JP4238918B2 - 通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、ノード及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、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やアドホックネットワークや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なう場合において、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。

例えば、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通信タイミングを相互調整することによって、発信衝突を回避する方法として、特許文献１〜７に記載の技術がある。

特許文献１〜７には、例えば、センサネットワークやアドホックネットワークやＬＡＮ等の複数の機器から構成されるシステム等において、空間に分散配置された多数のノードが、相互にデータ通信を行なう場合に、自律分散的にタイムスロットの割当を行なうことによって、電波干渉等による通信データの衝突を回避する通信制御装置及び通信制御方法に関する技術が記載されている。

特許文献１〜７に記載の通信制御装置及び方法は、各ノードが近傍ノードとの間で、周期的にインパルス信号（自ノードのデータの発信タイミングを示す制御信号；以下、タイミング制御信号ともいう。）を送受信することによって、通信タイミングの相互調整を行なう。これにより、タイミング制御信号の到達範囲（以後、相互作用範囲と呼ぶ）内のノード間で、１周期（タイミング制御信号の発信周期）をほほ均等に分割するタイムスロット割当を実現する。

また、特許文献８には、特許文献１〜７に記載の通信制御装置及び方法を用いる際に、ノードの省電力化を図る技術が記載されている。この特許文献８に記載の方法は、上記の１周期間において、データ信号を送受信するタイムスロット以外の時間区間を識別し、データ通信手段を休止状態(電源をＯＦＦ)にする。これにより、データ信号の受信を行なわない時間区間であるにも関わらず、データ通信手段が受信待ち状態になって、電力を無駄に消費することが回避される。

特開２００５−９４６６３号公報 特開２００６−７４６１７号公報 特開２００６−７４６１９号公報 特開２００６−１５７４３８号公報 特開２００６−１５７４４１号公報 特開２００６−２１１５８５号公報 特開２００６−２１１５６４号公報 特開２００５−３４７９５１号公報

上述した特許文献８に記載の技術は、管理ノードによる通信タイミングの指示がなくても受信側ノードの受信部の電源をオフにすることができる点で有効であるが、ノードの通信動作の更なる省電化が強く望まれている。

例えば、上述した特許文献１〜８に記載の従来の通信制御装置は、トラヒックがまったく発生していない期間が存在する場合でも、タイミング制御信号やデータ信号の送受信に関する動作を行なっている。そのため、データ信号の送受信を行なわないにも関わらず、データ通信手段が受信待ち状態になると共に、タイミング制御信号の送受信が継続的に実行される。

したがって、信号送受信部（特許文献１〜７に記載のデータ通信手段、インパルス信号送信手段、及びインパルス信号受信手段に相当するもの）について、電力を無駄に消費している。

特に、トラヒックが時間的に不規則に変動する状況下では、自ノード及び近傍ノードがどのくらいの頻度でトラヒックを発生させているかを知ることができず、これを知ることができれば各ノードのトラフィック発生頻度に応じたタイムスロットを割り当てることができ、省電力化が期待できる。

そのため、通信システム（ネットワーク）における各ノードのトラフィック発生頻度を交換することができ、そのトラヒックの発生頻度に応じて送受信動作を活動又は休止させることにより、信号送受信部の省電化を実現する、通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、ノード及び通信システムが求められている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明の通信制御装置は、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通信制御装置において、（１）他ノードとの間でデータ信号を送受信するデータ通信手段と、（２）データ通信手段のトラヒック発生頻度に基づいて、自ノードの送信サイクル情報を決定する送信サイクル情報決定手段と、（３）１又は複数の近傍ノードが送信した、各近傍ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号を受信するタイミング制御信号受信手段と、（４）各近傍ノードからのタイミング制御信号の受信に基づき、所定の通信タイミング算出規則に従って、自ノードの通信タイミングを求める通信タイミング計算手段と、（５）自ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号に、少なくとも送信サイクル情報を付与して、各近傍ノードに向けて送信するタイミング制御信号送信手段と、（６）各近傍ノードからのタイミング制御信号に含まれている各近傍ノードの送信サイクル情報、又は、自ノードの送信サイクル情報に基づいて、自ノードにおけるデータ信号及び又はタイミング制御信号の送信動作及び又は受信動作を休止状態にするか否かを決定する送受信休止制御手段とを備えることを特徴とする。

