(57)【要約】【課題】複数の通信素子を備えた通信装置において、通信素子のグローバルな識別番号を動的に設定する方法を提供する。【解決手段】本発明による通信装置７００は複数の通信素子８００を備え、各通信素子８００は、２以上の通信素子で共用するローカル識別番号を有している。各通信素子８００が、他の通信素子からグローバル識別番号を設定するための信号を受信し、その信号に含まれる他の通信素子のローカル識別番号およびグローバル識別番号をもとに自身のグローバル識別番号を設定し、他の通信素子とは別の通信素子に対して、自身のローカル識別番号および設定したグローバル識別番号を含めた信号を送信することで、各通信素子のグローバル識別番号を順次設定する。【選択図】        図２３
2005012481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の通信素子を備える通信装置であって、各通信素子の通信距離は周辺に配置された他の通信素子と局所的な通信を行える程度に設定されており、それぞれの通信素子は、２以上の通信素子で共用する第１の識別番号を有し、各通信素子の通信距離内に存在する１以上の通信素子の第１識別番号が互いに異なるように、通信素子が配置されていることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
複数の通信素子を備える通信装置であって、各通信素子の通信距離は周辺に配置された他の通信素子と局所的な通信を行える程度に設定されており、それぞれの通信素子は、２以上の通信素子で共用する第１の識別番号を有し、複数の通信素子は、第１の識別番号の配列が周期的となるように配置されていることを特徴とする通信装置。
【請求項３】
各通信素子は、通信素子間で座標決定信号を順次伝達することにより、通信装置における第２の識別番号を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
【請求項４】
各通信素子は、座標決定信号を送信した通信素子の第１識別番号をもとに第２識別番号を決定することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
複数の通信素子で共用され、相対的な位置関係を示す第１識別番号が各通信素子に付与された通信環境において、通信素子が、通信装置内で一意に設定される第２識別番号と、第１識別番号を含んだ信号を受信することで、自身の第２識別番号を設定することを特徴とする識別番号設定方法。
【請求項６】
複数の通信素子を備える通信装置において、各通信素子にグローバル識別番号を設定する方法であって、各通信素子は、２以上の通信素子で共用するローカル識別番号を有し、ローカル識別番号をもとに自身の相対的な位置関係を把握するように構成されており、
各通信素子が、他の通信素子からグローバル識別番号を設定するための信号を受信し、その信号に含まれる他の通信素子のローカル識別番号およびグローバル識別番号をもとに自身のグローバル識別番号を設定し、他の通信素子とは別の通信素子に対して、自身のローカル識別番号および設定したグローバル識別番号を含めた信号を送信することで、各通信素子のグローバル識別番号を順次設定することを特徴とする識別番号設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の通信素子を備えた環境における通信技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの通信ネットワークにおいて、複数の通信端末が同軸ケーブルや光ファイバなどにより接続されている。これらの通信端末は、ネットワーク中のアドレスを指定することにより、所望の通信端末に信号を伝達する。従来のネットワークは、通信端末同士を有線にて接続することが一般であり、近年では、これを無線で接続するシステムも提案されている。例えば、移動デバイスであるノードの全てが所定の伝送半径をもち、ノード間で無線通信を行うアドホックネットワークが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６８１２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通信ネットワークや実装基板においては端末や素子などを個別配線により一対一の関係で物理的に接続しているため、仮に配線が切断された場合には信号を伝達することができなくなり、通信機能が停止する事態も生じうる。
【０００５】
そこで本発明は、このような従来の問題を解決するべく、通信装置に関する新規な通信技術を提供し、さらには通信装置における通信素子の識別番号の設定技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、複数の通信素子を備える通信装置であって、各通信素子の通信距離は周辺に配置された他の通信素子と局所的な通信を行える程度に設定されており、それぞれの通信素子は、２以上の通信素子で共用する第１の識別番号を有し、各通信素子の通信距離内に存在する１以上の通信素子の第１識別番号が互いに異なるように、通信素子が配置されていることを特徴とする通信装置を提供する。なお第１の識別番号は、２以上の通信素子で共用され、ある一定の狭い領域において識別子として機能することから、ローカル識別番号と呼んでもよい。
【０００７】
本発明の別の態様は、複数の通信素子を備える通信装置であって、各通信素子の通信距離は周辺に配置された他の通信素子と局所的な通信を行える程度に設定されており、それぞれの通信素子は、２以上の通信素子で共用する第１の識別番号を有し、複数の通信素子は、第１の識別番号の配列が周期的となるように配置されていることを特徴とする通信装置を提供する。
【０００８】
上記２つの態様において、各通信素子は、通信素子間で座標決定信号を順次伝達することにより、通信装置における第２の識別番号を取得することができる。各通信素子は、座標決定信号を送信した通信素子の第１識別番号をもとに第２識別番号を決定してもよい。なお第２の識別番号は、通信装置全体において他の通信素子と区別するために割り当てられる識別子であることから、グローバル識別番号と呼んでもよい。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、複数の通信素子で共用され、相対的な位置関係を示す第１識別番号が各通信素子に付与された通信環境において、通信素子が、通信装置内で一意に設定される第２識別番号と、第１識別番号を含んだ信号を受信することで、自身の第２識別番号を設定することを特徴とする識別番号設定方法を提供する。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、複数の通信素子を備える通信装置において、各通信素子にグローバル識別番号を設定する方法であって、各通信素子は、２以上の通信素子で共用するローカル識別番号を有し、ローカル識別番号をもとに自身の相対的な位置関係を把握するように構成されており、各通信素子が、他の通信素子からグローバル識別番号を設定するための信号を受信し、その信号に含まれる他の通信素子のローカル識別番号およびグローバル識別番号をもとに自身のグローバル識別番号を設定し、他の通信素子とは別の通信素子に対して、自身のローカル識別番号および設定したグローバル識別番号を含めた信号を送信することで、各通信素子のグローバル識別番号を順次設定することを特徴とする識別番号設定方法を提供する。
【００１１】
なお、本発明の表現を装置、方法、システムまたはプログラム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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る通信技術の方式を説明するための図である。図１には、小さな円で示す複数の通信素子が空間内に分散して配置されている状態が示される。各通信素子は、その周辺に配置された他の通信素子に対して信号を伝達する局所的な通信機能を有する。この局所的な通信により隣り合う通信素子間で信号を順次連鎖的に中継し、最終目的地である通信素子まで信号を伝達する。この通信方式を連鎖伝達型の通信方式と呼ぶ。
【００１３】
信号の送信元が通信素子２００ａであり、最終目的地が通信素子２００ｂである場合、連鎖伝達型通信方式によると、信号が通信素子２００ａから通信素子２００ｃおよび２００ｄを介して通信素子２００ｂに伝達される。信号の伝達方法としては、例えば通信素子２００ａが、信号が届く範囲にある周辺の全ての通信素子に信号を伝達し、この信号を受けた全ての通信素子が更に周辺の通信素子に信号を伝達することによって、信号を最終目的地まで同心円状に伝達させてもよい。さらに好ましい方法としては、通信素子２００ａおよび２００ｂ間の経路を予めまたはリアルタイムで設定し、この経路により特定の通信素子のみを介して信号を伝達してもよい。特に後者の方法を採用する場合には、信号伝達に必要な通信素子のみが発信するため、電力消費を少なくすることができ、また他の通信素子の通信に対する干渉を低減することも可能となる。連鎖伝達型の通信方式における信号伝達の方法の一例は後述する。
【００１４】
本発明による通信装置は、空間内に複数の通信素子を配置し、この空間内には通信素子間を物理的に接続するための個別配線が形成されていないことが好ましい。例えば、これらの通信素子は、平坦な導電層または導電性基板、交流信号を伝達可能な電磁作用伝達層などに接続され、これらの層または基板を介して通信素子間における信号の伝達が行われてもよい。導電層や電磁作用伝達層は、シリコンウェハ上に形成されてもよい。信号の送信は、導電層における電荷の放出により実現されてもよい。ここで通信素子は、チップとして構成されるものに限定されず、本発明の実施の形態において説明する通信機能を備えたものを含む概念であり、その形態および形状は問わない。
【００１５】
各通信素子は、信号の伝達可能な距離（以下、「有効通信距離」とも呼ぶ）を比較的短く設定されていることが好ましい。信号の通信距離を長くすることは、それだけ電力消費量を大きくし且つ通信に寄与しない他の通信素子に対して悪影響を及ぼす可能性がある。連鎖伝達型の通信方式によると、自身の近傍に存在する通信素子に信号を伝達できれば十分であるため、有効通信距離は周辺の通信素子までの平均距離に応じて設定されることが好ましい。
【００１６】
本発明の通信技術は、様々な用途に応用することができる。例えば、ＬＳＩやメモリなどの電子部品（回路素子）に本発明の通信機能をもたせることによって、各電子部品を個別に配線することなく、複数の電子部品を基板実装する技術を提供することが可能である。また、近年、皮膚の感覚を持つロボットの研究が盛んに行われているが、ロボットの触覚センサに本発明の通信機能をもたせ、触覚センサの検知情報をロボットの頭脳コンピュータに送信する技術を提供することも可能である。また建物の床に本発明の通信機能を有するセンサを点在させることにより、一人暮らしの老人の行動を監視したり、留守中の防犯に役立てることも可能である。また、発光素子に本発明の通信機能をもたせることにより、布状の表示装置などを製造することも可能となる。また、タグに本発明の通信機能をもたせることにより、安価で精度のよい情報の読み取りを可能とするタグを作製することも可能となる。さらに無線通信素子に本発明の通信機能をもたせて例えばコンピュータにそれを装備させ、無線通信素子の近傍に相手方のコンピュータの無線通信素子を配置することによって、コンピュータ間の情報の送受信を容易に行うことも可能となる。また自動車の導電性内壁に本発明の通信機能を備えた通信素子を埋め込み、煩わしい個別配線を不要とした通信装置を実現することも可能となる。
