(57)【要約】【課題】  定常状態から過渡状態への変化が必要なときでも、できるだけ信号の衝突を回避しながら通信効率を挙げる。【解決手段】  通信システムを構成する各ノードの通信タイミング制御装置は、他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングを利用して、自ノードからの通信タイミング信号の送信タイミングを決定し、送信タイミング及び受信タイミングに基づいて、自ノードからデータ信号を送信するタイムスロットを決定すると共に、通信システムの定常状態、過渡状態を判定するものである。そして、定常状態のときに、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があるか否かを判定する判定手段と、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があると判定したときに、その近傍ノードが自ノードからの通信タイミング信号を検知できるタイミング位置に、自ノードからの送信タイミングを移動する手段とを有する。【選択図】      図１
2007243583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムを構成す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、他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングを利用して、自ノードからの通信タイミング信号の送信タイミングを決定し、この送信タイミング及び他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングに基づいて、自ノードからデータ信号を送信するタイムスロットを決定し、近傍ノードの通信タイミングの変動量に基づいて、通信システムの定常状態、過渡状態を判定する通信タイミング制御装置において、
定常状態のとき、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があるか否かを判定する過渡状態強制移行有無判定手段と、
上記過渡状態強制移行有無判定手段が、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があると判定したときに、その近傍ノードが自ノードからの通信タイミング信号を検知できるタイミング位置に、自ノードからの送信タイミングを移動する通信タイミング位置移動手段と
を有することを特徴とする通信タイミング制御装置。
【請求項２】
上記過渡状態強制移行有無判定手段は、自ノードからの通信タイミング信号と、上記近傍ノードのデータ信号又は通信タイミング信号との衝突可能性の判定を行い、衝突可能性があるときに、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があると判定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】
上記過渡状態強制移行有無判定手段は、自ノードが送信タイミングを調整しても、近傍ノードからの通信タイミング信号の受信周期が一定なときに、衝突可能性があると判定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】
上記通信タイミング位置移動手段は、自ノードのタイムスロットを狭めるように送信タイミングを移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の通信タイミング制御装置。
【請求項５】
上記通信タイミング位置移動手段は、近傍ノードの送信タイミングの直前に自ノードからの送信タイミングを移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の通信タイミング制御装置。
【請求項６】
上記通信タイミング位置移動手段が移動して移行した過渡状態においても、自ノードから、期間を限定して、データ信号を送信させるデータ送信期間限定手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の通信タイミング制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６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８】
請求項７に記載のノードを複数配置して有することを特徴とする通信システム。
【請求項９】
通信システムを構成す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、他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングを利用して、自ノードからの通信タイミング信号の送信タイミングを決定し、この送信タイミング及び他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングに基づいて、自ノードからデータ信号を送信するタイムスロットを決定し、近傍ノードの通信タイミングの変動量に基づいて、通信システムの定常状態、過渡状態を判定する通信タイミング制御方法において、
