(57)【要約】  本発明は、家庭およびオフィス環境において、分散かつ自己設定する器具類に関するものである。本発明の目的は、家庭およびオフィス環境において、分散型の自動処理を実行可能な、コストを低減する分散型のビルディングオートメーション計装システムを得ることである。当該システムは、システム処理をユーザ設定に応じて修正および適合し、部品のセキュリティを保証する。上記目的のために、本発明は、独自仕様でない計装ネットワーク（１、３、７）を設計し、一般的なデバイス（１０）を接続し易くする、器具類（４、５、９、１０）のための末端ノード（２）を構築するために、一般的に使用されているコンポーネントを用いることを提案する。本発明は、導入、設定、処理、セキュリティ、および、計装ネットワークの自律性を改善することを狙いとするメカニズムと、ネットワークの初期化、設定、および、管理のタスクを支援する中央ノード（６）とを提案する。
2014514885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の電気器具（１０）と電気的に接続して、当該外部の電気器具（１０）を駆動する電気信号を生成する接続手段（３０、３１、３５）と、
局所データネットワークを介して、メッセージを受信または送信する通信手段（２８、２９）と、
処理手段によって生成され、送信される前記メッセージを暗号化するとともに、前記通信手段によって受信され、処理される前記メッセージを復号する暗号化手段と、
メッセージを暗号化および復号するための鍵を格納し、計装ノード（２）自体の処理に関する情報、ネットワークデバイス（４、５、９、１０）の状態に関する情報、および、状態間の関連性に関する情報をさらに格納する格納手段（３３）と、
前記ネットワークデバイス（４、５、９、１０）に生じた状態の変化によって定義されるイベントに応じて、送信されるメッセージを生成し、前記接続手段（３０、３１、３５）による前記電気信号の生成を制御するために、受信された前記メッセージにしたがって、前記格納手段によって格納された前記情報を更新するとともに、前記イベントを識別する処理手段（３４）とを備えたことを特徴とする末端計装ノード（２）。
【請求項２】
前記接続手段は、単一かつ同一の計装ノードにおいて、複数の拡張モジュールを並列可能にする他の拡張モジュール（３５）に接続された拡張モジュール（３５）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の末端計装ノード（２）。
【請求項３】
前記拡張モジュール（３５）は、
当該拡張モジュールが有する機能の自動制御処理を確立する自動モードと、
ホストとなる末端ノード（２）によって制御される依存モードと、
のうちの少なくとも１つを実装したマイクロコントローラを、独立して備えることを特徴とする請求項２に記載の末端計装ノード（２）。
【請求項４】
前記接続手段は、少なくとも１つのアナログ入力および複数のデジタル入出力を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の末端計装ノード（２）。
【請求項５】
前記格納手段に格納された前記情報を更新するために、すべてのノード（２、６）、および、計装ネットワークにおいて利用可能な拡張モジュール（３５）の少なくとも一方に対して、同報メッセージを送信することに基づく初期化処理が、実装されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の末端計装ノード（２）。
【請求項６】
前記通信手段は、ＩＥＥＥ８０２.３に準拠したプロトコル、および、ＩＥＥＥ８０２.１１に準拠したプロトコルのうちの少なくとも１つが実装されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の末端計装ノード（２）。
【請求項７】
前記暗号化手段は、対称鍵暗号および公開鍵／秘密鍵暗号が実装されており、対称鍵を確立する処理の実行中に、事前にノードを認証することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の末端計装ノード（２）。
【請求項８】
局所データネットワークを介してメッセージを受信または送信し、末端ノード（２）の処理に関する情報、ネットワークデバイス（４、５、９、１０）の状態に関する情報、および、状態間の関連性に関する情報をさらに転送する通信手段（３７）と、
処理手段によって生成され、送信される前記メッセージを暗号化するとともに、前記通信手段（３７）によって受信され、処理される前記メッセージを復号する暗号化手段（４２）と、
末端ノード（２）の処理に関する情報、ネットワークデバイス（４、５、９、１０）の状態に関する情報、および、状態間の関連性に関する情報を含む情報であって、ネットワークに接続可能な複数のデバイス（２、４、５、９、１０）に関連する情報を格納する格納手段（４１）と、