【００１７】
この通信技術は、比較的短い距離に配置された通信素子間で信号を伝達するため、距離による信号の減衰および劣化が少なく、高いスループットでノード数によらない高速伝送を可能とする。また空間内に多くの通信素子を分散して配置させることにより、センサなどの所定の機能をもつチップとの情報交換媒体として広範囲の信号伝達領域を実現する。また、通信素子を比較的自由な位置に配置することができるため、簡易な設計により所望の機能を備えた人工皮膚や表示装置などを生成することも可能である。また配線などの基板回路設計を不要とし、少ないプロセスで基板回路を製造することも可能である。通信素子を導電層で挟持する場合には電磁ノイズ放射がなくなるため、特に病院などの公共性の高い場所においてはその有用性が高い。さらに、導電層などに障害が生じた場合であっても、チップ間の経路を再設定することができ、新たな通信経路を確立することができるという自己修復機能もあわせ持つ。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置１００の外観構成の一例を示す。この通信装置１００においては、複数の通信素子２００が２枚の導電層１６および１８によって挟持されている。各通信素子２００は、この２枚の導電層１６および１８に電磁的に接続される。導電層１６および１８は、単層構造を有していても、また多層構造を有していてもよく、この例では二次元的に一面に広がった構成を有している。図２は、通信素子２００が挟持されていることを説明するために、導電層１６と導電層１８とが開いた状態を示す。
【００１９】
例えば、本発明による通信装置１００をロボットの表面を覆う人工皮膚として応用する場合、導電層１６および１８を導電性のゴム材料により形成する。可撓性のあるゴム材料で人工皮膚を形成することにより、この人工皮膚はロボットの動作に合せて自在に伸縮することが可能となる。また、個別配線が存在せず、伸縮性のある導電層１６および１８を介して信号を伝達するため、断線などにより通信機能に障害が生じる可能性を低減し、安定した通信能力を提供できる。また本発明による通信装置１００を回路基板として応用する場合、導電層１６および１８を導電性のゴム材料で形成することによって、フレキシブルな回路基板を実現することも可能となる。
【００２０】
各通信素子２００は通信機能以外に、さらに他の機能を有していてもよい。通信装置１００をロボットの人工皮膚として応用する場合には、通信素子２００のいくつかが触覚センサとしての機能も有し、外部から受けた刺激を検出した後、他の通信素子と協同して検出した信号を目的の通信素子まで伝達する。また通信装置１００を基板の実装技術として応用する場合には、通信素子２００が、例えばＬＳＩやメモリなどの回路素子としての機能を有してもよい。このように、本明細書において「通信装置」は少なくとも通信機能を有する装置の意味で用い、これに付加した他の機能、例えば人工皮膚としてのセンサ機能や電子回路としての演算機能などを有してもよいことは、当業者に理解されるところである。
【００２１】
図３は、通信素子２００の機能ブロック図である。通信素子２００は、通信部５０、処理部６０およびメモリ７０を備える。通信部５０は、導電層１６および１８（図２参照）を介して、他の通信素子との間で信号の送受を行ってもよい。また、図２に示していないが、通信装置１００は、通信素子２００の周囲に配置されて、導電層１６および１８に挟持される誘電層を備え、通信部５０が、この誘電層に発生する電場または電磁場により他の通信素子２００との間で信号の送受を行ってもよい。処理部６０は、通信素子２００の通信機能を制御する。具体的に処理部６０は、周囲の信号の監視、受信信号の解析や、送信信号の生成および送信タイミングの制御など、他の通信素子２００との間の信号伝達に関する処理を行う。また処理部６０は、センサ機能や演算機能など通信機能以外の他の機能を実現してもよい。メモリ７０は、通信機能や他の機能を実現するために必要な情報を予め記録し、また必要に応じて記録していく。
【００２２】
図４（ａ）は、通信装置１００の断面を示し、局所的通信を実現する通信デバイス３００の構造の一例を説明するための図である。本明細書において「通信デバイス」は、局所的な通信機能を実現する構造の意味で用いる。
【００２３】
この例において通信デバイス３００は、第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２とを備える。図示のごとく、第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２および複数の通信素子２００を挟持する。通信素子２００と誘電層２２は、電磁的に接続する。第２信号層３０は接地されたグランド層であってもよい。
【００２４】
通信デバイス３００は、信号を発信するために、第１信号層２０および第２信号層３０の通信素子２００側の表面から、電荷の吸出しおよび放出を繰り返し、交流電流Ｉを発生させる。層厚などの条件を適宜定めることにより、交流電流Ｉにより発生する電場や電磁場を誘電層２２に閉じ込めることができ、電磁波動を誘電層２２内で２次元放射状に伝達させることができる。第１信号層２０および第２信号層３０に流れる電流は、誘電層２２側の表面付近のみを流れ、第１信号層２０および第２信号層３０の電気伝導率によって、電磁波動の伝達距離がきまる。これらの電気伝導率が大きいほど、減衰は小さく、伝達距離、すなわち有効通信距離が長くなる。
【００２５】
第１信号層２０および第２信号層３０は、金属や導電性ゴム材料などの導体により構成されてよいが、誘電体により構成されてもよい。第１信号層２０および第２信号層３０が誘電体で構成される場合、第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料から構成される。これにより、誘電層２２内に電場や電磁場を閉じ込めることが可能となる。なお、第１信号層２０および第２信号層３０は、空気や真空のような構成をとってもよい。
【００２６】
また電場や電磁場を発生させる交流電流Ｉは、均一な電流であってもよいが、変位電流であってもよい。なお電磁場を発生させるために、レーザーやＬＥＤによる光などの電磁波を用いることも可能である。
【００２７】
図４（ｂ）は、局所的通信を実現する通信デバイス３００の構造の別の例を説明するための図である。この例では、通信デバイス３００が、第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２ａおよび２２ｂと、誘電層２２ａと誘電層２２ｂとの間に配置される導電層２４を備える。通信デバイス３００がこのような構造をとった場合であっても、通信素子２００中に交流電流を発生させることにより、電場または電磁場を利用した通信が可能となる。
【００２８】
図５（ａ）は、実施の形態における通信デバイス３００が信号を発信する基本原理を説明するための図である。通信デバイス３００は、スイッチ２６を交互に切り替えて、第１信号層２０および第２信号層３０の間で電荷の吸出し、放出を行い、交流電流を生じさせることにより、電磁場を発生させる。この電磁場は、第１信号層２０および第２信号層３０に挟持される誘電層２２中を伝わって、近傍に位置する通信デバイス３００まで伝達される。
【００２９】
図５（ｂ）は、通信デバイス３００が信号を発信する原理の別の例を説明するための図である。通信デバイス３００は、一組のスイッチ２６ａおよびスイッチ２６ｂを同時に交互に切り替えることにより、第１信号層２０および第２信号層３０の間に交流電流を発生させ、電磁場を発生させる。
【００３０】
図６は、通信素子２００を備えた通信デバイス３００の具体的な実現例を示す。この通信デバイス３００は、グランド層である第２信号層３０および電源層４４と、第２信号層３０および電源層４４に電磁的に接続する通信素子２００と、第２信号層３０および電源層４４の間に積層された誘電層２２、第１信号層２０、誘電層４３を備える。図示のごとく、第２信号層３０、誘電層２２、第１信号層２０、誘電層４３および電源層４４は、この順に積層される。通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３に、電場または電磁場を発生させることにより信号を発信する。通信素子２００は、第２信号層３０および電源層４４に挟持され、周囲を誘電層２２、第１信号層２０および誘電層４３に囲まれて構成される。誘電層２２、第１信号層２０および誘電層４３は、通信素子２００に電磁的に接続している。この構造により、通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場をそれぞれ検出し、誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場の差分を検出することによって、信号を高い精度で検出することが可能となる。差分をとることにより、外部から混入するノイズの影響を最小とすることができ、ＳＮ比をあげることができる。第１信号層２０と、電源層４４および第２信号層３０の間に図５（ａ）のようなスイッチ２６を設けることにより、第１信号層２０と電源層４４、および第１信号層２０と第２信号層３０の間をショートすることができ、第１信号層２０の電位をふりやすくなる。これは、通信素子２００が電源層４４およびグランド層である第２信号層３０に接続したことの利点である。
【００３１】
図７（ａ）は、通信デバイス３００を実現する回路動作の概要を示す。通信デバイス３００は半導体製造技術を用いてシリコン上に形成されてもよい。通信デバイス３００は、ｐＭＯＳとｎＭＯＳを並列接続したＭＯＳスイッチなどのスイッチ２６を有し、スイッチ２６は、通信素子２００と、グランド層である第２信号層３０および電源層４４との電磁的な接続を交互に切り替える。具体的には、スイッチ２６が、送信すべき信号の論理値に応じて、第１信号層２０および第２信号層３０の接続と、第１信号層２０および電源層４４の接続とを切り替え、電磁波動として信号を発信する。なお、既述のごとく、第１信号層２０と第２信号層３０の間には誘電層２２が設けられ、また、同様に、第１信号層２０と電源層４４との間には、別の誘電層４３が設けられる。入力部５２には、送信すべき信号の論理値に応じた電圧が印加され、スイッチ２６によるスイッチング動作が実行される。通信素子２００内の処理部６０（図３参照）が入力部５２に入力信号を供給する。
【００３２】
スイッチ２６によるスイッチング動作の結果、第１信号層２０から第２信号層３０に、また電源層４４から第１信号層２０に電流が発生し、第１信号層２０と第２信号層３０の間に存在する誘電層２２、および電源層４４と第１信号層２０の間に存在する誘電層４３において、２次元放射状に広がる電場または電磁場が発生する。この電場または電磁場は、隣接する通信素子２００に伝播される。
