(57)【要約】【課題】自律的なタイムスロットを獲得するための制御信号の通信タイミングを、計算処理負担を軽減しながら高精度に決定する。【解決手段】本発明の通信タイミング制御装置は、他ノードからの制御信号の通信タイミングを利用して、自ノードの制御信号の通信タイミングを決定し、データ信号の送信タイムスロットを決定するものであり、通信タイミング管理手段が、他ノードから制御信号の通信タイミングを受信すると、当該他ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとに基づいて、当該他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を管理する。そして、送信タイミング決定手段が、他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを求め、この送信タイミングで制御信号を送信する。【選択図】      図１
2008118372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムを構成するノードに設けられる通信タイミング制御装置であって、他ノードからの制御信号の通信タイミングを利用して、自ノードの制御信号の通信タイミングを決定し、自ノードの制御信号の通信タイミング及び他ノードの制御信号の通信タイミングに基づいて、データ信号の送信タイムスロットを決定する通信タイミング制御装置において、
他ノードから制御信号の通信タイミングを受信すると、当該他ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとに基づいて、当該他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を管理する通信タイミング管理手段と、
上記通信タイミング管理手段が管理する上記他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを求める送信タイミング決定手段と、
上記送信タイミング決定手段により決定された送信タイミングに制御信号を送信する制御信号送信手段と
を備えることを特徴とする通信タイミング制御装置。
【請求項２】
上記送信タイミング決定手段が、他ノードにおける通信タイミング状態の更新時に、次回の制御信号の送信タイミングを調整することを特徴とする請求項１に記載の通信タイミング制御装置。
【請求項３】
上記通信タイミング管理手段が、上記送信タイミング決定手段により上記次回の制御信号の送信タイミングの調整がなされると、その調整量に応じて他ノードとの間の通信タイミング関係を補正することを特徴とする請求項２に記載の通信タイミング制御装置。
【請求項４】
通信システムを構成するノードにおいて実現させる通信タイミング制御方法であって、他ノードからの制御信号の通信タイミングを利用して、自ノードの制御信号の通信タイミングを決定し、自ノードの制御信号の通信タイミング及び他ノードの制御信号の通信タイミングに基づいて、データ信号の送信タイムスロットを決定する通信タイミング制御方法において、
通信タイミング管理手段が、他ノードから制御信号の通信タイミングを受信すると、当該他ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとに基づいて、当該他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を管理する通信タイミング管理工程と、
送信タイミング決定手段が、上記通信タイミング管理手段が管理する上記他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを求める送信タイミング決定工程と、
制御信号送信手段が、上記送信タイミング決定手段により決定された送信タイミングに制御信号を送信する制御信号送信工程と
を備えることを特徴とする通信タイミング制御方法。
【請求項５】
通信システムを構成するノードが備えるコンピュータに実現させる通信タイミング制御プログラムであって、他ノードからの制御信号の通信タイミングを利用して、自ノードの制御信号の通信タイミングを決定し、自ノードの制御信号の通信タイミング及び他ノードの制御信号の通信タイミングに基づいて、データ信号の送信タイムスロットを決定する通信タイミング制御プログラムにおいて、
上記コンピュータに、
他ノードから制御信号の通信タイミングを受信すると、当該他ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとに基づいて、当該他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を管理する通信タイミング管理手段、
上記通信タイミング管理手段が管理する上記他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを求める送信タイミング決定手段、
上記送信タイミング決定手段により決定された送信タイミングに制御信号を送信する制御信号送信手段
として機能させることを特徴とする通信タイミング制御プログラム。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の通信タイミング制御装置を有することを特徴とするノード。
【請求項７】