受信された前記メッセージに応じて、前記格納手段によって格納された前記情報を更新し、前記ネットワークデバイス（４、５、９、１０）の状態の変化に基づいて関連性を確立し、デバイス（４、５、９、１０）を管理するためにイベントが定義され、前記接続手段（３７）による情報の送信を制御する処理手段（３８、３９、４０、４３）とを備えたことを特徴とする中央計装ノード（６）
【請求項９】
前記通信手段（３７）は、ＩＥＥＥ８０２．３に準拠したプロトコル、および、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠したプロトコルのうちの少なくとも１つが実装されていることを特徴とする請求項８に記載の中央計装ノード（６）。
【請求項１０】
他の末端ノード（２）に接続される拡張モジュール（３５、４０）を管理することによって、ホストとなる末端ノード（２）の接続キャパシティを拡張する制御手段を備えたことを特徴とする請求項９に記載の中央計装ノード（６）。
【請求項１１】
前記ネットワークデバイス（２、４、５、６、９、１０）を監視する監視手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の中央計装ノード（６）。
【請求項１２】
局所データネットワークと、
請求項１から７のいずれか１項に記載の末端計装ノード（２）と、
請求項８から１１のいずれか１項に記載の中央計装ノード（６）とを含むことを特徴とするビルディングオートメーションシステム。
【請求項１３】
前記末端計装ノード（２）の前記格納手段（３４）は、公開鍵を最初に送信することによって初期化され、
送信された前記メッセージは、前記末端計装ノード（２）によって暗号化され、
当該メッセージが前記中央計装ノード（６）によって受信された場合、前記格納手段（３７）によって格納された秘密鍵を適用することによって復号されることを特徴とする請求項１２に記載のビルディングオートメーションシステム。
【請求項１４】
前記中央計装ノード（６）は、前記ネットワークを介した後続の通信を確立するために必要となる対称鍵に関する情報を含むメッセージであって、前記公開鍵を用いて暗号化されたメッセージを、前記末端計装ノード（２）に応答して送信することを特徴とする請求項１３に記載のビルディングオートメーションシステム。
【請求項１５】
前記対称鍵は周期的に置き換えられることを特徴とする請求項１４に記載のビルディングオートメーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビルディングオートメーションの分野に属し、家庭およびオフィス環境における計装（instrumentation）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
厳密な構造的特徴に関して、上記環境における上記「計装」（instrumentation）の用語は、マイクロコントローラに基づく電子デバイスと、情報およびマルチメディアコンテンツを扱うより高いレベルのデバイスとを、（離散的（すべて／まったくない）および連続的の両方を含む）検知し、作動させる外部装置と通信すること、および当該外部装置を組み込むことを含む。
【０００３】
厳密な機能的特徴に関して、上記「計装」の用語は、快適さ、電力、設備の安全性、人々の安全性、娯楽、および、ビルディングオートメーションおよびタスクオートメーションの観点を有するもののすべて、に関する情報（人々および環境と相互作用することに由来するもの）を管理し、組み込むことを含む。
【０００４】
家庭およびオフィスのオートメーションを図る多くのシステムおよび技術が、市場に存在する。上記システムは、ビルディングオートメーションと考えられていたものに含まれる技術によって支配されている。上記技術は、独占技術であることが一般的であるため、相互運用可能なものではない。ここで、上記技術は、通信バスを導入することに基づいた技術であり、設備の異なる構成要素において動作するセンサまたはアクチュエータを備えた末端ノードが、上記通信バスに接続されている。
【０００５】
上記ノードに特定の動作を行わせる方法は、主に２つある。１つは、処理ロジックを含み、上記末端ノードを制御する権限を有する中央ノードをシステムに含めることである。もう１つは、それぞれの末端ノードが上記動作のプログラムを有することである。いずれの場合においても、上記システムの導入時にプログラミングが確立される。すなわち、エンドユーザが上記動作を変更したり、当該ユーザの嗜好または設定に自動的に適合させたりすることは、通常不可能である。
【０００６】
ＥＩＢ／ＫＮＸ、Ｌｏｎｗｏｒｋｓ、または、Ｘ１０など、十分に市場に受け入れられた、こうした種類のシステムに属するビルディングオートメーション技術がある。
【０００７】
特許文献ＥＳ２０７８８３１“Building automation control system for a series of installations and/or electrical appliances”は、異なるユニットを備え、それぞれが関連する機能を有して分散型処理を行うビルディングオートメーションシステムを開示している。システムの上記処理ロジックが置かれている中央ノードに、上記ユニットは接続されている。自身の通信バスを用いて上記中央ノードに接続されているため、上記システムは、実行されるタスクおよび利用可能なユニットに応じて、特定のプログラミングおよび設定を必要とする。
