる前記親機を複数台の親機の中から選択可能であって、送信先となる前記親機との間の通信ルートを決めるために定期的にハローメッセージを交換しており、
前記親機は、自身が含まれる前記通信ルート上の前記子機に対して、前記ハローメッセージを用いて自身の前記公開鍵を配布する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項４】
需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムに、前記子機として用いられる通信端末であって、
需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第１暗号化部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部と、
前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第２暗号化部とを有し、
前記需要家情報を前記親機に伝送する際において、１ホップ目の送信元となる場合、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第１暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、２ホップ目以降の送信元となる場合、前記第２暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されている
ことを特徴とする通信端末。
【請求項５】
需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムに、前記需要家装置として用いられる管理装置であって、
同一需要家の子機および当該子機からの需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードとの間で共通する共通鍵とを記憶する記憶部と、
前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部とを有し、
同一需要家の子機が前記需要家情報を前記親機に伝送する際、当該子機が前記共通鍵で暗号化して前記隣接ノードに送信した前記需要家情報を受信するように構成されている
ことを特徴とする管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の子機の各々が他の子機を中継器として親機に情報を伝送するマルチホップ通信を行う通信システム、通信端末、管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、他子機と相互に通信可能な子機（ノード）を、各需要家（家庭）の電力メータやガスメータに組み込むことで、親機（鍵設定装置）にて各需要家の需要家情報（電力やガスの使用量）を収集するシステムが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のシステムでは、子機は、所定の通信圏内の他子機とマルチホップ通信を行う無線通信装置である。マルチホップ通信は、互いの通信圏内に存在しない子機同士が、各子機の通信圏内に存在する別の子機を介して通信を行う技術である。
【０００４】
また、特許文献１に記載のシステムにおいては、各子機には、子機間で送受信されるデータを暗号化および復号するための鍵が設定されており、各子機は、子機間で共通する鍵を用いて他子機との通信を行うことで、セキュアな通信を可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４９７７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、各需要家に、当該需要家の需要家情報を子機から取得する需要家装置を設け、当該需要家でも需要家情報を活用することが提唱されている。需要家装置は、たとえば電力使用量などの需要家情報をテレビ等に表示させることにより、需要家情報を可視化する。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載のシステムでは、子機がマルチホップ通信により親機に送信する需要家情報は、子機間で共通する鍵を用いて暗号化されており、需要家装置は、この需要家情報をそのまま受信して活用することができない。したがって、需要家装置が需要家情報を取得するためには、子機は、親機と需要家装置とのそれぞれに対し、個別に需要家情報を送信する必要があり、需要家情報の送信回数が増えるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、需要家装置が子機から需要家情報を取得可能でありながらも、子機での需要家情報の送信回数が増えることがない通信システム、通信端末、管理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の通信システムは、需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムであって、前記複数台の前記子機の各々は、需