請求項６に記載のノードを複数有して構成されることを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、通信タイミング制御プログラム、ノード及び通信システムに関し、例えば、センサネットワーク等の空間に分散配置された多数のノードや移動体が、相互にデータ通信を行う場合において、電波干渉等による通信データの衝突を回避する方法に適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜５には、集中管理サーバを必要とせず、空間的に分散配置された複数のノードがそれぞれ衝突することなくデータ通信を実現できるようにするための通信タイミング制御に関する技術が記載されている。
【０００３】
具体的には、各ノードが近傍ノードとの間で周期的な制御信号を送受信しあい、制御信号の相互作用により通信タイミングを調整する形態が開示されている。すなわち、非線形振動をモデル化した数式を用いて、他ノードが制御信号を発信するタイミングに応じて、自ノードが制御信号を発信するタイミングを調整する。そして、各ノードにおいて、自他の制御信号の発信タイミングが極力離れるような調整を相互に行い、適切な位相関係を形成することにより、自律分散的なタイムスロットの獲得を実現するというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０９４６６３号公報
【特許文献２】特開２００６−０７４６１７号公報
【特許文献３】特開２００６−０７４６１９号公報
【特許文献４】特開２００６−１５７４４１号公報
【特許文献５】特開２００６−２１１５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜５に記載の技術は、実現したいタイミング制御の周期Ｔに応じて、微小間隔Δｔを決め、Δｔの間隔で通信タイミング制御の計算処理を行うものである。そのため、高精度なタイミング制御を行うためには、Δｔを小さくとり、高頻度で通信タイミング制御の計算を行う必要がある。
【０００６】
従って、計算処理能力の低い装置に、上記のような通信タイミング制御技術を実装し、Δｔを小さい値をとり、高精度な通信タイミング制御を行うことは不向きであった。
【０００７】
また、Δｔを小さい値にすると、計算頻度が増えるので、通信タイミング制御処理のオーバーヘッドが大きくなってしまうという問題が起こる。このように、通信タイミング制御処理のオーバーヘッドが増大すると、通信データの送受信に関する処理等その他の処理の実行に悪影響を及ぼすことになる。
【０００８】
そのため、通信システムを構成する各ノードが、自律分散的なタイムスロットを獲得するための制御信号の通信タイミング制御処理に係る計算頻度を減少させながら、高精度なタイミング制御を実現できる通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、通信タイミング制御プログラム、ノード及び通信システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、第１の本発明の通信タイミング制御装置は、通信システムを構成するノードに設けられる通信タイミング制御装置であって、他ノードからの制御信号の通信タイミングを利用して、自ノードの制御信号の通信タイミングを決定し、自ノードの制御信号の通信タイミング及び他ノードの制御信号の通信タイミングに基づいて、データ信号の送信タイムスロットを決定する通信タイミング制御装置において、（１）他ノードから制御信号の通信タイミングを受信すると、当該他ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとに基づいて、当該他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を管理する通信タイミング管理手段と、（２）通信タイミング管理手段が管理する他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを求める送信タイミング決定手段と、（３）送信タイミング決定手段により決定された送信タイミングに制御信号を送信する制御信号送信手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の本発明の通信タイミング制御方法は、通信システムを構成するノードにおいて実現させる通信タイミング制御方法であって、他ノードからの制御信号の通信タイミングを利用して、自ノードの制御信号の通信タイミングを決定し、自ノードの制御信号の通信タイミング及び他ノードの制御信号の通信タイミングに基づいて、データ信号の送信タイムスロットを決定する通信タイミング制御方法において、（１）通信タイミング管理手段が、他ノードから制御信号の通信タイミングを受信すると、当該他ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとに基づいて、当該他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を管理する通信タイミング管理工程と、（２）送信タイミング決定手段が、通信タイミング管理手段が管理する他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを求める送信タイミング決定工程と、（３）制御信号送信手段が、送信タイミング決定手段により決定された送信タイミングに制御信号を送信する制御信号送信工