(57)【要約】【課題】  位相相互作用を惹起させるインパルス信号の発信衝突を防止して、各ノードにタイムスロットを適切に割り当てる。【解決手段】  自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて自ノードからのデータ送信タイミングを決定する各ノードに搭載されている通信タイミング制御装置に関する。各ノードは、自ノード及び他ノードの時刻情報、位相情報及びノードタイプを含むノードデータを送信する。従って、１回の受信によって、位相相互作用の演算に供する、複数の他ノードのノードデータを得ることができる。また、自ノードとノードタイプが異なる他ノードとの位相相互作用では位相反発特性を機能させ、自ノードとノードタイプが同一の他ノードとの位相相互作用では位相同期特性を機能させる。このとき、位相反発特性と位相同期特性とを一定時間間隔で交互に機能させる。【選択図】      図１
2007195044.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搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御装置であって、
ノードデータ受信手段、ノードデータ更新手段、通信タイミング計算手段及びノードデータ送信手段を備え、
上記ノードデータ受信手段は、他ノードからの、時刻情報及び位相情報を少なくとも含むノードデータを受信する機能を有し、
上記ノードデータ更新手段は、受信した他ノードのノードデータが最新のときに、自ノードに格納されている、該当する他ノードのノードデータを更新する機能を有し、
上記通信タイミング計算手段は、上記ノードデータ更新手段が格納している他ノードのノードデータに含まれている位相情報と、自ノードの位相状態とから、非線形振動をモデル化した位相算出演算式に基づく位相算出演算を実行して、自ノードの新たな位相状態を決定する機能を有し、
上記ノードデータ送信手段は、自ノード及び他ノードのノードデータを送信する機能を有する
ことを特徴とする通信タイミング制御装置。
【請求項２】
上記ノードデータにはノードタイプ情報が含まれており、
他ノードのノードタイプ情報に基づいて、自ノードのノードタイプを選択するノードタイプ選択手段をさらに有すると共に、
上記通信タイミング計算手段は、位相反発特性と位相同期特性とを融合させた位相算出演算式を適用し、自ノードとノードタイプが異なる他ノードとの位相相互作用では位相反発特性を機能させ、自ノードとノードタイプが同一の他ノードとの位相相互作用では位相同期特性を機能させて、新たな位相状態を決定する
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】
上記通信タイミング計算手段は、位相反発特性と位相同期特性とを一定時間間隔で交互に機能させ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】
上記インパルス信号送信手段は、自ノードのノードデータと、上記ノードデータ更新手段に格納されている、自ノードから数ホップ範囲内の他ノードのノードデータとを送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信タイミング制御装置。
【請求項５】
通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御装置であって、
ノードタイプ選択手段、通信タイミング計算手段及びインパルス信号通信手段を備え、
上記インパルス信号通信手段は、少なくとも、自ノード及び他ノードのノードタイプ情報と、送信元ノードの送信タイミングを示す位相情報とを、自ノード及び他ノード間で送受信し、
上記ノードタイプ選択手段は、他ノードのノードタイプ情報に基づいて、自ノードのノードタイプを選択し、
上記通信タイミング計算手段は、位相反発特性と位相同期特性とを融合させた非線形振動をモデル化した位相算出演算式を適用し、自ノードとノードタイプが異なる他ノードとの位相相互作用では位相反発特性を機能させ、自ノードとノードタイプが同一の他ノードとの位相相互作用では位相同期特性を機能させて、新たな位相状態を決定するものであって、位相反発特性と位相同期特性とを一定時間間隔で交互に機能させる
ことを特徴とする通信タイミング制御装置。
【請求項６】
上記通信タイミング計算手段は、上記ノードタイプ選択手段による選択処理が収束していない状態では、位相反発特性のみを機能させ、上記ノードタイプ選択手段による選択処理が収束している状態では、位相反発特性と位相同期特性とを一定時間間隔で交互に機能させることを特徴とする請求項５に記載の通信タイミング制御装置。
【請求項７】
通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御方法であって、
ノードデータ受信手段、ノードデータ更新手段、通信タイミング計算手段及びノードデータ送信手段を備え、
他ノードからの、時刻情報及び位相情報を少なくとも含むノードデータを受信する、上記ノードデータ受信手段が実行するノードデータ受信工程と、
受信した他ノードのノードデータが最新のときに、自ノードに格納されている、該当する他ノードのノードデータを更新する、上記ノードデータ更新手段が実行するノードデータ更新工程と、
格納されている他ノードのノードデータに含まれている位相情報と、自ノードの位相状態とから、非線形振動をモデル化した位相算出演算式に基づく位相算出演算を実行して、自ノードの新たな位相状態を決定する、上記通信タイミング計算手段が実行する通信タイミング計算工程と、
自ノード及び他ノードのノードデータを送信する、上記ノードデータ送信手段が実行するノードデータ送信工程とを含む
ことを特徴とする通信タイミング制御方法。
【請求項８】
通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御方法であって、
ノードタイプ選択手段、通信タイミング計算手段及びインパルス信号通信手段を備え、
少なくとも、自ノード及び他ノードのノードタイプ情報と、送信元ノードの送信タイミングを示す位相情報とを、自ノード及び他ノード間で送受信する、上記インパルス信号通信手段が実行するインパルス信号通信工程と、
他ノードのノードタイプ情報に基づいて、自ノードのノードタイプを選択する、上記ノードタイプ選択手段が実行するノードタイプ選択工程と、
位相反発特性と位相同期特性とを融合させた非線形振動をモデル化した位相算出演算式を適用し、自ノードとノードタイプが異なる他ノードとの位相相互作用では位相反発特性を機能させ、自ノードとノードタイプが同一の他ノードとの位相相互作用では位相同期特性を機能させて、新たな位相状態を決定する工程であって、位相反発特性と位相同期特性とを一定時間間隔で交互に機能させる、上記通信タイミング計算手段が実行する通信タイミング計算工程とを含む
ことを特徴とする通信タイミング制御方法。
【請求項９】
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１０】
請求項９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。
【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、センサネットワークあるいはＬＡＮ（Local  Area  Network）に接続された複数の機器から構成されるシステム等のように、空間に分散配置された多数のノードや移動体に設置されたノードが、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（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、ＴＤＭＡ方式の場合、タイムスロットの割り当てを行なう集中管理ノードが故障したときに通信システムがダウンしてしまう等の問題があるために、集中管理サーバを必要とせず、個々のノードが自律分散的にタイムスロットの割り当てを相互調整することによって、通信データの衝突を回避する方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記提案されている各ノードが自律分散的にタイムスロットの割り当てを調整する方法は、各ノードが近傍ノードとの間で周期的なインパルス信号の送受信により相互作用することで調整する技術である。
【０００５】
すなわち、非線形振動をモデル化した数式を用いて、他ノードがインパルス信号を発信するタイミングに応じて、自ノードがインパルス信号を発信するタイミングを調整するものである。これにより、各ノードおいて、自ノード及び他ノードのインパルス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うことにより、自律分散的なタイムスロットの獲得を実現することができる。
【０００６】
ところで、複数のノードを空間に配置する際の配置形態には、種々の形態が存在し、例えば、複数のノードを格子状に配置する形態がある。このような複数ノードの格子状配置に対しても、自律分散的なタイムスロットの獲得（割当）方法を適用することが考えられる。
【特許文献１】特開２００５−０９４６６３号公報
【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】
【０００７】
ここで、複数のノードを格子状に空間配置する場合において、例えば、隣接（第１近傍範囲）のノード間だけでタイムスロットを相互分割するようにすれば、個々のノードが獲得するタイムスロットを最大化することができる。なお、ノードｉの第ｋ近傍範囲（ｋ＝１、２、３、…）内のノードとは、ノードｉからｋホップで到達可能（ノードｉから他ノードの中継を経て、全部でｋ回の発信で到達可能）なノードを意味する。
【０００８】
しかし、格子状に空間配置する場合において相互作用を行う領域を上記のように選定した場合には、相互作用を行う領域が、一部重複して多数存在し、異なる相互作用領域の中で、インパルス信号の送受信処理をほぼ同期したタイミングで実行する領域もかなり多い。その結果、インパルス信号の発信衝突の恐れがある。
【０００９】
格子状配置でないネットワークであっても、格子状配置での技術に準じた技術を適用し得るノード配置のネットワークが存在する。このようなネットワークに対して、上述のような隣接（第１近傍範囲）のノード間だけでタイムスロットを相互分割するという方法を適用した場合には、上記と同様な課題を生じる。
【００１０】
そのため、インパルス信号の発信衝突を防止しつつ、位相相互作用によって、各ノードにタイムスロットを適切に割り当て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】
【００１１】
かかる課題を解決するため、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搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御装置であって、ノードデータ受信手段、ノードデータ更新手段、通信タイミング計算手段及びノードデータ送信手段を備え、（１）上記ノードデータ受信手段は、他ノードからの、時刻情報及び位相情報を少なくとも含むノードデータを受信する機能を有し、（２）上記ノードデータ更新手段は、受信した他ノードのノードデータが最新のときに、自ノードに格納されている、該当する他ノードのノードデータを更新する機能を有し、（３）上記通信タイミング計算手段は、上記ノードデータ更新手段が格納している他ノードのノードデータに含まれている位相情報と、自ノードの位相状態とから、非線形振動をモデル化した位相算出演算式に基づく位相算出演算を実行して、自ノードの新たな位相状態を決定する機能を有し、（４）上記ノードデータ送信手段は、自ノード及び他ノードのノードデータを送信する機能を有することを特徴とする。
【００１２】
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に搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御装置であって、ノードタイプ選択手段、通信タイミング計算手段及びインパルス信号通信手段を備え、（１）上記インパルス信号通信手段は、少なくとも、自ノード及び他ノードのノードタイプ情報と、送信元ノードの送信タイミングを示す位相情報とを、自ノード及び他ノード間で送受信し、（２）上記ノードタイプ選択手段は、他ノードのノードタイプ情報に基づいて、自ノードのノードタイプを選択し、（３）上記通信タイミング計算手段は、位相反発特性と位相同期特性とを融合させた非線形振動をモデル化した位相算出演算式を適用し、自ノードとノードタイプが異なる他ノードとの位相相互作用では位相反発特性を機能させ、自ノードとノードタイプが同一の他ノードとの位相相互作用では位相同期特性を機能させて、新たな位相状態を決定するものであって、位相反発特性と位相同期特性とを一定時間間隔で交互に機能させることを特徴とする。
【００１３】