過渡状態強制移行有無判定手段と通信タイミング位置移動手段とを備え、
上記過渡状態強制移行有無判定手段は、定常状態のとき、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があるか否かを判定し、
上記通信タイミング位置移動手段は、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があるときに、その近傍ノードが自ノードからの通信タイミング信号を検知できるタイミング位置に、自ノードからの送信タイミングを移動する
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、例えば、時分割型無線ネットワークシステムに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークに配備された複数のノード間で通信タイミング信号（インパルス信号）を授受し合い、それに基づいて、送信データ信号の衝突が発生しないように、各ノードが自己のタイムスロットを自律的に制御、決定する方法が提案されている（特許文献１参照）。ここで、各ノードは、通信タイミング信号をほぼ周期的に送信する。また、周囲のノードからの通信タイミング信号を受信し、自ノードの通信タイミング信号の送信タイミングを調整する。
【０００３】
ネットワークにデータ信号を送信しようとするノードは、自ノードが通信タイミング信号を送信してから、次の順番の他ノードが通信タイミング信号を送信する直前まで（この期間が当該ノードのタイムスロットとなる）データ信号を送信することができる。
【０００４】
ここで、各ノードの通信タイミング信号の送信タイミングが概ね等間隔でずれた定常状態に至る前の過渡状態では、各ノードは、データ送信を停止して通信タイミングの調整を行う。そして、定常状態において、各ノードは、自タイムスロット内でデータ送信を行う。定常状態であるか否かの判定は、例えば、通信タイミング信号の送出が先行するノードと後続するノードとの通信タイミング時間差が十分に確保されていることや、ノード毎の通信タイミング信号の受信周期の変動が小さいことなどを条件に行っている。
【特許文献１】特開２００５−０９４６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、各ノードが、定常状態で、自ノードに割り当てられたタイムスロットの全期間でデータ信号を送信していたような場合（言い換えると、タイムスロットでデータ信号を最大限送信した場合）、近接する位置のノードが、多少でもタイミング調整を行うと、一方のノードからのデータ信号と、他方のノードからの通信タイミング信号などとが衝突して、一方のノードは他方のノードのタイミング調整を検知できず、その後も信号の衝突が起きる可能性がある。言い換えると、一方のノードがタイミング調整を行っても、信号衝突によって、他方のノードがそのタイミング調整を検知できずに無反応で、相互調整（相互作用）が機能しない可能性がある。
【０００６】
各ノードが自己のタイムスロットを自律的に制御、決定する従来方法では、定常状態になっても、相互作用のために、通信タイミング信号の送出タイミングを僅かに変化させることがあり、上述のような不都合が生じることもあり得る。
【０００７】
自ノードのタイムスロットと、その前後をタイムスロットとしている前後のノードの通信タイミングとの間に、マージン範囲（マージン区間）を設けて、マージン範囲ではデータ信号の送信を行わないようにすれば、近接する通信タイミング位置のノードがタイミング調整を行っても、調整がマージン範囲内であれば衝突を回避することができる。
【０００８】
しかし、信号の衝突が発生しないようにとマージン範囲を多く取ると、データ通信の効率が低下する。
【０００９】
そのため、定常状態から過渡状態への変化が必要なときでも、できるだけ信号の衝突を回避しながら通信効率を挙げることが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、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】
【００１０】
第１の本発明は、通信システムを構成す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、他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングを利用して、自ノードからの通信タイミング信号の送信タイミングを決定し、この送信タイミング及び他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングに基づいて、自ノードからデータ信号を送信するタイムスロットを決定し、近傍ノードの通信タイミングの変動量に基づいて、通信システムの定常状態、過渡状態を判定する通信タイミング制御装置において、（１）定常状態のとき、