(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】  本発明は、ノード間の位相相互作用により、自ノードの位相状態を定めてデータ送信のタイミングを決定する、各ノードに搭載される通信タイミング制御装置に関する。そして、近傍ノードのデータ発信のタイミングを表す位相指示タイミング信号の受信に基づき、当該発信元ノードに対する仮想的な位相状態を算出する仮想ノードモデル計算手段と、近傍ノードからの位相指示タイミング信号と、近傍ノードの仮想的な位相状態とに基づき、予め定められている位相反発特性及び又は位相同期特性を含むタイミング調整規則に従って、自ノードの位相状態を変化させる位相算出手段と、上述の位相反発特性及び又は位相同期特性の寄与度を調整する寄与度更新手段とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【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において、
近傍ノードのデータ発信のタイミングを表す位相を反映させた上記近傍ノードからの位相指示タイミング信号の受信に基づき、当該発信元ノードに対する仮想的な位相状態を算出する仮想ノードモデル計算手段と、
上記近傍ノードからの上記位相指示タイミング信号と上記仮想ノードモデル計算手段が算出した上記近傍ノードの上記仮想的な位相状態とに基づき、予め定められている位相反発特性を含むタイミング調整規則、又は、予め定められている位相反発特性及び位相同期特性を含むタイミング調整規則に従って、自ノードの位相の状態を変化させる位相算出手段と、
上記タイミング調整規則における位相反発特性の寄与度、又は、上記タイミング調整規則における位相反発特性及び位相同期特性の寄与度を調整する寄与度更新手段と
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】
上記仮想ノードモデル計算手段は、上記近傍ノードからの位相指示タイミング信号の受信時に、その近傍ノードについての仮想的な位相状態を修正し、
上記寄与度更新手段は、上記仮想的な位相状態の修正量に応じて、上記寄与度を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信タイミング制御装置。
【請求項３】
上記寄与度更新手段は、複数の近傍ノードの仮想的な位相状態の関係に応じて、上記寄与度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信タイミング制御装置。
【請求項４】
上記近傍ノードからの上記位相指示タイミング信号の受信強度を得る受信強度取得手段を備え、
上記寄与度更新手段は、得られた受信強度に応じて、上記寄与度を調整する
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方法において、
仮想ノードモデル計算手段、位相算出手段及び寄与度更新手段を備え、
近傍ノードのデータ発信のタイミングを表す位相を反映させた上記近傍ノードからの位相指示タイミング信号の受信に基づき、当該発信元ノードに対する仮想的な位相状態を算出する、上記仮想ノードモデル計算手段が実行する仮想ノードモデル計算工程と、
上記近傍ノードからの上記位相指示タイミング信号と上記仮想ノードモデル計算工程で算出された上記近傍ノードの上記仮想的な位相状態とに基づき、予め定められている位相反発特性を含むタイミング調整規則、又は、予め定められている位相反発特性及び位相同期特性を含むタイミング調整規則に従って、自ノードの位相の状態を変化させる、上記位相算出手段が実行する位相算出工程と、
上記タイミング調整規則における位相反発特性の寄与度、又は、上記タイミング調整規則における位相反発特性及び位相同期特性の寄与度を調整する、上記寄与度更新手段が実行する寄与度更新工程と
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６】
請求項１〜４のいずれかに記載の通信タイミング制御装置を有することを特徴とするノード。
【請求項７】
請求項６に記載のノードを複数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】
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において、（１）近傍ノードのデータ発信のタイミングを表す位相を反映させた上記近傍ノードからの位相指示タイミング信号の受信に基づき、当該発信元ノードに対する仮想的な位相状態を算出する仮想ノードモデル計算手段と、（２）上記近傍ノードからの上記位相指示タイミング信号と上記仮想ノードモデル計算手段が算出した上記近傍ノードの上記仮想的な位相状態とに基づき、予め定められている位相反発特性を含むタイミング調整規則、又は、予め定められている位相反発特性及び位相同期特性を含むタイミング調整規則に従って、自ノードの位相の状態を変化させる位相算出手段と、（３）上記タイミング調整規則における位相反発特性の寄与度、又は、上記タイミング調整規則における位相反発特性及び位相同期特性の寄与度を調整する寄与度更新手段と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方法において、仮想ノードモデル計算手段、位相算出手段及び寄与度更新手段を備え、（１）近傍ノードのデータ発信のタイミングを表す位相を反映させた上記近傍ノードからの位相指示タイミング信号の受信に基づき、当該発信元ノードに対する仮想的な位相状態を算出する、上記仮想ノードモデル計算手段が実行する仮想ノードモデル計算工程と、（２）上記近傍ノードからの上記位相指示タイミング信号と上記仮想ノードモデル計算工程で算出された上記近傍ノードの上記仮想的な位相状態とに基づき、予め定められている位相反発特性を含むタイミング調整規則、又は、予め定められている位相反発特性及び位相同期特性を含むタイミング調整規則に従って、自ノードの位相の状態を変化させる、上記位相算出手段が実行する位相算出工程と、（３）上記タイミング調整規則における位相反発特性の寄与度、又は、上記タイミング調整規則における位相反発特性及び位相同期特性の寄与度を調整する、上記寄与度更新手段が実行する寄与度更新工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
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。
【００１４】
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】
【００１５】
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】
【００１６】
（Ａ）各実施形態に共通する特徴
まず、後述する各実施形態に共通する特徴を説明する。なお、後述する各実施形態は、特願２００５−２４１７５号明細書及び図面（以下、先願１と呼ぶ）に係る発明を改良しようとしたものである。