第３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搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御方法であって、ノードデータ受信手段、ノードデータ更新手段、通信タイミング計算手段及びノードデータ送信手段を備え、（１）他ノードからの、時刻情報及び位相情報を少なくとも含むノードデータを受信する、上記ノードデータ受信手段が実行するノードデータ受信工程と、（２）受信した他ノードのノードデータが最新のときに、自ノードに格納されている、該当する他ノードのノードデータを更新する、上記ノードデータ更新手段が実行するノードデータ更新工程と、（３）格納されている他ノードのノードデータに含まれている位相情報と、自ノードの位相状態とから、非線形振動をモデル化した位相算出演算式に基づく位相算出演算を実行して、自ノードの新たな位相状態を決定する、上記通信タイミング計算手段が実行する通信タイミング計算工程と、（４）自ノード及び他ノードのノードデータを送信する、上記ノードデータ送信手段が実行するノードデータ送信工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
第４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搭載されるものであって、自ノード及び他ノードの位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めて、自ノードからのデータ送信のタイミングを決定する通信タイミング制御方法であって、ノードタイプ選択手段、通信タイミング計算手段及びインパルス信号通信手段を備え、（１）少なくとも、自ノード及び他ノードのノードタイプ情報と、送信元ノードの送信タイミングを示す位相情報とを、自ノード及び他ノード間で送受信する、上記インパルス信号通信手段が実行するインパルス信号通信工程と、（２）他ノードのノードタイプ情報に基づいて、自ノードのノードタイプを選択する、上記ノードタイプ選択手段が実行するノードタイプ選択工程と、（３）位相反発特性と位相同期特性とを融合させた非線形振動をモデル化した位相算出演算式を適用し、自ノードとノードタイプが異なる他ノードとの位相相互作用では位相反発特性を機能させ、自ノードとノードタイプが同一の他ノードとの位相相互作用では位相同期特性を機能させて、新たな位相状態を決定する工程であって、位相反発特性と位相同期特性とを一定時間間隔で交互に機能させる、上記通信タイミング計算手段が実行する通信タイミング計算工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
第５の本発明のノードは、第１又は第２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。
【００１６】
第６の本発明の通信システムは、第５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】
【００１７】
本発明によれば、インパルス信号の発信衝突を防止しつつ、位相相互作用によって、各ノードにタイムスロットを適切に割り当てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（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。
【００１９】
（Ａ−１）第１の実施形態のノードの通信タイミング制御装置
図１は、第１の実施形態に係るノードの通信タイミング制御装置としての構成を概略的に示した機能ブロック図である。
【００２０】
図１において、各ノードの通信タイミング制御装置１０は、インパルス信号受信手段１１、ノードデータ更新手段１２、ノードタイプ選択手段１３、通信タイミング計算手段１４及びインパルス信号送信手段１５を有する。
【００２１】
インパルス信号受信手段１１は、近傍ノード（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）が発信したノードデータが付加されたインパルス信号を受信するものである。
【００２２】
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。この第１の実施形態の場合には、インパルス信号に、ノード識別番号、ノードの位相情報、インパルス信号を送信した際の時刻情報及びノードタイプ情報などでなるノードデータが付加されている。また、インパルス信号には、送信元ノード（中継送信である場合には中継ノードが該当する）のノード識別番号も含まれている。受信インパルス信号に付加されているノードデータは、後述するように１つとは限らず、むしろ複数であることが多い。あるノードＡの位相情報は、そのノードＡの通信タイミング計算手段１４が後述するような計算によって得た位相情報である。あるノードＡのノードタイプ情報は、そのノードＡのノードタイプ選択手段１３が後述するような選択処理によって得たノードタイプである。
【００２３】
インパルス信号受信手段１１は、受信インパルス信号に付加されている、送信元ノードのノード識別番号や、他ノードのノードデータを取り出してノードデータ更新手段１２に与えるものである。
【００２４】
この第１の実施形態の場合、あるノードからのインパルス信号は、他ノードの中継を経た後、２ホップで到達させる形態を用いることを想定している。ここで、インパルス信号は、直前の送信元ノードに係るノードデータが含まれたインパルス信号を初期インパルス信号と呼び、それより前の送信元ノードに係るノードデータが含まれたインパルス信号を応答インパルス信号と呼んで区別することとする。一般的には、あるインパルス信号は、初期インパルス信号かつ応答インパルス信号である。
【００２５】
ノードデータ更新手段１２は、初期インパルス信号又は応答インパルス信号を受信した場合には、受信したインパルス信号に含まれている各ノードデータのそれぞれについて、そのノード識別番号に関し、内部に既に格納しているノードデータの時刻情報と比較し、受信したノードデータの時刻情報の方が新しいときには、受信したノードデータに更新する。ノードデータ更新手段１２は、格納しているノードデータを受信したものに更新した他ノードのうち、自ノードから２ホップ範囲内の他ノードの受信ノードデータを、インパルス信号送信手段１５に与える。言い換えると、ノードデータ更新手段１２は、受信したノードデータのうち、自ノードから３ホップ（以上）離れている他ノードのノードデータを、更新はするが、インパルス信号送信手段１５には与えない。
【００２６】
なお、ノードデータ更新手段１２の格納内容は、後述するように、ノードタイプ選択手段１３や通信タイミング制御手段１４によって参照される。
【００２７】
インパルス信号送信手段１５は、ノードデータ更新手段１２から与えられた、自ノードから２ホップ内の他ノードのノードデータと、後述するように、通信タイミング制御手段１４から与えられた自ノードのノードデータとを、インパルス信号に付与して送信する。
【００２８】
図２は、あるノードがノードデータを取得できる他ノードの範囲と、送信インパルス信号にノードデータを付与する他ノードの範囲との説明図である。この第１の実施形態は、格子状ネットワークに限定されるものではないが、説明の簡単化のため、図２では格子状ネットワーク構成を示している。
【００２９】
ノードＮ３３は、ノードＮ２３、Ｎ３２、Ｎ３４、Ｎ４３からのインパルス信号を受信可能である。
【００３０】
今、ノードＮ３２からのインパルス信号が到達した場合を考える。このインパルス信号には、ノードＮ３２から２ホップ以内のノード（ノードＮ３２を含む）のノードデータが含まれている。すなわち、ノードＮ３２からのインパルス信号には、図２に白丸を付しているノードＮ１２、Ｎ２１〜Ｎ２３、Ｎ３０〜Ｎ３４、Ｎ４１〜４３、Ｎ５２のノードデータが含まれており、ノードＮ３３は、これらノードＮ２１、Ｎ２１〜Ｎ２３、Ｎ３０〜Ｎ３４（自ノードＮ３３を除く）、Ｎ４１〜４３、Ｎ５２のノードデータを格納し得る。
【００３１】
他の隣接ノードＮ２３、Ｎ３４、Ｎ４３からのインパルス信号も、それぞれ、そのノードから２ホップ以内のノードのノードデータが含まれている。
【００３２】
その結果、ノードＮ３３は、自ノードから３ホップ範囲内の他ノードのノードデータを取得することができる。自ノードＮ３３から３ホップの他ノードとしては、例えば、ノードＮ１２、Ｎ２１、Ｎ３０、Ｎ４１、Ｎ５２などを挙げることができる。
【００３３】
一方、自ノードＮ３３からのインパルス信号にノードデータを付与する他ノードの範囲は、２ホップ以内のノードである。すなわち、ノードＮ３３からのインパルス信号には、図２に×印を付しているノードＮ１３、Ｎ２２〜Ｎ２４、Ｎ３１〜Ｎ３５、Ｎ４２〜４４、Ｎ５３のノードデータが含まれる。
【００３４】
ノードＮ３３は、例えば、自ノードから３ホップ離れたノードＮ１２については、そのノードデータを受信可能であるが、自ノードからの送信インパルス信号には付与せず、すなわち、中継送信を実行しない。
【００３５】
ノードタイプ選択手段１３は、近隣ノードのノードタイプ情報などに応じて、自ノードのノードタイプを決定（選択）するものである。ノードタイプ選択手段１３によるノードタイプの選択方法については、後述する。
【００３６】
通信タイミング制御手段１４は、自ノード及び他ノードのノードタイプや、自ノード及び他ノードの位相情報などに基づいて、自ノードの新たな位相情報や、その新たな位相情報などに基づいて次の送信時刻を定めるものである。通信タイミング制御手段１４は、ノードタイプ選択手段１３から与えられた自ノードのノードタイプや、決定した新たな位相情報や次の送信時刻の情報をインパルス信号送信手段１５に与えるものである。
【００３７】
通信タイミング制御手段１４の機能の詳細については後述するが、位相情報の更新方法の概念（ノードタイプは反映されていない）を、図３及び図４を用いて簡単に説明すると、以下の通りである。
【００３８】
図３及び図４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）と近傍ノード（他ノード）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ゆく様子を示している。
【００３９】
図３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３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情報の値を表している。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。後述する（５）式に基づく動作により、２つの質点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２つの質点の位相が近くても、時間経過と共に、図３（ｂ）に示す状態（過渡状態）を経て、図３（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。
【００４０】
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）とする回転をしている。ここで、ノード間でインパルス信号（位相情報）の送受信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。定常状態においては、それぞれのノードが所定の位相（例えば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。
【００４１】
また、図４は、着目ノードｉに対して２個の近傍ノードｊ１、ｊ２が存在する場合を表している。近傍ノードが２個存在する場合においても、上述と同様に、それぞれ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（時間的な関係に関する安定性）を形成する。近傍ノード数が３個以上の場合についても同様である。
【００４２】
以上のような定常状態において、例えば、各ノードは、自ノードの回転位相が所定値（例えば０）になったときから、いずれかの他ノードの回転位相がその所定値になる、最も近い時点までの期間を自己の割当タイムスロットとし、図示しないデータ送信構成などに指示する。
【００４３】
（Ａ−２）ノードタイプ選択手段１３の詳細
ノードタイプ選択手段１３は、ノードデータ更新手段１２に格納されている近傍ノードのタイプ情報に基づいて自ノードについてのタイプ選択を行なうものである。
【００４４】
図５は、ノード間で授受されるノードタイプを示すものであって、ノードｉについての例を示している。ノードデータ更新手段１２は、各ノード毎にノードデータを格納する他、ノードタイプ選択手段１３の処理を考慮して、図５に示すようなノードタイプに関する整理した情報を作成していても良い。
【００４５】
図５において、Οｉｋ（ｋ＝１、２、３…）は、ノードｉの第（ｋ−１）近傍範囲を除いた第ｋ近傍範囲のノード集合を表している。τ（＊）は、ノードタイプあるいはノードタイプ集合を表している。すなわち、各ノードは、近傍ノードから受信したノードタイプの情報から、近傍ノードが自ノードｉから何ホップで到達可能な範囲に存在し、近傍ノードが選択したノードタイプを知ることができる。