【０００８】
特許文献ＵＳ６７３５６１９“Home network gateway apparatus and home network device”は、２つのデバイスを開示している。１つは、電気器具、および、家庭制御ネットワークに適合するように動作する他の家庭電化製品に接続するデバイスである。もう１つは、オートメーションネットワークに接続するデバイスを検知するために必要なソフトウェアを含むインターネットに接続し、当該インターネットを介して遠隔制御を可能にするゲートウェイ装置である。当該ゲートウェイは、彼／彼女の家庭でデバイスを制御できるようなグラフィカル・ウェブ・インターフェースをユーザに提供する。
【０００９】
特許文献ＥＳ２３００２３１“Multiprotocol building automation control system with user interface”は、複数のビルディングオートメーション技術と互換性を有することを特徴とするビルディングオートメーション制御システムを開示している。当該システムによれば、Ｘ１０またはＥＩＢ／ＫＮＸなどの異種の技術に属するデバイスの制御を統合することができる。
【００１０】
本発明が属する分野における最新技術を調査したことによって、大部分の関連発明に含まれる主な特徴を特定できた。この種のシステムが有する主な欠点は、上記特徴からいくつか抽出できる。
（１）多くの技術（特に、従来のビルディングオートメーション技術）は、それぞれ独自の通信バスを導入し、独自の端末デバイスを使用する必要があるが、これが家庭およびオフィスにおける電気設備のコストを上げ、利用可能なデバイスを制限している。
（２）自動処理能力（設備の遠隔制御を可能にすることに排他的に制限される）、または設備の自動処理可能性（センサによって検知される直接変化を与える反応的処理に制限される）を、いずれも有さない上記プログラミングの定義は静的であり、システム起動時に当該システムの導入者によって決定されることが通常であるという点が、多くの技術の他の欠点である。多くの場合、上記自動処理ロジックは中央デバイスに置かれるため、ネットワークのある部分または中央デバイスにおいて過誤が生じた場合、システムの処理を困難にする。
（３）また、既存の技術においては、通信の機密性およびデバイス制御可能性へのアクセスに関する、計装システムにおけるセキュリティという他の側面が無視されている。
【００１１】
本発明の分野に属する最新技術を検討すると、すべての発明は前述した欠点のいくつかを有している。
【００１２】
極めて限定的な機能を達成するために、構築および導入コストを非常に大きく増加させるため、上記欠点は、家庭およびオフィスにおけるこの種の技術を統合することについて、主な阻害要因であった。
【発明の概要】
【００１３】
したがって、家庭およびオフィス環境における分散型計装システムのコストを、構成要素および設備の両方に関して下げることが好ましい。当該システムは、中央集権化された制御を必要としない自動処理能力を有する。また、システムの処理をユーザの設定に容易に修正し、適合させるツールおよび能力を有し、当該システムにおいて扱われるデータ、および特徴的機能に対するアクセスの両方におけるセキュリティを確保する。
【００１４】
上記目的に対して、本発明は、独自仕様でない計装ネットワークを設計するために、一般的に利用される構成要素を用いること、および、一般的なデバイスを接続し易くする末端計装ノードを構築することを提案する。この設計は、コストを低減した計装のためのシステムを可能にする。
【００１５】
そして、本発明は、機能的処理に対する計装ネットワークの自律性を改善するように設計された一連のメカニズム、その設備、および設計を提案する。また、本発明は、上記計装ネットワークにおいて外部デバイスと通信する場合におけるセキュリティ、および、上記ネットワークによって提供される機能にアクセスする場合におけるセキュリティを確保することを狙いとするメカニズムを有する。
【００１６】
独立請求項によって定義される特徴を用いて、上記および他の目的が達成される。
【００１７】
他の特別な又は特定の効果的な実施形態は、従属請求項において定義される。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、分散型の計装末端デバイス（またはノード）である。本発明は、分散型の計装中央デバイス（またはノード）にも関連する。１つの通信ネットワークにおいて両デバイスを組み込んだシステムについても説明される。
【００１９】