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があるか否かを判定する過渡状態強制移行有無判定手段と、（２）上記過渡状態強制移行有無判定手段が、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があると判定したときに、その近傍ノードが自ノードからの通信タイミング信号を検知できるタイミング位置に、自ノードからの送信タイミングを移動する通信タイミング位置移動手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明は、通信システムを構成す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、他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングを利用して、自ノードからの通信タイミング信号の送信タイミングを決定し、この送信タイミング及び他ノードからの通信タイミング信号の受信タイミングに基づいて、自ノードからデータ信号を送信するタイムスロットを決定し、近傍ノードの通信タイミングの変動量に基づいて、通信システムの定常状態、過渡状態を判定する通信タイミング制御方法において、過渡状態強制移行有無判定手段と通信タイミング位置移動手段とを備え、（１）上記過渡状態強制移行有無判定手段は、定常状態のとき、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があるか否かを判定し、（２）上記通信タイミング位置移動手段は、近傍ノードに過渡状態と認識させる必要性があるときに、その近傍ノードが自ノードからの通信タイミング信号を検知できるタイミング位置に、自ノードからの送信タイミングを移動することを特徴とする。
【００１２】
第３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備えることを特徴とする。
【００１３】
第４の本発明の通信システムは、第３の本発明のノードを複数配置して有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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、定常状態から過渡状態への変化が必要なときでも、できるだけ信号の衝突を回避しながら通信効率を挙げることができる。
【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、図面を参照しながら詳述する。
【００１６】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１実施形態のノード１０の内部構成を示すブロック図である。第１の実施形態の通信システムは、図１に示す内部構成を有する複数のノードが分散配置されたものである。
【００１７】
図１において、第１実施形態のノード１０は、通信タイミング信号受信手段１１、通信タイミング計算手段１２、通信タイミング信号送信手段１３、同調判定手段１４、データ通信手段１５、衝突判定手段１６及び通信タイミング位置移動手段１７を有する。
【００１８】
なお、通信タイミング信号受信手段１１、通信タイミング計算手段１２、通信タイミング信号送信手段１３、同調判定手段１４、衝突判定手段１６及び通信タイミング位置移動手段１７でなる部分が、通信タイミング制御装置を構成している。
【００１９】
なお、通信タイミング信号受信手段１１、通信タイミング計算手段１２、通信タイミング信号送信手段１３、同調判定手段１４及びデータ通信手段１５は、特許文献１に記載のノードのものと同様の機能を担っているものである。
【００２０】
通信タイミング信号受信手段１１は、近傍のノード（当該ノードの発信電波が届く範囲に存在する他のノード）が送信した通信タイミング信号を受信するものである。
【００２１】
通信タイミング計算手段１２は、通信タイミング信号受信手段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するものである。ここで、当該ノードをノードｉ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】
2007243583.tif 000003
【００２２】
（１）式は、通信タイミング信号受信手段１１から与えられた信号に応じて、自ノードｉ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ω（固有角振動数パラメータ）は、各ノード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、ωの値は例えばシステム全体で同一値に統一している。関数Ｐｋ（ｔ）は、近傍ノードｋ（ｋは１〜Ｎまでとする）から受信した通信タイミング信号を表しており、関数Ｒ（θｉ（ｔ），σ（ｔ））は、他ノードからの通信タイミング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。
【００２３】