【００３３】
隣接する通信素子２００は、電場または電磁場の変化を観測し、信号を検出する。隣接する通信素子２００は、誘電層２２において発生した電場または電磁場から信号を検出してもよく、また誘電層４３において発生した電場または電磁場から信号を検出してもよい。なお、既述のごとく、通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３の両方において発生した電場または電磁場から信号を検出してもよい。誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場をそれぞれ検出し、誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場の差分を検出することによって、外部から混入するノイズの影響を最小とすることができ、ＳＮ比をあげることができる。
【００３４】
図７（ｂ）は、第１信号層２０に印加する交流電圧の振幅を制限する回路の例を示す。電源層４４および第２信号層３０から第１信号層２０に電圧を印加する電力経路のそれぞれに、電圧を制限するための電圧制限素子５４、この例ではダイオード列を配置させる。電圧制限素子５４として、１個または複数個のダイオードを順方向にそれぞれの電力経路に挿入することにより、第１信号層２０に印加する電圧を制限することができる。電圧制限素子５４を設けない場合、第２信号層３０からのグランド電圧（０［Ｖ］）と、電源層４４からの電源電圧（Ｅ［Ｖ］）とが交互に第１信号層２０に印加されるが、第２信号層３０からの電力経路と電源層４４からの電力経路にそれぞれｎ個のダイオード列を順方向に挿入した場合には、第１信号層２０には、ｎｅ［Ｖ］と（Ｅ−ｎｅ）［Ｖ］の電圧が交互に印加されることになる。ここでｅ［Ｖ］は、ダイオードの順方向電圧を示す。
【００３５】
電圧制限素子５４を設けることにより、電源電圧が信号発信に必要な電圧よりも十分高い場合であっても、印加電圧を必要なレベルにまで下げることが可能となる。また、電圧制限素子５４を電力経路に挿入することによって、電流量が減るため、消費電力を下げることができ、通信デバイス３００の省電力化に寄与することになる。なお、第２信号層３０と第１信号層２０の間に設けられる電圧制限素子５４ａと、電源層４４と第１信号層２０の間に設けられる電圧制限素子５４ｂの抵抗値は異なってもよい。
【００３６】
図８（ａ）は、通信素子２００の具体的な構成例を示す。通信素子２００は、上述の通信機能を備えたＬＳＩとして構成され、図８（ａ）は、第１信号層２０に接触するＬＳＩの上面を示している。通信素子２００は、図３に示した処理部６０およびメモリ７０の各機能を備えたデジタル回路２０２を有する。円形の電極２０４は通信部５０として作用する。なお、通信素子２００の実装に際して、電極２０４は小さく形成されることが好ましい。図示しないＬＳＩの裏面の電極は、第２信号層３０と電磁的に接続されている。電極２０４は、スイッチ２６（図５または図７参照）のスイッチング動作により、第１信号層２０を介して電源層４４から電源電圧を印加され、また裏面の第２信号層３０からグランド電圧を印加される。既述のごとく、通信素子２００は、スイッチ２６を交互にスイッチして、交流電流を発生することで、電場または電磁場を変化させ、信号を発信する。
【００３７】
図８（ｂ）および図８（ｃ）は、通信素子２００による信号発信の原理を説明するための図である。図中、Ｓで示す領域は、通信素子２００の電極２０４を示す。第１信号層２０および第２信号層３０の導電率をσとし、誘電層２２の誘電率をε０とする。既述のごとく、誘電層２２が、第１信号層２０および第２信号層３０に挟まれた構造につき考察する。なお、図８（ｂ）および図８（ｃ）では、誘電層２２の図示を省略している。この構造において、電磁波動を発生し、発生した電磁波動を、誘電層２２中に伝達させる。
【００３８】
図示のごとく、円柱座標をとり、各層に垂直方向のｚ軸まわりの解を求める。円柱座標の原点を、円形の電極２０４の中心点の垂直下方向であって、且つ第１信号層２０の下面と第２信号層３０の上面との中間点にとる。第１信号層２０と第２信号層３０の間隔、すなわち誘電層２２の厚さを２ｄ、電極２０４の半径をｒ０とする。ｚ軸に対称な解においては、磁場ベクトルＢはθ成分のみをもち、それをＢ（ｒ，ｚ）と表現する。このような構造において、通信素子２００内において、第１信号層２０から第２信号層３０に、半径ｒ０の円柱表面に沿って電流を流すものとする。なお、電流経路は厳密な円柱形状である必要はなく、また厳密に均一な電流が流れることまでは必要としない。ｚ軸を対称軸とする半径ｒの円柱面を外に向かって横切る表皮電流の総和をＩ（ｒ）と表現する。電磁波動の周波数をωとすると、一般解は、以下のように表現される。なお、第１信号層２０および第２信号層３０ともに導体とし、以下の発信原理の説明において、それぞれの層を区別せずに、導体層と呼ぶ。
【数１】
2005012481.tif 000003
Ｂ０は磁場の強さを表す定数である。ここで、上記一般解における各パラメータの値を、以下のように設定する。
【数２】
2005012481.tif 000004
Ｒｅ［ｋ］は、誘電層２２中の電磁波動の波数であり、ｃは誘電層２２における光速である。Ｉｍ［ｋ］は伝播する電磁波動の減衰を与えるパラメータである。Ｒｅ［ｐ］は表皮深さを与えるパラメータである。
【００３９】
また、
Ｈ１（２）（ｚ）≡Ｊ１（ｚ）−ｊＮ１（ｚ）
である（ハンケル関数）。
なお、マイクロ波を伝達し、上記の解が成立するためには、以下の条件を満たす必要がある。
１）｜σ／ω｜＞＞ε０（σは導体層の導電率）を満たすこと。
２）表皮深さが導電層の厚みよりも小さいこと。
３）減衰距離が、その周波数に対応する真空中の電磁波長よりも大きいこと。すなわち、−Ｉｍ［ｋ］がＲｅ［ｋ］と同程度か、それより小さいこと。
４）導電層の間隔が、
【数３】
2005012481.tif 000005
を満たすこと。
なお、透磁率は誘電層２２、導体層ともにμであることと仮定した。
【００４０】
以上の伝達条件を満たすことにより、誘電層２２において２次元放射状にマイクロ波を伝達させることが可能となる。例えば、周波数を１０〜１００ＧＨｚ程度、伝達距離を１０ｃｍ程度、ｄ＝１〜０．１ｍｍ程度とすることにより、以上のマイクロ波伝達条件を満足するような導電率の材料を容易に見つけることができる。なお、表皮深さが導電層の厚みよりも大きい場合であっても電磁作用は伝達するが、その場合には、電磁波は、導電層の外にも漏出することになる。
【００４１】
電磁波動をマイクロ波として伝達することにより信号伝達速度は光速となる。このように、本実施の形態における通信装置１００は、１ビットの情報を送るのに１波長分程度の幅をもったリング状の電磁場を生成し、この電磁場を利用して通信を行うため、少ない消費電力で１ＧＨｚをこえる信号伝達を行うことが可能となる。これにより、通信装置１００は、コンピュータなどのクロックと同期して高周波数の論理信号を伝送可能となる。
【００４２】
中心から距離ｒの点における上側導体層表面、すなわち第１信号層２０表面と、下側導体層表面、すなわち第２信号層３０表面との電位差をＶ（ｒ）とすると、半径ｒの円柱面を横切って流れる電流Ｉ（ｒ）とＶ（ｒ）（その地点での電極間の電位差２ｄＥｚ）の比は、
【数４】
2005012481.tif 000006
で与えられる。この値は、通信素子２００からみた出力インピーダンスに相当する。ここで、関数Ｐ（ｘ）を
【数５】
2005012481.tif 000007
と設定する。
【００４３】
図９は、実数ｘに対するＰ（ｘ）のプロットを示す。Ｐ（ｘ）の虚部（Ｉｍ［Ｐ（ｘ）］）はリアクタンス成分を意味し、原点近くで対数的に発散する。このことは、電流経路となる円柱の半径ｒ０が小さくなると、リアクタンス成分が増大し、電圧を印加しても電磁波のエネルギーに有効に変換されないことを意味している。そのため、この構造をとる場合には、半径ｒ０、すなわち円形の電極２０４の半径を小さく構成することが難しくなる。
【００４４】
図１０は、電極２０４の半径を小さく形成することに考慮した通信デバイス３００の構成例を示す。通信デバイス３００は、通信素子２００を駆動するための駆動回路８２と、通信素子２００と第１信号層２０とを接続するコンデンサ８０を備える。駆動回路８２は通信素子２００内に存在してもよい。既述のごとく、駆動回路８２はスイッチ２６を有する。電極２０４の半径ｒ０が小さいときに生じるリアクタンス成分（図９に示すＩｍ）は誘導性である。半径ｒ０の円形電極２０４のスイッチングによって電磁波動を放出する場合、第１信号層２０のインピーダンスは、抵抗とインダクタンスを直列接続した回路のそれと等価であるから、通信素子２００をコンデンサ８０を介して第１信号層２０に接続することにより、リアクタンス成分を低くすることが可能となる。コンデンサ８０は、通信素子２００の内部において構成することができる。容量Ｃは、
【数６】
2005012481.tif 000008
となるように選べばよい。これにより、回路の直列共振状態をつくることができ、インピーダンスを最小に設定することができる。
【００４５】
例えば、周波数を１０ＧＨｚ、２ｄ＝１ｍｍ、ｒ０＝０．１ｍｍとすると、ｋｒ０＝０．０２であるため、Ｉｍ［Ｐ（ｘ）］＝４．０となり、リアクタンス成分は抵抗成分より３倍近く大きくなる。このときのリアクタンスは５０Ωであるから、Ｃ＝０．３ｐＦの容量をもつコンデンサ８０を付加して駆動することにより、駆動回路８２からみたインピーダンスは実数、すなわち抵抗となり、そこで消費されるエネルギーは２次元的に放射される電場または電磁場のエネルギーに効率的に変換されることになる。
【００４６】
図１１は、電極２０４の半径を小さく形成することに考慮した通信デバイス３００の構成の変形例を示す。この変形例では、通信素子２００の電極２０４を絶縁層２１０を介して第１信号層２０に接続する。図１０に関連して説明したように、コンデンサ８０は通信素子２００の内部に構成されてもよいが、図１１に示すように、絶縁層２１０として通信素子２００の外部に設けられてもよい。この場合、通信素子２００と第１信号層２０との接続に非導電性の接着剤を利用することができ、製造工程を簡略化することができる。いずれの場合であっても、電極２０４と第１信号層２０とを容量を介して結合させることにより、電流経路の円柱半径を小さく構成した場合におけるリアクタンス成分を低減することができる。そのため、電極２０４の小規模化を実現することができ、通信素子２００を容易に実装して、通信装置１００を作成することが可能となる。
【００４７】
図１２は、実施の形態に係る通信装置１００における信号伝達方法の説明図を示す。実施の形態においては、各通信素子２００が、空間内の自身の位置を示す座標をアドレスとしてメモリに保持する。座標は、２次元座標であっても３次元座標であってもよい。通信素子２００の座標は外部のコンピュータなどにより設定されてもよく、各々で自律的に設定してもよい。この例では、座標（１，１）に位置する通信素子から、座標（７，７）に位置する通信素子まで信号を伝達することを目的とする。以下、座標（Ｍ，Ｎ）に位置する通信素子を「通信素子（Ｍ，Ｎ）」と表現する。なお図示の例では、説明の便宜上、通信素子が規則的に配列されているが、この配列形態はランダムであってよい。
