JP4196882B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、ノード及び通信システムに関し、特に、複数のノードでなる通信システムにおけるデータ通信の衝突回避に関するものである。

空間に分散配置された複数のノードが衝突することなくデータ通信し得るようにするための方式として、ＴＤＭＡ方式、ＣＳＭＡ（ＣＳＭＡ／ＣＡやＣＳＭＡ／ＣＤ）方式などがある（非特許文献１参照）。

ＣＳＭＡ方式は、発信しようとするノードは、他のノードが通信中か否かをキャリア（周波数）の存在に基づいて確認し、通信が実行されていないときに発信するものである。

しかしながら、ＣＳＭＡ方式の場合、同時に通信可能なチャネル数は少なくなる。

ＴＤＭＡ方式は、各ノードに異なるタイムスロットを割当て、各ノードは自己に割り当てられているタイムスロットでデータ送信を行うものであり、ＴＤＭＡ方式は、ＣＳＭＡ方式より同時に通信可能なチャネル数を多くし易い。ＴＤＭＡ方式では、通信に供するノードが動的に変化する場合、あるノード（管理ノード）が、各ノードへのタイムスロットを動的に割り当てたりする。
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

しかし、ＴＤＭＡ方式の場合、タイムスロットの割当てを行う管理ノードが故障すると、通信システム全体がダウンする。また、各ノードに動的にタイムスロットを再割当てする処理は煩雑であり、状況変化に迅速に対応できないことも生じる。さらに、ＴＤＭＡ方式の場合、タイムスロット自体の幅を変更するようなこともできない。

また、ＴＤＭＡ方式の場合、ノードによって、データ量を変更しようとしてもタイムスロットの固定幅の整数倍でしか変更できず、しかも、動的に変更することは容易ではない。

そのため、管理ノードが各ノードに通信タイミングを指示することなく、各ノードが有効な通信を実行できる柔軟性が高い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。

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、（１）他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する状態変数信号通信手段と、（２）自ノードから送信させる状態変数信号の数を決定する状態変数信号数決定手段と、（３）上記状態変数信号通信手段が受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信手段に与えるタイミング決定部を、上記状態変数信号数決定手段が決定した数だけ機能させるタイミング決定手段と、（４）自ノードから送信させる複数の状態変数信号における先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたか否かを判定する連続性確認手段とを備え、（５）上記タイミング決定手段は、先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたときに、自己の処理を再起動すると共に、再起動時に、複数の状態変数信号を連続して生成して発信し直すことを特徴とする。

第２の本発明のノードは、第１の本発明の通信タイミング制御装置を有することを特徴とする。

第３の本発明の通信システムは、第２の本発明のノードを複数有することを特徴とする。

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が実行する通信タイミング制御方法であって、（１）他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する、状態変数信号通信手段が実行する状態変数信号通信工程と、（２）自ノードから送信させる状態変数信号の数を決定する、状態変数信号数決定手段が実行する状態変数信号数決定工程と、（３）上記状態変数信号通信工程で受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信工程に与えるタイミング決定サブ工程を、上記状態変数信号数決定工程が決定した数だけ機能させる、タイミング決定手段が実行するタイミング決定工程と、（４）自ノードから送信させる複数の状態変数信号における先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたか否かを判定する、連続性確認手段が実行する連続性確認工程とを含み、（５）上記タイミング決定工程では、先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたときに、自己の処理を再起動すると共に、再起動時に、複数の状態変数信号を連続して生成して発信し直すことを特徴とする。

本発明の通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、ノード及び通信システムによれば、管理ノードがなくても、各ノードが有効な通信を柔軟に実行できると共に、１ノードが恰も複数ノードのような通信権を獲得することができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、ノード及び通信システムの第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。

第１の実施形態は、各ノードがインパルス信号を発生し、また、自分以外のノードが発生するインパルス信号を有効に検出することによって、近傍のノードと相互に作用し合い、自律分散的にタイムスロットの割り当てを決定するものであり、また、各ノードによってタイムスロットの幅を変更し得るようにしたものである。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の通信システム（ネットワーク）の全体構成を示す概略ブロック図である。第１の実施形態の通信システムは、データ通信に供する複数のノードが分散配置されているものである。

