(57)【要約】【課題】  管理ノードがなくても、各ノードが有効な通信を柔軟に実行できる。マルチホップ通信の場合でも遅延をできるだけ抑える。【解決手段】  各ノードは、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を授受し合いながら、状態遷移の基本速度も反映させて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させる。この遷移状態に基づいて、各ノードのタイムスロットを割り当てる。各ノードの状態遷移の基本速度を、マルチホップ通信の通信順序に従うような差分関係にし、各ノードに割り当てられたタイムスロットが、マルチホップ順序に従うようにする。【選択図】      図１
2005341283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始点ノードから終点ノードへの通信パス上の要素である複数のノードのそれぞれに設けられている通信タイミング制御装置であって、
他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する状態変数信号通信手段と、
上記状態変数信号通信手段が受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信手段に与えるタイミング決定手段と、
上記通信パスにおける自ノードの順番を少なくとも含む通信パス情報を設定する通信パス設定手段と、
上記通信パスにおける自ノードの順番に応じた値を、上記遷移の基本速度情報として設定する基本速度情報設定手段と
を備えたことを特徴とする通信タイミング制御装置。
【請求項２】
上記状態変数信号通信手段が受信した他ノードの状態変数信号、及び、上記タイミング決定手段が決定した自ノードの動作状態あるいは動作タイミングに基づいて、自ノードとタイミング決定手段が既に起動されている他ノードとの動作状態あるいは動作タイミングの関係が安定状態になっているか否かを判定する定常性判定手段と、
通信パス上で自ノードより状態変数信号を直接送受できる後段の他ノードのタイミング決定手段を起動されておらず、かつ、上記定常性判定手段が安定状態と判定したときに、状態変数信号を直接送受できる後段の他ノードのタイミング決定手段を起動させる相互作用起動信号を送信する相互作用起動信号送信手段と、
通信パス上で自ノードより前段の他ノードからの相互作用起動信号が与えられた段階で、自ノードのタイミング決定手段が起動されていないときに自ノードのタイミング決定手段を起動する相互作用起動手段と
をさらに備えた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】
請求項１又は２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４】
請求項３に記載のノードを複数有することを特徴とする通信システム。
【請求項５】
始点ノードから終点ノードへの通信パス上の要素である複数のノードのそれぞれが実行する通信タイミング制御方法であって、
他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する状態変数信号通信工程と、
上記状態変数信号通信工程で受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信工程に与えるタイミング決定工程と、
上記通信パスにおける自ノードの順番を少なくとも含む通信パス情報を設定する通信パス設定工程と、
上記通信パスにおける自ノードの順番に応じた値を、上記遷移の基本速度情報として設定する基本速度情報設定工程と
を含むことを特徴とする通信タイミング制御方法。
【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、ノード及び通信システムに関し、特に、複数のノードでなる通信システムにおけるデータ通信の衝突回避に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空間に分散配置された複数のノードが衝突することなくデータ通信し得るようにするための方式として、ＴＤＭＡ方式、ＣＳＭＡ（ＣＳＭＡ／ＣＡやＣＳＭＡ／ＣＤ）方式などがある（非特許文献１参照）。
【０００３】
ＣＳＭＡ方式は、発信しようとするノードは、他のノードが通信中か否かをキャリア（周波数）の存在に基づいて確認し、通信が実行されていないときに発信するものである。