【００４８】
図１３は、送信元の通信素子により生成される信号のパケットを示す。このパケットには、コマンド、送信元アドレス、送信先アドレスおよび送信データの項目が設けられる。この信号はデータを通信素子（７，７）に転送するためのものであり、コマンドには転送パケットであることを指示するコードが記述される。送信元アドレスには、送信元通信素子の座標である（１，１）が記述され、送信先アドレスには、送信先通信素子の座標である（７，７）が記述される。送信データは、伝達すべきデータである。このように、通信素子（１，１）は送信元座標と送信先座標とを含んだ信号のパケットを生成する。パケットの生成は処理部６０（図３参照）により行われる。
【００４９】
図１２に戻って、送信元の通信素子（１，１）が信号を送信すると、その信号は周辺の通信素子、すなわち座標（０，０）、（２，０）、（３，１）、（２，２）、（０，２）、（−１，１）に位置する通信素子に伝達される。これらの通信素子は、信号を受け取ると、自身が位置する座標をもとに信号を中継するか否かを決定する。この決定は、送信元座標（１，１）と送信先座標（７，７）との間に、空間的に自身が位置するか否かを判定することにより行われ、具体的には、送信元の通信素子（１，１）と、送信先の通信素子（７，７）とを結ぶ経路上に自身が位置するか否かを判定することにより行われる。
【００５０】
この例では、通信素子（２，２）が、通信素子（１，１）と通信素子（７，７）を結ぶ経路上に位置することを判定し、信号を中継することを決定する。通信素子（２，２）は、受け取った信号を送信し、それ以外の通信素子は応答しない。以後、信号は、通信素子（３，３）、通信素子（４，４）、通信素子（５，５）、通信素子（６，６）により中継されて通信素子（７，７）に伝達される。
【００５１】
本実施の形態においては、各通信素子が、自身の座標と、送信元および送信先の座標との関係により、信号を中継すべきか否かを判断する。通信経路を予め定めておく必要はなく、単純なアルゴリズムで動的に最短経路を設定し、信号を伝達することが可能となる。
【００５２】
以上のように、通信装置１００は、通信素子２００間で信号を伝達することが可能となる。各通信素子２００の有効通信距離の範囲内には、既述のような通信素子２００間で要求される通信機能を有しないシンプルな他の通信素子を配置してもよい。このシンプルな通信素子は、通信素子２００の管理下におかれる。この関係から、通信素子２００を親素子と呼び、その管理下にある通信素子を子素子と呼ぶ。上記のごとく、親素子となり、信号伝達に寄与する通信素子２００は、自身の二次元座標などのＩＤを有している。
【００５３】
この親子関係は、親素子が応答要求を定期的に発行し、それに子素子が応答することで動的に形成される。具体的にはまず親素子は自分のＩＤをパケットに埋め込んだ「応答要求コマンド」を送信する。すでに親素子が確定している子素子はそれに応答することはなく、まだ親素子が確定していない子素子は、乱数による待機時間の後、自分がその親素子に子供になることを意思表示するパケットを発行する。このパケットを受け取った親素子は直ちにＩＤ確定コマンドを送出し、その子素子に、自分の管轄内でのＩＤを割り当てる。このようにして任意の子素子は動的に近傍の１次素子とユニークな親子関係を確立する。なお子素子は組み込みの素子でもよいし、コネクタを介して信号層に接続された情報機器であってもよい。
【００５４】
通信装置１００において、子素子は、親素子との間でのみ通信を可能とする。親素子である通信素子２００は、子素子から発信された信号を、周辺の通信素子２００に伝達する役割と、また別の通信素子２００から送信された信号を、子素子に伝達する役割をもつ。親素子は、複数の子素子を管理してもよく、割り当てたＩＤにより、管理下の子素子を特定する。
【００５５】
＜第２の実施の形態＞
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る通信装置４００の構成を示す。通信装置４００には、信号を伝達する複数の信号層４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅ、４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈ、４１０ｉ（以下、総称する場合は「信号層４１０」と呼ぶ）が形成される。信号層４１０は導電性材料により形成され、近傍の信号層４１０とは互いに絶縁される。隣り合う信号層４１０の間には高抵抗層４２０が設けられてもよく、また各信号層４１０は、互いに離間して高抵抗層４２０上に設けられてもよい。
【００５６】
通信装置４００には、２つ以上の信号層４１０に接続して、当該２つ以上の信号層４１０間における信号の送受信を行う計１２の通信素子５００ｅ、５００ｆ、５００ｈ、５００ｉ、５００ｊ、５００ｌ、５００ｍ、５００ｏ、５００ｐ、５００ｑ、５００ｓ、５００ｔが設けられる。図１４の例では、縦横３×３個の信号層４１０が形成されているが、中央の信号層４１０ｅを除く周囲の信号層４１０には、１つの信号層４１０にのみ接続する計１２の通信素子５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、５００ｇ、５００ｋ、５００ｎ、５００ｒ、５００ｕ、５００ｖ、５００ｗ、５００ｘが設けられる。以下、通信素子を総称する場合は「通信素子５００」と呼ぶ。通信素子５００は、第１の実施の形態で説明した通信素子２００と同様の機能を有してもよく、また同様の構成を有してもよい。このように、通信装置４００においては、信号層４１０内または信号層４１０間における信号の送受信を担うべく、計２４の通信素子５００が設けられている。図１４においては、計１２の通信素子５００が、隣り合う２つの信号層４１０を接続するべく設けられているが、別の例においては、そのうちの一部の通信素子５００が省略されてもよい。また図示の例では、信号層４１０の個数が少ないため、通信素子５００の全体の個数（計２４）に対して、複数の信号層４１０にまたがる通信素子５００の個数（計１２）の占める割合が５０％に過ぎないが、信号層４１０の個数が増えるにつれて、その割合は高くなる。説明の便宜上、以下では、特に断らない限り、通信素子５００が、複数の信号層４１０に接続する場合を想定して、第２の実施の形態に係る通信装置４００の説明を行う。
【００５７】
第２の実施の形態において通信素子５００は、隣り合う２つの信号層４１０に電気的に接続し、接続する信号層４１０内に設けられた他の通信素子５００との間で信号を送受信する機能を有し、また接続する２つの信号層４１０間において信号を送受信する機能も有する。信号層４１０内における通信機能として、例えば通信素子５００ｅは信号層４１０ａと信号層４１０ｂとに接続するが、信号層４１０ａ内に設けられた他の通信素子５００ａ、５００ｄおよび５００ｈとの間で信号を送受信することができ、また信号層４１０ｂ内に設けられた他の通信素子５００ｂ、５００ｆおよび５００ｉとの間でも信号を送受信することができる。この信号層４１０内における通信を、内方向の通信と呼ぶ。また、信号層４１０間における通信機能として、通信素子５００ｅは、信号層４１０ａを伝達される信号を信号層４１０ｂに伝達することができ、また信号層４１０ｂを伝達される信号を信号層４１０ａに伝達することもできる。この信号層４１０間における通信を、外方向の通信と呼ぶ。例えば通信素子５００ｅは、信号層４１０ａにおける通信素子５００ａから信号を受信して、信号層４１０ｂにおける通信素子５００ｆに送信することができ、また、その逆も可能とする。各通信素子５００が上記のような機能をもつことにより、第２の実施の形態における通信装置４００は、配線を形成することなく、任意の通信素子５００間における通信を実現することができる。
【００５８】
通信装置４００における信号伝達方法を、通信素子５００ｄから通信素子５００ｆに信号を伝達する場合を例に説明する。ここでは、通信素子５００ｄが信号の送信元であり、通信素子５００ｆが信号の最終目的地であることを仮定する。この場合、まず通信素子５００ｄが、信号層４１０ａを介して通信素子５００ｅに信号を伝達し、通信素子５００ｅが、信号層４１０ｂを介して通信素子５００ｆに信号を転送する。通信素子５００ｅに注目すると、通信素子５００ｅは、通信素子５００ｄとの間で信号層４１０ａ内通信を行い、また通信素子５００ｆとの間で信号層４１０ｂ内通信を行うことによって、結果として信号層４１０ｂと信号層４１０ｃの間の通信を実現することになる。このように各通信素子５００が、互いに絶縁された複数の信号層４１０に接続して、信号層４１０間の通信を行うことにより、信号を送信元の信号層４１０から所期の目的地となる信号層４１０まで順次伝達することができ、送信元および最終目的地間の信号伝達を実現することが可能となる。
【００５９】
各信号層４１０には、センシングユニット、パワーユニット、また表示ユニットなど、各種機能を実現するための構成が備えられてもよい。特に、これらのユニットを容易に置換可能とすることで、応用性の高い通信装置４００を実現することができる。また、各通信素子５００はコネクタなどの機能を備え、外部機器との接続を可能としてもよい。通信素子５００に外部機器とのインタフェース機能をもたせることにより、通信装置４００を様々な環境で利用することが可能となる。
【００６０】
図１５（ａ）は通信装置４００の断面の一例を示し、この例では、隣り合う信号層４１０が高抵抗層４２０により絶縁されている。隣り合う信号層４１０間は、通信素子５００により接続され、信号層４１０間の通信が実現される。
【００６１】
図１５（ｂ）は通信装置４００の断面の別の例を示し、この例では、隣り合う信号層４１０が互いに離間して高抵抗層４２０上に設けられる。隣り合う信号層４１０間は、通信素子５００により接続され、信号層４１０間の通信が実現される。
【００６２】
図１６（ａ）は、通信装置４００の構成の変形例を示す。この通信装置４００は、６角形の複数の信号層４１０と、信号層４１０間における信号の送受信を行う複数の通信素子５００とを有する。図１５に示す通信装置４００と同様に、各信号層４１０は、高抵抗層４２０により絶縁されている。
【００６３】
図１６（ｂ）は、通信装置４００の構成の変形例を示す。この通信装置４００では、信号層４１０内に高抵抗領域４３０が形成されて、信号層４１０内の導電領域が部分的に形成されている。なお、図１５に示す通信装置４００と同様に、各信号層４１０は、高抵抗層４２０により絶縁されている。
【００６４】
図１６（ｃ）は、通信装置４００の構成の変形例を示す。この通信装置４００は、４角形の複数の信号層４１０と、４つの信号層４１０に接続する複数の通信素子５００とを有する。信号層４１０の形状は、図１５に示す通信装置４００における信号層４１０の形状と同様であるが、通信素子５００の配置位置が異なっている。なお、各信号層４１０は、高抵抗層４２０により絶縁されている。
【００６５】