【００１７】
先願１の方法では、通信タイミング計算手段において、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、相互作用範囲内の他ノード及び自ノードが選択したノードタイプ情報を用いる。上述の位相算出演算において、他ノードと自ノードとが同一のノードタイプを選択している場合、他ノードに対して、自ノードの位相を一致（位相同期）させる方向に変化させる力学的特性が働く。逆に、両者が異なるノードタイプを選択している場合、他ノードに対して自ノードの位相を反発（位相反発）させる方向に変化させる力学的特性が働く。先願１の方法を用いた場合、これらの異なる力学的特性が同時に働くため、その作用が相互に影響を与え、部分的に不整合を生じる恐れがある。その結果、一部のノード間において、十分な位相差を形成できない状態（すなわち、発信衝突が生起する状態）が発生する恐れがある。
【００１８】
そこで、本発明の各実施形態では、上記の異なる力学的特性を、相互作用対象のノードとの調整の重要性を考慮して、重要なノードとの位相調整を優先することによって、部分的に生じる不整合の恐れを解消しようとした。
【００１９】
先願１には、以下に示す２種類の実現方法（ア）、（イ）が示されているが、本発明の実施形態は、いずれの形態に対しても適用可能である。
【００２０】
（ア）「ノードタイプ選択手段の処理」を「通信タイミング計算手段の処理」から一旦分離し、先に前処理としてタイプ選択の繰り返し動作を実行する。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の処理」を実行する。
【００２１】
（イ）「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」を並列に実行する。つまり、ノードタイプ選択手段でタイプ選択を更新すると、その都度、更新結果を通信タイミング計算手段に入力して、インパルス信号の発信タイミングを決定する計算に反映させる。この一連の処理を繰り返して収束させる。
【００２２】
上記（ア）の方法は、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必要がある。それに対して、上記（イ）の方法では、ノードタイプ情報をインパルス信号に付加して送受信する形態を取ることができる。
【００２３】
以上は、ノードタイプによって相互作用の種類を分ける方法の説明であるが、本発明は、タイプ選択を用いずに相互作用を行う、例えば、特願２００４−３４４６４１号明細書及び図面（先願２）に記載のような方法においても適用可能である。
【００２４】
（Ｂ）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。
【００２５】
（Ｂ−１）通信タイミング制御装置の概略構成
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。第１の実施形態の通信システムも、図示は省略しているが、複数のノードが空間的に分散配置されており、各ノードが、図１に概略的構成を示す通信タイミング制御装置を備えている。
【００２６】
図１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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、後述するようにして、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
なお、当該ノードは、例えば、通信タイミング計算手段１０３が得た自ノードの位相情報が定常状態になった際において、その位相情報が所定の値α（例えばα＝０）から、その位相情報上で、その後最も早い他ノードのインパルス信号の受信タイミングと推測される時点までの期間の全て又は一部を、当該ノードからのデータ送信期間（タイムスロット）として、通信データの送信動作を行うものである。
【００３２】
（Ｂ−２）ノードタイプ選択手段１０２の詳細
ノードタイプ選択手段１０２は、到来した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。
【００３３】
図２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おり、ノードタイプ選択手段１０２は、例えば、到来した近傍ノードのタイプ情報を、図２に示すように整理して利用する。
【００３４】
図２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。
【００３５】
ノードタイプ選択手段１０２は、上述したように、受信して整理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。
【００３６】
ここで、ノードタイプ選択手段１０２は、インパルス信号受信手段１０１から他ノードのタイプ情報が与えられる毎に、自ノードのノードタイプの選択動作を実行するものである。なお、ノードタイプ選択手段１０２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ものであっても良い。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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１０２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】
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【００３９】
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。
【００４０】
次に、ノードタイプ選択手段１０２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】
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【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、ノードタイプ選択手段１０２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】
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【００４４】
ノードタイプ選択手段１０２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。
【００４５】
タイプ選択処理は、上述したように、例えば、インパルス信号受信手段１０１から他ノードのタイプ情報が与えられる毎に実行される。ノードタイプ選択手段１０２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。