【０００４】
しかしながら、ＣＳＭＡ方式の場合、同時に通信可能なチャネル数は少なくなる。
【０００５】
ＴＤＭＡ方式は、各ノードに異なるタイムスロットを割当て、各ノードは自己に割り当てられているタイムスロットでデータ送信を行うものであり、ＴＤＭＡ方式は、ＣＳＭＡ方式より同時に通信可能なチャネル数を多くし易い。ＴＤＭＡ方式では、通信に供するノードが動的に変化する場合、あるノード（管理ノード）が、各ノードへのタイムスロットを動的に割り当てたりする。
【非特許文献１】松下温、中川正雄編著、「ワイヤレスＬＡＮアーキテクチャ」、共立出版、１９９６年、ｐ．４７、５３〜５９、６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＴＤＭＡ方式の場合、タイムスロットの割当てを行う管理ノードが故障すると、通信システム全体がダウンする。また、各ノードに動的にタイムスロットを再割当てする処理は煩雑であり、状況変化に迅速に対応できないことも生じる。さらに、ＴＤＭＡ方式の場合、タイムスロット自体の幅を変更するようなこともできない。
【０００７】
また、各ノードは、データ信号の送信可能状態であっても、すぐに送信するのではなく、通信タイミングがくるまで送信ができないため、遅延が発生する。特に、送信元ノードから複数のノードを経由して送信先ノードに通信するマルチホップ通信の場合には、経由数分の遅延が発生するので、遅延の影響はかなり大きなものとなる。
【０００８】
そのため、管理ノードが各ノードに通信タイミングを指示することなく、各ノードが有効な通信を実行できる柔軟性が高い、しかも、マルチホップ通信の場合でも遅延をできるだけ最小限にする通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、ノード及び通信システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明は、始点ノードから終点ノードへの通信パス上の要素である複数のノードのそれぞれに設けられている通信タイミング制御装置であって、（１）他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する状態変数信号通信手段と、（２）上記状態変数信号通信手段が受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信手段に与えるタイミング決定手段と、（３）上記通信パスにおける自ノードの順番を少なくとも含む通信パス情報を設定する通信パス設定手段と、（４）上記通信パスにおける自ノードの順番に応じた値を、上記遷移の基本速度情報として設定する基本速度情報設定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
第２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。
【００１１】
第３の本発明の通信システムは、第２の本発明のノードを複数有することを特徴とする。
【００１２】
第４の本発明は、始点ノードから終点ノードへの通信パス上の要素である複数のノードのそれぞれが実行する通信タイミング制御方法であって、（１）他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する状態変数信号通信工程と、（２）上記状態変数信号通信工程で受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信工程に与えるタイミング決定工程と、（３）上記通信パスにおける自ノードの順番を少なくとも含む通信パス情報を設定する通信パス設定工程と、（４）上記通信パスにおける自ノードの順番に応じた値を、上記遷移の基本速度情報として設定する基本速度情報設定工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
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、ノード及び通信システムによれば、管理ノードがなくても、各ノードが有効な通信を柔軟に実行でき、しかも、マルチホップ通信の場合でも遅延をできるだけ抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、ノード及び通信システムの第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１５】