図１は、各ノードの内部構成を示す機能ブロック図である。各ノードＮは、インパルス信号受信手段１１、通信タイミング計算手段１２、インパルス信号送信手段１３、同調判定手段１４、データ通信手段１５及び送信データ量計測手段１６を有する。

インパルス信号受信手段１１は、近傍のノード（例えば、そのノードの発信電波が届く範囲に存在する他のノード）が送信したインパルス信号（宛先情報は含まれていない）を受信するものである。ここで、インパルス信号はタイミング信号として授受されるものであり、例えば、ガウス分布形状等のインパルス形状を有するものである。インパルス信号受信手段１１は、受信したインパルス信号そのもの、それを波形整形したもの、又は、受信したインパルス信号に基づき再生成し直したインパルス信号を通信タイミング計算手段１２及び同調判定手段１４に与える。

通信タイミング計算手段１２は、インパルス信号受信手段１１から与えられた信号や送信データ量計測手段１６からの信号などに基づき、当該ノードでの通信タイミングを規定する位相信号を形成して出力するものである。通信タイミング計算手段１２は、後述する図４に示すような内部構成を備え、複数の位相信号を形成することもあり得るが、まず、形成する位相信号が１個として、通信タイミング計算手段１２の機能を説明する。

今、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。

（１）式は、インパルス信号受信手段１１から与えられた信号に応じて、自ノード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）から受信したインパルス信号に基づいて、インパルス信号受信手段１１が出力した信号を表しており、関数Ｒ（θｉ（ｔ），σ（ｔ））は、他ノードからのインパルス信号の受信に応じて自己の基本的なリズムを変化させる応答特性を表現する位相応答関数であり、例えば、（２）式に従っている。

（２）式は、時刻ｔにおける位相信号θｉ（ｔ）の逆相にランダムノイズを重畳させた位相値の正弦波で位相応答関数を定めていることを表している。

近傍のノード同士が逆相（振動の位相が反転位相）になろうとする非線形特性を実現し、その特性を用いて衝突回避を実行させようとしたものである。すなわち、近傍のノード間におけるインパルス信号の送信タイミングなどが衝突しないように、各ノードの位相信号の値が同じ値になるタイミングに、適当な時間関係（時間差）が形成させようとしている。

（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。

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。

通信タイミング計算手段１２の上述した機能の意味合いを、図３を用いて詳述する。

図３は、ある１つのノードに着目したときに、着目ノード（自ノード）ｉと２個の近傍のノード（他ノード）ｊ１、ｊ２との計３個のノード間に形成される関係、すなわち、それぞれの非線形振動リズム間の位相関係が時間的に変化していく様子を示している。

図３において、円上を回転する３つの質点の運動は、計３個の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、３つの質点には相互に逆相になろうとし、仮に、図３（ａ）に示すように初期状態で３つの質点の位相が近くても、時間経過と共に、図３（ｂ）に示す過渡状態を経由し、図３（ｃ）に示すような３つの質点の位相差がほぼ２π／３である定常状態に変化していく。

３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、ノード間でインパルス信号の授受に基づく相互作用が生じると、これらの質点は、それぞれ角速度を変化（緩急）させ、結果的に、適当な位相関係を維持する定常状態に到達する。この動作は、３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。

近傍ノード数が１個や３個以上の場合についても同様である。

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。

通信タイミング計算手段１２は、得られた位相信号θｉ（ｔ）を、インパルス信号送信手段１３、同調判定手段１４及びデータ通信手段１５に出力する。

インパルス信号送信手段１３は、位相信号θｉ（ｔ）に基づいて、インパルス信号を送信出力する。すなわち、位相信号θｉ（ｔ）が所定の位相α（０≦α＜２π）になると、インパルス信号を送信出力する。ここで、所定の位相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３の例で言えば、ノードｉとノードｊ１とでは、定常状態で相互の位相信号θｉ（ｔ）及びθｊ（ｔ）が２π／３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からのインパルス信号の送信タイミングと、ノードｊ１からのインパルス信号の送信タイミングとは２π／３だけずれる。