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して構成されることを特徴とする。

第４の本発明の通信制御方法は、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通信制御装置で実行される通信制御方法において、（１）データ通信手段が、他ノードとの間でデータ信号を送受信するデータ通信工程と、（２）送信サイクル情報決定手段が、データ通信手段のトラヒック発生頻度に基づいて、自ノードの送信サイクル情報を決定する送信サイクル情報決定工程と、（３）タイミング制御信号受信手段が、１又は複数の近傍ノードが送信した、各近傍ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号を受信するタイミング制御信号受信工程と、（４）通信タイミング計算手段が、各近傍ノードからのタイミング制御信号の受信に基づき、所定の通信タイミング算出規則に従って、自ノードの通信タイミングを求める通信タイミング計算工程と、（５）タイミング制御信号送信手段が、自ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号に、少なくとも送信サイクル情報を付与して、各近傍ノードに向けて送信するタイミング制御信号送信工程と、（６）送受信休止制御手段が、各近傍ノードからのタイミング制御信号に含まれている各近傍ノードの送信サイクル情報、又は、自ノードの送信サイクル情報に基づいて、自ノードにおけるデータ信号及び又はタイミング制御信号の送信動作及び又は受信動作を休止状態にするか否かを決定する送受信休止制御工程とを有することを特徴とする。

第５の本発明の通信制御プログラムは、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通信制御装置の通信制御プログラムにおいて、コンピュータに、（１）他ノードとの間でデータ信号を送受信するデータ通信手段、（２）データ通信手段のトラヒック発生頻度に基づいて、自ノードの送信サイクル情報を決定する送信サイクル情報決定手段、（３）１又は複数の近傍ノードが送信した、各近傍ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号を受信するタイミング制御信号受信手段、（４）各近傍ノードからのタイミング制御信号の受信に基づき、所定の通信タイミング算出規則に従って、自ノードの通信タイミングを求める通信タイミング計算手段、（５）自ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号に、少なくとも送信サイクル情報を付与して、各近傍ノードに向けて送信するタイミング制御信号送信手段、（６）各近傍ノードからのタイミング制御信号に含まれている各近傍ノードの送信サイクル情報、又は、自ノードの送信サイクル情報に基づいて、自ノードにおけるデータ信号及び又はタイミング制御信号の送信動作及び又は受信動作を休止状態にするか否かを決定する送受信休止制御手段として機能させるプログラムである。

本発明によれば、通信システム（ネットワーク）における各ノードのトラフィック発生頻度を交換することができ、そのトラヒックの発生頻度に応じて送受信動作を活動又は休止させることにより、信号送受信部の省電化を実現することができる。

以下では、本発明の通信制御装置、通信制御方法、通信制御プログラム、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細に説明する。

第１の実施形態は、例えば、多数のノードが空間に分散配置されたセンサネットワークを構成する各ノードに本発明を適用する場合を説明する。

第１の実施形態は、後述する送信サイクル決定部及び送受信部休止制御部を備えることにより、ネットワーク上の各ノードにおけるトラヒックの発生頻度に応じて、各ノードが自律的に信号送受信部の休止制御を実行する点に特徴がある。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る空間に分散配置された各ノードの内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態のノード１０は、タイミング制御信号受信部１１、通信タイミング計算部１２、タイミング制御信号送信部１３、送信サイクル決定部１４、データ通信部１５、トラヒック発生部１６、送受信休止制御部１７、を少なくとも有して構成される。