【００４６】
送信インパルス信号に付与するノードタイプの情報は、近傍ノードから受信した全てのタイプ情報である必要はなく、例えば、図５に示すτ（ｉ）、τ（Οｉ１）、τ（Οｉ２）、τ（Οｉ３）であっても良い。
【００４７】
ノードタイプ選択手段１３は、上述したように、受信して格納した近傍ノードのノードタイプに基づいて、自ノードのノードタイプを選択するものである。
【００４８】
ここで、ノードタイプ選択手段１３は、例えば、自ノードのノードタイプの選択動作を、一定周期で繰り返し実行する。なお、このノードタイプ選択の繰り返し動作は、各ノード間で同期させて実行させる必要はなく、非同期で実行させるようにしても良い。
【００４９】
以下の説明において、各ノードに格納される近傍ノードのタイプ情報を、τ（Ο１）、τ（Ο２）、…、τ（Οｎ）と仮定して説明する。また、ノードタイプの種類を１、２、…、Ｎｔｙｐ（Ｎｔｙｐ：自然数）の番号で表す。この第１の実施形態では、簡単のため、タイプの種類数に相当する最大値Ｎｔｙｐの値は、全てのノードで均一と仮定する。また、Ｎｔｙｐの値は、例えば、予め実験的に決定しておくものとする。また、ノードｉからｎホップで到達可能なノードであって、タイプσ（σ∈｛１，２，…，Ｎｔｙｐ｝）を選択しているノード集合をΑｉｎとする。ノード集合Αｉｎの要素数、すなわち、ノードｉからｎホップで到達可能なノードであって、タイプσ（σ∈｛１，２，…，Ｎｔｙｐ｝）を選択しているノードの総数を｜Αｉｎ（σ）｜とする。ノードｉからｎホップで到達可能なノードの総数を｜Νｉｎ｜とする。
【００５０】
今、ノードｉがタイプσを選択している（すなわち、τ（ｉ）＝σ）と仮定する。このとき、まず、ノードタイプ選択手段１３は、ノードｉからｎホップで到達可能なノード集合の中で、ノードｉと同じタイプσを選択しているノードの総数｜Αｉｎ（σ）｜に基づいて、ノードｉの適応度Ｆｉ（σ）を、（１）式に従って求める。（１）式において、パラメータηは、例えば、実験的に決定される定数であり、η＞０である。
【数１】
2007195044.tif 000003
【００５１】
適応度Ｆｉ（σ）は、自ノードｉと近傍ノードとが同一ノードタイプを選択（重複選択）している程度を表す評価尺度であり、０＜Ｆｉ（σ）≦１の値を取る。適応度Ｆｉ（σ）は、自ノードｉと同じノードタイプσを選択しているノードが多いほど（つまり、重複選択が多いほど）低い値、逆に、自ノードｉと同じノードタイプσを選択しているノードが少ないほど（つまり、重複選択が少ないほど）高い値となる。ノードｉと同じノードタイプσを選択しているノードが存在しない場合のみ、適応度Ｆｉ（σ）＝１となる。
【００５２】
次に、ノードタイプ選択手段１３は、適応度Ｆｉ（σ）に基づいて、ノードｉにおける各ノードタイプρ（ρ∈｛１、２、…、Ｎｔｙｐ｝）の選択しやすさｆｉ（ρ）を（２）式及び（３）式に従って求める。（３）式において、ａ、ｂは例えば実験的に決定される定数であって、ａ＞０、ｂ≧０である。
【数２】
2007195044.tif 000004
【００５３】
ノードタイプρの選択しやすさｆｉ（ρ）は、適応度Ｆｉ（σ）が高いときには、ノードタイプρのｎホップノード集合Αｉｎ（σ）の値が０であるタイプ以外は選択されにくく、逆に、適応度Ｆｉ（σ）が低いときには、ノードタイプρのｎホップノード集合Αｎ（σ）の値が０のほか、比較的小さい値を取る場合も選択されやすいという特徴を持つ評価尺度である。
【００５４】
これは、適応度Ｆｉ（σ）が高いときには、近傍ノードが選択していないタイプ以外は選択されにくく、逆に、適応度Ｆｉ（σ）が低いときには、近傍ノードが選択していないタイプのほか、少数個の近傍ノードが選択しているタイプも選択されやすいということを意味する。タイプρの選択しやすさｆｉ（ρ）にこのような特徴を備えさせることで、一部のノードでタイプ選択が収束しない状態に陥る現象を抑制することができる。
【００５５】
次に、ノードタイプ選択手段１３は、得られたノードタイプρの選択しやすさｆｉ（ρ）に基づいて、ノードｉが各ノードタイプρ（ρ∈｛１、２、…、Ｎｔｙｐ｝）を選択する確率Ｐｉ（ρ）を（４）式に従って求める。
【数３】
2007195044.tif 000005
【００５６】
ノードタイプ選択手段１３は、得られた確率Ｐｉ（ρ）に基づいてタイプ選択を行なう。つまり、自ノードｉがノードタイプσを選択しているとき、その適応度Ｆｉ（σ）に応じて決まる各ノードタイプρの選択しやすさｆｉ（ρ）に基づく確率Ｐｉ（ρ）を算出し、この確率Ｐｉ（ρ）に基づいて、タイプ選択（タイプ選択の更新）を実行する。
【００５７】
タイプ選択処理は、上述したように、一定周期で繰り返し実行される。ノードタイプ選択手段１３は、例えば、適応度Ｆｉ（σ）がｃ（ｃは例えば実験的に決定される定数）以上であり、特定のノードタイプが持続的に（例えば、Ｎ周期以上継続して（Ｎ：自然数））選択されたときに、選択が収束したと判定する。
【００５８】
図６は、ノードｉのノードタイプ選択手段１３によるノードタイプ選択の処理手順例を示すフローチャートである。なお、近傍ノードのノードタイプの受信格納処理は、ノードデータ更新手段１２の機能であるので、図６では省略されている。
【００５９】
ノードタイプ選択手段１３はまず、自ノードｉのノードタイプσの初期値を設定する（ステップＳ１）。このとき、ノードタイプσの初期値は、ランダムに決定することができる。
【００６０】
所定の繰り返し周期で、ノードタイプ選択手段１３は、格納されている近傍ノードのノードタイプを読み出し、（１）式に従って、適応度Ｆｉ（σ）を算出する（ステップＳ２）。ここで、図６におけるＦｉ［ｔ］は、ノードタイプσを選択中のノードｉにおける時刻ｔの適応度Ｆｉ（σ）を表している。時刻ｔとは、１周期を単位とする離散時間（ｔ＝０、１、２、…）を表している。
【００６１】
ノードタイプ選択手段１３は、時刻ｔにおける適応度Ｆｉ［ｔ］を算出すると、その算出した適応度Ｆｉ［ｔ］と、１周期前（時刻ｔ−１）の適応度Ｆｉ［ｔ−１］とを比較する（ステップＳ３）。
【００６２】
そして、ノードタイプ選択手段１３は、現在時刻ｔの適応度Ｆｉ［ｔ］が時刻ｔ−１の適応度Ｆｉ［ｔ−１］以下のときには後述するステップＳ５に進み、現在時刻ｔの適応度Ｆｉ［ｔ］が時刻ｔ−１の適応度Ｆｉ［ｔ−１］より大きいときには、時刻ｔの適応度Ｆｉ［ｔ］とその時点での発生乱数δ（０＜δ＜１）とを比較する（ステップＳ４）。ノードタイプ選択手段１３は、適応度Ｆｉ［ｔ］が乱数δ以上であれば、次の周期になるのを待ち受け、適応度Ｆｉ［ｔ］が乱数δより小さければ、後述するステップＳ５に進む。
【００６３】
以上のように適乱数δをタイプ選択に利用するのは、適応度Ｆｉ［ｔ］が１周期前の値よりも増加して、比較的高い値を取っている場合においても、タイプ選択の更新が実行される状態を確率的に発生させるためである。これにより、一部のノードでタイプ選択が収束しない状態に陥る現象を抑制することができる。
【００６４】
ステップＳ５において、ノードタイプ選択手段１３は、（２）〜（４）式に従って、時刻ｔにおける各ノードタイプρ（ρ∈｛１、２、…、Ｎｔｙｐ｝）を選択する確率Ｐｉ［ｔ，ρ］を算出し、算出した各ノードタイプρの選択確率Ｐｉ［ｔ，ρ］に基づいて、いずれか１つのノードタイプを選択（更新）する。ここで、確率Ｐｉ［ｔ，ρ］は、時刻ｔにおける各ノードタイプρの選択確率Ｐｉ（ρ）を表している。例えば、選択確率Ｐｉ［ｔ，ρ］が最も高いノードタイプρを、自ノードｉの現在時刻ｔのノードタイプとする。なお、この選択基準の場合であれば、０〜１の範囲である選択確率Ｐｉ［ｔ，ρ］に正規化することなく、ノードタイプρの選択しやすさfｉ（ρ）の大小によって、ノードタイプを選択（更新）するようにしても良い。
【００６５】
ノードタイプ選択手段１３は、時刻ｔにおけるノードタイプを選択（更新）した後、例えば、適応度Ｆｉ（σ）がＦｉ（σ）≧ｃ（ｃは例えば実験的に決定される定数）を満たし、かつ、そのノードタイプが継続（例えば、Ｎ周期以上持続）して選択されたか否か、言い換えると、選択ノードタイプが収束したか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００６６】
ノードタイプ選択手段１３は、収束したと判定したとき、図６に示す一連の処理を終了する。一方、タイプが収束していないと判定したときには、ノードタイプ選択手段１３は、次の周期になるのを待ち受ける。
【００６７】
（Ａ−３）通信タイミング計算手段１４の詳細
次に、上述した通信タイミング計算手段１４の詳細について図面を参照して説明する。通信タイミング制御手段１４は、自ノード及び他ノードのノードタイプや、自ノード及び他ノードの位相情報及び送信時刻情報などに基づいて、自ノードの新たな位相情報や、その新たな位相情報などに基づいて次の送信時刻を定めるものである。以下では、特に、自ノードの位相情報の算出方法について説明する。
【００６８】
図７は、通信タイミング計算手段１４の詳細構成例を示すブロック図である。図７において、通信タイミング計算手段１４は、位相算出部３１、衝突率算出部３２、蓄積ストレス算出部３３、ストレス応答関数値算出部３４、位相応答関数特性決定部３５及び同期アライアンス部３６を有する。
【００６９】
通信タイミング計算手段１４は、自ノードｉの位相情報θｉ（ｔ）を決定するものであり、そのための計算を、例えば、（５）式及び（６）式のような非線形振動をモデル化した数式を用いて行う。
【数４】
2007195044.tif 000006
【００７０】
（５）式及び（６）式は、受信インパルス信号（相互作用範囲に存在する他ノードが発信したインパルス信号）によって得たノードデータや自ノードからのインパルス信号の送信タイミングに応じて、自ノードｉの非線形振動のリズムを時間的に変化させる規則（時間発展規則）を表す方程式である。以下、（５）及び（６）式における各記号の意味と処理の詳細を説明する。
【００７１】
変数ｔは時間（連続時間）を表す。上述したノードタイプ選択手段１３の詳細説明において、１周期の単位とする離散時間を表す記号として同じ記号ｔを用いたが、ここでは、それと異なる意味を示すものである。この明細書においては、多数の数式及びパラメータなどを扱うため、ｔだけでなく、同一記号を異なる意味で用いているが、出現した前後の段落でなるある項目の説明中では同じ意味で用いている。
【００７２】
関数θｉ（ｔ）は、時刻ｔにおける自ノードｉの非線形振動に対する位相を表す。関数θｉ（ｔ）は、ｍｏｄ２π（２πで割った余り）の演算を施すことにより、常に、範囲０≦θｉ（ｔ）＜２πの値を取るものである。
【００７３】
Δθｉｊ（ｔ）は、（６）式に示すように、他ノードｊの位相θｊ（ｔ）から自ノードｉの位相θｉ（ｔ）を引くことにより得られる位相差である。各ノードが位相θｉ（ｔ）＝０のときにインパルス信号を送信すると仮定すると、自ノードｉが観測可能な位相差Δθｉｊ（ｔ）は、他ノードｊからのインパルス信号を受信したタイミングにおける値のみであり、１周期に１回となる。このとき、位相差Δθｉｊ（ｔ）は、（６）式に示されるように、Δθｉｊ（ｔ）＝−θｉ（ｔ）となる。但し、位相差Δθｉｊ（ｔ）は、２πを加算した値にｍｏｄ２π（２πで割った余り）の演算を施すことにより、便宜的に範囲０≦Δθｉｊ（ｔ）＜２πの値を取るものとする。この第１の実施形態では、位相差Δθｉｊ（ｔ）を上記のように与えられる量とする。なお、上記では、各ノードが位相θｉ（ｔ）＝０のときにインパルス信号を送信すると仮定したが、このような仮定をしても一般性を失うものではない。
【００７４】
上記では、インパルス信号の直接の送信元である他ノードからの受信を捉えて、他ノードのタイミング（位相θｊ（ｔ））を得るように説明した。
【００７５】
この第１の実施形態では、厳密には、他ノードのノードデータに含まれている位相情報と送信時刻情報とに基づいて、その他ノードの現在時刻ｔにおける位相θｊ（ｔ）を得ている。すなわち、送信時刻情報と現在時刻ｔとの時間差分だけ、ノードデータに含まれている位相情報の位相から位相を進め、他ノードの現在時刻ｔにおける位相θｊ（ｔ）を得ている。このようにして得た他ノードの現在時刻ｔにおける位相θｊ（ｔ）を、（５）式及び（６）式に示す演算で適用する。
【００７６】
ωｉは、固有角振動数パラメータであり、各ノードが備える基本的なリズムを表す。ここでは、一例として、ωｉの値を予めシステム全体で同一の値に統一しておくものと仮定する。
【００７７】
関数Ｐｊ（ｔ）は、他ノードｊが送信したインパルス信号を受信して得られるタイミング信号（受信インパルス信号）である。
【００７８】