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第１暗号化部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部と、前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第２暗号化部とを有し、前記需要家情報を前記親機に伝送する際、１ホップ目の送信元の子機は、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第１暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、２ホップ目以降の送信元の子機は、前記第２暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この通信システムにおいて、前記子機は、前記隣接ノードの公開鍵で暗号化した前記共通鍵を当該隣接ノードに送信し、同一需要家の前記需要家装置の公開鍵で暗号化した前記共通鍵を当該需要家装置に送信することにより、前記共通鍵を配布することが望ましい。
【００１１】
この通信システムにおいて、前記子機は、前記需要家情報の送信先となる前記親機を複数台の親機の中から選択可能であって、送信先となる前記親機との間の通信ルートを決めるために定期的にハローメッセージを交換しており、前記親機は、自身が含まれる前記通信ルート上の前記子機に対して、前記ハローメッセージを用いて自身の前記公開鍵を配布することがより望ましい。
【００１２】
本発明の通信端末は、需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムに、前記子機として用いられる通信端末であって、需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置との間で共通する共通鍵と、前記親機の公開鍵とを記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを暗号化する第１暗号化部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部と、前記記憶部内の前記公開鍵を用いてデータを暗号化する第２暗号化部とを有し、前記需要家情報を前記親機に伝送する際において、１ホップ目の送信元となる場合、前記隣接ノードおよび同一需要家の前記需要家装置に対し、前記第１暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信し、２ホップ目以降の送信元となる場合、前記第２暗号化部で暗号化した前記需要家情報を送信するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の管理装置は、需要家情報を複数の需要家から収集する親機と、複数の需要家にそれぞれ設けられ各需要家の前記需要家情報を前記親機に伝送する機能を有した複数台の子機と、需要家に設けられ当該需要家の前記需要家情報を前記子機から取得する需要家装置とを備え、前記複数台の前記子機のうち一の子機が他の子機を中継器としてマルチホップ通信により前記需要家情報を前記親機に伝送する通信システムに、前記需要家装置として用いられる管理装置であって、同一需要家の子機および当該子機からの需要家情報を他の子機の中継なしで受信可能な子機である隣接ノードとの間で共通する共通鍵とを記憶する記憶部と、前記記憶部内の前記共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部とを有し、同一需要家の子機が前記需要家情報を前記親機に伝送する際、当該子機が前記共通鍵で暗号化して前記隣接ノードに送信した前記需要家情報を受信するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、１ホップ目の送信元の子機が、隣接ノードおよび同一需要家の需要家装置に対し、第１暗号化部で暗号化した需要家情報を送信し、２ホップ目以降の送信元の子機が、第２暗号化部で暗号化した需要家情報を送信するように構成されている。したがって、需要家装置が子機から需要家情報を取得可能でありながらも、子機での需要家情報の送信回数が増えることがなく、少なくとも暗号化を行う際にかかる負荷率を低減できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る通信システムの動作例を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る通信システムの子機および管理装置を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る通信システムの動作例を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る通信システムの動作例を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態の通信システムは、図１に示すように、親機１と、複数台の子機２００，２０１，２０２・・・と、複数台の管理装置３００，３０１，３０２・・・とを備えている。
