JP4196885B2 - 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。

また、ＴＤＭＡ方式の場合、各ノードが送信し得るタイムスロットが明確であるが、そのタイムスロットを用いた通信相手が送信側が任意に定めることができる場合には、受信側は自己宛の送信がなされるか否か分からないので、常にデータ信号の受信待ち状態にする必要があり、電力を消耗する。

例えば、基地局から端末への通信システムにおいて、端末での省電力化の方法として、間欠受信がある。これは、基地局から端末を呼び出すタイミングを取り決めておき、端末は基地局からの信号を受ける時間のみ受信オン状態として信号を受信し、これ以外の間は受信オフにしておくことにより、省電力化を図る方法である。しかし、上述のような受信側が自己宛の送信がいつなされるか分からない状況では、このような省電力化方法を採用することはできない。

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、しかも、受信側ノードでの省電力化を期待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。

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）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手段と、（３）上記状態変数信号通信手段が受信した他ノードの状態変数信号、及び、上記タイミング決定手段が決定した自ノードの動作タイミングに基づいて、自ノードと他ノードとの動作タイミングの関係が安定状態になっているか否かを判定する定常性判定手段と、（４）安定状態と判定されている際に、自ノードの動作タイミングで定まる周期的なデータ送信期間毎にデータ信号を送信するデータ送信手段と、（５）安定状態と判定されている際に、他ノードからのデータ信号を受信するデータ受信手段と、（６）上記タイミング決定手段が、処理に利用する状態変数信号を送出する他ノードであっても、その他ノードからのデータ信号が当該ノードに到達するか否かで他ノードを分類し、データ信号が当該ノードに到達しない他ノードのデータ送信期間の少なくとも一部の期間に、上記データ受信手段の電源をオフにする受信オン／オフ制御手段とを備えたことを特徴とする。

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工程と、（２）上記状態変数信号通信工程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工程と、（３）上記状態変数信号通信工程が受信した他ノードの状態変数信号、及び、上記タイミング決定工程が決定した自ノードの動作タイミングに基づいて、自ノードと他ノードとの動作タイミングの関係が安定状態になっているか否かを判定する定常性判定工程と、（４）安定状態と判定されている際に、自ノードの動作タイミングで定まる周期的なデータ送信期間毎にデータ信号を送信するデータ送信工程と、（５）安定状態と判定されている際に、他ノードからのデータ信号を受信するデータ受信工程と、（６）上記タイミング決定工程が、処理に利用する状態変数信号を送出する他ノードであっても、その他ノードからのデータ信号が当該ノードに到達するか否かで他ノードを分類し、データ信号が当該ノードに到達しない他ノードのデータ送信期間の少なくとも一部の期間では、上記データ受信工程が機能する構成の電源をオフにする受信オン／オフ制御工程とを含むことを特徴とする。

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、管理ノードが存在しなくても、各ノードが有効な通信を柔軟性良く実行できる、しかも、受信に関し、省電力化を達成することができる。

（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、各ノードをできるだけ省電力化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の実施形態が意図しているネットワーク内のノード配置例を示すブロック図であり、ノードＮ１を着目ノードとして示している。図２において、着目ノードＮ１を中心とする実線円は、他ノードが送信した後述するインパルス信号をノードＮ１が受信できる範囲を示し、図２の例では、着目ノードＮ１は、ノードＮ２、Ｎ３、Ｎ４が送信したインパルス信号を受信できる。また、実線円より狭い範囲の着目ノードＮ１を中心とする点線円は、他ノードと着目ノードＮ１がデータ信号を授受できる範囲を示し、図２の例では、着目ノードＮ１は、ノードＮ２及びＮ３とデータ信号を授受できる。

図１は、第１の実施形態の各ノードの内部構成を示すブロック図である。図１において、各ノードは、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、近傍ノード位置判定手段１６及びオン／オフ判定手段１７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、同調判定手段１４、近傍ノード位置判定手段１６及びオン／オフ判定手段１７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。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。

（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Ｎｋ（図２の場合であればｋは２〜４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及び図４を用いて詳述する。なお、図３及び図４に示す状態変化は、インパルス信号送信手段１３の機能も関係している。

図３及び図４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。

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。

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、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。

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。

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、データ通信手段１５及びオン／オフ判定手段１７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からのインパルス信号の送信タイミングと、ノードｊからのインパルス信号の送信タイミングとはπ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）、図４（ｂ）参照）あるいは「定常状態」（図３（ｃ）、図４（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ものである。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」を示すときに、後述するタイムスロット（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」を示すときには送信動作を停止する。データ通信手段１５は、データ受信を、後述するオン／オフ判定手段１７のオン判定結果期間でのみ行う。