トラヒック発生部１６は、例えば、音や振動の強度、化学物質の濃度、温度など、物理的又は化学的な環境情報を検知するセンサモジュール等が該当する。第１の実施形態において、トラヒック発生部１６が発生するトラヒックは、自ノードにおけるセンサ情報や内部状態等のように、純粋に自ノード内部で発生する送信すべきデータ全般（以後、「観測データ」と呼ぶ）であり、他ノードから受信した転送すべき通信データは含まれない。また、トラヒック発生部１６は、発生した観測データをデータ通信部１５に出力するものである。

通信タイミング計算部１２は、タイミング制御信号受信部１１が入力タイミング制御信号を受け取ると、その入力タイミング制御信号を他ノードの発信タイミングを示す制御信号としてタイミング制御信号受信部１１から受け取り、ノード間における通信タイミングの相互調整を行なうための演算処理を実行し、その結果得られた自ノードの通信タイミングを示す位相情報を、タイミング制御信号送信部１３、データ通信部１５に与えるものである。なお、タイミング制御信号受信部１１によるタイミング制御信号の受信しない場合でも、通信タイミング計算部１２は位相情報を出力するものとする。

ここで、自ノードの通信タイミングを示す位相情報（位相信号ともいう）の演算処理は、特許文献１〜８で記載されているいずれかの方法を広く適用できる。

つまり、自ノード（ここではノードｉとする）の位相信号の時刻ｔでの位相値をθ_ｉ（ｔ）とすると、通信タイミング計算部１２は、他ノードの発信タイミングを示す制御信号の受信タイミングに基づいて、位相信号（＝θ_ｉ（ｔ））を非線形振動リズムで変化させるものである。

この位相信号の変化は、近傍のノード同士が逆相（振動の位相が反転位相）又は他の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出力タイミング制御信号の発信タイミングなどが衝突しないように、適当な時間関係（時間差）を形成させようとしている。

データ通信部１５は、通信タイミング計算部１２からの位相情報に基づく通信タイミングで、出力データ信号を送信するものである。

データ通信部１５の送信タイムスロットは、位相信号（位相情報）の位相θ_ｉ（ｔ）がδ_１≦θ_ｉ（ｔ）≦β_１−δ_２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δ_１とする）は、出力タイミング制御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β_１−δ_２とする）は、位相信号の周期毎の最初の入力タイミング制御信号のタイミングより多少のオフセット分δ_２だけ前のタイミングとしている。δ_１やδ_２は、各ノード１０の近傍の無線空間で、タイミング制御信号（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。δ１及びδ２は、例えば、ノード１０の設置状況下で実験的に決定することができる。

また、データ通信部１５が送信するデータ信号としては、トラヒック発生部１６からの観測データと、他ノードから受信した入力データ信号（すなわち、他ノードのトラヒック発生部で発生された観測データ）とを１周期単位でマージ（統合）した信号である。

さらに、データ通信部１５は、このマージした信号のデータサイズを通信データ量として、送信サイクル決定部１４に与えるものである。なお、データ信号をパケットとして送信する場合、ある通信タイミングで送信されるデータ信号は、そのデータサイズに応じて複数のパケットで構成されるようにしてもよい。この場合、パケットの数を送信サイクル決定部１４に通知し、パケットの数に基づいて送信サイクルを決定させるようにしてもよい。

さらにまた、データ通信手段１５は、送受信部休止部１８からのデータ信号の送信及び受信を休止する旨の指示を受けて、所定の休止期間の間、データ信号の送信及び受信を休止するものである。

タイミング制御信号送信部１３は、通信タイミング計算部１２からの位相情報に基づいて、自ノードの発信タイミングを示すタイミング制御情報を生成し、このタイミング制御情報を送信するものである。

このとき、タイミング制御信号送信部１３は、送信イクル決定部１４から自ノードの送信サイクル情報を受け取り、「自ノードの送信サイクル情報」及び「送信先情報」をタイミング制御信号に付与して送信する。