【００１７】
以下、子機２００，２０１，２０２・・・を個々に区別しない場合には「子機２」といい、管理装置３００，３０１，３０２・・・を個々に区別しない場合には「管理装置３」という。子機２は通信端末を構成し、管理装置３は需要家装置を構成する。子機２および管理装置３は、電力の需要家４００，４０１，４０２・・・（以下、個々に区別しない場合には「需要家４」という）ごとに設けられている。ここでは、需要家４００には子機２００と管理装置３００とが設けられ、需要家４０１には子機２０１と管理装置３０１とが設けられ、需要家４０２には子機２０２と管理装置３０２とが設けられている。なお、以下では、需要家４が戸建て住宅である場合について例示するが、この例に限らず、需要家４はたとえば集合住宅の各住戸、事務所、工場などであってもよい。
【００１８】
親機１は、需要家４ごとの需要家情報を複数の需要家４から収集する機能を有している。子機２は、需要家４の電力メータ（図示せず）にそれぞれ付設され、需要家４で使用された電力量（電力使用量）を含む検針データを、需要家情報として親機１に伝送する機能を有している。管理装置３は、需要家４に設けられ、この需要家４の需要家情報（検針データ）を子機２から取得する機能を有している。ここで、電力メータは、電力会社（電気事業者）からの商用電力が供給される電力線（図示せず）に接続されており、需要家４で実際に使用された電力量を計測する。
【００１９】
また、親機１は、需要家４に商用電力を供給する降圧トランス（図示せず）の近傍（たとえば電柱）に設置されている。親機１は、その管理下となる複数台の子機２から各需要家４の需要家情報を取得し、取得した需要家情報を、光ファイバ等を用いた専用回線（図示せず）を通して上位装置（図示せず）へ送信する。上位装置は、電力会社あるいは需要家情報の集計サービスを行う事業者にて管理されている。これにより、上位装置は、親機１がそれぞれ管理下の子機２から取得した複数の需要家４の需要家情報を、複数台の親機１から取得することができ、結果的に、多数の需要家４の需要家情報を収集可能な遠隔検針システムを構成できる。
【００２０】
子機２は、電力メータと共にいわゆるスマートメータを構成し、親機１と通信を行うことにより検針データを電力会社に送信して遠隔検針等を可能にする。子機２は、たとえば電力メータの拡張端子（図示せず）に有線接続される構成により、電力メータとの間でデータの授受を可能とする。子機２は、電力メータと有線接続される構成に限らず、電力メータと無線通信を行う構成でもよく、また電力メータの表示部分をカメラ（図示せず）で撮像した画像から画像処理によって測定結果を読み出す構成であってもよい。
【００２１】
なお、本実施形態では一例として、需要家４の電力使用量を含む検針データを需要家情報とする場合を例に説明するが、需要家情報は、電力使用量に限らずたとえばガス、水などの使用量であってもよく、検針データ以外の情報であってもよい。また、子機２は、取得した検針データをメモリ２２（図２参照）に一旦記憶してもよい。
【００２２】
この通信システムは、複数台の子機２のうち一の子機２が他の子機２を中継器として、マルチホップ通信により、需要家情報を親機１に伝送するように構成されている。つまり、たとえば需要家４０１の子機２０１は、この需要家４０１の需要家情報を親機１に伝送する際、他の需要家４０２，４０３・・・の子機２０２，２０３・・・を介して間接的に需要家情報を送信する。要するに、親機１と直接通信できない子機２は、通信可能な距離にある他の子機２がパケットを中継することにより、親機１との間で通信可能となる。このとき、子機２は需要家情報をデータ部分に含むパケットを送信し、パケットのヘッダ部分に含まれる転送先情報により、通信ルートすなわち中継器となる子機２を特定する。
【００２３】
これにより、親機１は子機２と通信を行う際、伝送距離やノイズ等の影響により、全ての子機２と直接通信できる環境になくても、全ての子機２からデータを収集することが可能になる。具体的には、子機２は、マルチホッププロトコルに従い通信ルートを構築するための伝送状況の情報のやりとりを行い、その情報を元に通信ルートを決定している。本実施形態では、各子機２は、信号（電波）が直接届く範囲に存在する子機２に対して、マルチホップ通信時のルートを構築するためのハローメッセージを定期的に送信しており、このハローメッセージの受信状況（受信電界強度など）により通信ルートを構築する。
【００２４】
本実施形態では、子機２同士の通信、並びに子機２−親機１間の通信は、電波を伝送媒体とする無線通信より実現される。ただし、子機２同士の通信、並びに子機２−親機１間の通信は、無線通信に限らず、たとえば電力線を伝送路に用いて通信を行う電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communications）などの有線通信により実現されてもよい。
【００２５】