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≒π）、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。他方のノードｊも、位相θｊに基づいて同様な動作を実行するが、位相θｉと位相θｊとがほぼπ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３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。

近傍ノード位置判定手段１６及びオン／オフ判定手段１７は、当該ノードでの省電力化のために設けられた構成要素である。

近傍ノード位置判定手段１６は、受信インパルス信号の相手先のノードについて、自ノードからの距離を分類するものである。近傍ノード位置判定手段１６は、受信インパルス信号の相手先ノードとの距離を、例えば、データ信号（及びインパルス信号）を受信可能な距離、インパルス信号のみ受信可能距離のいずれかに分類する。近傍ノード位置判定手段１６は、例えば、受信インパルス信号の受信パワーのピーク値などに基づいて自ノードからの距離を分類しても良く、距離計測用のデータ信号を有効に通信し得るかに基づいて自ノードからの距離を分類しても良い。後述する動作説明では、後者であるとして説明を行う。

オン／オフ判定手段１７は、近傍ノード位置判定手段１６の判定結果を保持し、それに基づいて、各タイムスロットについて、データ信号を受信するか（オン）否か（オフ）を決定し、データ通信手段１５の受信動作をオン／オフ制御するものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような各部でなるノードを複数有する第１の実施形態の通信システムの動作を説明する。

第１の実施形態の通信システムは、（１）近傍ノード間の位相相互作用による定常状態の形成、（２）位相相互作用する近傍ノードの距離の測定、（３）データ信号の送受信という、３段階の手順で動作する。

（１）定常状態の形成
図３及び図４を用いて上述したように、インパルス信号を相互に受信できる範囲の近傍ノード間で位相相互作用が実行され、定常状態が形成される。ここで、図２に示すようなノード配置の場合において、各ノードＮ１〜Ｎ４に対して、図５（ａ）に示すようにタイムスロットが割り当てられたとする。

（２）近傍ノードの距離測定
定常状態になると、ノード（例えばＮ１）は、自己からのインパルス信号に位置確認要求信号を乗せて送信する。位置確認要求信号は、図２における実線円内に位置する他ノードＮ２〜Ｎ４で受信される。位置確認要求信号を受信したノードＮ２、Ｎ３、Ｎ４はそれぞれ、自ノードのデータ信号の送信タイミングのときに、データ信号を使用し、位置確認要求信号に対する返答信号を要求元に送信する。この返答信号の内容などは特に限定されない。

位置確認要求信号を送信したノードＮ１の近傍ノード位置判定手段１６は、タイムスロット毎に返答（データ）信号が受信できたか否かを調べ、図６に示すように、自ノードＮ１から見た全タイムスロットについて、返答信号を含むデータ信号が受信できたか（１）否か（０）を記入したタイムスロット表を作成し、オン／オフ判定手段１７に与えて保持させる。

後述するように、返答信号を含むデータ信号を受信できたタイムスロットについては、そのタイムスロット内でデータ通信手段１５の受信部の電源がオン制御され、返答信号を含むデータ信号を受信できなかったタイムスロットについては、そのタイムスロット内でデータ通信手段１５の受信部の電源がオフ制御される。

（３）データ信号の受信
自ノードＮ１からのインパルス信号を送信すると、オン／オフ判定手段１７にインパルス送信完了通知が入力される。オン／オフ判定手段１７は、タイムスロット表を参照し、ノード番号１のデータ信号の受信有無を調べる。オン／オフ判定手段１７は、「０」であるのでデータ通信手段１５の受信部の電源をオフにする。

インパルス信号受信手段１１から、他ノードに係る後続するインパルス信号の受信通知がオン／オフ判定手段１７に入力される。オン／オフ判定手段１７は、このときにも、タイムスロット表を参照し、ノード番号２のデータ信号の受信有無を調べる。この場合は、「１」であるので、データ通信手段１５の受信部の電源をオンにする。

以下同様にして、ノードＮ３、Ｎ４からのインパルス信号を受信し、タイムスロット表のデータ信号受信有無に応じ、受信部の電源をオン／オフする。

図５（ｂ）は、定常状態になった時点での各タイムスロットのデータ信号の受信有無を表している。図２で点線円内に位置するノードＮ２及びＮ４に割り当てられたタイムスロットではデータ信号を受信可能であり、このときは、受信部の電源がオン状態になっている。また、ノードＮ３がデータ信号を送信するタイムスロットでは、ノードＮ１は受信部の電源をオフにしている状態であるが、ノードＮ１は、図２に示すように、ノードＮ３からのデータ信号を受信できない位置に位置しているので問題となることはない。