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第３の本発明の通信タイミング制御プログラムは、通信システムを構成するノードが備えるコンピュータに実現させる通信タイミング制御プログラムであって、他ノードからの制御信号の通信タイミングを利用して、自ノードの制御信号の通信タイミングを決定し、自ノードの制御信号の通信タイミング及び他ノードの制御信号の通信タイミングに基づいて、データ信号の送信タイムスロットを決定する通信タイミング制御プログラムにおいて、コンピュータに、（１）他ノードから制御信号の通信タイミングを受信すると、当該他ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとに基づいて、当該他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を管理する通信タイミング管理手段、（２）通信タイミング管理手段が管理する他ノードとの間の相対的な通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを求める送信タイミング決定手段、（３）送信タイミング決定手段により決定された送信タイミングに制御信号を送信する制御信号送信手段として機能させることを特徴とする。
【００１２】
第４の本発明のノードは、第１の本発明の通信タイミング制御装置を有することを特徴とする。
【００１３】
第５の本発明の通信システムは、第４の本発明のノードを複数有して構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、通信システムを構成する各ノードが、自律分散的なタイムスロットを獲得するための制御信号の通信タイミング制御処理に係る計算頻度を減少させながら、高精度なタイミング制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明の通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、通信タイミング制御プログラム、ノード及び通信システムの第１の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
第１の実施形態は、複数のノードを有して構成される無線通信ネットワーク（通信システム）において、各ノードが、自律分散的なタイムスロットを獲得するために、本発明の通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、通信タイミング制御プログラム、ノード及び通信システムを利用して、自他の制御信号（インパルス信号）の通信タイミングを計算する場合の実施形態を説明する。
【００１７】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の無線通信ネットワークの全体構成例を示す構成図である。図２において、無線通信ネットワーク１は、多数のノードＮ１〜Ｎ１６を有して構成されるものである。
【００１８】
第１の実施形態において、無線通信ネットワーク１は、例えば、多数のノードが空間的に分散配置され、あるノードが通信データを送出すると、当該ノードの近傍に位置する他ノードが当該通信データを受信し、その通信データの送信先に向けて中継していくネットワークに適用できる。例えば、センサネットワーク等として適用できる。
【００１９】
各ノードＮ１〜Ｎ１６は、少なくとも無線通信機能部を有するものであり、自律分散的なタイムスロットで、送信しようとする通信データを送信するものである。また、各ノードＮ１〜Ｎ１６は、近傍の他ノードとの間で自律分散的なタイムスロットを獲得するために、他ノードとの間で送受信する制御信号（インパルス信号）を発信するタイミングを制御する通信タイミング制御機能部を備えるものである。
【００２０】
図１は、各ノードＮ１〜Ｎ１６が備える通信タイミング制御機能部の機能構成を示す構成図である。
【００２１】
図１において、第１の実施形態のノード１００（ノードＮ１〜Ｎ１６）は、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１、制御信号送信タイミング計算手段１０２、制御信号送信手段１０３、送信バッファ１０４、データパケット送信判定手段１０５、を少なくとも有して構成される。
【００２２】
以下では、ノード１００の通信タイミング制御機能を実現する各機能構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（Ａ−１−１）近傍ノード通信タイミング管理手段１０１の詳細な構成
近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、近傍に位置する他ノード（以下、近傍ノードという）から送信された制御信号を受信し、その受信した制御信号に基づいて、近傍ノードと自ノードとの間の相対的な制御信号の通信タイミング関係を求め、この相対的な制御信号の通信タイミング関係を管理するものである。
【００２４】
また、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、近傍ノードと自ノードとの間の相対的な通信タイミング関係を求めると、近傍ノードとの間の通信タイミング関係を制御信号送信タイミング計算手段１０２に与えるものである。
【００２５】