関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））は、他ノードｊからのインパルス信号の受信に応じて自ノードｉ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る。位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））は、他ノードｊの位相に対して、自ノードの位相θｉ（ｔ）を斥力が働く方向に変化（反発）させる非線形特性を有する。（５）式において、集合Ｘｉは、自ノードｉの相互作用範囲に存在する反発させるべき他ノードの集合を表す。集合Ｘｉは、自ノードｉの相互作用範囲に存在するノード集合から後述する集合Ｙｉに属する要素を除いた集合である。これにより、関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））を含む項は、受信インパルス信号が、相互作用範囲内に存在する反発させるべき他ノード（すなわち、相互作用範囲内の他ノードから後述する特定の他ノードを除いた他ノード）が発信したインパルス信号である場合に対してのみ、他ノードの位相に対して自ノードの位相を反発させる力学的特性を表現する。
【００７９】
その際、反発させるべき他ノードが発信した信号であるか否かの判定は、自ノードと他ノードのノードタイプを比較することによって行なう。他ノードが自ノードと異なるノードタイプである場合、反発させるべき他ノードが発信した信号である（すなわち、発信ノードは集合Ｘｉの要素である）と判定する。
【００８０】
同期アライアンス関数Ｈ（Δθｉｊ（ｔ））は、位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））と同様に、受信インパルス信号の入力に応じて自ノードｉの基本的なリズムを変化させる応答特性を表現する関数である。しかし、その応答特性が位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））とは異なる。同期アライアンス関数Ｈ（Δθｉｊ（ｔ））は、「相互作用範囲（自ノードからｍホップで到達可能なノード範囲）に存在する特定の他ノード」と「自ノード」とを同期（位相を一致）させる非線形特性を備える。（５）式において、集合Ｙｉは、自ノードの相互作用範囲に存在する同期させるべき他ノードの集合を表す。従って、関数Ｈ（Δθｉｊ（ｔ））を含む項は、受信インパルス信号が、相互作用範囲に存在する同期させるべきノードが発信した信号である場合に対してのみ、自ノードの位相を同期させる力学的特性を発現する。その際、同期させるべき他ノードが発信した信号であるか否かの判定は、自ノードと他ノードのノードタイプを比較することによって行う。他ノードが自ノードと同一ノードタイプである場合、同期させるべき他ノードが発信した信号である（すなわち、発信ノードは集合Ｙｉの要素である）と判定する。
【００８１】
このような特性を備える関数Ｈ（Δθｉｊ（ｔ））は、次の（７−１）及び（７−２）式に示される関数形を用いて実現することができる。但し、上記の力学的特性を実現する関数形は、以下の例に限定されない。
【数５】
2007195044.tif 000007
【００８２】
ストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））は、自ノードｉと他ノードｊとの相対位相差が小さい場合にストレスを蓄積し、蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）に応じてランダムな大きさで位相シフト（位相状態変化）を実行する働きをする項である。相対位相差Ｅは、（８）式及び（９）式によって定義される。従って、関数ξ（Ｓｉ（ｔ））は、蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）に対する応答特性を表現する関数である。
【００８３】
Δθｉｊ≦π  のとき  Ｅ＝Δθｉｊ                                …（８）
Δθｉｊ＞π  のとき  Ｅ＝２π−Δθｉｊ                          …（９）
以下では、上述した位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））及びストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））の具体例について説明する。
【００８４】
まず、ここでは、位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））及びストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））の具体例を説明するために、これら関数に関連する用語、（ア）「データ発信の衝突」、（イ）「衝突率（衝突時間を基準とする場合）」、（ウ）「衝突率（衝突回数を基準とする場合）」について説明する。
【００８５】
（ア）「データ発信の衝突」
（ア−１）  各ノードがデータの発信を行うために最低限必要なタイムスロットの大きさＷｍｉｎに対応する位相幅をφｃとする。位相幅φｃは、Ｗｍｉｎと固有振動数パラメータωｉの積（φｃ＝Ｗｍｉｎ・ωｉ）として算出することができる。また、Ｗｍｉｎは、用途等に応じて決まる定数パラメータである。
【００８６】
（アー２）  各ノードにおいて、インパルス信号を受信可能な空間的距離範囲に存在する近傍ノードとの相対位相差が、上記位相幅φｃよりも小さい場合は「データ発信の衝突が生起している」ものとする。複数の受信インパルス信号に対して、１つでも相対位相差が位相幅φｃよりも小さいものが存在する場合は衝突が生起しているものとする。
【００８７】
（イ）「衝突率（衝突時間を基準とする場合）」の算出方法の一例
自ノード（ノードｉ）において、時刻ｔにデータ発信の衝突が生起しているか否かを表す関数として、関数ｘｉ（ｔ）を（１０）式に示すように定義する。
【数６】
2007195044.tif 000008
【００８８】
関数ｘｉ（ｔ）は、時刻ｔに衝突が生起しているとき（collision）に「１」、そうでないとき（elｓe）に「０」の値を取る関数である。すると、ｎ周期間における累積衝突時間ｙｉ（ｔ）は、（１１）式に示すように、関数ｘｉ（ｔ）の値をｎ周期に渡って累積（時間積分）することによって得られる。（１１）式において、Ｔｉはノードｉの周期を表す。累積衝突時間ｙｉ（ｔ）は、ｎ周期間において関数ｘｉ（ｔ）が「１」の値を取る時間の総和を表し、関数ｘｉ（ｔ）の値を観測することによって算出することができる。
【００８９】
このような累積衝突時間ｙｉ（ｔ）を最大累積衝突時間で規格化した値ｃｉ（ｔ）は、ｎ周期間に生起した衝突の時間的な割合を表し、これを衝突率と定義する。ここで、最大累積衝突時間は、累積衝突時間ｙｉ（ｔ）の最大値である。各ノードが、大きさＷｍｉｎ（＝φｃ／ωｉ）のタイムスロットを用いて発信を行うと仮定すると、ｎ周期間における累積衝突時間の最大値は、ｎ・Ｗｍｉｎ（＝ｎ・φｃ／ωｉ）となる。従って、衝突率ｃｉ（ｔ）は、（１２）式を用いて算出することができる。
【００９０】
但し、各ノードの位相θが（５）式に従って変化するため、周期Ｔｉは、各周期ごとに異なる値を取り得る。このため、累積衝突時間ｙｉ（ｔ）が、最大累積衝突時間ｎ・Ｗｍｉｎを超える場合、すなわち、衝突率ｃｉ（ｔ）が１を超える場合が発生し得る。ここでは、衝突率ｃｉ（ｔ）が１を超える場合は、１として扱うものとする。
【００９１】
上記の衝突率の定義では、一例として、同時に複数の衝突が生起しているか否かを考慮しない形態を示した。しかし、衝突率の定義方法は、上記の方法に限定されないものである。例えば、同時に複数の衝突が生起している場合を考慮する方法を用いることも可能である。また、上記の衝突率の定義では、衝突時間を基準に衝突率を算出したが、衝突回数を基準に衝突率を算出することも可能である。
【００９２】
（ウ）「衝突率（衝突回数を基準とする場合）」の算出方法の一例
（Ｕ１）１周期単位に衝突が生起したか否かを観測する。但し、１周期内に衝突が複数回生起した場合においても、衝突の有無だけを問題にするものとし、カウントを１とする。
【００９３】
（Ｕ２）ｎ周期間に生起した衝突回数、すなわち、累積衝突数γをカウントする。
【００９４】
（Ｕ３）そして、累積衝突数γを最大累積衝突数（ｎ周期間に生起し得る最大衝突回数ｎ）で規格化した値を衝突率と定義する。すなわち、衝突率ｃｉ（ｔ）を、次の（１３）式によって定義し、（１３）式を用いて、衝突率を算出する。
【００９５】
ｃｉ（ｔ）＝γ／ｎ                                              …（１３）
（１３）式の定義式を用いて衝突率を算出する場合においても、（１２）式の場合と同様に、衝突率が１を超える場合が発生し得る。衝突率が１を超える場合は、１として扱うものとする。また、上記の衝突率の定義では、一例として、１周期内における複数回の衝突を考慮しない形態（衝突の有無だけを問題にする形態）を示したが、これを考慮する形態を用いることも可能である。
【００９６】
以上の（イ）及び（ウ）の項で説明した衝突率の定義（衝突時間を基準とする場合、及び、衝突回数を基準とする場合）は、衝突時間や衝突回数を一般化して衝突量と呼ぶことにすると、次のように表現することができる。
【００９７】
ｎ周期間における累積衝突量を観測し、それを最大累積衝突量（ｎ周期間に生起し得る最大衝突量）で規格化した値を衝突率と定義する。
【００９８】
図７における衝突率算出部３２は、（１２）式又は（１３）式で定義された衝突率ｃｉ（ｔ）を算出するものである。
【００９９】
次に、位相算出部３１が内部で算出処理している位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））の具体例とその機能を説明する。
【０１００】
位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））は、例えば、（１４−１）〜（１４−３）の関数形を用いて実現することができる。但し、位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））の関数形は以下の例に限定されない。
【数７】
2007195044.tif 000009
【０１０１】
上式において、φｄ及びαは、定数パラメータを表し、その値は例えば実験的に決定される。定数パラメータφｄは、データ発信に最低限必要な位相幅φｃ以上の値をとる（φｄ≧φｃ）。上記の位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））は、近傍ノードｊの位相に対して、自ノードｉの位相θｉ（ｔ）を斥力が働く方向に変化させる非線形特性を有する。自ノードと近傍ノードとの相対位相差Δθｉｊ（ｔ）がφｄの場合に斥力が働く方向に変化させる特性を備える。位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））にこのような特性を備えさせることにより、自ノードと近傍ノードとの相対位相差Δθｉｊ（ｔ）を衝突回避に必要な位相幅φｃ以上にする力学的特性を与えている。
【０１０２】
また、位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））は、（１５−１）〜（１５−４）及び（１６）の関数形を用いても実現することができる。
【数８】
2007195044.tif 000010
【０１０３】
（１５−１）〜（１５−４）式及び（１６）式は、近傍ノード間において、均等な位相差が形成されるようにした位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））である。上式において、ｐは均等な位相差を決定する定数パラメータである。この形態の位相応答関数を用いる場合、定数パラメータｐの値を、ノードタイプの種類数Ｎｔｙｐと一致させることにより、各ノードは、Ｎｔｙｐ種類のノードタイプの近傍ノードとの間で、ほぼ均等な位相差パターン（１周期をほぼ均等にＮｔｙｐ分割する位相差パターン）を形成することが可能である。
【０１０４】
次に、蓄積ストレス算出部３３及びストレス応答関数値算出部３４の順次の算出処理によって求められるストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））の具体例とその機能とを説明する。
【０１０５】
ストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））は、例えば、以下の（１７−１）式、（１７−２）式、（１８−１）式、（１８−２）式及び（１９）式によって規定されるものである。
【数９】
2007195044.tif 000011
【０１０６】
（１９）式における関数ｓ（ｃｉ（τ））は、時刻ｔにおける衝突率ｃｉ（ｔ）に対するストレス値を表す関数である。例えば、衝突率ｃｉ（ｔ）が高いほど、大きなストレス値を示すような特性を備える関数として実現する。一例としては、シグモイド関数などの非線形関数を用いて、衝突率ｃｉ（ｔ）の増大とともに、急激に大きなストレス値を示すような特性を備える関数が挙げられる。
【０１０７】