第１の実施形態は、各ノードがインパルス信号を発生し、また、自分以外のノードが発生するインパルス信号を有効に検出することによって、近傍のノードと相互に作用し合い、自律分散的にタイムスロットの割り当てを決定するものであり、また、各ノードがインパルス信号を発生するに際して、自ノードの通信パス上の位置に応じた固有角振動数パラメータを利用しようとしたものである。
【００１６】
（Ａ−１）第の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の通信システム（ネットワーク）におけるノードの配置を示す概略ブロック図である。第１の実施形態の通信システムは、マルチホップ型のデータ通信を意図している。以下では、図２に示すようなノードＮ１からノードＮ５への通信パスでマルチホップ型のデータ通信がなされるものとして説明する。
【００１７】
図１は、送信動作を行うノードＮｉ（ｉは１〜４）の内部構成を示す機能ブロック図である。ここでは宛先ノードの構成は問われない。ノードＮｉは、インパルス信号受信手段１１、通信タイミング計算手段１２、インパルス信号送信手段１３、同調判定手段１４、データ通信手段１５、通信パス設定手段１６及び固有振動数設定手段１７を有する。
【００１８】
インパルス信号受信手段１１は、近傍のノード（例えば、そのノードの発信電波が届く範囲に存在する他のノード）が送信したインパルス信号（宛先情報は含まれていない）を受信するものである。ここで、インパルス信号はタイミング信号として授受されるものであり、例えば、ガウス分布形状等のインパルス形状を有するものである。インパルス信号受信手段１１は、受信したインパルス信号そのもの、それを波形成形したもの、又は、受信したインパルス信号に基づき再生成し直したインパルス信号を通信タイミング計算手段１２及び同調判定手段１４に与える。
【００１９】
通信タイミング計算手段１２には、通信パス設定手段１６及び固有振動数設定手段１７によって定められた固有振動数も与えられるようになされている。
【００２０】
通信パス設定手段１６は、通信パスの設定がなされるものであり、通信パスの始点ノードから数えた自ノードの通過順の情報を保持する。例えば、図１のノードＮ１については通過順「０」が設定され、同様に、ノードＮ２〜Ｎ４については通過順「１」、「２」、「３」が設定される。
【００２１】
固有振動数設定手段１７は、通信パス設定手段１６に設定されている通過順の情報に基づいて、後述する（１）式の固有振動数ωｉを設定する。固有振動数設定手段１７は、例えば、自ノードＮｉに設定されている通過順の情報がｘであれば、固有振動数ωｉとして、ω−ｘ・αを設定する。このような設定式の場合、ノードＮ１の固有振動数設定手段１７は固有振動数ω１としてωを設定し、ノードＮ２〜Ｎ４の固有振動数設定手段１７はそれぞれ、固有振動数ω２、ω３、ω４として、ω−α、ω−２α、ω−３αを設定する。
【００２２】
通信タイミング計算手段１２は、インパルス信号受信手段１１から与えられた信号に基づき、当該ノードでの通信タイミングを規定する位相信号を形成して出力するものである。ここで、当該ノードをノードＮｉとし、その位相信号の時刻ｔでの位相値をθｉ（ｔ）とすると、通信タイミング計算手段１２は、（１）式に示すような変化分ずつ位相信号θｉ（ｔ）を変化させる。なお、（１）式は、非線形振動をモデル化した式であるが、他の非線形振動をモデル化した式を適用することも可能である。また、位相信号θｉ（ｔ）は、当該ノードの状態変数信号と見ることができる。
【数１】
2005341283.tif 000003
【００２３】
（１）式は、インパルス信号受信手段１１から与えられた信号に応じて、自ノードＮｉの位相信号θｉ（ｔ）の非線形振動のリズムを変化させる規則を表している。（１）式において、右辺第１項ωｉ（固有角振動数パラメータ）は、各ノードＮｉが備える基本的な変化リズム（「自己の動作状態を遷移させる基本速度」に対応する）を表しており、右辺第２項が非線形変化分を表している。ここで、ωｉの値は、上述したように、各ノードＮｉの通信パス上の位置に応じて異なる値に定められている。関数Ｐｋ（ｔ）は、近傍ノードｋ（ｋは１〜Ｎまでとする）から受信したインパルス信号に基づいて、インパルス信号受信手段１１が出力した信号を表しており、関数Ｒ（θｉ（ｔ），σ（ｔ））は、他ノードからのインパルス信号の受信に応じて自己の基本的なリズムを変化させる応答特性を表現する位相応答関数であり、例えば、（２）式に従っている。（２）式は、時刻ｔにおける位相信号θｉ（ｔ）の逆相にランダムノイズを重畳させた位相値の正弦波で位相応答関数を定めていることを表している。