ここで、「自ノードの送信サイクル情報」は、何周期に何回の割合で、自ノードのデータ通信部１５がデータ信号を送信するかというトラヒックの発生頻度を示す情報である。また、「送信先情報」は、データ通信部１５が送信するデータ信号の送信先を示す情報である。なお、「送信先情報」の設定は、例えば、人為的に設定したり、データ信号の送信の際に、データ通信部１５から取得して設定したりする方法を適用できる。

このように、タイミング制御信号送信部１３が「自ノードの送信サイクル情報」をタイミング制御信号に乗せて送出することにより、近傍に存在する他ノードに対して、自ノードで発生するトラヒック発生頻度を知らせることができる。

また、タイミング制御信号送信部１３は、送受信休止制御部１７からタイミング制御信号の送信を休止する旨の指示を受けて、所定の休止期間の間、タイミング制御信号の送信を休止するものである。

なお、タイミング制御信号送信部１３によるタイミング制御信号の送信タイミングは、特許文献１〜８に記載されている技術と同様に、位相信号が所定の位相α（０≦α＜２π）になると送信する。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。なお、例えば、ノードｉとノードｊとの間で定常状態となっている場合には、相互の位相信号は位相πだけずれているので、α＝０とシステム全体で統一したとすると、ノードｉからの出力タイミング制御信号の送信タイミングとノードｊからの出力タイミング制御信号の送信タイミングとは、πだけずれていることとなる。

タイミング制御信号受信部１１は、近傍に存在する他ノードが発信したタイミング制御信号を入力タイミング制御信号として受信し、その受信したタイミング制御信号を当該他ノードの発信タイミングを示す制御信号として通信タイミング計算部１２に与えるものである。

また、タイミング制御信号受信部１１は、受信したタイミング制御信号に含まれている「他ノードの送信サイクル情報」（すなわち、送信側ノードから見ると「自ノードの送信サイクル情報」に相当するものである）を抽出し、その抽出した「他ノードの送信サイクル情報」を送受信休止制御部１７に与えるものである。

さらに、タイミング制御信号受信部１１は、送受信部休止部１７から入力タイミング制御信号の受信を休止する旨の指示を受けて、所定の休止期間の間、他ノードからの入力タイミング制御信号の受信を休止するものである。

送信サイクル決定部１４は、データ通信部１５から１周期単位に出力される「通信データ量」を受け取り、この「通信データ量」をＮ周期間に亘って観測し、送信すべきデータ信号の発生頻度を算出するものである。また送信サイクル決定部１４は、送信すべきデータ信号の発生頻度の算出結果を、自ノードの送信サイクル情報としてタイミング制御信号送信部１３及び送受信休止制御部１７に与えるものである。なお、Ｎは、１以上の正の整数であり、実験的に決定するパラメータ値である。

ここで、送信サイクル決定部１４によるデータ信号の発生頻度（送信サイクル情報）の算出方法としては、例えば、データ通信部１５の通信データ量をＮ周期間で平均した平均値を送信サイクル情報とする方法を適用できる。これにより、例えば、３周期に１回の割合でしかデータ信号が発生していなければ、自ノードの送信サイクルを３周期に１回と決定する。

このように、送信サイクル決定部１４では、送信すべきデータ信号の発生頻度をＮ周期毎に算出し、その算出結果に基づいて、何周期に１回の割合（一般にはＸ周期にＹ回の割合）でデータ信号を送信するかを決定することができる。ここで、Ｘ、Ｙは実験的に決定するパラメータ値である。

送受信休止制御部１７は、タイミング制御信号受信部１１から受け取った「他ノードの送信サイクル情報」に基づいて、他ノードが発信するデータ信号及びタイミング制御信号の受信に対する休止制御を実行するものである。

また、送受信休止制御部１７は、送信サイクル決定部１４から受け取った「自ノードの送信サイクル情報」に基づいて、自ノードにおけるデータ信号及びタイミング制御信号の送信に対する休止制御を実行するものである。