（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る。また、インパルス信号が到達する各他ノードについて、その他ノードからのデータ信号を受信できるかを判定し、データ信号が受信不可である遠距離にある他ノードに割り当てられたタイムスロットでは、データ信号の受信部の電源をオフにするようにしたので、常にオンにしている場合に比べて省電力化を図ることができる。

（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。

第２の実施形態は、第１の実施形態のように、受信部の電源のオン／オフ制御機能を設けたために、有効なデータ受信中に受信部の電源がオフになるような事態を回避しようとしてなされたものである。

上述した図２に示すノード配置の場合、ノードＮ１は、ノードＮ２、Ｎ３及びＮ４とインパルス信号を授受しあい、相互作用で位相関係の定常状態となる。一方、ノードＮ２に着目してインパルス信号を授受し得る範囲を眺めて見ると、その範囲内の他ノードは、ノードＮ１、Ｎ４及びＮ５であり、ノードＮ２は、ノードＮ１、Ｎ４及びＮ５とインパルス信号を授受しあい、相互作用で位相関係の定常状態となる。

以上のように、ノードＮ１が相互作用するノードグループと、ノードＮ２が相互作用するノードグループとが異なるため、同一ノードに対するタイムスロットであっても、図７に示すように、ノードＮ１から見た場合のタイムスロットの割当て幅（タイムスロット長）と、ノードＮ２から見た場合のタイムスロットの割当て幅とが異なる場合があり得る。

第２の実施形態は、このような状況においても、有効なデータ受信中に受信部の電源がオフになるような事態を回避しようとしてなされたものである。

図８は、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の実施形態のノードは、第１の実施形態のノード構成に加え、タイムスロット計測手段１８及びタイムスロット長保持手段１９を有する。

タイムスロット計測手段１８は、自ノードのタイムスロットのタイムスロット長を測定する機能を担っている。測定されたタイムスロット長は、通信タイミング計算手段１２を介して、タイムスロット長保持手段１９に与えられるようになされている。タイムスロット長の計測方法は任意であるが、その一方法を後述する動作説明の項で明らかにする。

タイムスロット長保持手段１９は、自ノードのタイムスロット長と、自ノードと位相相互作用する全ての他ノードのタイムスロット長とを保持するものである。

第２の実施形態の通信システムは、（１）近傍ノード間の位相相互作用による定常状態の形成、（２）位相相互作用する近傍ノードの距離の測定、（３）自ノードのタイムスロット長の計測、（４）近傍ノードのタイムスロット長の取込み、（５）データ信号の受信、という手順で動作する。手順（１）及び（２）は第１の実施形態と同様であるので、それ以降の動作を説明する。

（３）自ノードのタイムスロット長の計測
タイムスロット測定手段１８に自ノードからのインパルス信号の送信通知が入力されると、タイムスロット測定手段１８は時間計測を開始し、後続するインパルス信号の受信通知がインパルス信号受信手段１１から入力されるまでの時間を計測する。タイムスロット測定手段１８は、計測結果を、通信タイミング計算手段１２を経由し、又は、直接、タイムスロット長保持手段１９に与えて、タイムスロット長保持手段１９に保持させる。

（４）近傍ノードのタイムスロット長の取込み
定常状態になり、かつ、自ノードのタイムスロットになると、通信タイミング計算手段１２は、タイムスロット長保持手段１９に保持されている自ノードのタイムスロット長を記入した帯域要求信号を、データ通信手段１５からのデータ信号を利用して送信する。

一方、データ通信手段１５は、帯域要求信号を受信すると、その帯域要求信号の送信元ノードに係るタイムスロット長として、帯域要求信号に含まれているタイムスロット長をタイムスロット長保持手段１９に記述して保持させる。自ノードのタイムスロット番号を「１」とし、後続のタイムスロット内で帯域要求信号を受信すれば、ノード番号「２」にタイムスロット長を記入する。データ通信手段１５は、再度、自ノードのタイムスロットになるまで、タイムスロット長を受信し、タイムスロット長保持手段１９内に、図９に示すようなタイムスロット長のテーブルを作成する。図９に示すものは、ノードＮ１内のテーブル例である。