【００２４】
近傍のノード同士が逆相（振動の位相が反転位相）になろうとする非線形特性を実現し、その特性を用いて衝突回避を実行させようとしたものである。すなわち、近傍のノード間におけるインパルス信号の送信タイミングなどが衝突しないように、各ノードの位相信号の値が同じ値になるタイミングに、適当な時間関係（時間差）が形成させようとしている。
【００２５】
（２）式において、関数σ（ｔ）を表現する定数項π［ｒａｄ］は、近傍のノード同士が逆相になろうとする非線形特性の働きをし、ランダムノイズ関数φ（ｔ）は、その非線形特性にランダムな変動性を与える働きをする（関数φ（ｔ）は、例えば、平均値が０のガウス分布に従う）。ここで、上記非線形特性にランダムな変動性を与えているのは、システムが目的とする安定状態（最適解）に到達せず、別の安定状態（局所解）に陥ってしまう現象に対処するためである。
【００２６】
なお、（２）式では、位相応答関数Ｒ（θｉ（ｔ），σ（ｔ））の最も簡単な例としてｓｉｎ関数を用いる形態を示したが、位相応答関数として他の関数を用いても良い。また、関数σ（ｔ）の定数項πに代え、π以外の定数λ（０＜λ＜２π）を用いても良く、この場合、近傍のノード同士が逆相ではなく、異なる位相になろうと機能する。
【００２７】
通信タイミング計算手段１２の上述した機能の意味合いを、図３を用いて詳述する。なお、図３に示す状態変化は、インパルス信号送信手段１３の機能も関係している。
【００２８】
図３は、ある１つのノードに着目したときに、着目ノード（自ノード）と近傍のノード（他ノード）との計４個のノード間に形成される関係、すなわち、それぞれの非線形振動リズム間の位相関係が時間的に変化していく様子を示している。
【００２９】
図３において、円上を回転する４つの質点の運動は、データ送信を実行する計４個のノードＮ１〜Ｎ４に対応する非線形振動リズムを表しており、質点の円上の角度がその時刻での位相信号の値を表している。質点の回転運動を縦軸あるいは横軸に射影した点の運動が非線形振動リズムに対応する。（１）式及び（２）式に基づく動作により、４つの質点には相互に逆相になろうとし、仮に、図３（ａ）に示すように初期状態で４つの質点の位相が近くても、時間経過と共に、図３（ｂ）に示すような４つの質点の位相差がほぼπ／２である定常状態に変化していく。
【００３０】
４つの質点は、それぞれ固有角振動数パラメータω、ω−α、ω−２α、ω−３αを基本的な角速度（自己の動作状態を遷移させる基本速度に相当）として回転している。ここで、ノード間でインパルス信号の授受に基づく相互作用が生じると、これらの質点は、それぞれ角速度を変化（緩急）させ、結果的に、適当な位相関係を維持する定常状態に到達する。この動作は、４つの質点が回転しながら相互に反発しあうことによって、安定な位相関係を形成するものと見ることができる。定常状態では、後述するように、それぞれのノードが所定の位相β（例えばβ＝０）のときにインパルス信号を送信するとした場合、互いのノードにおける送信タイミングは、適当な時間関係を形成していることになる。
【００３１】
通信タイミング計算手段１２は、得られた位相信号θｉ（ｔ）を、インパルス信号送信手段１３、同調判定手段１４及びデータ通信手段１５などに出力する。
【００３２】
インパルス信号送信手段１３は、位相信号θｉ（ｔ）に基づいて、インパルス信号を送信出力する。すなわち、位相信号θｉ（ｔ）が所定の位相β（０≦β＜２π）になると、インパルス信号を送信出力する。ここで、所定の位相βは、予めシステム全体で統一しておくことが好ましい。以下では、β＝０にシステム全体で統一されているとして説明する。図３の例で言えば、各ノードで、定常状態での位相信号θｉ（ｔ）の位相がπ／２ずつずれているので、β＝０にシステム全体で統一しても、各ノードからのインパルス信号の送信タイミングはπ／２ずつずれる。
【００３３】
同調判定手段１４は、自ノードや近傍ノードの間で行われる出力インパルス信号の送信タイミングの相互調整が、「過渡状態」（図３（ａ）参照）あるいは「定常状態」（図３（ｂ）参照）のいずれの状態にあるかを判定するものである。同調判定手段１４は、インパルス信号の受信タイミング（他ノードの出力インパルス信号に対応する）及びインパルス信号の自ノードからの送信タイミングを観測し、インパルス信号を授受し合う複数のノードの送信タイミング間の時間差が時間的に安定している場合に「定常状態」であると判定する。同調判定手段１４には、自ノードからのインパルス信号の送信タイミングを捉えるための信号として、位相信号θｉ（ｔ）が入力されている。