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出力インパルス信号の送信タイミングの相互調整が、「過渡状態」（図３（ｂ）参照）あるいは「定常状態」（図３（ｃ）参照）のいずれの状態にあるかを判定するものである。同調判定手段１４は、インパルス信号の受信タイミング（他ノードの出力インパルス信号に対応する）及びインパルス信号の自ノードからの送信タイミングを観測し、インパルス信号を授受し合う複数のノードの送信タイミング間の時間差が時間的に安定している場合に「定常状態」であると判定する。同調判定手段１４には、自ノードからのインパルス信号の送信タイミングを捉えるための信号として、位相信号θｉ（ｔ）が入力されている。

同調判定手段１４は、例えば、以下の（ａ）〜（ｄ）のような処理を実行して同調判定を行う。

（ａ）インパルス信号受信手段１１からの信号の出力タイミングにおける位相信号θｉ（ｔ）の値βを、位相信号θｉ（ｔ）の１周期に亘って観測する。上記の観測を行った結果、得られる位相信号θｉ（ｔ）の値βをそれぞれ、β１，β２，…，βＮ （０＜β１＜β２＜…＜βＮ＜２π）とする。

（ｂ）観測された位相信号θｉ（ｔ）の値βに基づいて、隣接値間の差（位相差）Δ１＝β１，Δ２＝β２−β１，…，ΔＮ＝βＮ−β（Ｎ−１）を算出する。

（ｃ）上記（ａ）及び（ｂ）の処理を位相信号θｉ（ｔ）の周期単位に行い、相前後する周期における位相差Δの変化量（差分）γ１＝Δ１（τ+１）−Δ１（τ），γ２＝Δ２（τ+１）−Δ２（τ），…，γＮ＝ΔＮ（τ+１）−ΔＮ（τ）を算出する。ここで、τは、位相信号θｉ（ｔ）のある周期を示しており、τ＋１は、位相信号θｉ（ｔ）のその次の周期を示している。

（ｄ）上述の変化量γが、いずれも微小パラメータ（閾値）εよりも小さい場合、すなわち、γ１＜ε，γ２＜ε，…，γＮ＜εの場合に、「定常状態」であると判定する。

なお、γ１＜ε，γ２＜ε，…，γＮ＜εという条件がＭ周期にわたって満足される場合を定常状態と判定するようにしても良い。Ｍの値を大きくするほど、より安定性の高い状態で「定常状態」と判定できる。また、一部の受信インパルス信号に基づいて、「定常状態」の判定を行っても構わない。

同調判定手段１４は、位相信号θｉ（ｔ）の周期毎に、判定結果を示す同調判定信号と、インパルス信号の受信タイミングにおける位相信号θｉ（ｔ）の値βの最小値β１をスロット信号としてデータ通信手段１５に出力する。

データ通信手段１５は、他ノードからのデータを受信すると共に、自己が送信元となるデータや、自己が中継するデータを送信する。データ通信手段１５は、データ送信を、同調判定信号が「定常状態」を示す場合に、タイムスロット（システムなどが割り当てた固定的な時間区間ではないが、「タイムスロット」という用語を用いる）で行ない、同調判定信号が「過渡状態」を示す場合には送信動作を停止している。

タイムスロットは、位相信号θｉ（ｔ）がδ１≦θｉ（ｔ）≦β１−δ２である期間である。タイムスロットの開始点（そのときの位相信号の値をδ１とする）は、インパルス信号の送信が終了したタイミングであり、タイムスロットの終了点（そのときの位相信号の値をβ１−δ２とする）は、位相信号の周期毎の最初の受信インパルス信号のタイミングより多少のオフセット分δ２だけ前のタイミングとしている。δ１やδ２は、当該ノードの近傍の無線空間で、インパルス信号（送信元は自ノードの場合、他ノードの場合の双方を含む）と、データ信号（送信元は自ノードの場合、他ノードの場合の双方を含む）とが同時に存在しないことを補償するためのごく短い時間に対応する位相幅である。