（１９）式で定義される関数Ｓｉ（ｔ）は、時刻ｔｓ〜ｔにおけるストレス値ｓ（ｃｉ（τ））を蓄積（時間積分）した値を示す関数である。蓄積する時間区間は、前回、蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）に応じてランダムな位相シフトを実行した時刻ｔｓから現在の時刻ｔまでである。つまり、関数Ｓｉ（ｔ）は、ランダムな位相シフトを実行すると、一旦、値がリセットされ、その時刻から再度ストレス値ｓ（ｃｉ（ｔ））を蓄積していく動作を繰り返す。関数Ｓｉ（ｔ）における積分演算は、時間ｔが離散化して与えられる場合、各時刻におけるストレス値ｓ（ｃｉ（ｔ））の総和として計算することができる。蓄積ストレス算出部３３が、蓄積ストレスＳｉ（ｔ）を算出する。
【０１０８】
（１８−１）式又は（１８−２）式で定義される関数ｑ（Ｓｉ（ｔ））は、蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）に応じた確率で乱数値を返す関数である。確率Ｓｉ（ｔ）で値μを返し、確率１−Ｓｉ（ｔ）で値０を返す。値μは、区間ε≦μ＜δ内の乱数であり、値ε及びδは、例えば、実験的に決定される定数パラメータである。
【０１０９】
ストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））は、蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）をｎ周期ごとに評価し、それに応じた確率で乱数値（μ又は０）を返す関数である。ストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））を、ストレス応答関数値算出部３４が算出する。
【０１１０】
従って、上述した（５）式に示すように、非線形振動のモデルに対してストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））を導入することにより、（Ｉ）蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）がｎ周期ごとに評価され、（II）その評価値に基づく確率でランダムな位相シフトが実行される、という動作が実現される。つまり、衝突によるストレス値の蓄積が大きい場合ほど、高い確率でランダムな位相シフトが実行されることになる。ｎ周期の整数倍の時刻以外では、ストレス応答関数ξ（Ｓｉ（ｔ））の値は０であり、ランダムな位相シフトは実行されない。但し、ストレスの蓄積は、前述したようにｎ周期間とは限らず、前回、ランダムな位相シフトを実行した時刻ｔｓから現在の時刻ｔまでであることに注意を要する。これは、例えば、ストレス値ｓ（ｃｉ（ｔ））が小さくても、ｎ周期以上の長時間に渡って持続的に蓄積され続けると、やがてストレス値の蓄積Ｓｉ（ｔ）が大きくなり、ランダムな位相シフトが実行され得ることを意味する。
【０１１１】
位相算出部３１は、ストレス応答関数値ξ（Ｓｉ（ｔ））を適用しながら、（５）式によって定まる位相θｉ（ｔ）を算出する。
【０１１２】
各ノードが、それぞれ（５）及び（６）式の演算を実行することにより、相互作用範囲のノード間に適切な位相関係が形成される。例えば、任意のノードｉに着目したとき、第ｎ近傍範囲に存在するノードとは、異なるタイプを選択しているため有意な位相差を形成する。さらに、第（ｎ＋１）近傍範囲に存在するノードから第ｎ近傍範囲に存在するノードを除いたノード集合の中で、自ノードと同一タイプを選択しているノードと位相が同期（一致）する。このような状態が全てのノードで実現されることにより、各ノードｉに対して、第ｎ近傍範囲に存在するノード集合（但し、ノードｉは除く）の中で、相互に発信衝突の発生する恐れがない位置関係にあるノード間の位相が同期することになる。従って、ノードｉが第ｎ近傍範囲に存在する他ノードとの間に形成する位相差は、位相が同期した複数の他ノードが存在している分、大きくすることが可能になる。
【０１１３】
なお、上述したノードタイプ選択手段１３及び通信タイミング計算手段１４の処理は、特願２００５−２４１７５号明細書及び図面に記載されている。
【０１１４】
（Ａ−４）第１の実施形態の効果
上記第１の実施形態によれば、複数のノードがインパルス信号を送受信することによって自律分散的にタイムスロット割り当ての相互調整を行う際において、各ノードが、インパルス信号を用いて、自ノード及び他ノードのノードデータを送信することにより、比較的広範囲のノードに対する位相情報を間接的に得て、通信タイミングの相互調整を行うための処理を実行することができる。
【０１１５】
その結果、ほぼ同期したタイミングでインパルス信号を送受信する機会が減るため、その際に発生する発信衝突を低減することができる。
【０１１６】
例えば、自ノードが第３近傍範囲内の他ノードに対して、インパルス信号を送信する場合、他ノードの中継を経て３ホップ（全部で３回の発信）で到達させる形態と、直接到達可能な電波強度で発信する形態とが考えられる。いずれの形態共に、インパルス信号を、自ノードあるいは近傍ノードの位相状態を示すタイミング信号として用いることが可能である。つまり、インパルス信号の送信タイミングそのものが位相情報を担うようにすることが可能である。しかし、このようにした場合には、比較的広範囲でインパルス信号を送受信すると、ほぼ同期したタイミングで多数発信される状況が発生し易い。
【０１１７】
これに対して、第１の実施形態では、自ノードが発信するインパルス信号に、現在取得している近傍ノードの位相情報を付加している。自ノードが現在取得している近傍ノードの位相情報は、リアルタイム情報ではなく、一般にタイムラグを含んでいる。しかし、ほぼ同期したタイミングでインパルス信号を送受信する機会が減るため、その際に発生する発信衝突を低減することが可能になる。
【０１１８】
（Ａ−５）第１の実施形態の変形実施形態
（Ａ−５−１）第１の実施形態に対する第１の変形例
第１の変形例は、通信タイミング計算手段１４による位相計算方法が第１の実施形態と異なっている。
【０１１９】
第１の変形例においては、通信タイミング計算手段１４は、例えば、（２０−１）及び（２０−２）式に従って、仮想位相モデルを用いて位相信号を擬似的に生成する。
【数１０】
2007195044.tif 000012
【０１２０】
（２０−１）及び（２０−２）式において、位相応答関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））を含む項のＮｘはノード集合Ｘｉの要素数、Ｋｘは結合定数パラメータを表す。また、同期アライアンス関数Ｈ（Δθｉｊ（ｔ））を含む項のＮｙはノード集合Ｙｉの要素数、Ｋｙは結合定数パラメータを表す。ここで、結合定数パラメータＫｘ、Ｋｙは、それぞれ位相の時間発展に対する関数Ｒ（Δθｉｊ（ｔ））を含む項と関数Ｈ（Δθｉｊ（ｔ））を含む項の寄与度を決定するパラメータであり、その値は、例えば実験的に決定することができる。
【０１２１】
（Ａ−５−２）第１の実施形態に対する第２の変形例
第１の実施形態では、ノードタイプ選択手段１３におけるタイプ種類数Ｎｔｙｐの値は、全てのノードで均一と仮定し、その値は予め実験的に決定されるものとして説明した。
【０１２２】
これに対して、第２の変形例では、各ノードのタイプ選択過程で、それぞれタイプ種類数Ｎｔｙｐを自律的に決定する手段（タイプ数決定手段）を付加する場合を説明する。これにより、タイプの種類数Ｎｔｙｐは、ノード毎に異なる値を取り得るようになる。
【０１２３】
また、その値はノードタイプ選択手段１３の処理過程で決定される。その結果、複数のノードから構成されるネットワークにおいて、例えば、部分領域によってノード配置密度が異なる場合に、ノード毎にタイプ種類数Ｎｔｙｐが自律的に適応し、それぞれの領域に適した分割数で各ノードがタイムスロットを獲得する動作が実現される。
【０１２４】
第２の変形例におけるノードタイプ選択手段１３は、図８に示すように、ノードタイプ選択部４１とタイプ数決定部４２とを有する。
【０１２５】
ノードタイプ選択部４１は、第１の実施形態と同様に、格納された近傍ノードのノードタイプに基づいて自ノードのノードタイプを選択するものである。また、ノードタイプ選択部４１は、ノードタイプ選択の際に、時刻ｔ毎に求めた適応度Ｆｉ［ｔ］をタイプ数決定部４２に与えるものである。また、ノードタイプ選択部４１は、タイプ数決定部４２からノードタイプの種類数を受け取り、そのノードタイプ種類数Ｎｔｙｐが一定期間更新されない場合、ノードタイプ種類数Ｎｔｙｐは収束したと判断し、その収束したノードタイプ種類数を用いて、第１の実施形態と同様にして、自ノードのノードタイプを選択するものである。
【０１２６】
タイプ数決定部４２は、ノードタイプ選択部４１から時刻ｔ毎の適応度Ｆｉ［ｔ］を受け取り、所定周期に亘る適応度の最大値ｍａｘＦｉが一定期間更新されない場合に、後述する（２１）式に従ってストレス値ｚｉを求め、その累積ストレス値Ｚｉが閾値εを超えたときに、ノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを更新し、ノードタイプ選択部４１に通知するものである。
【０１２７】
以下、各ノードｉがノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを自律的に決定する方法を図９のフローチャートを参照して説明する。
【０１２８】
タイプ数決定部４２は、ノードｉにおけるタイプの種類数Ｎｔｙｐの初期値をＮｓｔとする（ステップＳ２１）。初期値Ｎｓｔは、例えば、実験的に決定される定数パラメータである。例えば、全ノード一律に、Ｎｓｔ＝５とする。
【０１２９】
次に、第１の実施形態と同様に、ノードタイプ選択部４１は、適応度Ｆｉ［ｔ］を算出する（ステップＳ２２）。このとき、ノードタイプ選択部４１により時刻ｔの適応度Ｆｉ［ｔ］が求められると、その適応度は、タイプ数決定部４２に与えられる。
【０１３０】
タイプ数決定部４２は、ノードタイプ選択部４１により算出された各周期の適応度Ｆｉ［ｔ］を受け取ると、１周期単位で得られた適応度Ｆｉ［ｔ］を格納していき、常に、現在の時刻ｔからＭ周期前までの適応度｛Ｆｉ［ｔ］，Ｆｉ［ｔ−１］,Ｆｉ［ｔ−２］，…，Ｆｉ［ｔ−Ｍ］｝を保持するようにする（ステップＳ２３）。
【０１３１】
また、タイプ数決定部４２は、保持された適応度｛Ｆｉ［ｔ］，Ｆｉ［ｔ−１］,Ｆｉ［ｔ−２］，…，Ｆｉ［ｔ−Ｍ］｝の集合のおける最大値を求め、保持する（ステップＳ２４）。ここで、保持された適応度の集合における最大値をｍａｘＦｉとする。
【０１３２】
タイプ数決定部４２は、適応度の最大値ｍａｘＦｉを、１周期単位に、現在の時刻ｔの適応度Ｆｉ［ｔ］と比較し、ｍａｘＦｉ＜Ｆｉ［ｔ］ならば適応度の最大値ｍａｘＦｉを更新する。但し、ｍａｘＦｉ＝１のとき、現在の時刻ｔの適応度Ｆｉ［ｔ］が１ならば、更新したものとして以後の処理を実行する。
【０１３３】
タイプ数決定部４２は、最大値ｍａｘＦｉが一定期間（例えば、Ｌ周期、ここで、Ｌは自然数）更新されない場合、（２１）式で与えられるストレス値ｚｉを算出する（ステップＳ２５、Ｓ２６）。但し、（２１）式は一例であり、ストレス値の算出方法はこれに限定されない。
【数１１】
2007195044.tif 000013
【０１３４】
（２１）式において、右辺第２項は、最大値ｍａｘＦｉが一定期間更新されなかったときの「適応度Ｆｉ［ｔ］の平均値」を表す。また、適応度Ｆｉ［ｔ］は、０＜Ｆｉ（σ）≦１の値を取る変数である。従って、ストレス値ｚｉは、最大値ｍａｘＦｉが一定期間更新されなかったときの「不適応度の平均値」を表している。
【０１３５】
タイプ数決定部４２は、ストレス値ｚｉを、最大値ｍａｘＦｉが一定期間更新されない状態が発生するたびに算出し、その都度、累積ストレス値を表す変数Ｚｉに累積加算する（ステップＳ２７）。なお、累積ストレス値Ｚｉの初期値は０である。
【０１３６】
タイプ数決定部４２は、累積ストレス値Ｚｉが閾値εを超えたとき（ステップＳ２８）、すなわち、Ｚｉ＞εのとき、確率δでノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを更新する（ステップＳ２９）。ここで、ε、δは、例えば実験的に決定される定数パラメータである。また、同時に累積ストレス値Ｚｉを０にリセットする。ノードタイプの種類数の更新は、Ｎｔｙｐ［ｔ+１］＝Ｎｔｙｐ［ｔ］＋１（Ｎｔｙｐ［ｔ］は時刻ｔにおけるノードタイプの種類数）により実行する。
【０１３７】
上記の処理により、ノードタイプの種類数が一定期間以上更新されない場合には、ノードタイプの種類数が確定（収束）したと判定する。ノードタイプの種類数が確定すれば、第１の実施形態と同様に、ノードタイプ選択部４１の処理が収束した後に、通信タイミング計算手段１４の処理を実行する。
【０１３８】
（Ａ−５−３）第１の実施形態に対する第３の変形例
第２の変形例では、タイプ数決定部４２が、タイプ選択の過程で、ノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを自律的に決定した。その決定方法は、ノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを初期値Ｎｓｔから増加させる形態であり、一旦、増加したノードタイプの種類数Ｎｔｙｐは減少することはない。しかし、各ノードがそれぞれノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを増加させる処理を実行するため、一部のノードにおいて、最適値より大きな値を取って収束してしまう場合が発生し得る。