【００３４】
同調判定手段１４は、例えば、以下の（ａ）〜（ｄ）のような処理を実行して同調判定を行う。
【００３５】
（ａ）インパルス信号受信手段１１からの信号の出力タイミングにおける位相信号θｉ（ｔ）の値γを、位相信号θｉ（ｔ）の１周期に亘って観測する。上記の観測を行った結果、得られる位相信号θｉ（ｔ）の値γをそれぞれ、γ１，γ２，…，γＮ  （０＜γ１＜γ２＜…＜γＮ＜２π）とする。
【００３６】
（ｂ）観測された位相信号θｉ（ｔ）の値γに基づいて、隣接値間の差（位相差）Δ１＝γ１，Δ２＝γ２−γ１，…，ΔＮ＝γＮ−γ（Ｎ−１）を算出する。
【００３７】
（ｃ）上記（ａ）及び（ｂ）の処理を位相信号θｉ（ｔ）の周期単位に行い、相前後する周期における位相差Δの変化量（差分）δ１＝Δ１（τ+１）−Δ１（τ），δ２＝Δ２（τ+１）−Δ２（τ），…，δＮ＝ΔＮ（τ+１）−ΔＮ（τ）を算出する。ここで、τは、位相信号θｉ（ｔ）のある周期を示しており、τ＋１は、位相信号θｉ（ｔ）のその次の周期を示している。
【００３８】
（ｄ）上述の変化量γが、いずれも微小パラメータ（閾値）εよりも小さい場合、すなわち、δ１＜ε，δ２＜ε，…，δＮ＜εの場合に、「定常状態」であると判定する。
【００３９】
なお、δ１＜ε，δ２＜ε，…，δＮ＜εという条件がＭ周期にわたって満足される場合を定常状態と判定するようにしても良い。Ｍの値を大きくするほど、より安定性の高い状態で「定常状態」と判定できる。また、一部の受信インパルス信号に基づいて、「定常状態」の判定を行っても構わない。
【００４０】
同調判定手段１４は、位相信号θｉ（ｔ）の周期毎に、判定結果を示す同調判定信号と、インパルス信号の受信タイミングにおける位相信号θｉ（ｔ）の値γの最小値γ１をスロット信号としてデータ通信手段１５に出力する。
【００４１】
データ通信手段１５は、他ノードからのデータを受信すると共に、自己が送信元となるデータや、自己が中継するデータを送信する。データ通信手段１５は、データ送信を、同調判定信号が「定常状態」を示す場合に、後述するタイムスロット（システムなどが割り当てた固定的な時間区間ではないが、「タイムスロット」という用語を用いる）で行ない、同調判定信号が「過渡状態」を示す場合には送信動作を停止している。
【００４２】
タイムスロットは、位相信号θｉ（ｔ）がζ１≦θｉ（ｔ）≦γ１−ζ２である期間である。タイムスロットの開始点（そのときの位相信号の値をζ１とする）は、インパルス信号の送信が終了したタイミングであり、タイムスロットの終了点（そのときの位相信号の値をγ１−ζ２とする）は、位相信号の周期毎の最初の受信インパルス信号のタイミングより多少のオフセット分ζ２だけ前のタイミングとしている。ζ１やζ２は、当該ノードの近傍の無線空間で、インパルス信号（送信元は自ノードの場合、他ノードの場合の双方を含む）と、データ信号（送信元は自ノードの場合、他ノードの場合の双方を含む）とが同時に存在しないことを補償するためのごく短い時間に対応する位相幅である。
【００４３】
例えば、図３（ｂ）に示すような「定常状態」の場合、ノードＮ１は、位相θ１が０からインパルス信号を送信し始め、位相θ１がζ１になる前に、インパルス信号の送信を終了させておき、位相θ１がζ１からデータ信号を送信し始め、位相θｉがγ１−ζ２になると（但しγ１≒π／２）、データ信号の送信が終了させ、それ以降、位相θ１再び０になるまで、インパルス信号の送信もデータ信号の送信も停止させる。ノードＮ２も、位相θ２に基づいて同様な動作を実行するが、位相θ１と位相θ２とがほぼπ／２だけずれているので、送信動作が競合することはない。ノードＮ３やＮ４も同様に動作し、送信動作が競合することはない。
【００４４】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の通信システムの動作を説明する。動作は、（１）通信パスの設定動作、（２）相互作用の初期状態の設定動作、（３）相互作用動作、（４）データ通信開始の順になされる。
【００４５】
（１）通信パス設定