【００４６】
図３は、ノードｉのノードタイプ選択手段１０２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、近傍ノードからのノードタイプの受信処理は、図３では省略されている。
【００４７】
ノードタイプ選択手段１０２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。
【００４８】
所定の繰り返し周期で、ノードタイプ選択手段１０２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３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。
【００４９】
ノードタイプ選択手段１０２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）。
【００５０】
そして、ノードタイプ選択手段１０２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１０２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。
【００５１】
以上のように発生乱数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。
【００５２】
ステップＳ５において、ノードタイプ選択手段１０２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。
【００５３】
ノードタイプ選択手段１０２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）。
【００５４】
ノードタイプ選択手段１０２は、収束したと判定したとき、図３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１０２は、次の周期になるのを待ち受ける。
【００５５】
（Ｂ−３）通信タイミング計算手段１０３の詳細
第１の実施形態の通信タイミング計算手段１０３は、図１に示すように、仮想ノードモデル計算部１１０、位相算出部１１１及び結合係数更新部１１２を有する。
【００５６】
第１の実施形態の通信タイミング計算手段１０３は、ノード間で送受信するインパルス信号にノードタイプ情報を付加しており、先願２で提供されている仮想ノードモデル計算部１１０を適用したものである。仮想モデル計算部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、仮想ノードモデルと呼ぶ）を自ノード内部に生成する。この仮想位相モデルを用いて擬似的に他ノードｊの位相を算出し、当該通信タイミング計算手段１０３は、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し得る。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）。
【００５７】
結合係数更新部１１２は、仮想ノードモデルの位相をもとに位相算出部１１１で使用するパラメータ（例えば、先願１中ではＫｘ、Ｋｙ）を更新するものである。
【００５８】
（Ｂ−３−１）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位相モデル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１１１は、図４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。
【００５９】
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。
【００６０】
ここで、仮想位相モデルとは、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、（５）式のように与えられる。
【数４】
2007194943.tif 000006
【００６１】
（５）式において、Θｉｊ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。
【００６２】
（５）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。
【００６３】
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（インパルス信号送信手段１０４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。
【００６４】
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及び結合係数更新部１１２に与えるものである。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
（Ｂ−３−２）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、（６−１）式及び（６−２）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、（６−１）式及び（６−２）式の各要素について説明する。
【数５】
2007194943.tif 000007
【００６９】
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（２πで割った余りを取り出す演算）を施すことにより、常に、区間０≦θｉ（ｔ）＜２πの値を取るものとする。
【００７０】
ｄ／ｄｔは、時間ｔに関する微分演算を表す記号であり、ｄθｉ（ｔ）／ｄｔは位相θｉ（ｔ）を時間ｔで微分した状態変数を表している。
【００７１】
ωｉは、固有角振動数パラメータであり、ノードｉにおける非線形振動固有のリズムを表している。ここで、最も簡単な場合の例として、ωｉの値をあらかじ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。
【００７２】
Θｉｊ（ｔ）は、他ノードｊにおける非線形振動の位相を、自ノードｉで擬似的に算出した、上述した仮想位相を表す。Θｉｊ（ｔ）は、上述したように、他ノードｊから受信したインパルス信号に基づいて、自ノードｉにおける仮想ノードモデル計算部１１０によって算出される。
【００７３】
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の演算を施すことにより、便宜的に区間０≦ΔΘｉｊ（ｔ）＜２πの値を取るものとする。
【００７４】