ここで、相対的な通信タイミング関係を求める方法としては２種類の方法がある。
【００２６】
第１は、制御信号に明示的な情報（例えば、自ノードでの通信タイミング状態に関する情報等）を付加せず、自ノードが他ノードからの制御信号を受信した受信時刻を用いて通信タイミング関係を生成する方法がある。例えば、自ノードが前回制御信号を送信した送信時刻と、他ノードから受信した制御信号の受信時刻との差を通信タイミング関係として保存する方法等を適用できる。
【００２７】
第２は、自ノードの通信タイミング状態に関する情報を直接制御信号に書き込み、他ノードに通信タイミング状態に関する情報を直接伝える方法がある。この通信タイミング状態に関する情報とは、自ノードが次回制御信号を送信するまでの時間情報（時間Ｔｎ）、若しくは、自ノードが制御信号を送信してからの時間情報（時間Ｔｐ）があげられる。
【００２８】
また、通信タイミング状態に関する情報として、時間情報を直接書き込みせず、この時間情報に対し所定の変換方法により変換した値θ（例えば、θ＝ａ×Ｔｎ：ａは定数とする）を用いるようにしても良い。例えば、自ノードの通信状態をθとし、制御信号に書かれた他ノードの通信状態をθｊとすると、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、Δθｊ＝θｊ−θ（但し、Δθｊは０〜θｍａｘの範囲で表現するものとし、θｍａｘは周期Ｔと対応する値である）をノード間の通信タイミング関係として保存する方法がある。このような通信タイミング関係を管理するために、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、ノードの内部に搭載される時計部（図示省略）を利用して時刻情報の値を参照できる。
【００２９】
このように、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、近傍ノードから周期的に送信された制御信号を受信するたびに、自ノードと近傍ノードとの通信タイミング関係を求め、当該近傍ノードとの間の通信タイミング関係を更新する。
【００３０】
なお、例えば特許文献４において、仮想ノードモデル計算手段が、第１の実施形態の近傍ノード通信タイミング管理手段１０１に対応するが、特許文献４の仮想ノードモデル計算手段は、近傍ノードの位相情報θｊを管理しており、時々変化するθｊ（すなわち、微小期間Δｔに対して変化するθｊ）を計算するものである。
【００３１】
これに対して、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、近傍ノードからの制御信号の受信時に、自ノードと他ノードとの相対的な通信タイミング関係を、簡単な計算方法（例えば、Δθ＝θｊ−θ）で求めるだけでよい。
【００３２】
また、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、後述する制御信号送信タイミング計算手段１０２から、近傍ノードとの間の通信タイミング関係を補正する調整量（ｄθ）を受け取ると、その調整量に応じて近傍ノードとの間の通信タイミング関係を補正するものである。
【００３３】
以上のように、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１は、他ノードからの制御信号の受信時、若しくは、後述する制御信号送信タイミング計算手段１０２から調整量の補正が要求されたときにのみ、動作すればよいものとなるので、従来よりも通信タイミングの計算に係る処理負担を軽減することができる。
【００３４】
なお、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１による処理は、ノード１００上におけるソフトウェア処理の実行により実現することができる。勿論、電子回路を構成し、ノード１００上に実装することにより、ハードウェアとして実現することも可能である。
【００３５】
（Ａ−１−２）制御信号送信タイミング計算手段１０２の詳細な構成
制御信号送信タイミング計算手段１０２は、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１から近傍ノードとの間の通信タイミング関係（例えば、Δθ）を受け取ると、その近傍ノードとの間の通信タイミング関係に基づいて、自ノードの次回の制御信号の送信予定時刻（Ｔｉ）を求めるものである。また、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、自ノードの次回の制御信号の送信予定時刻（Ｔｉ）を、後述する制御信号送信手段１０３に与えるものである。
【００３６】
この制御信号送信タイミング計算手段１０２による制御信号の送信時刻（送信タイミング）の計算も、近傍ノードからの制御信号の受信毎に行うだけでよいので、通信タイミングの計算に係る処理負担を軽減することができる。
【００３７】
このように、近傍ノードとの間の通信タイミング関係の補正をすることにより、自ノードと近傍ノードとの間の制御信号の通信タイミングの関係を適切にすることができるから、自ノードと近傍ノードとの間のタイムスロットを均等にすることができ、その結果、ネットワークの利用効率が良くなる。
【００３８】
ここで、近傍ノードとの間の通信タイミング関係に基づいて、自ノードの制御信号の送信タイミングを調整する方法について説明する。
【００３９】