データ通信に供する各ノードＮ１、…、Ｎ４の通信パス設定手段１６によって、ノードＮ１からノードＮ５への通信パスが設定される。通信パスの設定方法は、任意の方法で良く、限定されるものはない。また、通信毎に、通信パスが変化するものであっても良く、また、管理ノードが通信に供するノードＮ１〜Ｎ４に通信パスの情報を与えるものであっても良い。
【００４６】
以下では、図１に示したように、ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の順に転送するルート（通信パス）が設定されたとして説明する。ルート（通信パス）が決定された場合に、通信パス設定手段１６は、自ノードは始点ノードから何ノード目であるかの情報を保持する。
【００４７】
（２）相互作用初期状態設定
通信パスを設定したならば、固有振動数設定手段１７が、自ノードの初期角速度（固有振動数）を決定して設定する。通信パス設定手段１６が保持するノード順情報を用いて、固有振動数を始点に近い方が高くなるように設定する。
【００４８】
始点のノードＮ１に対し固有振動数を設定する。始点ノードＮ１に対しては、ネットワークで取り決めた基本振動数ωを設定する。次のノードＮ２に対しては、固有振動数ω−αを初期角速度として設定する。ここで、αは、ネットワークで１つに取り決めた微小な正の値で、最大でも１周（２π）をノード数で割った値よりも小さな値とする。同様にして、ノードＮ３、ノードＮ４に対しても設定を行い、以下のように始点のノードＮ１が最も速く、終点ノードＮ５の直前のノードＮ４が最も遅くなるような値にする。
【００４９】
（３）相互作用
ノードＮ１はインパルス信号を送信する。インパルス信号を受信した他ノードＮ２〜Ｎ４は、受信と同時にインパルス信号の送信を開始し、ノード間で（１）式を用いて相互作用を行う。
【００５０】
上述した図３（ａ）は、相互作用開始直後のノードＮ１からノードＮ４の位相関係を表しており、ノードＮ２、Ｎ３、Ｎ４は、ノードＮ１から後続する位相となる。また、初期角速度の違いにより、ノードＮ２、ノードＮ３、ノードＮ４という順になる。
【００５１】
（４）データ通信開始
定常状態になると、各ノードの位相関係は、図３（ｂ）に示すようになる。各ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４はそれぞれ、例えば、位相信号θが０のときにインパルス信号を送信するとする。
【００５２】
図４は、データ信号の送信可能タイミングであるタイムスロットの割り当てを時系列で表したものである。図４の太線箇所（タイムスロット）で各ノードはデータ信号を送信できる。インパルス信号はノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の順に送信されるので、データ信号もＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の順に送信される。ノードＮ１からノードＮ５にデータ信号を送信する際、ノードＮ１からノードＮ２に送信後、ノードＮ２からノードＮ３というようにすぐに次のホップでの転送を実行するので遅延量は少ない。
【００５３】
なお、上記説明では、宛先ノードに対してはタイムスロットを割り当てないものを示したが、実際のデータ送信は実行されないが、宛先ノードに対してもタイムスロットを割り当てるようにしても良い。
【００５４】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、通信パス上の各ノードが近傍ノードと相互作用することによって、自律分散的にタイムスロットの割り当てを決定することができる。しかも、各ノードに割り当てられたタイムスロットが、データ信号のノードの通過順に合致し、遅延を抑えたデータ通信を実行させることができる。
【００５５】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、ノード及び通信システムの第２の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００５６】
第２の実施形態は、始点ノードと終点ノード（宛先ノードそのものであっても良く、通信パス上で宛先ノードの１個手前のノードであっても良い）とが相互作用できない距離又は配置に存在する場合を想定してなされたものである。例えば、ノードＮ１からノードＮ５まで通信パスを設定する場合について、図５に示すように、ノードＮ１からのインパルス信号の送受信可能距離２Ｒ内にノードＮ２及びノードＮ３が位置しているが、ノードＮ１からのインパルス信号の送受信可能距離２Ｒ外にノード４及びノード５が位置し、かつ、ノードＮ３からのインパルス信号の送受信可能距離２Ｒ内にノードＮ４及びノードＮ５が位置している場合などに、第２の実施形態は好適なものである。