管理装置３は、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）機器であって、各種の電気機器（図示せず）に付設あるいは一体化された端末（図示せず）との間で双方向に通信を行う。端末が付設または一体化される電気機器としては、たとえば太陽電池や蓄電池やパワーコンディショナ等の電源設備、ＩＨクッキングヒータや給湯器や住宅情報盤等の設備機器、テレビ等の家電機器、パーソナルコンピュータやタブレット端末等の情報機器がある。この管理装置３は、需要家４の分電盤（図示せず）内に収納されていてもよいし、分電盤とは別に筐体を有していてもよい。
【００２６】
管理装置３は、自身が設けられている需要家４の需要家情報を、同一需要家４に設けられている子機２から取得する。本実施形態では、管理装置３は、子機２との間で電波を伝送媒体に用いて双方向に無線通信を行うように構成されており、同一需要家４の子機２から定期的に需要家情報を取得する。管理装置３は、子機２から取得した需要家情報に基づいて、需要家４の単位時間当たりの電力使用量等の情報を、需要家４の住宅情報盤やテレビ、パーソナルコンピュータ、タブレット端末等の電気機器に表示させる機能を備えている。また、管理装置３は、エネルギー需要のピークを抑制（ピークカット）するために電力会社から送信される信号を子機２経由で受信し、この信号に基づいて端末（電気機器）の動作を制御する機能を備えている。
【００２７】
次に、子機２および管理装置３の構成について、図２を参照して説明する。
【００２８】
子機２は、（子機側）通信部２１と、（子機側）メモリ２２と、（子機側）第１変換部２３と、（子機側）第２変換部２４と、（子機側）鍵生成部２５と、制御部２６と、（子機側）電源部２７とを有している。制御部２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主構成とし、メモリ２２に記憶されている所定のプログラムを実行することにより通信部２１と第１変換部２３と第２変換部２４と鍵生成部２５とを制御し、種々の機能を実現する。電源部２７は、子機２の各部に電源供給する。
【００２９】
通信部２１は、アンテナ２１１を具備しており、他の子機２、親機１、さらに管理装置３との間で、電波を伝送媒体とした無線通信にて双方向に通信可能に構成されている。メモリ２２は、制御部２６が実行するプログラムの他、各子機２に予め割り当てられている識別子（ＩＤ）、さらに後述する共通鍵や公開鍵を記憶する記憶部として機能する。
【００３０】
第１変換部２３は、メモリ２２に記憶されている共通鍵を用いてデータを暗号化および復号する機能を有している。具体的には、第１変換部２３は、メモリ２２内の共通鍵を用いてデータを暗号化する第１暗号化部２３１と、メモリ２２内の共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部２３２とを有している。
【００３１】
第２変換部２４は、メモリ２２に記憶されている公開鍵を用いてデータを暗号化する機能を有している。具体的には、第２変換部２４は、メモリ２２内の公開鍵を用いてデータを暗号化する第２暗号化部２４１を有している。さらに、本実施形態では、第２変換部２４は公開鍵とペアで生成される秘密鍵を用いてデータを復号する第２復号部２４２を有している。
【００３２】
鍵生成部２５は、第１変換部２３で用いる共通鍵、並びに第２変換部２４で用いる公開鍵と秘密鍵とのペアを生成し、メモリ２２に記憶する機能を有している。
【００３３】
管理装置３は、（管理側）通信部３１と、（管理側）メモリ３２と、（管理側）第１変換部３３と、（管理側）第２変換部３４と、（管理側）鍵生成部３５と、通信インタフェース３６と、第１制御部３７と、第２制御部３８と、（管理側）電源部３９とを有している。通信インタフェース部３６には、電気機器に付設あるいは一体化された端末が、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して無線接続あるいは有線接続される。第１制御部３７は、ＣＰＵを主構成とし、メモリ３２に記憶されている所定のプログラムを実行することにより通信インタフェース３６を制御し、電気機器に付設あるいは一体化された端末との通信を行う。第２制御部３８は、ＣＰＵを主構成とし、メモリ３２に記憶されている所定のプログラムを実行することにより通信部３１と第１変換部３３と第２変換部３４と鍵生成部３５とを制御し、種々の機能を実現する。電源部３９は、管理装置３の各部に電源供給する。
【００３４】
通信部３１は、アンテナ３１１を具備しており、子機２との間で、電波を伝送媒体とした無線通信によって双方向に通信可能に構成されている。メモリ３２は、第１制御部３７および第２制御部３８が実行するプログラムの他、各管理装置３に予め割り当てられている識別子（ＩＤ）、さらに後述する共通鍵や公開鍵を記憶する。
【００３５】
第１変換部３３は、メモリ３２に記憶されている共通鍵を用いてデータを暗号化および復号する機能を有している。具体的には、第１変換部３３は、メモリ３２内の共通鍵を用いてデータを暗号化する第１暗号化部３３１と、メモリ３２内の共通鍵を用いてデータを復号する第１復号部３３２とを有している。
【００３６】
第２変換部３４は、メモリ３２に記憶されている公開鍵を用いてデータを暗号化する機能を有している。具体的には、第２変換部３４は、メモリ３２内の公開鍵を用いてデータを暗号化する第２暗号化部３４１を有している。さらに、本実施形態では、第２変換部３４は公開鍵とペアで生成される秘密鍵を用いてデータを復号する第２復号部３４２を有している。