（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通信タイミング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２を用いて詳述する。なお、図２に示す状態変化は、通信タイミング信号送信手段１３の機能も関係している。
【００２８】
図２は、ある１つのノードｉ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）ｊとの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２は、着目ノードｉに対して近傍ノードｊが１個存在する場合である。図２において、円上を回転する２つの質点の運動は、着目ノードと近傍ノード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、２つの質点には相互に逆相になろうとし、仮に、図２（ａ）に示すように初期状態で２つの質点の位相が近くても、時間経過と共に、図２（ｂ）に示す状態（過渡状態）を経て、図２（ｃ）に示すような２つの質点の位相差がほぼπである定常状態に変化していく。
【００３０】
２つの質点は、それぞれ固有角振動数パラメータω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、ノード間で通信タイミング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、２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α（例えばα＝０）のときに通信タイミング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】
上述の安定な位相関係（定常状態）の形成は、近傍ノード数の変化に対して非常に適応的（柔軟）な性質を持つ。例えば、今、着目ノードに対して近傍ノードが１個存在し、安定な位相関係（定常状態）が形成されているときに、近傍ノードが１個追加されたとする。定常状態は一旦崩壊するが、過渡状態を経た後、近傍ノードが２個の場合における新たな定常状態を再形成する。また、近傍ノードが削除された場合や故障等により機能しなくなった場合においても、同様に適応的な動作をする。
【００３２】
通信タイミング計算手段１２は、得られた位相信号θｉ（ｔ）に基づいて、通信タイミング信号の送信タイミングを定めて、通信タイミング信号送信手段１３に指示する。すなわち、位相信号θｉ（ｔ）が所定の位相α（０≦α＜２π）になると、通信タイミング信号の送信を指示する。ここで、所定の位相α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、α＝０にシステム全体で統一されているとして説明する。図２の例で言えば、ノードｉとノードｊとでは、定常状態で相互の位相信号θｉ（ｔ）及びθｊ（ｔ）がπだけずれているので、α＝０にシステム全体で統一しても、ノードｉからの通信タイミング信号の送信タイミングと、ノードｊからの通信タイミング信号の送信タイミングとはπだけずれる。
【００３３】
通信タイミング信号送信手段１３は、通信タイミング信号を、通信タイミング計算手段１２からの位相信号θｉ（ｔ）が所定の位相αになったときに送信するものである。
【００３４】
同調判定手段１４は、自ノードや１又は複数の近傍ノードの間で行われる通信タイミング信号の送信タイミングの相互調整が、「過渡状態」（図２（ｂ）参照）あるいは「定常状態」（図２（ｃ）参照）のいずれの状態にあるかを判定するものである（同調判定を行う）。同調判定手段１４は、通信タイミング信号の受信タイミング及び通信タイミング信号の自ノードからの送信タイミングを観測し、通信タイミング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十分であって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は、自ノードからの通信タイミング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）を利用する。
【００３５】
同調判定手段１４は、同調判定結果が「定常状態」を示す場合に、位相信号θｉ（ｔ）の周期毎に、当該ノードからのタイムスロットを定めてデータ通信手段１５に指示する。
【００３６】
データ通信手段１５は、同調判定手段１４から通達されたタイムスロット内で、ネットワークにデータ信号を送信し、また、当該ノードのタイムスロット期間外で、ネットワークから到来したデータ信号を受信する機能を担っている。なお、図１では、データ信号の出力元であると共に、受信データ信号の供給先である情報処理構成を省略している。
【００３７】
第１の実施形態で新たに設けられた衝突判定手段１６は、自ノードが送信する信号が、自ノードの通信タイミングに先行する他ノード又は後続する他ノードが送信する信号と衝突する可能性があるか否かを判定する機能を持っている。
【００３８】