制御信号送信タイミング計算手段１０２が調整量（すなわち、制御信号の送信予定時刻の調整量）ｄθの決定方法としては、種々の方法を適用することができるが、例えば次のようなものがある。
【００４０】
例えば、まず、制御信号の送信後に割り当てられるデータパケットの送信時間をＴｄとし、これを通信タイミング関係のスケールに変換した値θｄとする。このθｄが所要位相差となる。なお、動作周期をＴとし、これを通信タイミング関係のスケールに変換した値をθｍａｘとする。
【００４１】
また、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１から受け取った各近傍ノードとの間の通信タイミング関係（すなわち、各近傍ノードとの間の位相差Δθｊ（ｊは各近傍ノードを示す））のうち、自ノードの直前に制御信号を送信した他ノードとの間の通信タイミングの関係をΔθｍｉｎｉｍｕｍとし、また自ノードの直後に制御信号を送信した他ノードとの通信タイミングの関係をΔθｍａｘｉｍｕｍとする。
【００４２】
そして、相前後のどちらの他ノードとの通信タイミングの関係が共に近い場合、すなわち、Δθｍｉｎｍｕｍ＋θｍａｘ−Δθｍａｘｉｍｕｍ＜２θｄの場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、相前後の他ノードの通信タイミングの中間で制御信号を送信するように調整する。
【００４３】
また、直前の他ノードとの間の通信タイミング関係が近い場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、θｄ−Δθｍｉｎｉｍｕｍに対応する時間だけ、自ノードの制御信号の送信予定時刻を遅らすように調整する。
【００４４】
さらに、直後の他ノードとの間の通信タイミング関係が近い場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、θｄ＋Δθｍａｘｉｍｕｍ−θｍａｘに対応する時間だけ、自ノードの制御信号の送信予定時刻を進めるように調整する。
【００４５】
またさらに、相前後のどちらの他ノードとの通信タイミングの関係が共に遠い場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、自ノードの制御信号の送信予定時刻の調整を行わない。
【００４６】
このようにして、制御信号送信タイミング計算手段１０２が、相前後の他ノードとの間の通信タイミング関係を考慮して、自ノードの制御信号の送信タイミングを決定する。
【００４７】
また、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、近傍ノードと自ノードとの間の通信タイミング関係の調整量（ｄθ）を求めると、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１にこの調整量（ｄθ）を与えて、近傍ノードとの間の通信タイミング関係の補正を要求するものである。
【００４８】
これは、制御信号の送信予定時刻の調整によって調整量ｄθ分だけ近傍ノードとの位相差の関係が変化することになる。そのため、調整量ｄθ分だけ近傍ノードとの間の通信タイミング関係を補正する必要があるからである。従って、近傍ノードとの間の通信タイミングを調整するごとに、制御信号送信タイミング計算手段１０２は近傍ノード通信タイミング管理手段１０１に調整量ｄθを伝える。
【００４９】
また、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、自ノードの制御信号の送信後、制御信号送信手段１０３から制御信号を送信したことの通知を受け、次回の制御信号の送信予定時刻ＴｉをＴｉ（次回）＝Ｔｉ（今回）＋Ｔと設定するものである。これにより、その後の制御信号の送信予定時刻を決定することができる。
【００５０】
なお、制御信号送信タイミング計算手段１０２による処理は、ノード１００上におけるソフトウェア処理の実行により実現することができる。勿論、電子回路を構成し、ノード１００上に実装することにより、ハードウェアとして実現することも可能である。
【００５１】
（Ａ−１−３）制御信号送信手段１０３の詳細な構成
制御信号送信手段１０３は、制御信号送信タイミング計算手段１０２から次回の制御信号の送信予定時刻Ｔｉを受け取ると、自ノード内に搭載の時計部（図示省略）を参照しながら、現在時刻Ｔｎｏｗが送信予定時刻Ｔｉになった時に制御信号を送信するものである。
【００５２】
なお、制御信号として送信する内容は、信号自体が自ノードが送信を始めることを示す信号であったり、自ノードや近傍ノードの通信タイミング状態をデータとして書き込んだパケットであったりする。
【００５３】
また、制御信号送信手段１０３は、制御信号を送信すると、制御信号の送信が完了したことを、制御信号送信タイミング計算手段１０２に通知するものである。
【００５４】
さらに、制御信号送信手段１０３は、制御信号の送信後、データパケット送信判定手段１０５に対し、データパケットの送信を開始してもよいことを通知するものである。
【００５５】
（Ａ−１−４）データパケット送信判定手段１０５の詳細な構成
データパケット送信判定手段１０５は、制御信号送信手段１０３からデータパケットの送信を開始してもよい旨の通知を受けると、その通知後所定時間Ｔｄが経過するまでの間を通信データのタイムスロットとして判断し、送信バッファ１０４に保持されている送信データを送信するものである。