【００３７】
鍵生成部３５は、第２変換部３４で用いる公開鍵と秘密鍵とのペアを生成し、メモリ３２に記憶する機能を有している。
【００３８】
子機２のメモリ２２には、以下に説明するような共通鍵および公開鍵が予め記憶されている。
【００３９】
すなわち、子機２のメモリ２２は、鍵生成部２５で生成された共通鍵を予め記憶している。この共通鍵は、隣接ノードである子機２および同一需要家４の管理装置３との間で通信する際に用いられる。ここでいう隣接ノードは、マルチホップ通信時に自身が送信した需要家情報を他の子機２の中継なしで受信可能な子機２である。言い換えれば、ある子機２が発信源となってマルチホップ通信にて親機１に需要家情報を伝送する際に、発信源と親機１との間に通信経路を形成する子機２のうち、発信源から需要家情報を最初に（直接）受信する子機２が、発信源たる子機２の隣接ノードである。
【００４０】
たとえば、需要家４０１の子機２０１は、この需要家４０１の需要家情報を親機１に伝送する際まず需要家４０２の子機２０２に需要家情報を伝送するので、子機２０１の隣接ノードは子機２０２になる。そのため、子機２０１は、隣接ノードである子機２０２および同一需要家４０１に設けられている管理装置３０１との間で共通の共通鍵Ｋ１を持つ。つまり、これらの子機２０１、子機２０２のメモリ２２、管理装置３０１のメモリ３２には、共通の共通鍵Ｋ１が予め記憶される。同様に、需要家４０２の子機２０２は、隣接ノードである子機２０３および同一需要家４０２の管理装置３０２との間で共通の共通鍵Ｋ２を持つ。
【００４１】
また、子機２は、親機１の公開鍵を予めメモリ２２に記憶している。つまり、親機１は公開鍵Ｋａ１と秘密鍵Ｋｂ１とをペアで生成し、秘密鍵Ｋｂ１を自ら保持したまま公開鍵Ｋａ１のみを子機２に配布する。公開鍵Ｋａ１を用いて暗号化されたデータは、この公開鍵Ｋａ１とペアを成す秘密鍵Ｋｂ１によってのみ復号可能である。
【００４２】
ところで、本実施形態の通信システムでは、子機２が自需要家４の需要家情報をマルチホップ通信で親機１に送信する際、この需要家情報は、ホップ先の子機２だけでなく、送信元の子機２と同一需要家４に設けられている管理装置３に対しても送信される。すなわち、子機２が需要家情報を隣接ノードに送信する際、子機２からの信号は同一需要家４の管理装置３にも届くので、管理装置３に子機２からの信号の受信機能（通信部３１）を設けておくことで、子機２から管理装置３に需要家情報を送信可能となる。たとえば、需要家４０１の子機２０１は、需要家情報を親機１に送信する際、隣接ノードである子機２０２と、同一需要家４０１の管理装置３０１とに対し需要家情報を一斉に送信する。
【００４３】
このように、管理装置３は、同一需要家４の子機２が需要家情報を親機１に向けて送信する際に、この需要家情報を子機２から取得可能に構成されている。言い換えれば、子機２は、需要家情報を親機１に向けて送信するだけで、同時に管理装置３に対しても需要家情報を伝送することになる。したがって、子機２は、親機１と管理装置３とのそれぞれに対して、個別に需要家情報を送信する場合に比べて、少ない送信回数で需要家情報を送信できる。
【００４４】
ただし、子機２からの信号は、この子機２と同一需要家４の管理装置３だけでなく、その電波の届く範囲に存在する近隣需要家４の管理装置３でも受信される場合がある。たとえば、需要家４０１の子機２０１が需要家情報を親機１に送信する際、この需要家情報が、隣接ノードである子機２０２および同一需要家４０１の管理装置３０１だけでなく、近隣需要家４００の管理装置３００でも受信される場合がある。
【００４５】
そこで、本実施形態の通信システムにおいては、１ホップ目の送信元（需要家情報の発信源）となる子機２は、共通鍵を用いて暗号化した需要家情報を送信することにより、需要家情報が近隣需要家４（の管理装置３）に漏洩することを防止する。つまり、１ホップ目の送信元となる子機２は、上述したように隣接ノードである子機２および同一需要家４の管理装置３との間で共通する共通鍵をメモリ２２に予め記憶しているので、この共通鍵を用いて第１暗号化部２３１にて需要家情報を暗号化する。１ホップ目の送信元である子機２は、隣接ノードである子機２および同一需要家４の管理装置３に対し、暗号化した需要家情報を同時に送信する。
【００４６】
これにより、発信源たる子機２から送信された需要家情報は、発信源たる子機２と共通の共通鍵を有する、隣接ノードである子機２および同一需要家の管理装置３でのみ、復号可能となる。したがって、たとえ１ホップ目の送信元である子機２から送信された需要家情報が、近隣需要家４の管理装置３で受信されることがあっても、近隣需要家４の管理装置３は需要家情報を復号できないので、需要家情報が近隣需要家４に漏洩することはない。
【００４７】