例えば、図３（ｃ）に示すような「定常状態」の場合、ノードｉは、位相θｉが０からインパルス信号を送信し始め、位相θｉがδ１になる前に、インパルス信号の送信を終了させておき、位相θｉがδ１からデータ信号を送信し始め、位相θｉがβ１−δ２になると（但しβ１≒２π／３）、データ信号の送信が終了させ、それ以降、位相θｉが再び０になるまで、インパルス信号の送信もデータ信号の送信も停止させる。他のノードｊ１やｊ２も、位相θｊ１やθｊ２に基づいて同様な動作を実行するが、位相θｉと位相θｊ１やθｊ２とがほぼ２π／３や４π／３だけずれているので、送信動作が競合することはない。ノード数が２や４以上の場合も同様に動作し、送信動作が競合することはない。

上述のように、固有角振動数パラメータωは、通信システム（ネットワーク）全体で同一の値に統一することとしている。固有角振動数ωが統一されていると、各ノードで不規則にばらついている場合に比べ、定常状態に入りやすく、逆に、固有角振動数ωが統一されていないと、異常なインパルス信号を送信するノードも多くなり、定常状態に入り難い。

以上では、各ノードには１個のタイムスロットを割り当てるとして説明したが、この第１の実施形態の場合、１個のノードに複数のタイムスロットを割り当てることも可能である。

送信データ量計測手段１６は、かかる機能のために設けられたものであり、複数のタイムスロットを割り当てることが可能なように、通信タイミング計算手段１２は、図４に示す詳細構成を有する。

送信データ量計測手段１６は、送信データ量を計測し、自ノードに割り当てるタイムスロットの増減判定を行うものである。ここでの送信データ量は、送信したデータ量であっても良く（以下の動作説明ではこの場合として行う）、送信待ち状態にあるデータ量であっても良く、要は今後のデータ送信の効率を判定できるものであれば良い。上述したタイムスロットの増減判定の結果が、通信タイミング計算手段１２に与えられる。

通信タイミング計算手段１２は、図４に示すように、振動子モデル数制御手段２０及び複数（図４は３個の例を示している）の非線形振動子モデル計算手段２１−１〜２１−３を有する。

各非線形振動子モデル計算手段２１−１、２１−２、２１−３はそれぞれ、上述した（１）式の計算を行うものである。振動子モデル数制御手段２０は、送信データ量計測手段１６からの入力を基に、送信データ量に応じた数の非線形振動子モデル計算手段を有効に動作させるものであり、各非線形振動子モデル計算手段に対してインパルス信号を割り当てる機能を有している。

なお、有効に動作する非線形振動子モデル計算手段が複数の場合は、当該ノードが恰も複数のノードに分割されたような相互作用が実行される。

ここで、非線形振動子モデル計算手段は、ハードウェア又はソフトウェア的に予め複数のものを用意しておき、振動子モデル数制御手段２０が、有効動作するものを指定するようにしても良く、また、振動子モデル数制御手段２０が、新たな非線形振動子モデル計算手段が必要となったと判断したときに新たな非線形振動子モデル計算手段（主としてソフトウェア構成でなる）を生成するようにしても良い。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の通信システムの動作を説明する。

今、着目ノードをノードＮ１とし、インパルス信号をノードＮ２、Ｎ３の２ノードから受信しているとき、つまり３ノード間で相互作用させている場合とする。３ノード間で相互作用しているときの定常状態の位相関係は、図５（ａ）に示すようになり、位相信号θ１、θ２、θ３が所定の位相範囲にある場合の同一時間幅のタイムスロットがそれぞれ、各ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３に割り当てられる。

なお、このときの定常状態においては、着目ノードＮ１の通信タイミング計算手段１２内においては非線形振動子モデル計算手段２１−１だけが動作している。

各ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３はそれぞれ、割り当てられたタイムスロット内でデータ信号を送信する。この際、データ通信手段１５からデータ信号を送信すると共に、データ信号が送信データ量計測手段１６に入力されて送信量が測定される。送信データ量計測手段１６は、送信データ量が予め設定しておいた閾値以上になったことを検出すると、インパルス信号割り当て要求を通信タイミング計算手段１２に与える。