【００５７】
図６は、第２の実施形態の各ノードの構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００５８】
第２の実施形態の各ノードは、第１の実施形態と同様なインパルス信号受信手段１１、通信タイミング計算手段１２、インパルス信号送信手段１３、同調判定手段１４、データ通信手段１５、通信パス設定手段１６及び固有振動数設定手段１７に加え、インパルス信号要求手段１８を有する。
【００５９】
この第２の実施形態の場合、通信パス設定手段１６には、データ通信ルートを規定する通信パスの情報に加え、始点ノードと相互作用動作を実行できるノード範囲を規定する情報なども含んで情報が設定される。固有振動数設定手段１７は、第１の実施形態と同様に、自ノードの通信パス上での位置に応じた固有振動数（固有角速度）を設定するものであるが、自ノードが、始点ノードと相互作用動作を実行できない場合には、後述するように、擬似的な終点ノードからの位置に応じた固有振動数を設定する。
【００６０】
インパルス信号要求手段１８は、自ノードが定常状態になると、相互作用開始要求信号を生成し、通信パスにおいて転送先のノード又は転送先側のノードに対して、データ信号に含めて送信するものである。インパルス信号要求手段１８が機能するノードは、全てのノードであっても良いが、始点ノードと相互作用動作を実行するノードに限定しても良い。後者の場合であっても、通信パス上で始点ノードと相互作用できる最も遠いノードのインパルス信号要求手段１８に限定しても良い。
【００６１】
次に、第２の実施形態の動作を、第１の実施形態の動作と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
第２の実施形態の場合、全てのノードが同時に相互作用できないため、通信パスを一部重複させた複数の区分に分けて、当初は相互作用を行うノードの範囲を狭く限定する。このような情報を含む通信パスの情報が各ノードの通信パス設定手段１６に設定される。
【００６３】
第２の実施形態の場合には、（１）始点ノードからインパルス信号が到達する範囲での当初の相互作用、（２）相互作用済みの終点ノードから先で相互作用、（３）終点ノードが相互作用により定常状態になればデータ信号を送信開始、という順序で動作が実行される。
【００６４】
（１）当初の相互作用
図５に示す例の場合、始点ノードＮ１からインパルス信号が到達する範囲内のノードはノードＮ２及びＮ３であるので、ノードＮ１〜ノードＮ３間で、第１実施形態と同様にして、相互作用を行う。
【００６５】
定常状態になると、ノードＮ１、ノードＮ２、ノードＮ３の順にインパルス信号を送信するようになる。定常状態になって、インパルス信号を送信開始したノード（例えば、ノードＮ３に限定しても良い）は、相互作用開始要求信号をデータ信号として送信する。始点ノードと相互作用できない各ノードの通信パス設定手段１６の設定内容に、始点ノードからの順番情報を含めないようにしている場合であれば、相互作用開始要求信号に、そのノードが始点から何ノード目かの情報が記述するようにしても良い。
【００６６】
（２）宛先ノード側での相互作用
相互作用開始要求信号を受信すると、始点ノードＮ１とはインパルス信号を送受信できないノードＮ４、ノードＮ５は、直ちに相互作用動作を開始する。ノードＮ４やノードＮ５においては、データ通信手段１５が相互作用開始要求信号を受信すると、通信タイミング計算手段１２に対して相互作用動作の開始を指示する。
【００６７】
ここで、ノードＮ４は、初期角速度ω−αで相互作用を開始し、ノードＮ５は初期角速度ω−２×αで相互作用を開始する。これらの初期角速度ω−α、ω−２×αは、当初の相互作用動作での終点ノード（擬似的な終点ノード）として動作したノードＮ３からの順番（ノードＮ４は順番が１番異なるのでαの係数が１で、ノードＮ５は順番が２番異なるのでαの係数が２である）に応じて定まる。
【００６８】
（３）データ信号の送信開始
各ノードＮ１、…、Ｎ５は、インパルス信号を受信する他ノードとの相互作用動作を行う。例えば、この段階では、ノードＮ２は、ノードＮ１、Ｎ３及びＮ４と相互作用を行い、ノードＮ３は、ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ４及びＮ５と相互作用を行い、ノードＮ４は、ノードＮ２、Ｎ３及びＮ５と相互作用を行う。