また、本実施形態の通信システムにおいては、２ホップ目以降の送信元となる（需要家情報の中継を行う）子機２は、親機１の公開鍵Ｋａ１を用いて暗号化された需要家情報を転送することにより、需要家情報の漏洩を防止する。つまり、２ホップ目の送信元（１ホップ目の送信先）となる子機２は、上述したように親機１の公開鍵Ｋａ１をメモリ２２に予め記憶しているので、この公開鍵Ｋａ１を用いて第２暗号化部２４１にて需要家情報を暗号化する。このとき、２ホップ目の送信元となる子機２は、１ホップ目の送信元である子機２にて共通鍵で暗号化された需要家情報を、共通鍵を用いて第１復号部２３２で復号してから、第２暗号化部２４１にて暗号化する。なお、２ホップ目の送信元となる子機２は、中継対象となるパケットのうち、転送情報を含むヘッダ部分等については暗号化することなく、需要家情報を含むデータ部分のみ暗号化する。
【００４８】
３ホップ目以降の送信元となる子機２は、親機１の公開鍵Ｋａ１で暗号化された需要家情報をそのままホップ先の子機２または親機１に転送する。親機１の公開鍵Ｋａ１で暗号化された需要家情報は、公開鍵Ｋａ１とペアの秘密鍵Ｋｂ１を有する親機１でのみ、復号可能となる。したがって、たとえ２ホップ目以降の送信元である子機２から送信された需要家情報が、これらの子機２と同一需要家４または近隣需要家４の管理装置３で受信されても、管理装置３は需要家情報を復号できないので、需要家情報が漏洩することはない。
【００４９】
要するに、本実施形態の通信システムでは、需要家情報を親機に伝送する際、１ホップ目の送信元の子機２は、隣接ノードおよび同一需要家４の管理装置３に対し、第１暗号化部２３１で暗号化した需要家情報を一斉に送信するように構成されている。また、２ホップ目以降の送信元の子機２は、第２暗号化部２４１で暗号化した需要家情報を送信するように構成されている。その結果、子機２は、自需要家４の需要家情報をマルチホップ通信で親機１に送信する際、ホップ先の子機２だけでなく、同一需要家４の管理装置３に対しても需要家情報を送信しながらも、他の管理装置３に需要家情報が漏洩することを回避できる。
【００５０】
また、本実施形態では、子機２は、隣接ノードの公開鍵で暗号化した共通鍵を同隣接ノードに送信し、同一需要家４の管理装置３の公開鍵で暗号化した共通鍵を同管理装置３に送信することにより、共通鍵を配布するように構成されている。つまり、子機２は、需要家情報を送信するに当たって、隣接ノードである子機２および同一需要家４の管理装置３に対して共通鍵を事前に配布する必要があるので、共通鍵の配布先となる隣接ノード、管理装置３の公開鍵を用いて共通鍵を配布する。
【００５１】
具体的には、子機２は、隣接ノードである子機２が発行した公開鍵を用いて第２暗号化部２４１で共通鍵を暗号化し、暗号化された共通鍵を隣接ノードである子機２に送信する。隣接ノードである子機２は、暗号化された共通鍵を、自身が発行した公開鍵とペアの秘密鍵を用いて第２復号部２４２で復号することによって、共通鍵を取得する。さらに、子機２は、同一需要家４の管理装置３が発行した公開鍵を用いて第２暗号化部２４１で共通鍵を暗号化し、暗号化された共通鍵を同一需要家４の管理装置３に送信する。同一需要家４の管理装置３は、暗号化された共通鍵を、自身が発行した公開鍵とペアの秘密鍵を用いて第２復号部３４２で復号することによって、共通鍵を取得する。
【００５２】
ここで、子機２のメモリ２２には、自身の発行した公開鍵と秘密鍵とのペアが予め記憶されている。本実施形態では、子機２は、隣接ノードとなる子機２との間で、ハローメッセージを利用して公開鍵並びに暗号化された共通鍵の授受を行う。同様に、管理装置３のメモリ３２には、自身の発行した公開鍵と秘密鍵とのペアが予め記憶されている。子機２および管理装置３は、それぞれユーザからの操作入力を受け付ける操作部（図示せず）を有しており、操作部が操作されることによって、公開鍵並びに暗号化された共通鍵の授受を行う。
【００５３】
このように、子機２は、共通鍵の配布先となる隣接ノード、管理装置３の公開鍵を用いて共通鍵を配布することにより、目的の相手にのみ共通鍵を配布することができる。その結果、子機２は、隣接ノードである子機２および同一需要家４の管理装置３との間で共通する共通鍵を持つことができる。
【００５４】
ところで、子機２は、需要家情報の送信先となる親機１が常に固定的に決められているわけではなく、たとえば電波環境により通信ルートが変更された場合などに変更されることがある。言い換えれば、親機１は１台ではなく複数台設けられており、子機２は、需要家情報の送信先となる親機１を複数台の親機１の中から選択可能である。そのため、各子機２は、自身が２ホップ目以降の送信元となる（需要家情報の中継を行う）場合に、需要家情報の暗号化に使用する親機１の公開鍵についても、複数台分の親機１の公開鍵が必要になる。
【００５５】
ただし、子機２は、メモリ２２に複数台分の親機１の公開鍵を予め記憶するとなれば、メモリ２２において公開鍵が占有する容量が大きくなるので、本実施形態では、以下に説明する構成により、少ないメモリ２２容量で複数台分の親機１の公開鍵を使用可能とする。
【００５６】
すなわち、子機２は、需要家情報の送信先となる親機１との間の通信ルートを決めるために定期的にハローメッセージを交換しており、親機１は、自身が含まれる通信ルート上の子機２に対して、ハローメッセージを用いて自身の公開鍵を配布する。言い換えれば、子機２は、自身が含まれる通信ルート上の親機１の公開鍵をハローメッセージに付与することにより、周囲の（ハローメッセージを取得できる範囲の）子機２で、需要家情報の送信先となる親機１の公開鍵を取得可能とする。