通信タイミング計算手段１２において、振動子モデル数制御手段２０は、インパルス信号割り当て要求が与えられると、新規に非線形振動子モデル計算手段２１−２を生成し、既存のインパルス信号ＩＮＰ１に加え、新規のインパルス信号ＩＮＰ１’も発信開始する（図５（ｂ））。

インパルス信号発信情報は、非線形振動子モデル計算手段２１−１及び２１−２に入力され、２個のインパルス信号ＩＮＰ１及びＩＮＰ１’がそれぞれ、別ノードが発信したものとみなして相互作用の動作（（１）式に従う位相信号の形成動作など）を行う。

他ノードＮ２、Ｎ３でも、受信インパルス信号が増加した直後は、定常状態でなくなるので、データ信号の送信を一時中断し、４ノードでの位相相互作用を行い、定常状態になるのを待ち受ける。

定常状態になれば、データ信号を送信開始する。図５（ｃ）は、定常状態になった時点での位相を示している。位相信号の１周期が４等分されてタイムスロットが形成され、着目ノードＮ１には連続した２個のタイムスロットが割り当てられる。着目ノードＮ１については、フレームサイズ（２π）に対するタイムスロット割当量が３分の１（２π／３）から２分の１（π）に増加している。

以上では、インパルス信号を複数発信し、タイムスロット幅を増加させる方法を述べた。逆に、複数のインパルス信号の発信中に、送信データ計測手段１６によって閾値を下回ると判定されると、インパルス信号削除要求が通信タイミング計算手段１２に入力され、インパルス信号の発信数が減少され、タイムスロット幅が減少される。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、各ノードが近傍ノードとがインパルス信号を授受し合いながら相互作用することによって、自律分散的にタイムスロットの割り当てを決定することができ、しかも、各ノードは複数のインパルス信号を連続して発信することにより、複数かつ連続したタイムスロットの割り当てを得ることができる。これにより、通信量が多い場合、割り当てタイムスロット数を増やすことで送信待ち状態を解消することができる。

１個のノードに割り当てる複数のタイムスロットを連続させるようにしたので、その中の２番目以降のタイムスロットではオーバーヘッド情報を含まないような送信も可能であり、この点でも効率良くデータ送信を実行させることができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による通信タイミング制御装置、通信タイミング制御方法、ノード及び通信システムの第２の実施形態を、図面に基づいて説明する。

図６は、第２の実施形態のノードの構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第２の実施形態の場合、各ノードは、第１実施形態の構成に加え、インパルス信号連続性検知手段１７を有する。インパルス信号連続性検知手段１７は、自ノードから複数（種類）のインパルス信号を連続送信させる場合において機能するものであり、自ノードから複数（種類）のインパルス信号の連続性を確認し、連続性を確認できないときに通信タイミング計算手段１２に通知するものである。インパルス信号連続性検知手段１７は、例えば、新たな位相周期に入り、最初のインパルス信号送信すると、自ノードからのインパルス信号の送信数（有効な非線形振動子モデル計算手段の数）−１を内蔵するカウンタにセットし、通信タイミング計算手段１２からのインパルス信号の送信通知によりカウント値をカウントダウンし、カウントが０に達する前に、インパルス信号受信手段１１からの信号により他ノードからのインパルス信号の受信を認識したときを、連続性を確認できなくなったときと検知するものである。

図７（ａ）は、ノードＮ１と相互作用が及ぶ範囲のノード間の位相関係を表しており、ノードＮ１は、３個のインパルス信号ａ、ｂ、ｃを連続して送信している。

ノードＮ１の先頭インパルス信号ａを送信すると、インパルス信号連続性検知手段１７のカウンタを２にセットする。２番目、３番目のインパルス信号ｂ、ｃを送信すると１ずつ減算して０になる。

図７（ｂ）は、最後尾のインパルス信号ｃの前に他ノードＮ５がインパルス信号を送信し始めた状態である。カウンタが０になる前に他ノードＮ５からのインパルス信号を受信したときには、インパルス信号連続性検知手段１７から通信タイミング計算手段１２に連続性を確認できなくなったとして再起動要求信号を入力する。通信タイミング計算手段１２では、再起動時に、３個のインパルス信号ａ、ｂ、ｃを連続して生成、発信し直し、図７（ｃ）に示すような３個のインパルス信号ａ、ｂ、ｃが連続した位相での相互作用動作を再開する。