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、特願２００４−２５７５６２号明細書及び図面（先願３）に記載のものや、特願２００４−２５７５６７号明細書及び図面（先願４）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、（７−１）式〜（７−３）式に示すものを適用できる（但し、これに限定されない）。
【数６】
2007194943.tif 000008
【００７５】
（６−１）式及び（６−２）式において、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。
【００７６】
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）を決定する結合パラメータを表している。
【００７７】
先願４では、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、（８−１）式〜（８−４）式及び（９）式で規定される関数Ｒ（ΔΘｉｊ（ｔ））の例が示されている。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、上記の定数パラメータｐの値を、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。
【数７】
2007194943.tif 000009
【００７８】
なお、（８−１）式〜（８−４）式及び（９）式におけるｃｉ（ｔ）は、（１２）式で表される衝突率である。自ノード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。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。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データ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。
【数８】
2007194943.tif 000010
【００７９】
（６−１）式及び（６−２）式において、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。このような特性を備える関数Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））としては、例えば、（１３）式に示すものを挙げることができる。
【００８０】
Ｈ（ΔΘｉｊ（ｔ））＝γｓｉｎ（ΔΘｉｊ（ｔ））                  …（１３）
ここで、γは上述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、実験的に決定することができる。また、上述の力学的特性は、先願１や、特願２００４−３４４６０９号明細書及び図面（先願５）に示される関数形を用いて実現することも可能である。但し、先願１や先願５に示される関数形を用いる場合、（１３）式の形態と同様に、関数の係数として定数パラメータγを付加する。なお、上述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。
【００８１】
（６−１）式及び（６−２）式において、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。
【００８２】
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）を決定する結合パラメータを表す。
【００８３】
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。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、例えば、上記先願３に開示される形態と同様であり、（１４−１）式、（１４−２）式、（１５−１）式、（１５−２）式及び（１６）式によって規定されるものである。
【数９】
2007194943.tif 000011
【００８４】
（１６）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。（１６）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。（１５−１）式又は（１５−２）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。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。
【００８５】
（Ｂ−３−３）結合係数更新部１１２の詳細
上述したように、位相算出部１１１は、（６−１）式及び（６−２）式に示す演算を実行して、自ノードｉの位相情報θｉ（ｔ）を得るものである。
【００８６】
図１において、この第１の実施形態の結合係数更新部１１２は、（６−１）式及び（６−２）式に基づく演算で利用される結合パラメータ（結合係数）Ｋｘ、Ｋｙの更新操作を行うものである。以下、結合係数更新部１１２が実行する更新操作について説明する。
【００８７】
結合係数更新部１１２は、仮想ノード（仮想位相を算出する他ノードをいう）との相互作用において、仮想ノードの位相情報の重要度に応じてタイミング調整の寄与度を変える動作を行う。仮想ノードの位相の重要度を評価する方法として、インパルス信号受信時の仮想ノードの調整量に基づいて仮想ノードの位相情報の重要度を評価することが可能である。仮想ノードモデルにおいては、インパルス信号受信時に、仮想ノードの位相とインパルス信号の差から、新規に仮想ノードを追加するか、仮想ノードの位相を修正するかを判定している。このとき、修正幅の多いものは、信頼性が低いと考えることができるため、タイミング調整の寄与度を低くすることによって、より効率的にタイミング調整を行うことができる。結合パラメータＫｘを、例えば、（１７）式、（１８−１）式、（１８−２）式に従って決定することができる。（１７）式、（１８−１）式、（１８−２）式は結合パラメータＫｘについてであるが、他の結合パラメータＫｙについても同様に算出することができる。
【数１０】
2007194943.tif 000012
【００８８】
ここで、φｃは、当該ノードｉが１周期のうち通信している区間を表し、Θはインパルス信号の示す位相（インパルス信号の受信時の位相）、＾θｉｊはノードｉの仮想ノードｊの位相を表す（上記ではΘｉｊで表していたものである）。また、関数Ｄは、インパルス信号受信時の調整量を表し、調整量が小さいほど寄与度（結合パラメータ）Ｋｘ、Ｋｙは大きくなる。
【００８９】
また、位相の調整量だけでなく、仮想ノードの位相の関係からも寄与度を決定することができる。これを図５に示す。
【００９０】
図５は、ノード０から見た近傍ノードの位相を表しており、図５では同タイプのノード０、１、２において、ノード０とノード１、２間に異なるタイプのノード３、４、５が存在しているため、異なるタイプのノードとの反発が障壁となり、ノード０、１、２はスムーズに位相を揃えることができない。この状態を回避するために、同タイプのノードの位相の間に異なるタイプのノードがある場合には、そのノード（図５の例ではノード３、４、５）との相互作用において結合パラメータＫｘ＝０として位相反発を一時的に解除することにより、競合状態を回避する。