説明を補足し、好ましい実施の形態に基づく本発明の特徴をより良く理解することを助けるために、本書類の一部として図面が添付されており、説明的かつ非限定的な特徴とともに、以下に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の提案に係る計装ネットワークの設備の一例を示す概略図である。当該図は、スイッチ（１）を用いたスタートポロジーと、Ｔ型受動ハブ（３）を用いたバストポロジーとを組み込むハイブリッド・ネットワークトポロジーを示す。上記計装ネットワークにおいて、様々な構成要素をみることができる。例えば、中央ノード（６）、多様な接続デバイス（例えば、テレビジョン（４））が接続された様々な計装ノード、マルチメディアプレイヤー（５）、または、スイッチ、存在センサ、サーモメータなどの多様な電子デバイス（１０）、ポータブルデバイス（９）から上記計装ネットワークへの無線アクセスをサポートする無線アクセスポイント（７）、および、インターネット（８）を介して上記デバイスに遠隔アクセス可能にするものである。
【図２】本発明に係る計装ノードにおいて、識別子および暗号化キーを送信可能な実施の形態に係るデバイスを示す。当該図は、鍵デバイス（１１）そのもの、利用可能な鍵情報を表示するスクリーン（１２）、鍵送信ボタン（１３）、上記計装ノードとＩ２Ｃ接続するコネクタ（１４）、コンピュータとのＵＳＢコネクタ（１５）、およびバッテリの構成（１６）を示す。
【図３】本発明として説明される通信セキュリティのメカニズムに含まれる処理シーケンスの図を示す。上記シーケンスは、以下のようである。（１７）導入者は、ＵＳＢを用いて中央ノード（通常、コンピュータである）に鍵送信デバイスを接続し、Ｎ個の鍵を生成するようにリクエストを出す。（１８）上記中央ノードは鍵を生成し、送信する。（１９）導入者は、Ｉ２Ｃを用いて鍵を有するデバイスを計装ノードに接続し、送信ボタンを押す。（２０）鍵が計装ノードに送信され、（２１）上記鍵送信デバイスから当該鍵が消去される。（２２）計装ノードは上記キーを格納し、（２３）当該計装ノードは、上記中央ノードの公開鍵によって暗号化された同報メッセージを、計装ネットワークに送信する。（２４）上記中央ノードは上記メッセージを受信し、自身の秘密鍵で当該メッセージを復号する。（２５）上記中央ノードは、上記計装ノードの公開鍵によって暗号化された、対称鍵付きの応答メッセージを送信する。（２６）計装ノードは、自身の秘密鍵で上記応答メッセージを復号し、上記対称鍵を格納する。
【図４】最小の機能を含む電子ボード（２７）で構成された計装ノード（２）のブロック図を示す。当該電子ボードは、通信モジュール（２８）、通信コネクタ（２９）、デジタル入出力（３０）、アナログ入力（３１）、電力供給モジュール（３２）、記憶領域を備えたモジュール（３３）、および、データ処理モジュール（３４）を含む。必要であれば、マザーボードに配置された拡張コネクタ（３５）に新しいボードを接続することによって、上記電子ボードの機能は拡張される。
【図５】モジュール（３７）、グラフィカルネットワーク設定ツールおよび計装ノード（３８）、自己設定メカニズム（３９）、拡張ボードの制御ソフトウェアレポジトリ（４０）、デバイスデータベース（４１）、セキュリティおよびプライバシーメカニズム（４２）、通信プロトコル（４３）の機能に外部アクセスを可能にするプロトコルを有する中央ノード（６）のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
説明を補足するために、非限定的な特徴を備えた本発明に係る可能な実施の形態が、以下で説明される。
【００２２】
図１は、コストを低減し、高効率な計装器具（instrumentation）と、分散型の上記計装器具（２）のためのデバイスとを含むネットワークの設計を示す。ここで、当該計装器具は、コストおよびエネルギー消費を低減するとともに、例えば、５０×５０×２０ｍｍのビルトイン据え付け型筐体（built-in mounting boxes）に実装される可能性、または、電子デバイスの末端に直接統合されて、当該電子デバイスの一部を構成する可能性を有することによって、拡張および適用が可能なものである。
【００２３】
分散処理によって、コストを低減し、高性能な設備を実現可能な計装ネットワーク（instrumentation network）を提供できることが、本提案の利点の１つである。
【００２４】
また、エネルギー消費を低減し、任意の種類のデバイス（特に、一般的に使われるデバイス）を計装設備（instrumentation installation）に統合できることが、他の利点である。
【００２５】
上記利点を実現するために、ネットワーク技術を用いることが好ましい。ここで、当該ネットワーク技術は、例えば、ハイブリッド・ネットワークトポロジーを有するイーサネット（登録商標）ファミリ（ＩＥＥＥ８０２.３）でよい。また、上記ハイブリッド・ネットワークトポロジーにおいては、異なる設備エリア（例えば、部屋、床など）を互いに接続するスイッチ（１）を利用して、スター型トポロジーが用いられる。上記エリアにおいては、バストポロジーが用いられる。ここで、当該バストポロジーにおいては、通信可能な電子デバイスを含むＴコネクタ（３）を用いることによって、分岐が形成される。Ｔコネクタは、受動型イーサネット集線装置（passive Ethernet concentrators）となる。