【００５７】
図３に具体例を示す。図３では、子機２０１が発信源となり、親機１０１と親機１０２のいずれかに需要家情報を伝送する場合を例示している。
【００５８】
親機１０１が需要家情報の送信先である場合、子機２０１は、子機２０２，２０３・・・を介して親機１０１に需要家情報を伝送する。この場合、親機１０１は、子機２０１との通信ルート上の子機２０１，２０２，２０３に対し、自身の公開鍵をハローメッセージに含めて配布する。これにより、子機２０２は、親機１０１の公開鍵を取得することができ、子機２０１から送信された需要家情報を中継する際、需要家情報を親機１０１の公開鍵で暗号化することが可能になる。
【００５９】
一方、たとえば子機２０２−子機２０３間の電波環境が悪化し、代わりに子機２０２−子機２０５間に通信ルートが構築された場合、子機２０１においては、親機１０１に代えて親機１０２が需要家情報の送信先となる。この場合、子機２０１は、子機２０２，２０５，２０４を介して親機１０２に需要家情報を伝送する。この場合、親機１０２は、子機２０１との通信ルート上の子機２０１，２０２，２０５，２０４に対し、自身の公開鍵をハローメッセージに含めて配布する。これにより、子機２０２は、親機１０２の公開鍵を取得することができ、子機２０１から送信された需要家情報を中継する際、需要家情報を親機１０２の公開鍵で暗号化することが可能になる。
【００６０】
ここで、子機２０２は、両親機１０１，１０２の公開鍵をメモリ２２に記憶するのではなく、親機１０１が需要家情報の送信先である場合には親機１０１の公開鍵のみ、親機１０１が需要家情報の送信先である場合には親機１０２の公開鍵のみメモリ２２に記憶する。つまり、子機２は、需要家情報の送信先が変更となった場合、メモリ２２に記憶済みの親機１の公開鍵を破棄し、新たに需要家情報の送信先となった親機１の公開鍵を上記手順で取得しメモリ２２に記憶する。
【００６１】
次に、図１および図４を参照して、上記通信システムの動作の具体例を示す。ここでは、需要家４０１の子機２０１が、この需要家４０１の需要家情報を、需要家４０２の子機２０２→需要家２０３の子機２０３→・・・→親機１の通信ルートで親機１に伝送する場合を例示する。
【００６２】
まず、子機２０１は、事前に（需要家４０１の需要家情報を親機１に伝送する前に）、自身のメモリ２２に記憶されている共通鍵Ｋ１を、隣接ノードである子機２０２および同一需要家４０１の管理装置３０１に配布する。つまり、子機２０１は、隣接ノードである子機２０２が発行した公開鍵Ｋａ２を用いて第２暗号化部２４１で共通鍵Ｋ１を暗号化し（図４のＳ１）、暗号化された共通鍵Ｋ１を子機２０２に送信する（Ｓ２）。子機２０２は、暗号化された共通鍵Ｋ１を受信すると、公開鍵Ｋａ２とペアの秘密鍵Ｋｂ２を用いて第２復号部２４２で共通鍵Ｋ１を復号することによって、共通鍵Ｋ１を取得する（Ｓ３）。
【００６３】
さらに、子機２０１は、同一需要家４０１の管理装置３０１が発行した公開鍵Ｋａ３を用いて第２暗号化部２４１で共通鍵Ｋ１を暗号化し（Ｓ４）、暗号化された共通鍵Ｋ１を管理装置３０１に送信する（Ｓ５）。管理装置３は、暗号化された共通鍵Ｋ１を受信すると、公開鍵Ｋａ３とペアの秘密鍵Ｋｂ３を用いて第２復号部３４２で共通鍵Ｋ１を復号することによって、共通鍵Ｋ１を取得する（Ｓ６）。
【００６４】
また、子機２０２は、隣接ノードである子機２０３から、親機１の公開鍵Ｋａ１を含むハローメッセージを受信する（Ｓ７）。これにより、子機２０２は、親機１の公開鍵Ｋａ１を取得し（Ｓ８）、メモリ２２に記憶する。
【００６５】
一方で、需要家４０１の需要家情報を親機１に伝送する際には、１ホップ目の送信元となる子機２０１は、まず自需要家４０１の需要家情報を、第１暗号化部２３１にて共通鍵Ｋ１を用いて暗号化する（Ｓ１１）。それから、子機２０１は、共通鍵Ｋ１にて暗号化された需要家情報を、隣接ノードである子機２０２に送信する（Ｓ１２）。このとき、子機２０１は、同一需要家４０１に設けられている管理装置３０１、および需要家４０１の近隣需要家４００に設けられている管理装置３００にも、共通鍵Ｋ１にて暗号化された需要家情報を同時に送信する（Ｓ１３，Ｓ１４）。
【００６６】
２ホップ目の送信元となる子機２０２は、子機２０１から受信した需要家情報を、第１復号部２３２にて共通鍵Ｋ１を用いて復号し（Ｓ１５）、さらに、第２暗号化部２４１にて親機１の公開鍵Ｋａ１を用いて暗号化する（Ｓ１６）。それから、子機２０２は、公開鍵Ｋａ１にて暗号化された需要家情報を、隣接ノードである子機２０３に送信する（Ｓ１７）。このとき、子機２０２は、同一需要家４０２に設けられている管理装置３０２にも、公開鍵Ｋａ１にて暗号化された需要家情報を同時に送信する（Ｓ１８）。
【００６７】
また、子機２０１と同一需要家４０１の管理装置３０１は、子機２０１から受信した需要家情報を、第１復号部３３２にて共通鍵Ｋ１を用いて復号し（Ｓ１９）、需要家４０１での電力使用量の可視化などの処理を実行する（Ｓ２０）。一方、需要家４００の管理装置３００は、子機２０１と共通の共通鍵Ｋ１を有していないので、子機２０１から受信した需要家情報を復号することはできない（Ｓ２１）。
【００６８】