以上のように、通信装置４００は様々な形状および構造の信号層４１０を備えることができ、また通信素子５００が接続する信号層４１０の個数は任意であってもよい。上記した例において、信号層４１０の形状は正多角形であるが、これに限定するものではない。通信装置４００において、各通信素子５００は、送信するパケットに最終目的地となる信号層４１０の識別番号を含めることにより、そのパケットを最終目的地まで伝達する。第２の実施の形態において、信号層４１０は平面上に形成されているため、各信号層４１０の識別番号として、各信号層４１０の２次元座標を利用することとする。なお、別の例においては、識別番号として、信号層４１０に固有のシリアル番号を割り振ることも可能であり、また信号層４１０が３次元的に形成される場合には、信号層４１０の識別番号を３次元座標で表現することも可能である。
【００６６】
図１７は、図１４に示した通信装置４００の模式図を示す。図１７において、各通信素子５００を結ぶように描かれている実線は、隣り合う信号層４１０が絶縁されている状態を意味する。信号層４１０ａを原点とするＸＹ軸を設定することにより、信号層４１０ａの座標すなわち識別番号を（０，０）、信号層４１０ｂの識別番号を（１，０）、信号層４１０ｃの識別番号を（２，０）、信号層４１０ｄの識別番号を（０，１）、信号層４１０ｅの識別番号を（１，１）、信号層４１０ｆの識別番号を（２，１）、信号層４１０ｇの識別番号を（０，２）、信号層４１０ｈの識別番号を（１，２）、信号層４１０ｉの識別番号を（２，２）と定めることができる。信号層４１０の識別番号は、通信装置４００の製造時に予め設定してもよく、また後述するアルゴリズムにより自律的に設定してもよい。信号層４１０間の信号の伝達は、信号層４１０の識別番号を利用して実現される。以下、信号層４１０の識別番号を、「信号層ＩＤ」と呼ぶ。なお、各通信素子５００は、自身が接続する信号層４１０の信号層ＩＤを記憶しており、したがって複数の信号層４１０に接続する場合は、複数の信号層ＩＤを記憶することになる。
【００６７】
各通信素子５００には、自身が接続する信号層４１０ごとに、信号層４１０内のローカルな識別番号が割り振られる。図示の例では、信号層４１０が四角形に形成されており、信号層４１０において、右側に位置する通信素子５００のローカル識別番号が「１」、上側に位置する通信素子５００のローカル識別番号が「２」、下側に位置する通信素子５００のローカル識別番号が「３」、左側に位置する通信素子５００のローカル識別番号が「４」に設定される。信号層４１０内の信号の伝達は、このローカル識別番号を利用して実現される。例えば、通信素子５００ｅに注目すると、信号層ＩＤ（０，０）の信号層４１０ａにおいては、右側に位置しているためローカル識別番号「１」を有し、一方で、信号層ＩＤ（１，０）の信号層４１０ｂにおいては、左側に位置しているためローカル識別番号「４」が割り当てられている。以下、通信素子５００のローカル識別番号を「ローカルＩＤ」と呼ぶ。
【００６８】
以上のように、各通信素子５００は、自身が接続する信号層４１０の信号層ＩＤと、各信号層４１０におけるローカルＩＤとを保持する。この前提のもと、第２の実施の形態における通信方法を説明する。この通信方法においては、３種類のパケットを使用する。
【００６９】
（１）ＲＴＳ（ｒｅｑｕｅｓｔ  ｔｏ  ｓｅｎｄ−ｓｔｒｅａｍ）パケット
信号層４１０内の通信素子５００に対してコネクションの確立を要求するパケット
（２）ＣＴＳ（ｃｌｅａｒ  ｔｏ  ｓｅｎｄ−ｓｔｒｅａｍ）パケット
ＲＴＳ送信元に対してコネクションの確立許可を示すパケット
（３）ＤＴ（ｄａｔａ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ−ｓｔｒｅａｍ）パケット
データ転送のパケット
【００７０】
図１８（ａ）は、ＲＴＳパケットのデータフォーマットを示す。ＲＴＳパケットは３つのフィールドを有する。以下、各フィールドの項目を示す。
第１フィールド：反応すべき通信素子５００のローカルＩＤ
第２フィールド：コマンド（ＲＴＳ）
第３フィールド：ＲＴＳパケットの送信元の通信素子５００のローカルＩＤ
【００７１】
図１８（ｂ）は、ＣＴＳパケットのデータフォーマットを示す。ＣＴＳパケットは２つのフィールドを有する。以下、各フィールドの項目を示す。
第１フィールド：反応すべき通信素子５００のローカルＩＤ
第２フィールド：コマンド（ＣＴＳ）
【００７２】
図１８（ｃ）は、ＤＴパケットのデータフォーマットを示す。以下、各フィールドの項目を示す。
第１フィールド：反応すべき通信素子５００のローカルＩＤ
第２フィールド：コマンド（ＤＴ）
第３フィールド：ホップリミット、すなわち通信素子５００の中継回数の上限値
第４フィールド：データ長
第５フィールド：最終目的地のＸ座標
第６フィールド：最終目的地のＹ座標
第７フィールド：送信元のＸ座標
第８フィールド：送信元のＹ座標
第９フィールド：目的地でのアプリケーション
第１０フィールド以降：データ
なお、図１８（ａ）〜（ｃ）の例では、各フィールドが８ビットで構成されている。
【００７３】
図１９は、通信装置４００における通信方法を説明するための図を示す。図１９では、送信元である通信素子５００ｄから最終目的地である通信素子５００ｇに信号を伝達する場合を例にとる。
【００７４】
（ステップ１）
通信素子５００ｄは、自身の信号層ＩＤ（０，０）と、最終目的地である通信素子５００ｇの信号層ＩＤ（２，０）の位置関係から、ＤＴパケットを送信する方向を計算し、信号層４１０ａ内でＤＴパケットを伝達すべき通信素子を決定する。すなわち通信素子５００ｄは、通信素子５００ｇまでの最短経路を演算し、ＤＴパケットを、信号層４１０ａ、４１０ｂを経由して信号層４１０ｃに伝達するルートが最短であることを判定する。この経路上に存在する素子は通信素子５００ｅであるため、通信素子５００ｄは、通信素子５００ｅとコネクションを確立するべく、通信素子５００ｅに対してＲＴＳパケットを送信する。このとき、ＲＴＳパケットの第１フィールドは「１」に設定される。なお、通信素子５００ｄは、信号の衝突を避けるため、信号層４１０ａ内で他の通信素子が通信を行っているか否かを監視し、通信が行われていない場合にＲＴＳパケットを送信することが好ましい。
【００７５】
（ステップ２）
通信素子５００ｅは、ＲＴＳパケットに含まれる第１フィールドを参照し、ＲＴＳパケットが自身宛てであることを判定すると、通信素子５００ｄに対してＣＴＳパケットを送信する。このとき、ＣＴＳパケットの第１フィールドは「４」に設定される。
【００７６】
（ステップ３）
通信素子５００ｄは、一定時間内に自身宛てのＣＴＳパケットを受け取ると、ＤＴパケットを送信する。ＤＴパケットの第１フィールドは「１」に設定される。通信素子５００ｅは、ＤＴパケットを受け取る。通信素子５００ｄが一定時間内にＣＴＳパケットを受け取れない場合は、ステップ１に戻って、再度ＲＴＳパケットを送信する。なお、複数回にわたり通信素子５００ｅからの応答がない場合には、送信先を変更したＲＴＳパケットを送信してもよい。これにより、通信経路を自律的に変更することが可能となる。図１７に戻って、この場合は、ＲＴＳパケットの第１フィールドを「２」に設定することが好ましい。
【００７７】
（ステップ４）
通信素子５００ｅは、ＤＴパケットを受け取ると、ＤＴパケットを転送する方向を決定する。この場合、通信素子５００ｅは、ＤＴパケットを信号層４１０ａ側の通信素子５００ｄより受け取ったため、転送する方向が信号層４１０ｂ側であること、すなわち外方向であることを決定する。これにより、続くＤＴパケットの送信を、信号層４１０ｂにおいて行うことが定められる。
【００７８】
通信素子５００ｅは、自身の信号層ＩＤ（１，０）と、最終目的地である通信素子５００ｇの信号層ＩＤ（２，０）の位置関係から、信号層４１０ｂ内でＤＴパケットを伝達すべき通信素子を決定する。最短経路上に存在する素子は通信素子５００ｆであるため、通信素子５００ｅは、通信素子５００ｆとコネクションを確立するべく、通信素子５００ｆに対してＲＴＳパケットを送信する。このとき、ＲＴＳパケットの第１フィールドは「１」に設定される。通信素子５００ｅは、信号の衝突を避けるため、信号層４１０ｂ内で他の通信素子が通信を行っているか否かを監視し、通信が行われていない場合にＲＴＳパケットを送信してもよい。
【００７９】
（ステップ５）
通信素子５００ｆは、ＲＴＳパケットに含まれる第１フィールドを参照し、ＲＴＳパケットが自身宛てであることを判定すると、通信素子５００ｅに対してＣＴＳパケットを送信する。このとき、ＣＴＳパケットの第１フィールドは「４」に設定される。
【００８０】
（ステップ６）
通信素子５００ｅは、一定時間内に自身宛てのＣＴＳパケットを受け取ると、ＤＴパケットを送信する。ＤＴパケットの第１フィールドは「１」に設定される。通信素子５００ｆは、ＤＴパケットを受け取る。
【００８１】
（ステップ７）
通信素子５００ｆは、ＤＴパケットを受け取ると、ＤＴパケットを転送する方向を決定する。通信素子５００ｆは、ＤＴパケットを信号層４１０ｂ側の通信素子５００ｅより受け取ったため、転送する方向が信号層４１０ｃ側であること、すなわち外方向であることを決定する。これにより続くＤＴパケットの送信を、信号層４１０ｃにおいて行うことが定められる。
【００８２】
通信素子５００ｆは、ＤＴパケットの第５および第６フィールドの目的地座標から、最終目的地が信号層４１０ｃにおける通信素子５００ｇであることを認識する。なお、第５および第６フィールドの目的地座標には、信号層４１０ｃを特定する座標と、通信素子５００ｇを特定するローカルＩＤとが含まれるものとする。これにより、通信素子５００ｆは、通信素子５００ｇとコネクションを確立するべく、通信素子５００ｇに対してＲＴＳパケットを送信する。このとき、ＲＴＳパケットの第１フィールドは「１」に設定される。
【００８３】
（ステップ８）
通信素子５００ｇは、ＲＴＳパケットに含まれる第１フィールドを参照し、ＲＴＳパケットが自身宛てであることを判定すると、通信素子５００ｆに対してＣＴＳパケットを送信する。このとき、ＣＴＳパケットの第１フィールドは「４」に設定される。
【００８４】
（ステップ９）
通信素子５００ｆは、一定時間内に自身宛てのＣＴＳパケットを受け取ると、ＤＴパケットを送信する。ＤＴパケットの第１フィールドは「１」に設定される。これにより、最終目的地である通信素子５００ｇは、ＤＴパケットを受け取ることができる。例えば、通信素子５００ｇに外部機器が接続されている場合は、ＤＴパケットに含まれるデータを外部に送信することが可能となる。
【００８５】
以上の通信方法によると、信号の送信元から最終目的地までの経路を予め設定することなく、信号を中継する各通信素子５００が信号層ＩＤをもとに、動的に経路を設定することが可能となる。そのため、通信装置４００においては、例えば一部の通信素子５００が故障した場合であっても、その通信素子５００を回避して、最終目的地までＤＴパケットを伝送することが可能となる。
【００８６】