【００２６】
また、上記ネットワークトポロジーは、無線技術（例えば、ＩＥＥＥ８０２.１１ファミリ）を用いる可能性を想定しており、上記設備において、無線デバイスまたは携帯型デバイスとの通信をサポートするために、当該設備にアクセスポイント（７）を含む。図１は、本提案に係る計装ネットワークの一例の配線図を示す。
【００２７】
上記計装システムによって制御される多様な外部デバイス（１０）は、上記ネットワークを介して互いに接続される。当該デバイスは、居住可能な環境（例えば、住居またはオフィス）に導入された任意の種類の電気器具（appliances）を含み、快適さ、電力、設備の安全性、人々の安全性、娯楽、および、ビルディングオートメーションおよびタスクオートメーションの観点を有するもののすべて、を意図したデバイスであってよい。
【００２８】
拡張および適用可能な末端計装ノード（terminal instrumentation node）は、一般的な電子的構成要素（electronic components）を用いて大部分設計される。当該構成要素（すなわち、大量に生産され、一般的に利用可能な要素）を用いることにより、従来の計装技術および従来のビルディングオートメーションの場合と同様に、特に既製品（manufactured components）を用いることに関して、要素コストの大幅な削減が可能である。
【００２９】
上記末端計装ノード（２）は、当該末端計装ノードに接続された上記外部デバイス（１０）に対して、２種類のタスクを実行する。１つは、当該末端計装ノードに対する分散アクセスを可能にすることであり、これによって、上記システムに含まれる他の構成要素が上記デバイスを遠隔制御できる。もう１つは、接続された上記外部デバイスの自動処理を可能にする制御ロジックおよび設定を提供することであり、他のノードと直接連携することによって、上記外部デバイス（１０）が接続された単一の末端計装ノード（２）では完了できなかった複雑なタスクを、当該他のノードと共に実行できる。
【００３０】
上記末端計装ノード（２）は、最小限の機能を含む電子ボード（２７）で構成されることが好ましい。ここで、当該電子ボードは、通信モジュール（２８）、通信コネクタ（２９）、デジタル入出力（３０）、アナログ入力（３１）、電力供給モジュール（３２）、記憶容量を有するモジュール（３３）、および、データ処理モジュール（３４）を含む。必要であれば、マザーボードに配置された拡張コネクタ（３５）に新しいボードを接続することによって、当該電子ボードの機能が拡張される。したがって、上記システムは拡張性を有し、様々な作動／検知要請に適応可能である。
【００３１】
図５に示されるように、計装ノードに加えて、上記ネットワークには中央ノード（６）が存在する。当該中央ノード（central node）の役割は、当該ネットワークの外部の構成要素に、上記計装ネットワークに対するアクセスを提供することである。ここで、上記外部の構成要素は、例えば、計装ネットワークそのものを設定する、当該計装ネットワークを監視する、グラフィカルに設備を管理するインターフェースを提供するなど、高いレベルのタスクを実行するために当該計装ネットワークを利用するアプリケーションソフトウェアである。
【００３２】
本実施の形態は、上記システムの自己設定メカニズムを組み込み、導入者（installer）およびユーザからの介入を最小限にするものを提案する。ここで、上記自己設定メカニズムは、電気器具、照明器具、セキュリティシステム、マルチメディアシステム、一般的なセンサおよびアクチュエータ等の外部デバイス（１０）を、上記計装システムに接続し易くするものである。当該目的のために、上記計装ノードおよび中央ノードは、ブロードキャストプロトコルおよび自動デバイス発見を実装したソフトウェアを組み込んでいる。
【００３３】
上記自己設定メカニズムに係る処理ロジックの一部は、上記中央ノード（６）に置かれている。当該中央ノードは、導入者およびユーザが設備の設定を変更可能にするグラフィカルユーザインターフェースを有することが好ましく、以下で順次明らかになるように、物理的な構成の変化を自動的に検知するメカニズムを有する。これにより、新しいデバイスを上記設備に接続し易くなる。
【００３４】
計装ノードが上記計装ネットワークに接続された場合、または、新しいボードまたはデバイスが計装ノードに接続された場合、当該計装ノードは、ブロードキャストのプロトコルを開始する。当該プロトコルは、上記計装ネットワークに接続されたすべてのノード（計装ノードおよび中央ノードの両方）に、ノードブロードキャストデバイスを送信することによって構成されるものである。ここで、当該送信は、ネットワークのブロードキャストアドレスにＵＤＰパケットを送信することによって行われる。
【００３５】