一般に、無線通信では、信号の衝突を検知することができない（どの信号とどの信号とが衝突したかを弁別することができない）。そのため、衝突判定手段１６は、通信タイミング信号受信手段１１からの他ノードの通信タイミング信号の受信タイミングと、通信タイミング計算手段１２が計算した自ノードの位相信号に基づいて、自ノードが通信タイミングの調整を行っても、先行する他ノード又は後続する他ノードが通信タイミングの調整を行わなければ、自ノードとその他ノードからの信号が衝突しているというようにして衝突可能性を判定する。判定の具体的方法については、動作の項で明らかにする。
【００３９】
第１の実施形態で新たに設けられた通信タイミング位置移動手段１７は、先行する他ノード又は後続する他ノードが、自ノードから発信した通信タイミング信号を受信することができるタイミング位置を決定し、その位置に、自ノードの送信タイミング（位相信号）を移動する機能を担っている。
【００４０】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態のノードの動作を説明する。特に、衝突判定手段１６及び通信タイミング位置移動手段１７の動作を中心に説明する。
【００４１】
以下、図３に示すように、４個のノードＮ１〜Ｎ４があり、各ノードＮ１、…、Ｎ４が送信した信号は他のノードに届く場合を例にし、ノードＮ２が、周囲の３ノードＮ１、Ｎ３、Ｎ４と通信タイミングを取りながら、データ通信を行う場合の動作を説明する。
【００４２】
図４は、第１の実施形態のノードにおける通信タイミングの制御動作を示すフローチャートである。
【００４３】
ノードＮ２が、周囲ノードＮ１、Ｎ３、Ｎ４から通信タイミング信号、データ信号を受信し、自ノードからも通信タイミング信号を送信する段階から説明する。また、通信タイミングの順番は、現状、Ｎ１−Ｎ２−Ｎ３−Ｎ４−Ｎ１であるとして説明する。
【００４４】
［ステップＳ１］
衝突判定手段１６において、通信タイミングが先行する他ノードＮ１と自ノードＮ２との通信タイミングの時間差（通信タイミング差）、自ノードＮ２の通信タイミングの送信周期情報を用いて信号の衝突可能性の判定を行う。ここで、自ノードＮ２の通信タイミングの送信周期を短縮させて先行ノードＮ１の通信タイミングに近付けても、先行ノードＮ１が、自ノードＮ２との通信タイミング差を開くような相互作用を起こさない場合には衝突と判定する。従って、衝突と判定するためには、過去の周期の履歴をとっておくことを要する。
【００４５】
信号の衝突とは、データ信号同士の衝突、通信タイミング信号とデータ信号との衝突、通信タイミング信号同士の衝突のいずれの態様も含む概念である。
【００４６】
［ステップＳ２］
衝突判定手段１６が衝突と判定したならば、定常状態での送信周期から定まる時刻から、通信タイミング位置移動手段１７の機能によって変動を与えた時刻に、通信タイミング信号送信手段１３は通信タイミング信号を送信する。定常状態での周期に、通信タイミング位置移動手段１７に予め設定しておいた周期の変化量閾値εよりも、大きな周期の変化量を加えた通信タイミングで送信し、先行する他ノードＮ１が過渡状態と認識できるようにする。
【００４７】
ここで、周期の変化量閾値εは、同調判定手段１４が、定常状態を維持しているか、定常状態から外れたかを判断する際の閾値に対応しているものである。
【００４８】
［ステップＳ３］
同調判定手段１４は、自ノードＮ２との通信範囲にある他ノードＮ１、Ｎ３、Ｎ４と通信タイミングの調整が完了したかを判定する。
【００４９】
［ステップＳ４］
過渡状態では、近傍ノードＮ１、Ｎ３、Ｎ４のタイミングが大幅に変更している可能性があるので、衝突回避するためにデータ信号の送信を停止する。
【００５０】
［ステップＳ５］
定常状態になっていれば、データ通信手段１５は、データ通信を行う。
【００５１】
［ステップＳ６］
続けて送信するデータがあれば、上述したステップＳ１に戻り、近傍ノードと送信タイミングを調整しながらデータ信号を送信する。
【００５２】
次に、図３の４ノードＮ１〜Ｎ４が通信タイミングの制御を行い、図５（ａ）に示すようなタイムスロットの割り当てがあった場合から、動作例を説明する。なお、図４において、符号ＣＮ１〜ＣＮ４はそれぞれ、ノードＮ１〜Ｎ４の通信タイミング信号の送信を表し、符号ＤＮ１〜ＤＮ４はそれぞれ、ノードＮ１〜Ｎ４のデータ信号の送信を表している。また、各ノードＮ１、…、Ｎ４は、自タイムスロット幅で送信可能な最大限のデータ信号を送信しているとする。
【００５３】
このような状態において、ノードＮ２が通信タイミングの調整を行い、図５（ｂ）に示すように、ノードＮ１の通信タイミング信号ＣＮ１とノードＮ２の通信タイミング信号ＣＮ２との間隔が狭まったとする。言い換えると、ノードＮ２の通信タイミング信号ＣＮ２が、ノードＮ１の通信タイミング信号ＣＮ１に接近したとする。
【００５４】
ノードＮ２がタイミング調整を行っても、先行するノードＮ１がタイミング調整を行っていないために、ノードＮ２においては、信号が衝突すると判定する（Ｓ１）。
【００５５】
そのため、ノードＮ２は、図５（ｃ）に示すように、１周期後の通信タイミング信号を送信する際には、今までの流れからノードＮ１が検知できると推測する送信タイミングから、さらに周期の変化量閾値ε以上遅らせたタイミングで、通信タイミング信号ＣＮ２を送信する（Ｓ２）。