３ホップ目の送信元となる子機２０３は、子機２０２から受信したパケットのヘッダ部分から転送先情報を取得する（Ｓ２２）。そして、子機２０３は、子機２０２から受信した公開鍵Ｋａ１にて暗号化された需要家情報を、特に復号または暗号化の処理を行うことなく、隣接ノードあるいは親機１に送信する（Ｓ２３）。一方、需要家４０２の管理装置３０２は、親機１の公開鍵Ｋａ１で暗号化されたデータを復号するための秘密鍵Ｋｂ１を有していないので、子機２０２から受信した需要家情報を復号することはできない（Ｓ２４）。
【００６９】
以上説明した本実施形態の通信システムによれば、子機２は、自需要家４の需要家情報をマルチホップ通信で親機１に送信する際、ホップ先の子機２だけでなく、同一需要家４に設けられている管理装置３に対しても送信する。したがって、子機２は、親機１と管理装置３とのそれぞれに個別に需要家情報を送信する場合に比べて、需要家情報の送信回数を少なくできる。要するに、本実施形態の通信システムによれば、管理装置３が子機２から需要家情報を取得可能としながらも、子機２での需要家情報の送信回数が増えることがない。その結果、子機２は、少なくとも暗号化を行う第１変換部２３にかかる負荷率を低減でき、親機１と管理装置３とに同じ通信方法（本実形態では無線通信）で需要家情報を送信する場合には、需要家情報を送信する際に通信系にかかる負荷率も低減できる。
【００７０】
しかも、１ホップ目の送信元である子機２は、隣接ノードである子機２および同一需要家４の管理装置３に対し、これら隣接ノードおよび同一需要家４の管理装置３と共通する共通鍵を用いて暗号化した需要家情報を同時に送信する。そのため、たとえ１ホップ目の送信元である子機２から送信された需要家情報が、近隣需要家４の管理装置３で受信されることがあっても、近隣需要家４の管理装置３は需要家情報を復号できないので、需要家情報が近隣需要家４に漏洩することはない。
【００７１】
また、２ホップ目以降の送信元となる子機２は、親機１の公開鍵Ｋａ１を用いて暗号化された需要家情報を転送するので、２ホップ目以降にあっては、親機１でのみ需要家情報を復号可能な形で需要家情報が伝送されることになる。したがって、たとえ２ホップ目以降の送信元である子機２から送信された需要家情報が、これらの子機２と同一需要家４または近隣需要家４の管理装置３で受信されても、管理装置３は需要家情報を復号できないので、需要家情報が漏洩することはない。
【００７２】
結果的に、子機２での需要家情報の送信回数を抑えつつ、セキュアな通信を実現できる。
【００７３】
さらに、本実施形態では、子機２は、隣接ノードの公開鍵で暗号化した共通鍵を同隣接ノードに送信し、同一需要家４の管理装置３の公開鍵で暗号化した共通鍵を同管理装置３に送信することにより、共通鍵を配布する。そのため、子機２は、目的の相手（隣接ノードおよび同一需要家４の管理装置３）にのみ共通鍵を配布することができ、それ以外の子機２あるいは管理装置３に共通鍵が漏洩することを回避できる。
【００７４】
また、親機１は、自身が含まれる通信ルート上の子機２に対して、ハローメッセージを用いて自身の公開鍵を配布するので、子機２においては、需要家情報の送信先となる親機１が変更されても、変更後の親機１の公開鍵を取得することができる。したがって、子機２は、メモリ２２に複数台分の親機１の公開鍵を予め記憶することなく、その時々で必要な公開鍵のみを親機１から取得することができる。その結果、子機２は、メモリ２２において公開鍵が占有する容量を小さく抑えることができる。
【００７５】
なお、上記実施形態では、子機２同士並びに子機２−親機１間の通信と、子機２−管理装置３間の通信とが、いずれも無線通信により実現される場合について説明したが、この構成に限定する趣旨ではない。つまり、たとえば子機２同士並びに子機２−親機１間の通信は無線通信により実現され、子機２−管理装置３間の通信は電力線搬送通信などの有線通信により実現されていてもよい。
【００７６】
この場合、子機２は、通信部２１として、他の子機２並びに親機１と通信するための無線通信部と、管理装置３と通信するための有線通信部とを有する。そして、１ホップ目の送信元である子機２は、隣接ノードおよび同一需要家４の管理装置３と共通する共通鍵を用いて暗号化した需要家情報を、隣接ノードである子機２に対しては無線通信部から、同一需要家４の管理装置３に対しては有線通信部から送信する。この場合でも、子機２は、親機１と管理装置３とのそれぞれに個別に需要家情報を送信する場合に比べて、需要家情報の送信回数を少なくでき、暗号化を行う第１変換部２３にかかる負荷率を低減できる。
【符号の説明】
【００７７】
１，１０１，１０２・・・  親機
２，２０１，２０２・・・  子機（通信端末）
２２  メモリ（記憶部）
２３１  第１暗号化部
２３２  第１復号部
２４１  第２暗号化部
３，３０１，３０２・・・  管理装置（需要家装置）
３２  メモリ（記憶部）
３３２  第１復号部
４，４０１，４０２・・・  需要家
【図１】
2014072733.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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