この休止制御は、タイミング制御信号受信部１１、タイミング制御信号送信部１３、及び、データ通信部１５に対し、その旨を示す休止信号を出力することにより実行される。具体的な休止制御の方法については動作の項で詳細に説明する。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、空間に分散配置された各ノードが通信を行なう際の動作について図面を参照して説明する。

図２（Ａ）は、空間に分散配置されたノードの配置例である。図２（Ａ）において、丸い点はそれぞれノード（センサノード）を表し、実線の円２１はその中心に位置する着目ノードＤのデータ信号の範囲を示し、点線の円２２は着目ノードＤのタイミング制御信号の到達範囲を示す。

また、図２（Ａ）において、ノードＡとノードＢは、着目ノードＤを送信先とするデータ信号を送信するノードと仮定する。また、着目ノードＤは、ノードＣを送信先とするデータ信号を送信するノードと仮定する。

まず、自ノードの送信サイクル情報に基づいて、自ノードにおけるデータ信号及びタイミング制御信号の送信処理を制御する動作を図１及び図３を参照しながら説明する。

図２（Ａ）に示す複数のノード間でタイミング制御信号を送受信する。これにより、各ノードにおいて通信タイミングの相互調整動作を実行する。タイミング制御信号の到達範囲は、データ信号の到達範囲よりも広く、例えば、その到達距離の比を２倍程度とする。このようにする理由は、隠れ端末などによる発信衝突の発生を回避するためである。ただし、タイミング制御信号は、必ずしも１ホップで到達させる必要はない。中継ノードを経由して２ホップで到達させてもよく、その場合、中継ノードが自己の内部に生成した当該ノードに対する仮想位相（上記文献に開示される）を付加したタイミング制御信号を、自ノードのタイミングで発信する形態でもよい。

各ノードにおいて、通信タイミングの相互調整動作が収束すると、１周期内に、各ノードがデータ信号を送信するためのタイムスロットを獲得している状態が形成される。

その後、各ノードのデータ通信部１５では、他ノードからの入力データ信号やトラヒック発生部１６からの観測データに基づいて、１周期単位でマージした送信すべきデータ信号が生成される。このとき、１周期単位でマージしたデータ信号のデータサイズが、通信データ量として、データ通信部１５から送信サイクル決定部１４に与えられる。

通信データ量が送信サイクル決定部１４に与えられると、送信サイクル決定部１４により、所定の算出方法で算出した送信サイクル情報が求められ、その送信サイクル情報がタイミング制御信号送信部１３及び送受信休止制御部１７に与えられる。

送信サイクル情報がタイミング制御信号送信部１３に与えられると、タイミング制御信号送信部１３は、「自ノードの送信サイクル情報」及び「送信先情報」をタイミング制御信号に付与して送信する。

このようにして、各ノードは、「自ノードの送信サイクル情報」が付加されたタイミング制御信号を発信することにより、「何周期に１回の割合でデータ信号を送信するか」を、他ノードに対して提示することができる。

また、送信サイクル情報が送受信休止制御部１７に与えられると、送受信休止制御部１７は、図３に示す処理を行なう。

図３は、データ信号及びタイミング制御信号の送信処理に係る送受信休止制御部１７の処理を示す動作フローチャートである。

図３において、送信サイクル情報が送受信休止制御部１７に与えられると（ステップＳ１１）、送受信休止制御部１７は、「自ノードの送信サイクル情報」の内容に基づいて、データ信号及びタイミング制御信号の送信を休止する周期を判断し（ステップＳ１２）、その休止周期を示す休止信号をデータ通信部１５及びタイミング制御信号送信部１３に与える（ステップＳ１３）。これにより、休止周期における自ノードのタイムスロットでの、データ信号及びタイミング制御信号の送信を休止させることができる。

例えば、あるノードの自ノードの送信サイクル情報が「２周期に１回の割合でデータ信号を送信する」という内容の情報である場合、自ノードが獲得しているタイムスロットにおいて、この「自ノードの送信サイクル情報」が付加されたタイミング制御信号を発信した周期では、データ信号の送信を行なう。