【００６９】
当初の相互作用でノードＮ１〜Ｎ３が一旦定常状態になっても、相互作用動作を行うノードの増加（Ｎ４及びＮ５）により、過渡状態に戻り、異なる位相関係で再び定常状態に戻る。
【００７０】
図７は、再確立された定常状態での位相関係を示しており、図７（ａ）は、ノードＮ１からＮ３までの位相関係を示し、図７（ｂ）は、ノードＮ３からＮ５までの位相関係を示している。この図７からは、第１の実施形態と同様に、前段ノードがインパルス信号を送信した後に、自ノードからのインパルス信号を送信することが分かる。
【００７１】
第２の実施形態によれば、始点ノードとインパルス信号を直接送受信できないノードがあっても、各ノードに割り当てられたタイムスロットが、データ信号のノードの通過順に合致し、遅延を抑えたデータ通信を実行させることができるという、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００７２】
（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態では、片方向の通信の場合を説明したが、両方向通信にも、本発明を適用することができる。この場合、通信方向のそれぞれに対して、上記実施形態の方法を適用して各ノードがタイムスロットを決定しても良い。また、一方向に上記実施形態の方法を適用して各ノードがタイムスロットを決定し、逆方向については、その決定されたタイムスロットの位相情報を利用して各ノードがタイムスロットを決定するようにしても良い（例えば、逆方向のタイムスロットの開始位相を、２π−（順方向のタイムスロットの開始位相）にする）。
【００７３】
上記第２の実施形態では、相互作用動作を２段階に分けて行うものを示したが、１段階目の終点ノードと、真の終点ノードとがインパルス信号を直接送受信できない場合には、相互作用動作を２段階以上に分けて行い、相互作用動作するノードを徐々にしかも真の終点ノード側に向けて増大させていくようにしても良い。また、後段のノードへの相互作用開始を要求する信号は、データ信号に含めて送信する方法に限定されず、専用の信号として送受信するようにしても良い。
【００７４】
本発明は、通信データの転送順が定まっている場合におけるタイミング決定に要する情報の割当てに特徴を有し、インパルス信号に基づいて、自律分散的に通信タイミングを決定する方法自体は、上記実施形態のものに限定されず、種々の変形例が可能である。例えば、特願２００３−３２８５３０号明細書及び図面に、種々の変形例が記載されている。
【００７５】
本発明は、通信路が無線通信路の場合だけでなく、通信路が有線通信路であっても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【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の実施形態の通信システムのノードの配置例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の通信システムでのノード間の同調の説明図である。
【図４】第１の実施形態の各ノードのタイムスロットの割当ての説明図である。
【図５】第２の実施形態の通信システムのノードの配置例を示すブロック図である。
【図６】第２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７】第２の実施形態の２回に分けた相互作用の説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
Ｎ１〜Ｎ５…ノード、１１…インパルス信号受信手段、１２…通信タイミング計算手段、１３…インパルス信号送信手段、１４…同調判定手段、１５…データ通信手段、１６…固有振動数設定手段、１７…通信パス設定手段、１８…インパルス信号要求手段。
【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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【図６】
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【図７】
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