【００５６】
（Ａ−１−５）送信バッファ１０４の詳細な構成
送信バッファ１０４は、送信したい情報を保持するものであり、通信データのタイムスロットの期間に、データパケット送信判定手段１０５に送信データを与えて送信させるものである。
【００５７】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
続いて、第１の実施形態の無線通信ネットワーク１における各ノード１００（Ｎ１〜Ｎ１６）の通信タイミング計算処理の動作を図面を参照しながら説明する。
【００５８】
なお、以下の説明において、すべてのノード１００（Ｎ１〜Ｎ１６）は、今回の制御信号の送信時刻から次回の制御信号の送信時刻までを１周期として動作し、１周期を周期Ｔとして共通に設定されているものとする。
【００５９】
各ノードＮ１〜Ｎ１６は、以下で説明する処理を行いながら、自ノードの制御信号の送信時刻になると制御信号を送信する。
【００６０】
近傍の他ノードから送信された制御信号が当該ノードに受信されると、受信した制御信号は、当該ノードの近傍ノード通信タイミング管理手段１０１に与えられる（ステップＳ１）。
【００６１】
制御信号が近傍ノード通信タイミング管理手段１０１に与えられると、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１により、近傍ノードと自ノードとの間の相対的な制御信号の通信タイミング関係が求められる。
【００６２】
なお、近傍ノードと自ノードとの間の相対的な通信タイミング関係の求める方法は、上述したように種々の方法を採用することができるが、ここでは、各ノード１００が制御信号を送信した時刻情報に所定の変換方法により変換した値θを用いて、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１がΔθ（＝Δθｊ−θ）を求める方法を採用した場合を例に挙げて説明する。
【００６３】
近傍ノード通信タイミング管理手段１０１により求められた各近傍ノードとの間の通信タイミング関係（Δθｊ）は、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１から制御信号送信タイミング計算手段１０２に与えられる（ステップＳ２）。
【００６４】
各近傍ノードとの間の通信タイミング関係（Δθｊ）が制御信号送信タイミング計算手段１０２に与えられると、制御信号送信タイミング計算手段１０２により、各近傍ノードとの間の通信タイミング関係（Δθｊ）に基づいて、次回の自ノードの制御信号の送信予定時刻（送信タイミング）が求められる。
【００６５】
ここで、次回の自ノードの制御信号の送信予定時刻の求める方法は、種々の方法を適用できるが、ここでは、図３に示すような方法を採用して、自ノードの制御信号の送信予定時刻を調整して決定する場合を例に挙げて説明する。
【００６６】
図３において、まず、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、自ノードの直前に制御信号を送信した他ノードの通信タイミング関係Δθｍｉｎｉｍｕｍを求める（ステップＳ１０１）。
【００６７】
次に、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、自ノードの直後に制御信号を送信した他ノードの通信タイミング関係Δθｍａｘｉｍｕｍを求める（ステップＳ１０２）。
【００６８】
そして、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、自ノードのタイムスロットθｄと周期Ｔに相当するθｍａｘを考慮しながら、ΔθｍｉｎｉｍｕｍとΔθｍａｘｉｍｕｍとの比較を行う（ステップＳ１０３）。
【００６９】
そして、相前後のどちらの他ノードとの通信タイミングの関係が共に近い場合、すなわち、Δθｍｉｎｍｕｍ＋θｍａｘ−Δθｍａｘｉｍｕｍ＜２θｄの場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、相前後の他ノードの通信タイミングの中間になるよう送信予定時刻を調整する（ステップＳ１０４）。
【００７０】
また、直前の他ノードとの間の通信タイミング関係が近い場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、θｄ−Δθｍｉｎｉｍｕｍに対応する時間だけ、自ノードの制御信号の送信予定時刻を遅らすように調整する（ステップＳ１０５）。
【００７１】
さらに、直後の他ノードとの間の通信タイミング関係が近い場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、θｄ＋Δθｍａｘｉｍｕｍ−θｍａｘに対応する時間だけ、自ノードの制御信号の送信予定時刻を進めるように調整する（ステップＳ１０６）。
【００７２】
またさらに、相前後のどちらの他ノードとの通信タイミングの関係が共に遠い場合、制御信号送信タイミング計算手段１０２は、自ノードの制御信号の送信予定時刻の調整を行わない（ステップ１０８）。
【００７３】
そして、制御信号送信タイミング計算手段１０２は送信予定時刻Ｔｉを決定する（ステップＳ１０７）。
【００７４】
このようにして、制御信号送信タイミング計算手段１０２により、自ノードの制御信号の送信予定時刻Ｔｉが求められると、この送信予定時刻Ｔｉは、制御信号送信タイミング計算手段１０２から制御信号送信手段１０３に与えられる（ステップＳ３）。