しかし、後続の周期（直後の周期）を休止周期とする休止信号がデータ通信部１５及びタイミング制御信号送信部１３に与えられ、この後続の周期での自ノードのタイムスロットにおける、タイミング制御信号及びデータ信号の送信が行なわれず、データ通信部１５及びタイミング制御信号送信部１３は休止状態となる。

このようにして、「自ノードの送信サイクル情報」に基づいて、自ノードにおけるデータ信号及びタイミング制御信号の送信処理を制御し、送信に関わる電力消費を抑制することができる。

次に、他ノードから受信した「他ノードの送信サイクル情報」に基づいて、自ノードでのデータ信号及びタイミング制御信号の受信処理を制御する動作を図１、図２及び図４を参照して説明する。

図４は、データ信号及び又はタイミング制御信号の受信処理に係る送受信休止制御部１７の処理を示す動作フローチャートである。

図２（Ｂ）は、着目ノードＤが、ノードＡ及びノードＢからデータ信号を受信するタイミングを１周期単位に示したものである。図２（Ｂ）では、横軸を時間とし、図２（Ｂ）中のＡ、Ｂの記号で表された時間区間は、それぞれノードＡ、ノードＢが獲得しているタイムスロットである。ここでは、例として、ノードＡは３周期に１回の割合でデータ信号を送信するものとし、ノードＢは５周期に１回の割合でデータ信号を送信するものとする（図２（Ａ）参照）。

まず、ノードＡ及びノードＢは、上述したように、「自ノードの送信サイクル情報」及び「送信先情報」が付与されたタイミング制御信号を送信する。

ノードＡ及びノードＢからのタイミング制御信号が、着目ノードＤのタイミング制御信号受信部１１に受信されると（ステップＳ２１）、タイミング制御信号に含まれている「送信先情報」及び「他ノードの送信サイクル情報」が、タイミング制御信号受信部１１により抽出される。

抽出された「他ノードの送信サイクル情報」が送受信休止制御部１７に与えられると、送受信休止制御部１７は、「他ノードの送信サイクル情報」の内容に基づいて、ノードＡ及びノードＢがデータ信号及びタイミング信号を送信しない周期（休止周期）を判断し（ステップＳ２２）、ノードＡ及びノードＢのそれぞれのタイムスロットを確認する（ステップＳ２３）。

このとき、送受信休止制御部１７は、ノードＡ及びノードＢから受信したタイミング制御信号に含まれている「送信先情報」が着目ノードＤ（自ノード）を示すものであるか否かを判断する（ステップＳ２４）。

そして、「送信先情報」が着目ノードＤ（自ノード）を示すものである場合（すなわち、送信元ノードが着目ノード宛のデータ信号を送信する場合）、当該着目ノードＤの送受信休止制御部１７は、ノードＡ及びノードＢの各休止周期及び各タイムスロットを示す休止信号を、データ通信部１５及びタイミング制御信号受信部１１に与える（ステップＳ２５）。

これにより、着目ノードＤは、タイミング制御信号を受信（すなわち、送信サイクル情報を取得）したタイミングを基準として、それぞれのノードが「何周期に１回の割合でデータ信号を送信するか」を知ることができる。また、着目ノードＤは、これに合わせて送信元ノードがデータ信号を送信しないタイムスロットでは、データ通信部１５及びタイミング制御信号受信部１１を休止状態にし、データ信号及びタイミング制御信号の受信待ちによる電力消費を抑制することができる。

例えば、図２（Ｂ）の例では、ノードＡが獲得しているタイムスロットのうち、データ信号を受信するのは、３周期に１回だけであり、残り２回は休止状態となっている。同様に、ノードＢに対しては、データ信号を受信するのは、５周期に１回だけであり、残り４回は休止状態となっている。