中央ノード（６）は、上記同報メッセージを受信することによって、新しいノード端末（２）に関する情報を集約する。すなわち、当該新しいノード端末が存在する場合は、利用可能なデバイスに関するデータベースにおける当該新しいノード端末に関する情報を変更する。これにより、上記新しい計装ノード（２）は、これを利用するシステムにおいて利用可能となる。
【００３６】
上述したように、上記末端計装ノード（２）は、拡張ボードを用いて拡張可能である。上記システムは、自由に新しい拡張ボードを受け付けるが、メモリに制限があるため、可能な拡張ボードのそれぞれを制御するために必要となる全てのソフトウェアを、上記末端計装ノード（２）に展開することは不可能である。そこで、中央ノード（６）は、同報通信と装置を発見する過程の間、末端計装ノード（２）に接続された拡張ボードを識別し、当該末端計装ノードが、それに接続された拡張ボードを動作させるために必要な制御ソフトウェアを有していない場合、ソフトウェア転送処理を開始する。当該ソフトウェア（上記新しい拡張ボードを制御するために必要になるソフトウェア）は、このメカニズムを用いて上記末端計装ノード（２）に転送される。当該ソフトウェアは、上記拡張ボードに含まれる利用可能なハードウェアを操作するために、上記末端計装ノード（２）が実行する必要のあるロジックを含んでいる。当該ロジックは、それぞれの拡張ボードに依存するものであり、上記計装ノードとそれぞれの拡張ボードにおいて利用可能な特定のデバイスとで連携するためのプロトコルを含んでいる。
【００３７】
上記中央ノード（６）は、拡張ボードの制御ソフトウェアのレポジトリ（４０）と、導入者およびユーザに当該レポジトリを管理可能にするソフトウェアツールとを含んでいる。既存の制御ソフトウェアの新しいバージョンが、システムにインストールされる可能性が、特に考慮される。この場合、上記システムは、拡張ボードの制御ソフトウェアを転送するための、前述したプロトコルと同様のプロトコルを、自動的に開始する。前述の場合とは異なり、今回は、中央ノード（６）は、拡張ボードの古い制御ソフトウェアを含む末端計装ノード（２）と通信を確立し、当該末端計装ノードに新しいバージョンの制御ソフトウェアを転送する。
【００３８】
デバイス（４、５、９、１０）が発見され、初期設定の処理（拡張ボードを制御するために必要なソフトウェアの転送を含む）が実行されると、導入者およびユーザが利用可能なネットワーク設定ツールにおいて、当該デバイスはアクセス可能となり、当該設備において利用可能になる。
【００３９】
自動・分散方式で動作する計装ネットワークが実現されると、各コンポーネントにおける誤り（fault）は、当該コンポーネントによって制御されるデバイスにのみ影響を与える。したがって、末端計装ノード（２）によって、外部デバイス（１０）を計装システムに接続できるようになるだけでなく、当該外部デバイスが自動連携を可能にするプロトコルを含むことになる。
【００４０】
上記プロトコルは、端末計装ノード（２）が、別の端末計装ノード（２）において生じるイベントの状態変化を自動的に反応するようなイベントのシステムに基づいて定義される。上記プロトコルによって、上記計装ネットワークに含まれる異なるデバイス（４、５、９、１０）の状態間にある関連性を特定できる。これにより、上記末端計装ノード（２）は、当該デバイスにおいて状態変化が検知された場合、他の末端計装ノードによって受信されるイベントを、上記計装ネットワークに送信する。上記末端計装ノード（２）は、受信されたイベントの状態と特定された関連性を有するデバイス（４、５、９、１０）に接続されているものであり、当該関連性において特定されたものに応じて、局所的なデバイス（４、５、９、１０）の状態を変更することによって、自動的に反応する。
【００４１】
上記関連性は、中央ノード（６）において利用可能な設定ツールを用いて、導入者またはユーザによって定義される。または、上記中央ノードにおいて実行される高いレベルのアプリケーションソフトウェアによって自動的に定義される。定義されると、当該関連性は、上記中央ノードから計装ノードに自動的に転送される。その後、当該計装ノードは、上記中央ノードによる制御を受けなくとも、自動的に動作できるようになる。
【００４２】
計装システムによって処理される情報の機密性を保証するメカニズムと、計装ネットワークに含まれるデバイスの制御にアクセスする際のセキュリティとを、ここで提案する。言い換えれば、認証されたユーザまたはシステムのみが、ネットワークに含まれる計装ノードおよび中央ノードと通信できる。また、上記セキュリティを利用してアクセス可能なデバイスを制御し、それらの間で転送される情報にアクセスできる。
【００４３】
すなわち、末端計装ノード（２）および中央ノード（６）は、それらの間で確立された通信を暗号化するメカニズムをいずれも含む。当該メカニズムは、公開鍵／秘密鍵システムと対称鍵システムとのハイブリッドシステムに基づいている。
【００４４】
したがって、対称鍵暗号システムがノード（２、６）間の通信を暗号化するために用いられ、通信に必要となる上記対称鍵を確立する処理の間、公開鍵／秘密鍵暗号システムが上記ノードを認証するために用いられる。