【００７５】
このとき、制御信号送信タイミング計算手段１０２により送信予定時刻の調整が行われると、その送信予定時刻の調整量ｄθが近傍ノード通信タイミング管理手段１０１に与えられ（ステップＳ４）、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１において、近傍ノードとの間の通信タイミング関係が調整量ｄθだけ補正される。
【００７６】
送信予定時刻Ｔｉが制御信号送信手段１０３に与えられると、制御信号送信手段１０３は、自ノード内部に搭載の時計部を参照しながら、現在時刻Ｔｎｏｗが送信予定時刻Ｔｉになった時に、制御信号を送信する（ステップＳ５）。
【００７７】
制御信号送信手段１０３が制御信号を送信すると、制御信号を送信した旨が制御信号送信タイミング計算手段１０２に与えられ（ステップＳ６）、制御信号送信タイミング計算手段１０２において、次回の制御信号の送信予定時刻Ｔｉ（Ｔｉ（次回）＝Ｔｉ（今回）＋Ｔ）が設定される。
【００７８】
なお、ここで次回の制御信号の送信予定時刻Ｔｉが設定されると、その後の他ノードからの制御信号の受信の際に、今回設定された送信予定時刻Ｔｉを用いて、上記処理と同様の処理を行う。
【００７９】
また、制御信号送信手段１０３が制御信号を送信すると、データパケットの送信を開始してもよい旨の通知が、制御信号送信手段１０３からデータパケット送信判定手段１０５に与えられる（ステップＳ７）。
【００８０】
データパケットの送信を開始してもよい旨の通知がデータパケット送信判定手段１０５に与えられると、データパケット送信判定手段１０５は、この通知後所定時間Ｔｄが経過するまでの間を通信データのタイムスロットとして判断し、このタイムスロットの間に、送信バッファ１０４に保持されている送信データ（ステップＳ８）を取り出し、他ノードに対しデータパケットを送信する（ステップＳ９）。
【００８１】
図４は、第１の実施形態のノード１００における動作の概要を説明する説明図である。図４（Ａ）は、第１の実施形態のノード１００における動作を示し、図４（Ｂ）は、例えば特許文献４に記載の既存の通信タイミング制御技術を採用したノードにおける動作を示す。
【００８２】
図４において、「１．制御信号の送信」はノードが制御信号を送信するタイミングを示し、「２．制御信号の受信」は他ノードからの制御信号を受信するタイミングを示し、「３．制御信号の送信」はノードが次回の制御信号を送信するタイミングを示す。
【００８３】
なお、図４において、今回の制御信号の送信時刻を時刻Ｔ１とし、次回の制御信号の送信時刻を時刻Ｔ２とし、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までを１周期として動作するものとする。
【００８４】
まず、「１．制御信号の送信」する際、第１の実施形態のノード１００では、「Ｉ．制御信号送信処理（ステップＳ５〜Ｓ９に相当する処理）」を行う。
【００８５】
つまり、制御信号送信手段１０３は、送信時刻になると、制御信号送信手段１０３が近傍する他ノードに対し制御信号を送信すると共に、データパケット送信判定手段１０５にデータパケットの送信開始の合図を伝える。この処理については、既存の通信タイミング制御技術のノードも同様である。
【００８６】
また、制御信号の送信後、制御信号送信タイミング計算手段１０２が、次回の制御信号送信時刻Ｔ２（＝Ｔ１＋Ｔ）を設定する。この処理について、既存の通信タイミング制御技術のノードにおいては、所定の位相算出処理により、微小時間Δｔ毎の通信タイミングを計算する。この点について、第１の実施形態のノード１００は、微小時間Δｔ毎の通信タイミングを求めないので、通信タイミングの計算に係る処理負荷を軽減することができる。
【００８７】
次に、「２．制御信号の受信」する際、第１の実施形態のノード１００では、「ＩＩ．制御信号受信処理（ステップＳ１〜Ｓ４に相当する処理）」を行う。
【００８８】
つまり、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１が制御信号に書かれた情報に基づいて近傍ノード情報を更新する。その後、制御信号送信タイミング計算手段１０２が更新された近傍ノード情報に基づいてタイミング制御を行い、制御信号送信時刻をＴ２＝Ｔ２＋ｄｔと更新する。ここで、調整量を近傍ノード通信タイミング管理手段に伝える。
【００８９】
この処理について、既存の通信タイミング制御技術（例えば特許文献４を例に挙げる）のノードにおいては、制御信号の受信によって仮想ノードモデル計算手段が仮想ノードを更新して位相θｉ（ｔ）算出手段に仮想ノードの位相を伝えていたが、位相θｉ（ｔ）算出手段から仮想ノードモデル計算手段に調整量を通知することはしていない。
【００９０】
ここで、図４において、次回の制御信号送信時刻Ｔ２は固定値のように表現されているが、実際はタイミング制御を行うたび（つまり、第１の実施形態のノード１００が他ノードからの制御信号を受信するたびに、又既存の通信タイミング制御技術のノードが微小時間Δｔ毎のタイミング処理をするたびに）に変化するものである。
【００９１】
そして、「３．制御信号の送信」する際、ノード１００は制御信号の送信予定時刻になると自ノードの通信タイミングを近傍に伝えるために制御信号を送信する。この処理は、「１．制御信号の送信」の動作と同様であるので省略する。このように制御信号の送受信を繰り返すことでタイミング制御を行う。