【０１３９】
第３の変形例では、タイプ数決定部４２が、ノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを増加させるだけでなく、減少させる機能を有する場合について説明する。すなわち、第３の変形例のタイプ数決定部４２は、ノードタイプ選択部４１からの適応度の時系列情報に基づいて、ノードタイプの種類数を減少させる機能と、ノードタイプの種類数を増加させる機能とを有する。
【０１４０】
第３の変形例のタイプ数決定部４２は、ノードタイプ選択部４１から時刻ｔ毎の適応度Ｆｉ［ｔ］を受け取り、受け取った適応度Ｆｉ［ｔ］に基づいて、後述する所定処理を行ない、ノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを増加又は減少させ、その増加又は減少させたノードタイプの種類数Ｎｔｙｐをノードタイプ選択部４１に通知するものである。
【０１４１】
図１０は、タイプ数決定部４２によるタイプ種類数増加処理の動作フローチャートであり、図１１は、タイプ数決定部４２によるタイプ種類数減少処理の動作フローチャートである。
【０１４２】
図１０において、タイプ数決定部４２は、ノードｉにおけるタイプの種類数Ｎｔｙｐの初期値をＮｓｔとし（ステップＳ３１）、その後、ノードタイプ選択部４１は適応度Ｆｉ［ｔ］を算出する（ステップＳ３２）。タイプ数決定部４２は、常に、現在の時刻ｔからＭ周期前までの適応度｛Ｆｉ［ｔ］，Ｆｉ［ｔ−１］,Ｆｉ［ｔ−２］，…，Ｆｉ［ｔ−Ｍ］｝を保持しておく（ステップＳ３３）。また、保持された適応度の集合（以後、適応度集合と呼ぶ）における最大値をｍａｘＦｉとする（ステップＳ３４）。
【０１４３】
上記の適応度集合において、最大値ｍａｘＦｉを与える要素（Ｆｉ［ｔ］，Ｆｉ［ｔ−１］, Ｆｉ［ｔ−２］，…，Ｆｉ［ｔ−Ｍ］のいずれか）は、一般に複数存在し得る。つまり、複数の時刻における適応度が最大値ｍａｘＦｉを与える場合が存在する。第３の変形例では、これに基づいて最大値ｍａｘＦｉを与える基準時刻ｔｐを以下のように定義する。
【０１４４】
（１）ｍａｘＦｉ＝１のとき、適応度集合においてｍａｘＦｉを与える時刻のうち、最新の時刻（現在の時刻ｔに最も近い時刻）を基準時刻ｔｐとする（ステップＳ３５、Ｓ３６）。
【０１４５】
（２）ｍａｘＦｉ＜１のとき、適応度集合においてｍａｘＦｉを与える時刻のうち、最も古い時刻（現在の時刻ｔから最も遠い時刻）を基準時刻ｔｐとする（ステップＳ３５、Ｓ３７）。
【０１４６】
タイプ数決定部４２は、適応度集合を用いて、後述する（２２）式で与えられるストレス値ｚｉを算出する（ステップＳ３８）。
【０１４７】
（２２）式において、ｅｘｐ（＊）は指数関数、ｃは、例えば実験的に決定される定数パラメータをそれぞれ表す。但し、（２２）式は一例であり、ストレス値の算出方法はこれに限定されない。（２２）式において、右辺第２項の括弧内は、「適応度Ｆｉ［ｔ］の加重平均」を表す。ｃ＞０と仮定すれば、Ｆｉ［ｔ］，Ｆｉ［ｔ−１］,…，Ｆｉ［ｔ−Ｍ］の順に大きな重み係数が付加されていることになり、現在の時刻ｔに近い適応度ほど、ストレス値への寄与度が高いことを意味する。また、適応度Ｆｉ［ｔ］は、０＜Ｆｉ（σ）≦１の値を取る変数であるから、ストレス値ｚｉは、「適応度Ｆｉ［ｔ］の加重平均に基づいて算出される不適応度」を表している。
【数１２】
2007195044.tif 000014
【０１４８】
現在の時刻と最大値ｍａｘＦｉを与える基準時刻ｔｐとの差が、一定期間（ここでは、Ｌ周期と仮定する；Ｌは自然数）以上の場合（ステップＳ３９）、タイプ数決定部４２は、（２３）式に示すように、ストレス値ｚｉを、累積ストレス値を表す変数Ｚｉに累積加算する（ステップＳ４０）。累積ストレス値Ｚｉの初期値は０である。
【０１４９】
ｔ−ｔｐ≧Ｌのとき    Ｚｉ［ｔ＋１］＝Ｚｉ［ｔ］＋ｚｉ［ｔ］      …（２３）
ｔ−ｔｐの値は１周期単位に評価され、ｔ−ｔｐ≧Ｌが満足されるたびに、累積ストレス値Ｚｉにストレス値ｚｉを累積加算する。
【０１５０】
累積ストレス値Ｚｉが大きくなって閾値εを超えると、すなわち、Ｚｉ＞εが満足されると（ステップＳ４１）、タイプ数決定部４２は、確率δでノードタイプの種類数Ｎｔｙｐを更新（増加）する（ステップＳ４３）。また、同時に累積ストレス値Ｚｉを０にリセットする。ここで、ε、δは、例えば実験的に決定される定数パラメータである。
【０１５１】
但し、タイプ数決定部４２は、タイプの種類数Ｎｔｙｐの更新（増加）を、Ｎｔｙｐ＜Ｎｉ（ｍａｘ）の場合のみ実行する（ステップＳ４２）。ここで、Ｎｉ（ｍａｘ）はノードタイプの種類数の最大値（上限）を与える定数パラメータであり、その値は、例えば実験的に決定される。タイプ数決定部４２は、タイプの種類数の更新は、次の（２４）式により実行する。
【０１５２】
Ｎｔｙｐ［ｔ+１］＝Ｎｔｙｐ［ｔ］＋１                            …（２４）
上記の処理により、累積ストレス値Ｚｉが閾値εを超えるたびに、タイプの種類数が確率的に増加していく。（２３）式及び（２４）式の処理は以下の意味をもつ。
【０１５３】
ｍａｘＦｉ＝１のとき、ｔ−ｔｐの値が比較的小さな値を取るため、ｔ−ｔｐ≧Ｌが満足されず、累積ストレス値Ｚｉの値は変化しない場合が多い。それに対して、ｍａｘＦｉ＜１のときは、ｔ−ｔｐの値が比較的大きな値を取るため、ｔ−ｔｐ≧Ｌが満足され、累積ストレス値Ｚｉにストレス値ｚｉが累積加算される場合が多い。従って、ｍａｘＦｉ＜１の過程では、頻繁にストレス値ｚｉが累積ストレス値Ｚｉに累積加算されていくが、ｍａｘＦｉ＝１になると、ほとんど累積加算されず、累積ストレス値Ｚｉが増加しなくなる。それによって、ｍａｘＦｉ＜１のときは、ノードタイプの種類数が増加しやすく、ｍａｘＦｉ＝１になると、ノードタイプの種類数の増加が停止する動作を実現している。
【０１５４】
次に、図１１を参照して、タイプ数決定部４２によるタイプ種類数減少処理を説明する。第３の変形例のタイプ数決定部４２は、上述したように、タイプ数の種類数を増加させるだけでなく、減少させる処理も実行する。
【０１５５】
タイプ数決定部４２が、ノードｉにおけるノードタイプの種類数Ｎｔｙｐの初期値をＮｓｔとし（ステップＳ５１）、ノードタイプ選択部４１が適応度Ｆｉ［ｔ］を算出し（ステップＳ５２）、タイプ数決定部４２が、現在の時刻ｔからＭ周期前までの適応度｛Ｆｉ［ｔ］，Ｆｉ［ｔ−１］,Ｆｉ［ｔ−２］，…，Ｆｉ［ｔ−Ｍ］｝を保持する（Ｓ５３）。
【０１５６】
タイプ数決定部４２は、このような適応度の集合の要素が所定条件を具備するか否かを判断し（ステップＳ５４）、所定条件を具備する場合に、（２５）式に示すようにノードタイプの種類数を減少する（ステップＳ５５）。
【数１３】
2007195044.tif 000015
【０１５７】
ここで、（２５）式は、タイプ種類数を減少するか否かを判断する条件部及び条件部を具備する場合にタイプ種類数を減少させるための算出式を示している。条件部は、適応度集合の要素（現在の時刻ｔからＭ周期前までの適応度）がすべて１の値を取り、かつ、現在のノードタイプの種類数Ｎｔｙｐ［ｔ］が初期値Ｎｓｔより大きい値であることを意味する。
【０１５８】
このように（Ｍ＋１）周期の間（Ｍ周期前の時刻から現在の時刻まで）、適応度が継続的に１の値（最大値）を取っている状態では、ノードタイプ数が最適値よりも大きい値になって安定化している可能性がある。従って、（２５）式の条件に基づいて、タイプの種類数を減少させることとし、第２の変形例の場合に比べて、最適な値に収束する場合が増加し、より安定な動作が可能になる。
【０１５９】
（２５）式では、（Ｍ＋１）周期の間、適応度が持続的に１の値を取ることが条件になっているが、これは、適応度が所定期間、閾値以上の値を取ること（状態）を条件にすることも可能である。
【０１６０】
以上説明した処理により、ノードタイプの種類数が一定期間以上更新されない場合に、ノードタイプの種類数が確定（収束）したと判定する。ノードタイプの種類数が確定すれば、通信タイミング計算手段１３の処理を実行する。
【０１６１】
（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。
【０１６２】
（Ｂ−１）第２の実施形態のノードの通信タイミング制御装置
図１２は、第２の実施形態に係るノードの通信タイミング制御装置としての構成を概略的に示した機能ブロック図である。
【０１６３】
図１２において、各ノードの通信タイミング制御装置１００は、インパルス信号受信手段１０１、ノードタイプ選択手段１０２、通信タイミング計算手段１０３及びインパルス信号送信手段１０４を有する。
【０１６４】
インパルス信号受信手段１０１は、近傍ノード（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）が発信したノードタイプ情報が付加されたインパルス信号を受信するものである。インパルス信号受信手段１０１は、受信インパルス信号に付加されているノードタイプ情報を分離し、分離したノードタイプ情報をノードタイプ選択手段１０２に与え、ノードタイプ情報が除外されたインパルス信号を通信タイミング計算手段１０３に与えるものである。
【０１６５】
ノードタイプ選択手段１０２は、インパルス信号受信手段１０１から与えられた他ノードのノードタイプ情報に基づいて、所定の近傍範囲（第ｋ近傍範囲）内に存在する他ノードの最新のノードタイプ情報を内部で管理しており、第１の実施形態と同様にして、自ノードのノードタイプ情報を選択するものである。ノードタイプ選択手段１０２は、自ノード及び他ノードのノードタイプ情報を通信タイミング計算手段１０３に与えるものである。
【０１６６】
通信タイミング計算手段１０３は、インパルス信号受信手段１０１から与えられた他ノードのインパルス信号、ノードタイプ選択手段１０２から与えられた自ノード及び他ノードのノードタイプ情報に基づいて、後述するようにして、自ノードの位相情報を得てインパルス信号送信手段１０４に与えるものである。また、通信タイミング計算手段１０３は、ノードタイプ選択手段１０２から与えられた自ノード及び他ノードのノードタイプ情報を、インパルス信号送信手段１０４に引き渡すものである。
【０１６７】
インパルス信号送信手段１０４は、通信タイミング計算手段１０３から与えられた自ノードの位相情報によって定まる時刻に、通信タイミング計算手段１０３から与えられた自ノード及び他ノードのノードタイプ情報を付加したインパルス信号を送信するものである。なお、送信インパルス信号には、このノードが送信したものであることの識別情報が付加されたり、インパルス信号の形状が当該ノードに固有なものであったりするなどで、送信元ノードが識別可能となされている。
【０１６８】
（Ｂ−２）通信タイミング計算手段１０３の詳細
第２の実施形態の通信タイミング計算手段１０３は、図１２に示すように、仮想ノードモデル計算部１１０、位相算出部１１１及び応答特性スイッチング部１１２を有する。
【０１６９】
（Ｂ−２−１）仮想ノードモデル計算部１１０の詳細
仮想ノードモデル計算部１１０は、他ノードｊからインパルス信号を受信した際に、その発信元ノードに対する仮想的な位相モデル（以下、仮想位相モデルと呼ぶ）を自ノード内部に生成するものである。仮想ノードモデル計算部１１０が、この仮想位相モデルを用いて擬似的に他ノードｊの位相を算出することにより、自ノードｉと他ノードｊとの位相差を時間連続的に観測可能となる。仮想ノードモデル計算部１１０については、例えば、特願２００４−３４４６４１号明細書及び図面に記載されている。
【０１７０】
なお、仮想位相モデルを導入することなく、位相算出部１１１が自ノードの位相を算出するものであっても良い（特許文献１参照）。
【０１７１】
仮想ノードモデル計算部１１１は、図１３に示すように、仮想位相モデル生成部１２０及び仮想位相計算部１２１を有する。
【０１７２】
仮想位相モデル生成部１２０は、他ノードｊから受信したインパルス信号を受け取り、その受信の際に、その発信元ノードｊに対する仮想的な位相状態モデル（仮想位相モデル）を生成するものである。また、仮想位相モデル生成部１２０は、生成した他ノードｊに対する仮想位相モデルを仮想位相計算部１２１に与えるものである。
【０１７３】
ここで、仮想的な位相モデルとは、仮想位相モデル生成部１２０が他ノードｊの位相状態を仮想的に計算する数理モデルを意味する。数理モデルの最も簡単な例は、（２６）式のように与えられる。
【数１４】
2007195044.tif 000016
【０１７４】
（２６）式において、Θｉｊ（なお、以下において「Θ」は仮想を示す記号とする）は、自ノードｉ内部で生成される他ノードｊに対する仮想的な位相状態（位相信号）を表す。その取り得る値は０≦Θｉｊ＜２πとする。また、Ωｉｊ（以下、「Ω」は仮想を示す記号とする）は、自ノードｉにおける他ノードｊに対する仮想位相モデルの固有角振動数パラメータ（以下、仮想固有角振動数パラメータと呼ぶ）を表す。仮想固有角振動数パラメータΩｉｊには、例えば、自ノードｉの固有角振動数パラメータωｉと同一の値を設定すれば良い。但し、この場合、予め各ノードの固有角振動数パラメータωｉを、システム全体で同一の値にしておくものと仮定する。ｄ/ｄｔは、微分演算を表す記号である。