【００４５】
計装ネットワークに含まれるそれぞれのノード（２、６）は、公開鍵／秘密鍵の対を有している。当該ネットワークに当該ノードを物理的に導入する際に、公開鍵／秘密鍵の対が当該ノードにインストールされなければならない。上記公開鍵／秘密鍵の対は、中央ノードにおいて生成される。ここで、当該中央ノードは、通信を暗号化する対称鍵を定める処理を、実行する権限を有する。
【００４６】
ネットワークに含まれる新しい計装ノードを送信（ブロードキャスト）する処理の際、当該同報メッセージ（２２、２３）を暗号化するために、計装ノードは中央ノードの公開鍵を使う。中央ノード（２）は、対称鍵の情報を含む当該同報メッセージに応答する。ここで、当該計装ネットワーク（２５）と通信するために、ノードは上記対称鍵の情報を用いる必要がある。応答メッセージは、計装ノード（２４）の公開鍵を用いて暗号化される。
【００４７】
この時点で、上記計装ノードは上記対称鍵（２６）を知得し、それを有する計装ネットワークに含まれる他のノードとの全ての通信を暗号化および復号するために、当該対称鍵の使用を開始する。
【００４８】
上記対称鍵（２６）は、中央ノード（６）によって管理される処理を用いて頻繁に更新される。ここで、上記処理は、新しい対称鍵を生成し、前述した公開鍵／秘密鍵の処理を用いて、当該ネットワークに含まれる残りの末端ノード（２）に、生成した新しい対称鍵を伝達する。
【００４９】
このセキュリティシステムにおいては、計装ネットワークの導入者が、公開鍵／秘密鍵の対と、暗号化システムの管理権限を有する中央ノードの公開鍵とをインストールし、当該ネットワークの各ノードを適切に初期化する必要がある。
【００５０】
デバイス（４、５、９、１０）は、物理的に初期化されるとともに、物理的なネットワーク導入フェーズの間は、上記デバイスは１つでなければならない。これは、初期鍵（initial key）を送信する処理において、完全なセキュリティを保証して行われる必要がある。ここで、上記初期鍵を送信する処理は、その時点では計装ネットワークそのものがそうであるように、安全でない通信チャネルを通しては実行されない。
【００５１】
上記目的のために、コンピュータに接続するＵＳＢインターフェースと、末端計装ノード（２）に接続するＩ２Ｃインターフェースとを用いることによって、鍵を格納し、送信することを可能にするという効果を発揮するデバイスを用いることが提案される。
【００５２】
中央ノード（６）（具体的には、ネットワークのセキュリティシステムの管理権限を有するもの）において、計装ネットワークの管理ソフトウェアを用いることにより、導入者は、Ｎ個の公開鍵／秘密鍵の対を生成し、中央ノード（６）の公開鍵とともに鍵送信デバイス（１１）に格納できる。
【００５３】
これが行われた場合、導入者はそれぞれのノード（２）に向かう必要がある（または、導入の際にそれらを物理的に搭載する前に、上記処理を実行する必要がある）。そして、末端計装ノード（２）の拡張ボードコネクタ（３５）を介して鍵送信デバイス（１１）を接続し、計装ノード（２）に対して上記鍵送信処理を実行する。
【００５４】
これにより、末端計装ノード（２）が、中央ノード（６）の前に末端計装ノードそのものを認証し、前述した方法を用いて当該中央ノードから上記対称鍵を取得するために必要となる鍵セットを、当該末端計装ノード（２）は有することになる。図３は、前述した通信セキュリティのメカニズムに係る処理図を示す。
【００５５】
図１に戻ると、本発明の機能ブロック図が示されている。当該図は、本発明を構成する３つの主要素の実施の形態を示す。すなわち、
（ａ）計装ネットワーク
（ｂ）中央ノード（６）
（ｃ）計装ノード（２）
である。
【００５６】
上記計装ネットワークは、８０２.３スイッチ（１）を用いるスタートポロジーと、８０２.３のＴ型受動ハブ（３）を用いるバストポロジーとを包含するハイブリッド・ネットワークトポロジーを用いて構築される。受動ハブの代わりに８０２.１１アクセスポイント（７）を使用可能としてもよいため、上記計装ネットワークは、無線デバイス（９）を用いた計装ネットワークおよび８０２.１１無線技術に準拠した無線モジュールを有する計装ノードへのアクセスをサポートしている。
【００５７】
中央ノード（６）は、インテル（登録商標）ｘ８６命令に互換性を有するマイクロプロセッサ（例えば、Intel AtomまたはVIA EPIA）、少なくとも２５６Ｍｂのメモリ、８０２.３ネットワークインターフェース、および、ＲＳ-２３２インターフェースを備えたビルトインＰＣで構成される。当該中央ノードの制御ソフトウェア（ＪＡＶＡ（登録商標）プログラミング言語で実装されている）は、当該ＰＣにインストールされている。
【００５８】
計装ノード（２）は、異なるモジュール（可能な実施の形態として以下に説明されるもの）によって構成される。
【００５９】