【００９２】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、近傍ノード通信タイミング管理手段１０１が、他ノードと自ノードとの間の相対的な制御信号の通信タイミング関係を管理し、制御信号の受信時と自ノードの通信タイミングの調整時に、すなわち相対的な通信タイミング関係が変化したときにのみ、他ノードとの間の通信タイミング関係を更新するようにすることで、制御信号の通信タイミングの計算頻度を減少させることができると共に、通信タイミングの計算に係る処理負荷を大幅に削減することができる。
【００９３】
その結果、計算処理能力がそれほど高くないノードにおいても、既存の通信タイミング制御と同等の高精度な通信タイミング制御が実現できる。
【００９４】
（Ｂ）他の実施形態
第１の実施形態では、空間に分散配置された多数のノードが、相互に無線でデータのやり取りを行うシステムを想定して説明した。しかし、本発明の利用形態は、無線通信を行うシステムに限定されない。空間に分散配置された多数のノードが、相互に有線でデータをやり取りするシステムにも適用することが可能である。例えば、イーサーネット（登録商標）等のように有線接続されたＬＡＮシステムに適用することも可能である。また、同様に、有線接続されたセンサやアクチュエータ、あるいはサーバ等、異なる種類のノードが混在するネットワークに適用することも可能である。無論、有線接続されたノードと、無線接続されたノードが混在するネットワークに適用することも可能である。
【００９５】
さらに、本発明は、インターネット上で、各ルータが相互に異なるタイミングでルーティングテーブルを交換するための通信プロトコルとして利用することができる。ここで、ルータとは、ネットワーク上を流れる情報の行き先を振り分ける（通信経路選択）機能を有する中継機器のことである。また、ルーティングテーブルとは、情報の行き先を振り分ける際に参照される通信経路選択規則である。効率的な通信を実現するためには、ネットワーク上における変更や局所的なトラフィックの変化等に応じて、逐次、ルーティングテーブルを更新する必要がある。このため、ネットワーク上に存在する多数のルータは、相互に一定の時間間隔でルーティングテーブルの交換を行っている。しかし、文献「Floyd,S.,and Jacobson,V.,“The Synchronization of Periodic Routing Messages”, IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol.2 No.2, pp.122-136, April 1994.」に開示されるように、各ルータがそれぞれ独立にルーティングテーブルを発信しているにもかかわらず、ルータ相互の発信が次第に同期（衝突）する現象が発生することが分かっている。上記文献では、ルーティングテーブルの交換に用いられる通信プロトコルに対して、各ノードの処理周期にランダムな変動性を与えることによって、この問題に対処する方法を提案し、一定の効果が得られることを示している。しかし、上記文献に開示される方法は、基本的にランダム性のみに依存した方法であるため、その効果は十分ではない。
【００９６】
それに対して、本発明を上記の問題に適用すると、近傍のルータ間において、ルーティングテーブルを発信するタイムスロットを自律的に相互調整することが可能である。従って、各ルータの発信は、相互に異なるタイミングとなり、上記文献に開示される方法に比べて高い効果を得ることができる。
【００９７】
以上、説明したように、本発明は無線系、有線系を問わず、あらゆるネットワークに存在する発信データの衝突や同期の問題に適用可能であり、適応性と安定性を兼ね備えた効率的なデータ通信を実現する通信プロトコルとして利用することが可能である。
【００９８】
また、制御信号送信タイミング計算手段が調整する次回の制御信号の送信タイミングの調整量は、第１の実施形態で説明した量に限定されるものではない。すなわち、近傍ノードとの間の制御信号の通信タイミング関係に基づいて、近傍ノードの制御信号の通信タイミングと自ノードの制御信号の通信タイミングとの間隔が動作周期において調和とれるように調整することができれば、例えば、第１の実施形態とは異なる所定の調整量を用いて次回の制御信号の送信タイミングを決定するようにしてもよい。このとき、単位調整量に変数を乗じて調整量を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】第１の実施形態のノードの内部構成を示す機能ブロック図である。
【図２】第１の実施形態の無線通信ネットワークの構成例を示す構成図である。
【図３】第１の実施形態のノードの制御信号の送信予定時刻の調整処理例を説明するフローチャートである。
【図４】第１の実施形態のノードの動作の概略を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…無線通信ネットワーク、１００、Ｎ１〜Ｎ１６…ノード、１０１…近傍ノード通信タイミング管理手段、１０２…制御信号送信タイミング計算手段、１０３…制御信号送信手段、１０４…送信バッファ、１０５…データパケット送信判定手段。
【図１】
2008118372.tif 000003
【図２】
2008118372.tif 000004
【図３】
2008118372.tif 000005
【図４】
2008118372.tif 000006