【０１７５】
（２６）式は、他ノードｊに対する仮想的な位相Θｉｊが、仮想固有角振動数パラメータΩｉｊで与えられる一定のリズムで振動する現象を表す数理モデル（時間発展規則）を用いて算出されることを意味する。
【０１７６】
ここで、仮想的な位相Θｉｊを算出する際の初期位相（初期値）は、予め各ノードがインパルス信号を位相Ψ（第１の実施形態のインパルス信号送信手段１５による送信位相αに相当する）で発信することに統一しておく場合であれば、同一の値を位相Ψとして設定すれば良い。なお、以後の説明では、位相Ψ＝０で統一されているものと仮定する。このような仮定をしても一般性を失うものではない。
【０１７７】
仮想位相計算部１２１は、上記のようにして、仮想位相モデル生成部１２０が生成した、複数の他ノードｊに対する仮想位相モデルに基づいて、他ノードｊに対する仮想位相状態（位相）を算出するものである。また、仮想位相計算部１２１は、算出した他ノードｊに対する仮想的な位相を位相算出部１１１に与えるものである。
【０１７８】
また、上述したように、仮想位相モデル生成部１２０は、他ノードｊからインパルス信号を受信するたびに、その発信元ノードｊに対する仮想位相モデルを生成するものである。この動作だけでは、時間を追う毎に、他ノードｊに仮想位相モデルが次々と重複して生成されることになる。そこで、仮想位相計算部１２１は、仮想位相モデル生成部１２０から受け取った仮想位相モデルを１周期で消滅させるものとする。
【０１７９】
すなわち、仮想的な位相Θｉｊの時間発展は、初期位相０で動作を開始し、位相２πに至る動作を終了する。１周期の動作終了後は、他ノードｊに対する仮想的な位相Θｉｊは消滅する。他ノードｊは間欠的にインパルス信号を発信しているので、他ノードｊに対する仮想位相モデルを１周期で消滅させても、次に他ノードｊからインパルス信号を受信したタイミングで、仮想位相モデルは再生成される。これは、他ノードｊの実際の位相と、自ノード内部における他ノードｊに対する仮想的な位相Θｉｊとの差を１周期単位にリセットして、その差が拡大するのを抑制する効果を有する。
【０１８０】
このように、他ノードｊに対する仮想位相モデルの動作（位相状態の時間発展）を１周期単位に更新（消滅と生成とに対応）することにより、自ノード内部に他ノードｊに対する位相状態を擬似的に生成することができる。
【０１８１】
（Ｂ−２−２）位相算出部１１１の詳細
通信タイミング計算手段１０３の位相算出部１１１は、相互作用範囲（インパルス信号の到達範囲）内の他ノードｊから受信したインパルス信号を用いて、自ノードｉがインパルス信号を発信するタイミングを決定するための演算を実行する。位相算出部１１１は、例えば、（２７−１）式及び（２７−２）式に示す非線形振動をモデル化した数式に基づく演算を実行し、時刻ｔにおける自ノードｉの位相状態θ（ｔ）を算出する。ここで、ｉ、ｊはノード番号（便宜的にノードを識別するための番号）を表す。自ノードｉがインパルス信号を発信するタイミングは、算出される位相状態θｉ（ｔ）に基づいて決定する。以下、（２７−１）式及び（２７−２）式の各要素について説明する。
【数１５】
2007195044.tif 000017
【０１８２】
ｔは時間を表す変数であり、θｉ（ｔ）は、自ノードｉにおける非線形振動の位相（時刻ｔにおける位相状態を表す状態変数）を表す。θｉ（ｔ）は、ｍｏｄ２πの演算を施すことにより、範囲０≦θｉ（ｔ）＜２πの値を取る。
【０１８３】
ｄ／ｄｔ、ωｉ及びΘｉｊ（ｔ）は、上述したように、微分演算、固有角振動数パラメータ及び仮想位相である。
【０１８４】
ΔΘｉｊ（ｔ）は、他ノードｊに対する仮想位相Θｉｊ（ｔ）から自ノードｉの位相θｉ（ｔ）を引くことにより得られる位相差である。但し、位相差ΔΘｉｊ（ｔ）は、２πを加算した値にｍｏｄ２π（２πで割った余り）の演算を施すことにより、便宜的に０≦ΔΘｉｊ（ｔ）＜２πの値を取る。
【０１８５】
Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））は、位相差ΔΘｉｊ（ｔ）に応じて、自ノードｉの振動リズムを変化させる応答特性を表す関数である。関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））は、他ノードｊの仮想位相Θｉｊ（ｔ）に対して、自ノードｉの位相θｉ（ｔ）を反発（位相反発）する方向に変化させる力学的特性を有する。このような特性を備える関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））は、例えば、特許文献１に記載のものや、第１の実施形態で説明したものや、特願２００４−２５７５６２号明細書及び図面に記載のものや、特願２００４−２５７５６７号明細書及び図面に記載のものを用いて実現することができる。例えば、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））としては、力学的特性の強度を可変するための定数パラメータαを利用した、（２８−１）式〜（２８−３）式に示すものや、又は、（２９−１）式〜（２９−４）式及び（３０）式に示すものを適用できる（但し、これに限定されない）。（２９−１）式〜（２９−４）式及び（３０）式に関係するｃｉ（ｔ）は、第１の実施形態で説明した衝突率であり、（２９−１）式〜（２９−４）式及び（３０）式を適用する場合は、上述した図７に示すような構成で自ノードの位相を算出する場合である。
【数１６】
2007195044.tif 000018
【０１８６】
関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））を含む総和Σの項は、他ノードｊに関する関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））の総和を表す。この項のＸｉは、自ノードｉの相互作用範囲内において、自ノードｉと異なるノードタイプを選択している他ノードｊの集合を表す。ここで、他ノードｊのノードタイプ情報は、他ノードｊから受信するインパルス信号を参照することにより得られ、それを自ノードｉ内部における他ノードｊに対する仮想位相モデルにラベルとして付与しておく。従って、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））の力学的特性は、他ノードｊが自ノードｉと異なるノードタイプの場合のみ機能する。すなわち、他ノードｊが自ノードｉと異なるノードタイプの場合のみ、他ノードｊの仮想位相Θｉｊ（ｔ）に対して、自ノードｉの位相θｉ（ｔ）を反発する方向に変化させる力学的特性が発現する。
【０１８７】
但し、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））を含む総和Σの項におけるＮｘは、ノード集合Ｘｉの要素数を表す。ここで、ノード集合Ｘｉの要素数は、自ノードｉ内部における他ノードｊに対する仮想位相モデルに付与されたノードタイプ情報を参照することにより得られる。また、Ｋｘは、位相θｉ（ｔ）の時間発展に対する関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））の寄与度（重み）を決定する結合定数パラメータを表し、その値は実験的に決定される。
【０１８８】
上述した（２９−１）式〜（２９−４）式及び（３０）式を適用することは、近傍ノード間において、均等な位相差が形成されるように設計した関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））を適用する場合に相当する（特願２００４−２５７５６７号明細書及び図面参照）。この場合、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））は、均等な位相差を決定する定数パラメータｐを有する。この形態の関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））を用いる場合、定数パラメータｐの値を、ノードタイプの種類数Ｎｔｙｐと一致させることにより、各ノードは、Ｎｔｙｐ種類のタイプの近傍ノードとの間で、ほぼ均等な位相差パターン（１周期をほぼ均等にＮｔｙｐ分割する位相差パターン）を形成することが可能である。
【０１８９】
関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））は、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））と同様に、位相差ΔΘｉｊ（ｔ）に応じて、自ノードｉの振動リズムを変化させる応答特性を表す関数である。しかし、その応答特性が関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））とは異なる。関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））は、他ノードｊの仮想位相Θｉｊ（ｔ）に対して、自ノードｉの位相θｉ（ｔ）を一致（位相同期）させる方向に変化させる力学的特性を有する。例えば、関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））としては、（３１）式に示すものを適用し得る。
【０１９０】
Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））＝γｓｉｎ（ΔΘｉｊ（ｔ））                  …（３１）
ここで、γは上記の力学的特性の強度を可変するための定数パラメータであり、その値は例えば実験的に決定される。また、上記の力学的特性は、特願２００４−３４４６０９号明細書及び図面や、特願２００５−２４１７５号明細書及び図面に記載の関数形を用いて実現することも可能である（本願の第１の実施形態参照）。但し、このような関数形を用いる場合、（３１）式の形態と同様に、関数の係数として定数パラメータを付加する。なお、上記の力学的特性を実現する関数形は、これらの例に限定されない。
【０１９１】
関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））を含む総和Σの項は、他ノードｊに関する関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））の総和を表す。この項のＹｉは、自ノードｉの相互作用範囲内において、自ノードｉと同一のノードタイプを選択している他ノードｊの集合を表す。従って、関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））の力学的特性は、他ノードｊが自ノードｉと同一のノードタイプの場合のみ機能する。すなわち、他ノードｊが自ノードｉと同一のノードタイプの場合のみ、他ノードｊの仮想位相Θｉｊ（ｔ）に対して、自ノードｉの位相θｉ（ｔ）を一致させる方向に変化させる力学的特性が発現する。
【０１９２】
但し、関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））を含む総和Σの項におけるＮｙは、ノード集合Ｙｉの要素数を表す。また、Ｋｙは、位相θｉ（ｔ）の時間発展に対する関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））の寄与度（重み）を決定する結合定数パラメータを表し、その値は、例えば実験的に決定される。
【０１９３】
ξ（Ｓｉ（ｔ））は、自ノードｉと他ノードｊとの相対位相差が小さい場合にストレスを蓄積し、蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）に応じて、ランダムな大きさの位相シフト（位相状態遷移）を実行する働きをするストレス応答関数である。ここで、相対位相差とは、（３２−１）式及び（３２−２）式で定義される量である。
【０１９４】
ΔΘｉｊ（ｔ）≦πのとき      ＰＤ＝ΔΘｉｊ（ｔ）          …（３２−１）
ΔΘｉｊ（ｔ）＞πのとき      ＰＤ＝２π−ΔΘｉｊ（ｔ）    …（３２−２）
すなわち、関数ξ（Ｓｉ（ｔ））は、蓄積されたストレス値Ｓｉ（ｔ）に対する応答特性を表す関数である。関数ξ（Ｓｉ（ｔ））の関数形は、特願２００４−２５７５７２号明細書及び図面の記載形態と同様である。
【０１９５】
（Ｂ−２−３）応答特性スイッチング部１１２の詳細
以上、（２７−１）式及び（２７−２）式の各要素について説明した。第２の実施形態の特徴は、（２７−１）式及び（２７−２）式に基づく演算に対して、図１２に示す応答特性スイッチング部１１２による操作を付加した点にある。以下では、応答特性スイッチング部１１２が実行する操作について説明する。
【０１９６】