【００９１】
ここで、ノードタイプが同タイプか否かは、ノードタイプ選択手段１０２からのタイプ情報によって判断できる。同タイプのノードの位相の間に異なるタイプのノードがあることは、仮想ノードモデル計算部１１０が出力した仮想位相＾θｉｊ＝Θｉｊや位相算出部１１１による当該ノードｉの位相θｉ（ｔ）により判断することができる。例えば、図５の例では、θ０（ｔ）＜Θ０３＜Θ０１である。
【００９２】
（Ｂ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、結合係数更新部を導入し、非線形振動をモデル化したノードタイプを反映させた数式に基づく位相算出演算を実行する際に、ノードの位相情報をもとにそれぞれのノードとのタイミング調整の重み（寄与度）を制御するようにしたので、特定の他ノードと優先的に位相差を形成することが可能となり、相互作用の部分的な不整合を解消することができる。
【００９３】
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ことを防止でき、最適な通信形態を実現できる。
【００９４】
（Ｃ）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、上述した第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００９５】
図６は、第２の実施形態の通信タイミング制御装置の概略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。
【００９６】
上述の第１の実施形態では、それぞれの仮想ノードの通信タイミング制御における寄与度（結合パラメータ）をノードの位相関係から決定していた。この第２の実施形態は、受信強度（受信電力強度や受信電界強度）などを用いることによって、仮想ノードの位相情報を用いずに、それぞれの仮想ノードの重要度を評価して位相ダイナミクスへの寄与度を計算するものである。
【００９７】
ノードがインパルス信号を受信した際には、そのインパルス信号の受信強度を知ることが可能であり、第２の実施形態の通信タイミング制御装置１００Ａにおいては、インパルス信号受信手段１０１Ａがインパルス信号の受信時に得た受信強度を結合係数更新部１１２Ａに与える。
【００９８】
ここで、受信強度が強いことは送信元の他ノードの位置が自ノードに近いことを表し、受信強度が弱いことは送信元の他ノードの位置が自ノードから遠いことを表している。２以上のノードが同時に発信することにより干渉がおこりパケットが衝突するときには、ノードの位置が近いものほど干渉の度合いは大きく衝突の確率は高くなる。そのため、反発の相互作用においては、送信タイミング形成時に位置的に近いノードとのタイミング形成を優先した方が効率が良い。第２の実施形態の結合係数更新部１１２Ａは、受信強度に基づいて、寄与度（結合パラメータ）Ｋｘ、Ｋｙを更新する。すなわち、第２の実施形態の結合係数更新部１１２Ａは、パケットの受信強度を用いることによって仮想ノードの位相を参照することなくそれぞれの仮想ノードの寄与度を決定する
受信強度から寄与度を決定（更新）する方法は、例えば、受信強度に比例して寄与度を決定する方法、受信強度が強くなるほど指数関数的に寄与度が大きくなるように決定する方法、予め受信強度をランク付け（範囲分け）しておいてそのランクに対応した値を採用する方法などを適用し得る。
【００９９】
第２の実施形態によれば、インパルス信号の受信時の受信強度に基づいて位相ダイナミクスの結合係数の調整を行う結合係数更新部を導入し、他ノードとのタイミング調整の重み（寄与度）を制御するようにしたので、より衝突の危険性の高いノードとのタイミング調整を優先することができる。無線通信では２つのノードが同時に通信を行った場合も信号強度に十分な差があれば、信号強度の強いものを受信することが可能であるため、空間的位置が近い他ノードのものほど送信タイミングをずらすことによってタイミング形成を効率的に行うことができる。
【０１００】
（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。
【０１０１】
上記各実施形態は、ノードタイプによって相互作用の種類を分けるものであったが、上述したように、本発明は、タイプ選択を用いずに相互作用を行う、例えば、先願２に記載のような方法においても適用可能である。この例の場合、結合係数更新部による更新対象の結合パラメータ（寄与度）は、上述した（６−１）式に対応する下記の（１９）式におけるＫである。なお、（１９）式におけるＮｉは仮想的な位相モデルの総数を表しており、その他の記号は、（６−１）式におけるものと同様である。
【数１１】
2007194943.tif 000013
【０１０２】
また、第１の実施形態では、仮想ノードの寄与度（結合パラメータ）をノードの位相関係から決定し、第２の実施形態では、仮想ノードの寄与度（結合パラメータ）をインパルス信号の受信強度から決定するものを示したが、これらの両実施形態の技術思想を併用又は融合させるようにしても良い。例えば、上述した（１７）式によって得られた結合パラメータに対し、受信強度で定まる重み付け係数を乗算した後、位相算出部に出力する。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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】
【０１０９】
【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の実施形態でのノードタイプの説明図である。
【図３】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４】第１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。
【図５】第１の実施形態の結合パラメータの更新方法の説明図である。
【図６】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。
【符号の説明】
【０１１０】
１００、１００Ａ…通信タイミング制御装置、１０１、１０１Ａ…インパルス信号受信手段、１０２…ノードタイプ選択手段、１０３、１０３Ａ…通信タイミング計算手段、１０４…インパルス信号送信手段、１１０…仮想ノードモデル計算部、１１１…位相算出部、１１２、１１２Ａ…結合係数更新部。
【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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