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、以下の効果を奏することができる。第２の実施形態によれば、自ノードが複数のインパルス信号を送信するノードであるばあいにおいて、自ノードの先頭インパルス信号の送信から最後尾のインパルス信号の送信までに他ノードからのインパルス信号を受信すれば、再度タイムスロット割り当て制御を起動するようにしたので、連続したインパルス信号の送信が保たれる。従って、幅が広いタイムスロットの割り当てを保持できるという効果を奏する。

（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態では、通信量の増加時に、複数のタイムスロットの割当て制御を行う場合について説明したが、ノードをネットワークに配置するときに複数のタイムスロットの割当て制御を行うようにしても良い。

上記各実施形態では、１ノードに割り当てる複数のタイムスロットが連続する場合を示したが、複数のタイムスロットが連続しない割り当てであっても良い。

本発明は、通信路が無線通信路の場合だけでなく、通信路が有線通信路であっても適用することができる。

本発明は、上述した以外の種々の変形例が可能であり、例えば、特願２００３−３２８５３０号明細書及び図面に、本発明にも適用可能な種々の変形例が記載されている。

第１の実施形態のノードの内部構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態の通信システムのノードの配置例を示すブロック図である。 第１の実施形態の通信システムでのノード間の同調の説明図である。 第１の実施形態の通信タイミング計算手段の内部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態のあるノードについてのインパルス信号の増加前後のノード間の位相関係を示す説明図である。 第２の実施形態のノードの内部構成を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態の１ノードの複数のインパルス信号の連続性を確保するための説明図である。

符号の説明

１１…インパルス信号受信手段、１２…通信タイミング計算手段、１３…インパルス信号送信手段、１４…同調判定手段、１５…データ通信手段、１６…送信データ量計測手段、１７…インパルス信号連続性検知手段、２０…振動子モデル数制御手段、２１−１〜２１−３…非線形振動子モデル計算手段。

Claims (5)

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、
   他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する状態変数信号通信手段と、
   自ノードから送信させる状態変数信号の数を決定する状態変数信号数決定手段と、
   上記状態変数信号通信手段が受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信手段に与えるタイミング決定部を、上記状態変数信号数決定手段が決定した数だけ機能させるタイミング決定手段と、
   自ノードから送信させる複数の状態変数信号における先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたか否かを判定する連続性確認手段とを備え、
   上記タイミング決定手段は、先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたときに、自己の処理を再起動すると共に、再起動時に、複数の状態変数信号を連続して生成して発信し直す
   ことを特徴とする通信タイミング制御装置。
2. 上記状態変数信号数決定手段は自ノードからの送信データ量に応じて自ノードから送信させる状態変数信号の数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。
3. 請求項１又は２に記載の通信タイミング制御装置を有することを特徴とするノード。
4. 請求項３に記載のノードを複数有することを特徴とする通信システム。
5. 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、
   他ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を受け取ると共に、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを示す状態変数信号を間欠的に送信する、状態変数信号通信手段が実行する状態変数信号通信工程と、
   自ノードから送信させる状態変数信号の数を決定する、状態変数信号数決定手段が実行する状態変数信号数決定工程と、
   上記状態変数信号通信工程で受け取った他ノードからの状態変数信号及び遷移の基本速度情報に基づいて、自ノードの動作状態あるいは動作タイミングを遷移させ、この遷移を反映させた自ノードからの状態変数信号を生成して上記状態変数信号通信工程に与えるタイミング決定サブ工程を、上記状態変数信号数決定工程が決定した数だけ機能させる、タイミング決定手段が実行するタイミング決定工程と、
   自ノードから送信させる複数の状態変数信号における先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたか否かを判定する、連続性確認手段が実行する連続性確認工程とを含み、
   上記タイミング決定工程では、先頭の状態変数信号の送信から最後尾の状態変数信号の送信までに、他ノードによる状態変数信号の送信が生じたときに、自己の処理を再起動すると共に、再起動時に、複数の状態変数信号を連続して生成して発信し直す
   ことを特徴とする通信タイミング制御方法。

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