上記計装ノードの電力供給モジュール（３２）は、残りのシステムを供給するために、２４Ｖ直流電圧を３.３Ｖ直流電圧に下げるｄｃ／ｄｃ変換器によって構成される。このｄｃ／ｄｃ変換器は、ＬＴ３５０２ＡＩＤＣ電圧分配器によって制御される。他の可能な選択肢として、パワー・オーバー・イーサネットまたはバッテリ電力供給を用いた電力供給であってもよい。この電力供給モジュールは、電力が供給されており、電力源において適切な処理が行われていることを示すＬＥＤを含む。
【００６０】
マイクロコントローラ（３４）は、ＰＩＣ１８Ｆ６７Ｊ６０−Ｉ／ＰＴマイクロコントローラである。このマイクロコントローラはイーサネットコントローラを含んでおり、イーサネット通信に必要となる２５ＭＨｚのＦ３３０外部オシレータ（３６）をさらに有する。上記マイクロコントローラは、５１２Ｋｂｉｔの２４ＦＣ５１２Ｔ−Ｉ／ＳＭ外部メモリ（３３）と通信でき、データを永続的に保存する。上記マイクロコントローラは、対応するデジタル出力（３０）を修正する権限を有しており、入力信号の値を残りのネットワークに通知し、上記イーサネット通信モジュールを用いてネットワークの残りのノードにその存在を伝達し、ネットワークに接続された他のノードのリクエストに応答し、メモリに格納された必要なデータを記憶し、ネットワークの他のノードからのデータを要求する。そのファームウェアは、イーサネット通信を用いて更新される。
【００６１】
イーサネット通信システムは、制御器（本実施の形態においては、当該制御器はマイクロコントローラに統合されている）、送信機、および、ノイズを除去する抵抗で構成されている。
【００６２】
ノードのデジタル入力（３０）（全部で８つ）は、プルアップ抵抗および保護抵抗を有する上記マイクロコントローラのデジタル入力に接続されている。これらの入力のうちの４つから成るグループは、ボードの接地接続を有する双方向コネクタに接続されている。このグループは、独立した電力供給を有するアクティブデバイス、または、スイッチ、ボタン、存在センサなどのパッシブデバイスの信号に対する入力として用いられる。他のグループに含まれる４つの信号は、接地接続および３．３Ｖを有する３方向コネクタに接続されており、独立した電力供給を有さないアクティブデバイスを供給できる。
【００６３】
このノードは、接地接続および３.３Ｖを有する３方向コネクタを介して接続された、特定のアナログ入力を有する。また、上記３方向コネクタに接続された４つのデジタル入力は、これらをアナログ入力に変換するように構成されてよい。この構成により、デバイス（例えば、電位差計、光センサ、温度センサなど）に含まれる信号を、０から３.３Ｖの範囲で計測することができる。
【００６４】
ノードは、２つの異なる種類のデジタル出力を与える。すなわち、オープンコレクター出力および直流継電器を駆動する出力である。４つのオープンコレクター出力は双方向コネクタとともに用いられ（コレクターおよび接地接続）、独立した電力供給を有するデバイスを操作可能にする。継電器（電力供給を有さない要素）を駆動する３つの出力は、双方向コネクタ（コレクターおよび供給電圧）を有する。これらの出力は、５００ｍＡ以上の誘導負荷を駆動するように設計されており、回路を保護する束縛のないダイオードに備えられる。
【００６５】
このマザーボードの機能は、コネクタ（３５）を介して拡張ボードをそれに追加することによって拡張される。当該コネクタは、通信バス、異なる供給電圧、および、使われていないマイクロコントローラの入出力を含む。したがって、上記拡張ボードは、当該マザーボードのマイクロコントローラによって制御されるか、あるいは、それぞれがマイクロコントローラを有しており、上記バスを用いて残りのボードと通信する。それ（メモリ、マイクロコントローラ、センサなど）を用いる多くの集積回路を備えるため、本実施の形態において選択されたバスは、Ｉ２Ｃバスである。
【００６６】
計装ノードの大きさは、５０×５０×２０ｍｍのビルトイン据え付け型筐体の内部に含まれるその組み立て部品（通信に必要となるケーブルを含む）のものでよい。デバイスの連続的な拡張は、同じビルトイン筐体に積み上げられてもよいし、隣接する筐体に梱包されてもよい。
【００６７】
ベースノードに対応付けられた拡張ボードは、より多数の入出力または新しい機能を、システムに提供する。新しい機能を提供するボードは、特に、以下のものである。
・通信ボード
・無線
・Zigbee（登録商標）
・Bluetooth（登録商標）
・ＲＳ２３２
・ＵＳＢ
・入力ボード
・４−２０ｍＡアナログ入力
・０−１０Ｖアナログ入力
・デジタル入力拡張
・出力ボード
・２２０Ｖ電力出力
・直流電力出力
・電圧フリー接点出力
・アナログ出力
・可変抵抗出力
上記拡張ボードは、それぞれの出力に対して、すべてのレベルにおいて消費された強度のセンサを有する。ソリッドステートリレーが用いられた場合、ボードが過度に加熱しないように制御する温度センサを備えている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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