なお、図１９の例では、信号を一軸方向すなわちＸ軸方向に伝達する場合を示すが、信号は、斜め方向であっても当然に伝達することができる。例えば、信号層ＩＤ（０，０）の信号層４１０ａから信号層ＩＤ（１，１）の信号層４１０ｅに信号を伝達する場合、途中の経路として、信号層ＩＤ（１，０）の信号層４１０ｂまたは信号層ＩＤ（０，１）の信号層４１０ｄのいずれを経由することも可能である。いずれの経路を選択するかは、ランダムに決定されてもよく、また例えばＸ軸方向への信号伝達をＹ軸方向への信号伝達よりも優先的に行うなどの所定の規則に沿って決定されてもよい。
【００８７】
図２０（ａ）は、信号層４１０を流れる信号の波形フォーマットを示す。各パケットの先頭には、スタートビットと、フィールド開始を示すデータが付加される。スタートビットは、一定時間、ここではデジタル回路の動作クロック周期の３０倍の時間、「０１」のパターンが周期的に繰り返される。この周期パターンにより、サンプリング時間を決定する。通信データは１０ビットをひとまとまりとして取り扱い、これを１フレームと呼ぶ。
【００８８】
図２０（ｂ）は、１フレームの構成を示す。１フレームは、８ビットの実データと２ビットのフレーム区切りからなる。例えば、１０進数のデータ「１０」を出力する場合には、フレーム区切り「１０」を先頭に付加して、フレームは、１０００００１０１０として表現される。また、信号には２０フレームごとに、ビット列１１１１１１１１を挿入する。このとき、フレーム区切りは挿入しない。フィールド開始指示用データは、フィールド区切り「１０」にビット列１１１１１１１１を付加した１０１１１１１１１１として表現される。スタートビット後に必ずこのデータ列が挿入され、このデータ列の後が、各パケットの先頭となる。
【００８９】
図２１は、通信素子５００のデジタル回路の実現例を示す。デジタル回路におけるポート定義は以下のとおりである。
（入力ポート）
Ａｉｎｐ＿ａ：入力信号（常時観測型コンパレータからの出力）
Ａｉｎｐ＿ｂ：入力信号（常時観測型コンパレータからの出力）
Ｉｎｉｔ＿ｆｌｇ：初期化フラグ
ｃｌｋ：マスタークロック
ｉｎ：サンプリングされた信号
ｍｓ：信号層選択
ｓｅｌｅｃｔＩＤ：  ０：ローカルＩＤ＿ａ＝１  １：ローカルＩＤ＿ａ＝２
ｓｌｅｅｐｍｏｄｅ：  ０：スリープモードなし
ｔＳｉｔｅ＿ｘ：信号層Ｘ座標
ｔＳｉｔｅ＿ｙ：信号層Ｙ座標
【００９０】
（出力ポート）
Ｉｎｐ＿ａ：信号層内方向入力判定フラグ  ０：入力なし  １：入力あり
Ｉｎｐ＿ｂ：信号層外方向入力判定フラグ  ０：入力なし  １：入力あり
ＯｕｔＢｉｔ＿ａ：信号層内方向出力データ
ＯｕｔＢｉｔ＿ｂ：信号層外方向出力データ
ＯｕｔＢｉｔ＿ｎａ：ＯｕｔＢｉｔ＿ａの反転
ＯｕｔＢｉｔ＿ｎｂ：ＯｕｔＢｉｔ＿ｂの反転
ｅｎａ＿ＡｐｐＬ：アプリケーション層プロセスイネーブル
ｅｎａ＿ｄｗｎＤａｔＬ：データリンク層プロセスイネーブル
ｅｎａ＿ｄｗｎＮｅｔＬ：ネットワーク層プロセスイネーブル
ｅｎａ＿ｕｐＤａｔＬ：データリンク層プロセスイネーブル
ｅｎａ＿ｕｐＮｅｔＬ：ネットワーク層プロセスイネーブル
ｉｎｍｏｎｉｔｏｒ：物理層プロセス監視フラグ  １：スタートビット検出
【００９１】
図２２は、通信素子５００のデジタル回路におけるプロセスの状態遷移図を示す。通信素子５００は、以下に示す各状態をとることができる。
（状態０）開始・初期化
各レイヤのプロセスを初期化したのち、状態１へ遷移する。このとき、通信素子５００はいずれの方向からの入力も受け入れることができる。
【００９２】
（状態１）ＲＴＳ待ち・受け入れ
信号層４１０の内方向または外方向の通信のうち、早く到達した方向のデータを受け入れるように、Ｉｎｐ＿ａ、Ｉｎｐ＿ｂのいずれかを１にする。以後１になった方のデータをサンプリングする。なお信号層４１０の内方向の通信とは、信号層４１０内の他の通信素子５００とのデータの送受信を意味し、信号層４１０の外方向の通信とは、その信号層４１０とは異なる信号層における通信素子との間のデータの送受信を意味する。
【００９３】
入力データの第１フィールドより順にＲＴＳフォーマットに準じた判定を行い、コネクションを確立するかどうか決定する。ＲＴＳパケットを正しく受け取った場合は状態２へ遷移する。プロセスエラーを検出した場合は状態０へ戻る。
【００９４】
（状態２）ＣＴＳ出力
ＣＴＳパケットを出力する。出力方向はＲＴＳパケットを受け取った方向と同じである。このとき、他の方向からの信号がきてもすべて無視される。出力中にエラーが生じた場合は状態０へ遷移する。出力が完了したら状態３へ遷移する。
【００９５】
（状態３）ＤＴ待ち・受け入れ
ＤＴパケットを受け入れる。受け入れ方向はＣＴＳパケット出力の方向と同じ方向である。一定時間内（１００Ｔ：Ｔはマスタークロック周期）にＤＴパケットがこない場合はエラーとし、状態０へ遷移する。ＤＴパケットを取得中にエラーが発生した場合、すでに１０バイト以上データを取得した場合は状態４へ遷移し、それ以外の場合は状態０へ遷移する。
【００９６】
（状態４）ルーティング
ネットワーク層のプロセスであり、ＤＴパケットのヘッダ部より、目的地の座標を取得する。取得データと、自身の座標と比較して、目的地が、自身の信号層４１０の座標と一致していればアプリケーション層へプロセスを渡す。目的地ではない場合は次のコネクション先（方向、ローカルＩＤ）を決定する。このとき、ＤＴパケットのヘッダ部の第１フィールド（反応すべきローカルＩＤ）と第３フィールド（ホップリミット）を書き換え、状態５へ遷移する。ホップリミットの書き換えは、中継数の上限値を１デクリメントすることにより行う。
【００９７】
（状態５）ＲＴＳ出力
次のコネクション先へＲＴＳパケットを出力する。このとき物理層では出力方向のネットワークの占有状況を監視し、時間１６Ｔ（２バイト）の間に周囲の素子が通信を行っていなければ、出力を開始する。ＲＴＳパケットの出力が完了すると、状態６へ遷移する。周囲の素子が通信を行っていて、一定時間（１００Ｔ）まっても出力が開始されない場合は状態８へ遷移する。
【００９８】
（状態６）ＣＴＳ待ち・受け入れ
自身宛のＣＴＳパケットを待ちうける。一定時間（１００Ｔ）内にＣＴＳパケットを受け取ると、状態７へ遷移する。一定時間内にＣＴＳパケットを受け取らなければ、状態８へ遷移する。
【００９９】
（状態７）ＤＴ出力
ＤＴパケットを出力する。出力方向はＲＴＳ出力方向と同じである。データが正しく出力できたら状態９へ遷移する。途中、エラーを検出したら状態８へ遷移する。
【０１００】
（状態８）再ルーティング
コネクションが正しく確立できなかった場合、５回までは同じ通信素子に対してコネクションを確立しようとする。５回の挑戦でもコネクションが確立されなかった場合、ネットワーク層で別なルートを計算する。ルートを再計算後、状態５へ遷移する。
【０１０１】
（状態９）終了・初期化
全てのフラグを初期化して状態０へ遷移する。
【０１０２】
以上、第２の実施の形態においては、各信号層４１０に予め信号層ＩＤが付与されていることを前提としてきたが、各信号層４１０に含まれる通信素子５００は、自身の接続する信号層ＩＤを動的に取得することも可能である。
【０１０３】
以下に「ＩＤ決定コマンド」を使用する例を示す。ＩＤ決定コマンドには、信号層４１０の座標（Ｘ，Ｙ）が記述される。ＩＤ決定コマンドを受け取った通信素子５００は、自身の属する信号層４１０の座標が（Ｘ，Ｙ）であることを認識する。
【０１０４】
各通信素子５００は、ＩＤ決定コマンドを、同一信号層４１０内におけるローカルＩＤが「１」および「２」の通信素子５００に送信する。このとき、送信先の通信素子５００が通信中である場合は、ＩＤ決定コマンドの送信を停止する。ＩＤ決定コマンドを受信した通信素子５００は、受信した方向とは別の方向、すなわち内方向とは逆向きの外方向に存在する別の信号層４１０にＩＤ決定コマンドを送信する。具体的に、「１」のローカルＩＤでＩＤ決定コマンドを受信した通信素子５００は、隣り合う信号層４１０において、「４」のローカルＩＤをもつ通信素子５００として座標（Ｘ＋１，Ｙ）を記述したＩＤ決定コマンドを送信する。また、「２」のローカルＩＤでＩＤ決定コマンドを受信した通信素子５００は、隣り合う信号層４１０において、「３」のローカルＩＤをもつ通信素子５００として座標（Ｘ，Ｙ＋１）を記述したＩＤ決定コマンドを送信する。
【０１０５】
以上のように通信素子５００が機能することにより、通信装置４００への電源投入後に、左下隅の信号層４１０ａの座標を（０，０）として、信号層４１０ａに属する通信素子５００からＩＤ決定コマンドを送信することによって、全ての信号層４１０に信号層ＩＤを動的に割り振ることが可能となる。
【０１０６】
このように、少なくとも一つの信号層４１０、この例では信号層４１０ａに基準となる信号層ＩＤ（０，０）を予め設定し、その基準となる信号層ＩＤをもとに、他の信号層４１０の識別番号を順次設定することにより、通信装置４００内の信号層４１０の信号層ＩＤを設定することが可能となる。基準となる信号層ＩＤは、通信装置４００における左下隅の信号層４１０ａに限らず、他の信号層４１０に設定してもよい。例えば、図１７の通信装置４００において、中央の信号層４１０ｅを信号層ＩＤを決定するための基準信号層として定めた場合には、信号層４１０ｅに属する通信素子５００ｍ、５００ｐ、５００ｉ、５００ｌが、外方向にＩＤ決定コマンドを送信して、周囲の信号層４１０の信号層ＩＤを順次設定していけばよい。このアルゴリズムにおいては、通信素子５００は、自身が接続する信号層４１０の信号層ＩＤを含んだ信号（ＩＤ決定コマンド）を受け取ると、その信号を伝達した信号層４１０の信号層ＩＤを保持し、続いて自身が接続する他の信号層４１０の信号層ＩＤを設定して、設定した信号層ＩＤを含むＩＤ決定コマンドを、当該他の信号層４１０に送信する。第２の実施の形態における通信装置４００によると、通信素子５００がローカルＩＤを保持し、信号層４１０における自身の位置関係を把握することによって、座標で表現する信号層ＩＤを簡易なアルゴリズムによって自律的に設定することが可能となる。
【０１０７】
また、第２の実施の形態では、通信素子５００が、一旦信号を受信してから転送することとしたが、信号の受信が完了する前に、信号の転送を開始してもよい。ＤＴパケットにおいては、パケットの先頭にコマンドや目的地の座標などのヘッダ項目が記述されているため、ヘッダ項目を受け取った時点から、信号の転送先となる通信素子５００を特定して、コネクションの確立を行い、ＤＴパケットを受信しながら、そのＤＴパケットを転送先となる通信素子５００に順次転送することが可能である。これにより、データが最終目的地に到達するまでの遅延時間を減らすことができ、またスループットを向上することが可能となる。
【０１０８】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、複数の通信素子が存在する環境において、各通信素子にグローバルな識別番号を動的に設定する通信装置について説明する。グローバル識別番号は、通信素子ごとに通信装置において一意に設定され、通信素子間で信号を伝送するために用いられる。すなわち、グローバル識別番号は、通信装置内において重複しない。上記した第１および第２の実施の形態で説明したように、各通信素子の通信距離は周辺に配置された他の通信素子と局所的な通信を行える程度に設定されている。これにより、無用な信号の衝突を防止することができ、消費電力を低減することもできる。