【００５６】
他ノードＮ１、Ｎ３、Ｎ４は、通信タイミング信号ＣＮ２が、前回より、周期の変化量閾値ε以上、調整されていることにより、過渡状態と判定する。また、ノードＮ２も、自身がタイミング調整を行ったことにより、過渡状態になる（図５（ｄ）；Ｓ３）。
【００５７】
ノードＮ１〜Ｎ３は、データ信号の送信を一時停止する。なお、このような場合においても、自己のタイムスロットに変化が少ないノードＮ４は、継続してデータ信号の送信を行うようにしても良く、ノードＮ４も、データ信号の送信を停止するようにしても良い。
【００５８】
ノードＮ２は、ノードＮ１に接近するようにタイミング調整を行い、通信タイミング信号ＣＮ２を送信する（ステップＳ４）。ノードＮ１は、ステップＳ４の段階にあり、データ送信を停止しているので、ノードＮ１とノードＮ２の通信タイミング信号が接近しても信号の衝突は起こらない。
【００５９】
定常状態になると、全ノードＮ１〜Ｎ４がデータ送信を再開する（図５（ｅ）；Ｓ５）。
【００６０】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
上記第１の実施形態によれば、衝突する可能性のある通信タイミング差になっても先行する他ノードのタイミングが変動しない場合、先行ノードの通信タイミングと逆方向に自ノードの通信タイミングをずらし、先行する他ノードが過渡状態と認識し得るようにして、先行する他ノードからのデータ送信を停止させるようにしたので、先行する他ノードがタイムスロットの全期間を使ってデータ信号を送信していたとしても、通信タイミングの相互調整を行うことができる状態にすることができる。
【００６１】
（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、図面を参照しながら詳述する。
【００６２】
図６は、第２の実施形態のノード１０Ａの内部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。
【００６３】
第２の実施形態のノード１０Ａは、上述した第１の実施形態のノード１０の内部構成に加えて、タイミング移動先保持手段１８を有している。タイミング移動先保持手段１８は、衝突判定時の通信タイミングの移動先を定めるための補助情報（後述する通信タイミング差）を保持する機能を担っている。
【００６４】
以下、第２の実施形態の通信システムの動作を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６５】
各ノードは、他ノードからの通信タイミング信号を受信する毎に、タイミング移動先保持手段１８に、自ノードの通信タイミング信号の送信時点を基準とした通信タイミング差を保持する。
【００６６】
そして、上述したステップＳ４（図４参照）での通信タイミングの調整では、このタイミング移動先保持手段１８に保持している通信タイミング差に先行する位置に、通信タイミング信号の送信タイミングを移動することを行う。
【００６７】
例えば、図７（ａ）に示すように、ノードＮ２は、他ノードＮ１、Ｎ３、Ｎ４の通信タイミング信号を受信する毎に、自ノードＮ２との通信タイミング差θＣＮ１、θＣＮ２、θＣＮ３をタイミング移動先保持手段１８で保持しておく。通信タイミング差θＣＮ１は、ノードＮ１から通信タイミング信号を受信したときの通信タイミング差を表している。
【００６８】
ノードＮ２が、先行するノードＮ１との信号が衝突すると判定すると、タイミング位相先保持手段１８に保持している通信タイミング差θＣＮ１に先行する位置に、通信タイミングを移動し、次の周期では、この位置で通信タイミング信号ＣＮ２の送信を行う（図７（ｂ））。ノードＮ１は、ノードＮ２が自身に先行する位置に通信タイミングを挿入したため、ノードＮ２の通信タイミング信号ＣＮ２と自ノードＮ１の通信タイミング信号ＣＮ１の間隔を広がるように通信タイミングの調整を行う。
【００６９】
図７（ｃ）に示すようにノード間の通信タイミング差がバランス良く（例えば等間隔になると）なって安定すると、定常状態となり、全てのノードがデータ送信を再開する。図７（ｃ）に示すような定常状態では、ノードＮ２の先行ノードはノードＮ４となるので、ノードＮ２は、ノードＮ４との衝突判定を行うことになる。
【００７０】
なお、通信タイミング位置を移動しても、先行ノード又は後続ノードが通信タイミングを調整しない場合にはさらに通信タイミングを移動する。
【００７１】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、先行するノードよりさらに前で通信タイミングを取るようにしたので、新規ノードが通信タイミングを開始したのと同様の作用があり、近傍ノードを確実に過渡状態に遷移させることができるという効果を奏する。
【００７２】
（Ｃ）第３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、図面を参照しながら詳述する。
【００７３】