タイムスロット長のテーブルのノード番号は、自ノードを「１」とし、インパルス信号を授受し合う他ノードをタイムスロットの割当て順に記述したものである。自ノードのタイムスロット長は、このテーブル上では「０」にする。また、帯域要求信号を受信できないノード（Ｎ３）のタイムスロット長も０とする。

（５）データ信号の受信
自ノードに後続するインパルス信号を受信すると、タイムスロット長のテーブルを参照し、図７（ａ）に示すように、ノードＮ２のタイムスロット長４だけ受信部をオン状態にする。タイムスロット長が４であるので、ノードＮ３のインパルス信号を受信した段階では、そのタイムスロット長が終わっておらず、受信部はオン状態のままである。オン状態の場合は、タイムスロット長保持手段１９を参照せず、前ノードのタイムスロットがオフになるのを待ち受ける。この場合、ノードＮ３のタイムスロット開始から時間が１だけ進むとオフ状態になる。ノードＮ４のインパルス信号を受信すると、タイムスロット幅３だけオン状態にする。以上のようなオン／オフ制御を定常状態の間だけ繰り返し、データ信号を受信する。

第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な受信部の電源のオン／オフ制御により省力化を期待できる。

自ノードから見たタイムスロット長を超えてデータ信号が到来してきたとしても、第２の実施形態によれば、受信途中で受信部の電源がオフになることはなく、全て受信でき、言い換えると、自ノードから見たタイムスロット長が、近傍ノードから見たものと違っていても、データ信号を受信不可とすることがなくなるという効果が得られる。

（Ｃ）他の実施形態
第２の実施形態の構成から、近傍ノード位置判定手段１６を省略させ、タイムスロット測定手段１８及びタイムスロット長保持手段１９だけを機能させるようにしても良い。

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。

上述した以外でも、本発明は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（１）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（２）である。 第１の実施形態のタイムスロット割当例とデータ信号の受信との関係を示す説明図である。 第１の実施形態のタイムスロット（ノード）別の受信オン／オフの保持情報の説明図である。 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の実施形態のノード別のタイムスロット幅と到来するデータ信号の期間との関係を示す説明図である。 第２の実施形態のタイムスロット（ノード）別の受信オン期間の保持情報の説明図である。

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…近傍ノード位置判定手段、１７…オン／オフ判定手段、１８…タイムスロット計測手段、１９…タイムスロット長保持手段。

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、
   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手段と、
   上記状態変数信号通信手段が受信した他ノードの状態変数信号、及び、上記タイミング決定手段が決定した自ノードの動作タイミングに基づいて、自ノードと他ノードとの動作タイミングの関係が安定状態になっているか否かを判定する定常性判定手段と、
   安定状態と判定されている際に、自ノードの動作タイミングで定まる周期的なデータ送信期間毎にデータ信号を送信するデータ送信手段と、
   安定状態と判定されている際に、他ノードからのデータ信号を受信するデータ受信手段と、
   上記タイミング決定手段が、処理に利用する状態変数信号を送出する他ノードであっても、その他ノードからのデータ信号が当該ノードに到達するか否かで他ノードを分類し、データ信号が当該ノードに到達しない他ノードのデータ送信期間の少なくとも一部の期間に、上記データ受信手段の電源をオフにする受信オン／オフ制御手段と
   を備えたことを特徴とする通信タイミング制御装置。
2. 自ノードのデータ送信期間の情報を近傍の他ノードに送信する自ノードデータ送信期間通知手段を備え、
   上記受信オン／オフ制御手段は、他ノードから通知されたデータ送信期間は、上記データ受信手段の電源のオン状態を確保する
   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工程と、
   上記状態変数信号通信工程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工程と、
   上記状態変数信号通信工程が受信した他ノードの状態変数信号、及び、上記タイミング決定工程が決定した自ノードの動作タイミングに基づいて、自ノードと他ノードとの動作タイミングの関係が安定状態になっているか否かを判定する定常性判定工程と、
   安定状態と判定されている際に、自ノードの動作タイミングで定まる周期的なデータ送信期間毎にデータ信号を送信するデータ送信工程と、
   安定状態と判定されている際に、他ノードからのデータ信号を受信するデータ受信工程と、
   上記タイミング決定工程が、処理に利用する状態変数信号を送出する他ノードであっても、その他ノードからのデータ信号が当該ノードに到達するか否かで他ノードを分類し、データ信号が当該ノードに到達しない他ノードのデータ送信期間の少なくとも一部の期間では、上記データ受信工程が機能する構成の電源をオフにする受信オン／オフ制御工程と を含むことを特徴とする通信タイミング制御方法。

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