応答特性スイッチング部１１２は、ノードタイプ選択手段１０２の処理が収束しているか否かによって（第１の実施形態参照）、実行する操作が異なる。収束過程（過渡状態）では、関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））の機能を無力化する。すなわち、関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））における定数パラメータγの値を０とする。従って、（２７−１）式及び（２７−２）式による位相算出演算は、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））による力学的特性（すなわち、位相反発特性）が常時働く形態で実行されることになる。このような操作を行うのは、以下の理由による。
【０１９７】
各ノードにおけるノードタイプ選択が収束していない状況では、ノードタイプ選択の状態が次々に変化する。このため、関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））による力学的特性（すなわち、位相同期特性）を機能させても、動作を不安定化するだけである。従って、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））による位相反発特性のみ機能させ、これに基づく位相算出演算を安定に実行する。
【０１９８】
一方、収束状態では、一定時間間隔（例えば、数周期間隔）で関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））と関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））を交互に機能させる。すなわち、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））と関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））におけるそれぞれの定数パラメータα、γの値を、一定間隔で交互に０とする。例えば、Ｎ周期間α＝０（γ≠０）とし、続くＭ周期間γ＝０（α≠０）とする。ここで、Ｎ、Ｍは整数を表し、その値は、例えば実験的に決定される。このスイッチング動作は、ネットワークを構成する全ノード間で、ほぼ同期したタイミングで行う。これは、例えば、各ノードにＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）機能を搭載し、それぞれがＧＰＳの受信信号から得た時刻情報に基づいてスイッチングを行うことにより実現することが可能である。以上のように、（２７−１）式及び（２７−２）式による位相算出演算は、関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））による位相反発特性と、関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））による位相同期特性とが、一定間隔で交互に働く形態で実行されることになる。
【０１９９】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、非線形振動をモデル化した数式に基づく位相算出演算を実行する際に、位相反発特性と位相同期特性とを交互に機能させることにより、これらの特性による作用が相互に与える影響を取り除くことができ、部分的に生じていた不整合を解消することが可能になる。
【０２００】
その結果、ネットワークの一部に、データ信号の発信衝突を起こすノードがしばしば発生するという問題を解消することができる。
【０２０１】
仮に、格子状以外の空間的ノード配置形態を取る場合であっても、発信衝突を起こすことなく、相互作用範囲内のノード間で１周期を分割する数（分割数、すなわちタイムスロット数）を比較的小さくすることが可能になる。それ故、従来よりも最適な時分割通信に近い効率的な通信形態が実現可能となる。
【０２０２】
（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３の実施形態を、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０２０３】
上述の第２の実施形態では、「ノードタイプ選択手段の処理」と「通信タイミング計算手段の処理」とを並列に実行する形態であった。
【０２０４】
第３の実施形態は、「ノードタイプ選択手段１０２の処理」を前処理として先に実行し、ノードタイプ選択の繰り返し動作が収束した後に、「通信タイミング計算手段１０３の処理」を実行するものである。
【０２０５】
この第３の実施形態では、第３の実施形態の場合、インパルス信号とは別にノードタイプ情報をノード間で送受信するようにしても良く、ノードタイプ選択の繰り返し動作が収束するまではインパルス信号は意味を持たないが、第２の実施形態と同様に、インパルス信号にノードタイプ情報を付加してノード間で送受信するようにしても良い。
【０２０６】
第３の実施形態の場合、通信タイミング計算手段１０３における応答特性スイッチング部１１２による操作は、一定間隔（例えば、数周期間隔）で関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））と関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））を交互に機能させる形態だけになる。すなわち、通信タイミング計算手段１０３自体が、ノードタイプ選択の繰り返し動作が収束するまで機能しないので、その要素である応答特性スイッチング部１１２は、収束判定で操作を切り分ける必要がない。
【０２０７】
第３の実施形態によっても、第２の実施形態と同様に、位相算出演算を実行する際に、位相反発特性と位相同期特性とを交互に機能させるので、第２の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【０２０８】
（Ｄ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても種々変形実施形態について言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【０２０９】
上記第１の実施形態においては、ノードタイプも位相相互作用に反映させるものを示したが、ノードタイプを用いずに位相相互作用を行うネットワークに対しても、他ノードのノードデータ（送信時刻及び位相情報）を自ノードのノードデータと共に、インパルス信号に付加して送信すると技術思想を適用することができる。
【０２１０】
組み合わせ可能ならば、上記第１の実施形態の技術思想（例えば、他ノード及び自ノードのノードデータの付加インパルス信号の送信）と、第２又は第３の実施形態の技術思想（例えば、位相反発特性と位相同期特性との交互機能）とを組み合わせるようにしても良い。
【０２１１】
上述した非線形振動をモデル化した数式の演算手段を、例えば、ルンゲ・クッタ法等の一般的な数値計算法を用いて、ソフトウェアとしてノード上に実装するようにしても良い。なお、ルンゲ・クッタ法は、微分方程式を差分化（連続時間変数ｔを離散化）して得られる差分方程式（漸化式）を用いて状態変数の変化（時間発展）を計算する手法の一つである。また、ルンゲ・クッタ法よりも簡易な他の差分化法により得られる差分方程式を用いて状態変数の変化を計算することも可能である。さらに、上記演算を実行する電子回路を構成すれば、ハードウェアとしてノード上に実装することも可能である。
【０２１２】
ノード間において送受信するインパルス信号の実現形態は、特定のタイミングを伝え合うことが可能であれば、特に制約はない。インパルス信号の最も簡単な実現形態の例として、ガウス分布や矩形等の関数形状を有する単一パルスが挙げられる。しかし、インパルス信号は必ずしも単一パルスである必要はなく、複数のパルスを用いて一つの意味を成すインパルス信号を構成する形態であっても構わない。例えば、特定のビットパターンに対応するパルス列を一つのインパルス信号として扱う形態である。各実施形態で説明したインパルス信号の示す意味は、特定のタイミングを示す信号ということを概念的に表すものであり、その実現形態は種々の形態が存在する。
【０２１３】
本発明を実現する非線形振動をモデル化した数式の記述方法は、上記各実施形態や既に言及した変形実施形態に限定されない。例えば、「戸田盛和、渡辺慎介著、「非線形力学」、共立出版発行」に開示されるファン・デル・ポール方程式等の一般的な非線形振動やカオス振動のモデルを用いることも可能である。無論、ノード間における相互作用が、時間に関して離散的（パルス的）な場合、及び連続的な場合、ともに実現することが可能である。ファン・デル・ポール方程式は、電子回路上で発生する非線形振動現象をモデル化した式である。ファン・デル・ポール方程式による動作は、電子回路を用いてハードウェアとしてノード上に実装することが可能である。
【０２１４】
本発明は、時間や動作状態，あるいは相互作用等に関する離散モデル、及び連続モデル、その他、特定の振動現象を表現するモデルといった、個別的なモデルの記述方法の違いに依拠するものではなく、ある時間発展規則に従って動作状態が遷移する種々のモデルを用いて実現することが可能である。動作状態が周期的、あるいはカオス的に変化するモデルを用いる形態は、本発明の実施形態の例として位置付けられる。
【０２１５】
各実施形態では、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をやり取りするシステムを想定してした。しかし、本発明の利用形態は、無線通信を行な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適用することも可能である。例えば、イーサネット（登録商標）など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、あるいはサーバなど、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。
【０２１６】
本発明は、通信タイミング情報（実施形態での位相情報）の取得制御に特徴を有し、そのタイミング情報を通信にどのような利用するかは問われない。例えば、各ノードからのデータ信号の送信周波数が異なる場合であれば、タイムスロットを設定することなく通信を行なうようにしても良く、この場合であっても、データ通信の始期を通信タイミング情報から定めるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】第１の実施形態に係るノードの通信タイミング制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に関し、あるノードがノードデータを取得できる他ノードの範囲と、送信インパルス信号にノードデータを付与する他ノードの範囲との説明図である。
【図３】複数ノード間の位相相互作用の説明図（１）である。
【図４】複数ノード間の位相相互作用の説明図（２）である。
【図５】第１の実施形態でのノードタイプの説明図である。
【図６】第１の実施形態のノードタイプ選択手段によるノードタイプ選択処理を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態の通信タイミング計算手段の詳細構成例を示すブロック図である。
【図８】第１の実施形態の第２の変形例におけるノードタイプ選択手段の構成を示すブロック図である。
【図９】第１の実施形態の第２の変形例におけるノードタイプの種類数の決定処理を示すフローチャートである。
【図１０】第１の実施形態の第３の変形例におけるノードタイプの種類数増加処理を示すフローチャートである。
【図１１】第１の実施形態の第３の変形例におけるノードタイプの種類数減少処理を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態に係るノードの通信タイミング制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】第２の実施形態の仮想位相モデル生成部の詳細構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２１８】
１０…通信タイミング制御装置、１１…インパルス信号受信手段、１２…ノードデータ更新手段、１３…ノードタイプ選択手段、１４…通信タイミング計算手段、１５…インパルス信号送信手段、１００…通信タイミング制御装置、１０１…インパルス信号受信手段、１０２…ノードタイプ選択手段、１０３…通信タイミング計算手段、１０４…インパルス信号送信手段、１１２…応答特性スイッチング部。
【図１】
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【図２】
2007195044.tif 000020
【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】
2007195044.tif 000025
【図８】
2007195044.tif 000026
【図９】
2007195044.tif 000027
【図１０】
2007195044.tif 000028
【図１１】
2007195044.tif 000029
【図１２】
2007195044.tif 000030
【図１３】
2007195044.tif 000031