図８は、第３の実施形態のノード１０Ｂの内部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。
【００７４】
第３の実施形態のノード１０Ｂは、上述した第１の実施形態のノード１０の内部構成に加えて、データ送信幅計算手段１９を有している。データ送信幅計算手段１９は、自ノードのタイムスロット内でデータ送信に割り当てる時間を計算する機能を担っている。
【００７５】
以下、第３の実施形態の通信システムの動作を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７６】
上述したステップＳ３（図４参照）で過渡状態と判定された後の動作が、第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態では、過渡状態では、データ信号の送信を停止するようにしていたが、第３の実施形態では、信号の衝突が起きない範囲で送信を行おうとしたものである。
【００７７】
最大通信タイミング調整幅ε２を設定し、１フレーム周期では、それ以内でタイミングを調整することとした。ここで、最大通信タイミング調整幅ε２は、例えば、第１の実施形態で言及した「周期の変化量閾値ε」より大きい。
【００７８】
そして、過渡状態では、「データ送信幅＝タイムスロット幅−最大通信タイミング調整幅ε２」の範囲内でデータ送信をする。データ送信幅計算手段１９は、このようなデータ信号を送信し得るデータ送信幅を計算する。
【００７９】
衝突判定したノードＮ２の通信タイミング位置の移動後は、図９（ａ）に示すような通信タイミングとなる。そして、ノードＮ２、Ｎ３はそれぞれ、タイムスロット幅から最大通信タイミング調整幅ε２より短い間、データ送信を行う。
【００８０】
１周期以降では、ノードＮ１も、相互作用により、前周期でのタイムスロット幅から最大通信タイミング調整幅ε２だけ短い期間、データ送信を行う。
【００８１】
以上のように、過渡状態の間は、タイムスロット幅を狭めてデータ送信を行い、定常状態になれば、タイムスロット内でデータ送信を行う。データ送信幅計算手段１９は、例えば、定常状態では機能を停止させておく。
【００８２】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、過渡状態でも、データ送信幅計算手段で計算したデータ送信幅の範囲でデータ信号の送信を行うようにしたので、信号の衝突を起こさないようにしながら、通信効率を、第１の実施形態より、高めることができるという効果を奏する。
【００８３】
（Ｄ）他の実施形態
上記各実施形態は、特許文献１に記載の従来技術を前提としたものであってが、特許文献１に記載の従来技術ではなく、通信タイミング信号を授受し合うことに基づいた相互作用により周期的にタイムスロットを自律的に割り当てる、その他の技術に対して適用できることは勿論である。
【００８４】
また、上記各実施形態では、自ノードの通信タイミングの調整によって過渡状態への移行が必要になった場合を示したが、これに限らず、何らかの原因で、周囲ノードを過渡状態に遷移させたいときにも、本発明の技術思想を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第１実施形態のノードの内部構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の通信タイミング計算手段の原理動作の説明図である。
【図３】第１の実施形態の動作説明に用いるノード配置の例を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態のノードにおける通信タイミングの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態のノード間の特徴的な相互作用を示す説明図である。
【図６】第２の実施形態のノードの内部構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態のノード間の特徴的な相互作用を示す説明図である。
【図８】第３の実施形態のノードの内部構成を示すブロック図である。
【図９】第３の実施形態のノード間の特徴的な相互作用を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１０Ａ、１０Ｂ…ノード、１１…通信タイミング信号受信手段、１２…通信タイミング計算手段、１３…通信タイミング信号送信手段、１４…同調判定手段、１５…データ通信手段、１６…衝突判定手段、１７…通信タイミング位置移動手段、１８…タイミング移動先保持手段、１９…データ送信幅計算手段。
【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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【図８】
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【図９】
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