【０１０９】
第１の実施の形態で説明した通信装置１００および通信素子２００、さらに第２の実施の形態で説明した通信装置４００および通信素子５００は、第３の実施の形態における通信装置および通信素子として利用することができる。第３の実施の形態において、通信素子はローカル識別番号を有している。なお、第２の実施の形態においてローカル識別番号は、信号層４１０内での識別子として通信素子５００に割り当てられたが、第３の実施の形態では、ローカル識別番号が、通信装置内の一定の領域における識別子として各通信素子に割り当てられる。第３の実施の形態において、ローカル識別番号は２以上の通信素子で共用され、したがって複数の通信素子に対して同一のローカル識別番号が割り振られる点で、通信装置内に一意に設定されるグローバル識別番号と異なる。なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態のように、複数の信号層４１０が高抵抗層などにより電気的に絶縁され、通信素子が信号層４１０間で信号を伝送するように構成されてもよく、また第１の実施の形態のように、個別の配線が形成されない導電層上に通信素子が分散して配置されてもよい。また、第３の実施の形態で提供する通信技術は、各通信素子が個別配線で接続され、その状態において各通信素子のグローバルな識別番号を設定する場合にも利用することができる。
【０１１０】
図２３は、第３の実施の形態における通信装置７００の概念図を示す。図中、○で示す構成は通信素子８００であり、ここでは複数の通信素子８００が、６×６のマトリックス状に配列されている。点線は、通信中に各通信素子８００間に設定される通信経路である。既述のごとく、通信経路は、通信素子間において個別配線を設けなくても確立することができるが、第３の実施の形態におけるグローバル識別番号の設定技術は、個別配線を設けた場合であっても利用できる。なお、個別配線を設けないことの利点は前述のとおりであり、第３の実施の形態におけるグローバル識別番号設定技術を、個別配線を有しない通信装置７００に利用することで、より一層柔軟性の高い通信装置を実現することができる。
【０１１１】
複数の通信素子８００が、近傍に存在する通信素子とほぼ均等な距離に存在するように配置される。この例では、複数の通信素子８００がマトリックス状、具体的には格子状に配置されており、前後左右に存在する他の通信素子８００との間の距離を等しくされている。各通信素子８００の通信可能な有効通信距離、すなわち通信範囲は、前後左右の通信素子８００との間で通信が可能な範囲に設定され、それ以外の通信素子８００には信号が到達しないものとする。このように通信可能距離を設定することで、点線で示すように隣接通信素子８００間で通信経路を設定することができる。１つの通信素子８００に対して４つの隣接通信素子が存在することから、図２３に示す通信装置７００を四叉路型通信装置と呼ぶ。
【０１１２】
多数の通信素子８００が集合し、隣接する通信素子８００間で信号を順次伝達していく通信装置７００においては、その空間座標値などのグローバルな識別番号を各通信素子８００が保持することで、信号の発信元から最終目的地までの最短通信経路の選択が容易となる。経路の選択方法については、例えば図１２に関連して説明したとおりである。しかしながら、膨大な数の通信素子８００に個別に座標値すなわちグローバル識別番号を付与し、付与した座標値に従ってそれらを通信装置７００上の所定の位置に配置することは、その作業工程を非常に複雑にする。第３の実施の形態では、このような複雑な作業工程を不要とし、各通信素子８００に、２以上の通信素子で共用するローカルな識別番号を付与して、それをもとにグローバルな識別番号を動的に設定することのできる技術を提供する。以下、ローカル識別番号を「ローカルＩＤ」、グローバル識別番号を「グローバルＩＤ」と呼ぶ。
【０１１３】
通信装置７００においては、１つの通信素子８００の通信範囲内に、同一のローカルＩＤを有する通信素子が存在することのないように、複数の通信素子８００が配置される。すなわち、各通信素子８００の通信距離内に存在する１以上の通信素子、多くの場合は２以上の通信素子のローカルＩＤが互いに異なるように、複数の通信素子８００が配置される。マトリックス状に配置する場合、ローカルＩＤの数を少なくし、また後述するグローバルＩＤの設定制御を簡易にするためには、ローカルＩＤの配列が周期的となるように、複数の通信素子８００が配置されることが好ましい。
【０１１４】
図２４は、１つの通信素子８００に隣接する通信素子のローカルＩＤを示す。対象とする通信素子８００を対象通信素子と呼ぶと、所定のローカルＩＤをもつ対象通信素子の前後左右に存在する隣接通信素子のローカルＩＤは図示のとおりになる。通信装置７００において、複数の通信素子８００を、そのローカルＩＤに応じて周期的に配列することにより、隣接通信素子のローカルＩＤを異ならせることができ、したがって、同一のローカルＩＤを有する複数の通信素子が、対象通信素子の通信範囲内に存在しない状況を作ることができる。この周期性により、ローカルＩＤは、近傍すなわち隣接する通信素子のローカルＩＤとの間の相対的な位置関係を示すことになる。また、ローカルＩＤの個数を少なくするという所定の規則をもとに通信素子８００を配置することで、ローカルＩＤを効率よく重複させて通信素子８００に割り振ることができる。対象通信素子の接続方向の候補数プラス１の個数のローカルＩＤが最低限必要になると考えられるが、通信装置７００に搭載される通信素子８００が多数であることを鑑みると、ローカルＩＤを効率よく割り振ることで、ローカルＩＤの個数を接続方向の候補数プラス１程度に抑えることができ、用意するローカルＩＤを少なくすることが可能となる。
【０１１５】
例えば、図２３に示すような四叉路型の通信装置７００であれば、５種類のローカルＩＤ（１〜５）を用意し、５列ごと又は５行ごとに同一のローカルＩＤのパターンが生じるように通信素子８００を搭載すればよい。図示の例では、５列ごとおよび５行ごとに周期的に通信素子８００が配置される。ローカルＩＤのパターンに周期性をもたせることで、ローカルＩＤは、近傍の他のローカルＩＤとの間の相対的な位置関係を示すことになる。なお、ローカルＩＤは予め通信素子８００に付与され、通信素子８００は、自身のローカルＩＤと、自身を対象通信素子とした場合の隣接通信素子の接続方向とローカルＩＤとの関係、すなわち図２４に示した関係を自身のメモリに記録しておく。
【０１１６】
例えば、チップマウンタなどの装置を用いて通信素子８００を導電性基板などに搭載する場合、チップマウンタは、５種類の通信素子を区別できればよいため、実装処理の制御が容易となる。この場合、チップマウンタは、通信素子８００の相対的な位置関係を維持することに注意すればよい。通信素子８００にグローバルＩＤを予め付与した場合は、各通信素子８００を所定の位置に配置する必要があるため、チップマウンタは、定められた絶対的な位置関係を維持するように通信素子８００を搭載していく必要がある。例えば、搭載中に通信素子８００に不良が発生した場合、同一のグローバルＩＤを有する通信素子８００は他に存在しないため実装処理が中断し、または、実装後の経路選択や信号伝達処理などの制御が複雑になるという欠点がある。一方、第３の実施の形態によると、通信素子８００はローカルＩＤを保持するのみであり、搭載処理中は、同一の通信素子８００が多数用意されており、すなわち不良発生時でも代わりとなるものが存在するため、実装処理を円滑に実現できるという利点がある。
【０１１７】
図２５は、通信装置７００で確立される通信経路の変形例を示す。図中、実線は通信経路を示し、実線の交点には、通信素子８００が存在しているものとする。図２５（ａ）は、各通信素子が他の３つの通信素子との間で通信経路を確立する通信装置７００を示す。このタイプの通信装置７００を、三叉路型の通信装置と呼ぶ。図２５（ｂ）は、各通信素子が他の６つの通信素子との間で通信経路を確立する通信装置７００を示す。このタイプの通信装置７００を、六叉路型の通信装置と呼ぶ。図２５（ｃ）は、三叉路型と四叉路型の通信装置を組み合わせて構成した通信装置７００を示す。なお、通信装置７００において確立される通信経路には、他にも様々な形態のものが存在する。
【０１１８】
以下、一例として、図２３に示した四叉路型の通信装置７００においてグローバルＩＤを設定する方法を説明する。前提として、通信装置７００において一つの通信素子８００を基準素子として決定し、その基準素子のグローバルＩＤを（０，０）と設定する。なお基準素子に対して設定するグローバルＩＤ（０，０）は一例であり、他の座標値を与えてもよい。第３の実施の形態において、グローバルＩＤを２次元の座標値として設定するが、例えば通信装置７００が高さ方向に通信素子８００を配列した層を複数有している場合には、グローバルＩＤは３次元の座標値として設定されてもよい。基準素子は、各通信素子８００の座標値、すなわちグローバルＩＤを決定するために、座標決定コマンドを生成して、隣接する通信素子に発信する。
【０１１９】
図２６（ａ）は座標決定コマンドのパケットフォーマットの一例を示す。座標決定コマンドのフィールドには、コマンド、コマンド送信元、ホップリミット、２次元座標値の項目が設けられる。以下、各フィールドの項目を示す。
第１フィールド：コマンド（座標決定）
第２フィールド：座標決定コマンドの送信元の通信素子のローカルＩＤ
第３フィールド：ホップリミット、すなわち通信素子の中継回数の上限値
第４フィールド：２次元座標値、すなわちグローバルＩＤ
【０１２０】
基準素子が発信する座標決定コマンドでは、第２フィールドに基準素子のローカルＩＤ、第３フィールドにホップリミットの初期値（ＨＬ）、第４フィールドに２次元座標（０，０）が記述されている。ホップリミットは、通信エラーなどにより無期限に座標決定コマンドが伝送されることを防止するために必要な要素である。ホップリミットの初期値ＨＬは、想定される座標決定コマンドの最大中継回数をもとに定められる。
【０１２１】
図２６（ｂ）は、対象とする通信素子８００が隣接する通信素子から受信した座標決定コマンドを示す。第２フィールドには、この座標決定コマンドを送信した隣接通信素子のローカルＩＤが記述され、第３フィールドには、この座標決定コマンドの残りの中継回数が記述され、第４フィールドには、隣接通信素子のグローバルＩＤ、すなわち２次元座標が記述されている。受信した通信素子８００は、この座標決定コマンドのフィールドに記述された情報をもとに、自身のグローバルＩＤを設定する。
【０１２２】
図２７は、自身のグローバルＩＤを設定するための座標値変換データを示す。この座標値変換データは、各通信素子８００のメモリに記憶されている。図２７では汎用的に隣接素子の方向として前後左右の４方向を示しているが、各通信素子８００は、自身の前後左右のそれぞれの方向に位置する隣接通信素子のローカルＩＤを予め把握しているため、記憶する座標値変換データを、前後左右という方向に対応付けるのではなく、隣接通信素子のローカルＩＤと直接対応付けて記憶することが好ましい。
【０１２３】
まず、通信素子８００は、座標決定コマンドを受信すると、第２フィールドを参照して、座標決定コマンドがどの方向から送信されてきたかを判定する。図２４に戻って、ローカルＩＤが「１」である対象通信素子８００を例にとると、受け取った座標決定コマンドの第２フィールドの値が「４」である場合には、後方向から座標決定コマンドが送信されてきたことを判定し、第２フィールドの値が「５」である場合には、左方向から座標決定コマンドが送信されてきたことを判定する。
【０１２４】
通信素子８００は、方向を判定すると、図２７に示す座標値変換データを参照して、第４フィールドに記述されている座標値を変換する。例えば、座標決定コマンドが左方向から送信されたことを判定すると、第４フィールドに記述されている座標値（ｘ，ｙ）を、座標値（ｘ＋１，ｙ）に変換する。変換した座標値は、対象通信素子８００の座標値、すなわちグローバルＩＤとなる。この処理により、各通信素子８００は、自身のグローバルＩＤを決定していく。自身のグローバルＩＤを決定すると、通信素子８００は、隣接する他の通信素子に座標決定コマンドを送信し、その座標決定コマンドを受け取った隣接通信素子は、上記処理を同様に行うことで、自身のグローバルＩＤを決定する。
【０１２５】
図２６（ｃ）は、図２６（ｂ）に示す座標決定コマンドを受信した通信素子８００が、所定のフィールド値を更新した後、自身に隣接する通信素子に送信する座標決定コマンドを示す。第２フィールドには自身のローカルＩＤが記述され、第３フィールドには、残りの中継回数を１デクリメントした値が記述され、第４フィールドには、自身に設定したグローバルＩＤが記述されている。第３フィールドの値が０になった場合、通信素子８００は座標決定コマンドを送信しない。なお、一旦グローバルＩＤを設定した後は、各通信素子８００は、隣接する通信素子から送信される座標決定コマンドを無視してもよい。
【０１２６】
図２８は、グローバルＩＤの設定方法を示すフローチャートである。ここでは、任意の通信素子８００における座標決定コマンドの処理を示す。まず、通信素子８００は、隣接する通信素子から座標決定コマンドを受信する（Ｓ１０）。通信素子８００は、フィールドに含まれるローカルＩＤをもとに、座標決定コマンドを送信してきた隣接通信素子の方向を特定する（Ｓ１２）。方向を特定すると、通信素子８００は自身のグローバルＩＤを決定し（Ｓ１４）、所定のフィールド値を更新して（Ｓ１６）、隣接通信素子に座標決定コマンドを送信する（Ｓ１８）。この処理機能は、通信素子８００に予め組み込まれている。この処理を各通信素子８００が順次連鎖的に行うことで、通信装置７００内の通信素子８００のそれぞれが自身のグローバルＩＤを動的に設定することが可能となる。
【０１２７】
図２９は、各通信素子に設定したグローバルＩＤを示す。図２３に示す通信装置７００において、左下の通信素子を基準素子として設定し、Ｘ軸を横軸、Ｙ軸を縦軸として、座標決定コマンドを隣接通信素子の間で順次伝達することで、図２９に示すように、各通信素子８００が、通信装置７００内で一意に設定されるグローバルＩＤを保持することができる。基準素子は任意に選択することができ、左下の通信素子に限定するものではない。なお基準素子を常に固定とすることで、通信装置７００における絶対座標を固定することができる。そのため、絶対座標を生成した状態において、任意の通信素子の絶対座標を外部から取得することが可能となる。例えば通信装置７００に複数の外部機器接続用の端子を形成する場合には、その端子に直接的または間接的に接続する通信素子の不変の座標値を取得することができる。したがって、通信装置７００における信号伝送は、端子に接続する通信素子の座標値をもとに実現することができ、絶対座標が固定である限りは、その座標値を変更する必要がない。なお基準素子が変わる場合には、絶対座標を形成した後、通信装置７００に接続する各端子の座標値を取得し、その後、その座標値をもとに通信装置７００における信号伝送を実現することになる。
【０１２８】
図３０は、第３の実施の形態における通信装置７００の変形例を示す。図２３と同様に、図中、○で示す構成は通信素子８００であり、複数の通信素子８００は所定の周期性をもって配列されている。点線は、通信中に各通信素子８００間に設定される通信経路である。この通信装置７００は三叉路型であり、５種類のローカルＩＤ（１〜５）を有する通信素子８００が、隣接通信素子に同一のローカルＩＤを有するものが存在しないように周期的に配列されている。三叉路型通信装置７００において、１つの対象通信素子をみると、隣接通信素子との接続方向は３つであるが、対象通信素子の配置箇所によって、接続方向の候補としては前後左右の４方向あり、したがって、用意するローカルＩＤの個数は、５つとなっている。
【０１２９】
図３１は、三叉路型通信装置７００における１つの通信素子８００に隣接する通信素子のローカルＩＤを示す。対象通信素子の前後左右に存在する隣接通信素子のローカルＩＤは図示のとおりになる。この関係は、図２３に示した四叉路型の通信装置における関係と同じとなる。なお、左方向は左上、左下方向を含み、右方向は右上、右下方向を含む。三叉路型の通信装置７００においては、左右方向の両方に隣接通信素子が存在し、また上下方向の一方に隣接通信素子が存在することになる。四叉路型の通信装置７００について説明したように、図３１に示す関係を用いて、三叉路型通信装置７００においても、容易にグローバルＩＤを設定することができる。なお、他の形態の通信経路をもつ通信装置７００においても、ローカルＩＤを周期的に配列することで、ローカルＩＤ間の相対的な位置関係を設定することができ、この相対的な位置関係を利用して、グローバルＩＤを設定することが可能である。図３２は、六叉路型通信装置における１つの通信素子に隣接する通信素子のローカルＩＤを示す。六叉路型の通信装置においては、接続方向の候補数（６つ）プラス１の計７つのローカルＩＤを用意することで、ローカルＩＤを最も効率よく配置することが可能となる。
【０１３０】
また、実施の形態では、通信素子８００がローカルＩＤを予め有している場合について説明したが、例えば通信素子８００が配置される空間にローカルＩＤを示す目印を付与しておき、通信素子８００の配置後、通信素子８００がその目印を読み取って、自身のローカルＩＤを設定するようにしてもよい。グローバルＩＤを示す目印を空間に付与する場合と比較して、ローカルＩＤの個数が少ないため、限られたスペースに目印を記述することが可能である。
【０１３１】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、実施の形態の組み合わせ、また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。
【０１３２】
【発明の効果】
本発明によれば、新規な通信技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る通信技術の方式を説明するための図である。
【図２】実施の形態にかかる通信装置の外観構成を示す図である。
【図３】通信素子の機能ブロック図である。
【図４】（ａ）は通信装置の断面図であり、（ｂ）は通信装置の別の例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は通信デバイスが信号を発信する基本原理を説明するための図であり、（ｂ）は通信デバイスが信号を発信する原理の別の例を説明するための図である。
【図６】通信素子を備えた通信デバイスを示す図である。
【図７】（ａ）は通信デバイスを実現する回路動作の概要を示す図であり、（ｂ）は第１信号層に印加する交流電圧の振幅を制限する回路の例を示す図である。
【図８】（ａ）は通信素子の具体的な構成例を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、通信素子による信号発信の原理を説明するための図である。
【図９】Ｐ（ｘ）のプロットを示す図である。
【図１０】電極の半径を小さく形成することに考慮した通信デバイスの構成例を示す図である。
【図１１】電極の半径を小さく形成することに考慮した通信デバイスの構成の変形例を示す図である。
【図１２】通信装置における信号伝達方法の説明図である。
【図１３】送信元の通信素子により生成される信号のパケットを示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る通信装置の構成を示す図である。
【図１５】（ａ）は通信装置の断面の一例を示す図であり、（ｂ）は通信装置の断面の別の例を示す図である。
【図１６】（ａ）は通信装置の構成の変形例を示す図であり、（ｂ）は通信装置の構成のさらなる変形例を示す図であり、（ｃ）は通信装置の構成のさらなる変形例を示す図である。
【図１７】通信装置の模式図である。
【図１８】（ａ）はＲＴＳパケットのデータフォーマットを示す図であり、（ｂ）はＣＴＳパケットのデータフォーマットを示す図であり、（ｃ）はＤＴパケットのデータフォーマットを示す図である。
【図１９】通信装置における通信方式を説明するための説明図である。
【図２０】（ａ）は信号層を流れる信号の波形フォーマットを示す図であり、（ｂ）は１フレームの構成を示す図である。
【図２１】通信素子のデジタル回路の実現例を示す図である。
【図２２】通信素子のデジタル回路におけるプロセスの状態遷移図である。
【図２３】第３の実施の形態における通信装置の概念図である。
【図２４】１つの通信素子に隣接する通信素子のローカルＩＤを示す図である。
【図２５】通信装置で確立される通信経路の変形例を示す図である。
【図２６】（ａ）は座標決定コマンドのパケットフォーマットの一例を示す図であり、（ｂ）は対象とする通信素子が隣接する通信素子から受信した座標決定コマンドを示す図であり、（ｃ）は、所定のフィールド値を更新した後、隣接通信素子に送信する座標決定コマンドを示す図である。
【図２７】自身のグローバルＩＤを設定するための座標値変換データを示す図である。
【図２８】グローバルＩＤの設定方法を示すフローチャートである。
【図２９】各通信素子に設定したグローバルＩＤを示す図である。
【図３０】通信装置の変形例を示す図である。
【図３１】三叉路型通信装置において１つの通信素子に隣接する通信素子のローカルＩＤを示す図である。
【図３２】六叉路型通信装置における１つの通信素子に隣接する通信素子のローカルＩＤを示す図である。
【符号の説明】
１６、１８・・・導電層、２０・・・第１信号層、２２・・・誘電層、２４・・・導電層、２６・・・スイッチ、３０・・・第２信号層、４３・・・誘電層、４４・・・電源層、５０・・・通信部、５２・・・入力部、５４・・・電圧制限素子、６０・・・処理部、７０・・・メモリ、８０・・・コンデンサ、８２・・・駆動回路、１００・・・通信装置、２００・・・通信素子、２０２・・・デジタル回路、２０４・・・電極、２１０・・・絶縁層、３００・・・通信デバイス、４００・・・通信装置、４１０・・・信号層、４２０・・・高抵抗層、４３０・・・高抵抗領域、５００・・・通信素子、７００・・・通信装置、８００・・・通信素子。
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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