このようにして、「他ノードの送信サイクル情報」に基づいて、他ノードがデータ信号及びタイミング制御信号を送信するタイムスロットにのみ、自ノードのデータ信号及びタイミング制御信号の受信処理を行うようにすることができるので、受信待ちによる電力消費を抑制できる。

一方、ステップＳ２４において、「送信先情報」が着目ノードＤ（自ノード）を示すものでない場合（すなわち、送信元ノードが着目ノード宛のデータ信号を送信しない場合）、当該着目ノードＤの送受信休止制御部１７は、タイミング制御信号受信部１１に対してのみ、休止信号を送信する（ステップＳ２６）。

これにより、着目ノードは、近傍に位置する他ノードとの間で、タイミング制御信号の交換に基づくタイムスロットの獲得を維持したまま、データ信号の受信処理に係る電力消費を抑制できる。

これは、例えば、図２（Ａ）に示すように、着目ノードＤのタイミング制御信号の到達範囲内２２には、データ信号の送信先が着目ノードＤとしない他ノードが多数存在する。このような場合に、これら多数の他ノード１周期内にタイムスロットを獲得する必要がある。

そこで、着目ノードＤは、これら多数の他ノードとの間でもタイムスロットの割り当てを保持しながら、当該他ノードが発信するタイミング制御信号に付加された送信サイクル情報に基づいて、タイミング制御信号受信部１１を休止状態にする。これにより、データ信号は受信する必要がないため、データ通信部１５は上記のタイムスロットにおいては、常に休止状態にすることができる。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、複数のノードがタイミング制御信号を送受信することによって、自律分散的に通信タイミングの相互調整を行うデータ通信方法において、送受信休止制御部及び送信サイクル決定部を新たに付加することにより、トラヒックの発生頻度に応じた送受信休止制御を各ノードが自律的に実行する。

これにより、送信ノードがデータ信号の送信していない期間に、受信ノードが受信待ち状態になり、電力を無駄に消費する事態が回避される。また、送信ノード自身もトラヒックが発生していない期間は、送信に関わる電力消費を抑制することができる。

その結果、第１の実施形態によれば、トラヒックの発生頻度が時間・空間的に変化する状況に対して、ノードの省電力化を図ることが可能になる。

（Ｂ）他の実施形態
（Ｂ−１）本発明では、ノード間において送受信するタイミング制御信号の実現形態は、特定のタイミングを伝え合うことが可能であれば、特に制約はないことに注意されたい。タイミング制御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、タイミング制御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タイミング制御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。こうした形態は、多くのノイズが存在する環境において単一パルスでは信号識別が困難な場合に有効である。本発明の実施形態で説明したタイミング制御信号の示す意味は、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。

（Ｂ−２）上記のタイミング制御信号（特定のタイミングを示す信号）にノード識別番号というある種のデータを付加した信号をインパルス信号として適用してもよい。特定のタイミングを示す信号にある種のデータを付加した信号も、その実現形態は、種々の形態が存在することに注意されたい。

また、通信タイミング計算部は、種々の方式により位相信号を形成するものを適用することができる。

（Ｂ−３）第１の実施形態では、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説明した。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、イーサーネット（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。

さらに、本発明は、インターネット上で、各ルータが相互に異なるタイミングでルーティングテーブルを交換するための通信プロトコルとして利用することができる。ここで、ルータとは、ネットワーク上を流れる情報の行き先を振り分ける（通信経路選択）機能を有する中継機器のことである。また、ルーティングテーブルとは、情報の行き先を振り分ける際に参照される通信経路選択規則である。効率的な通信を実現するためには、ネットワーク上における変更や局所的なトラフィックの変化等に応じて、逐次、ルーティングテーブルを更新する必要がある。このため、ネットワーク上に存在する多数のルータは、相互に一定の時間間隔でルーティングテーブルの交換を行っている。しかし、文献「Floyd,S.,and Jacobson,V.,“The Synchronization of Periodic Routing Messages”, IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol.2 No.2, pp.122-136, April 1994.」に開示されるように、各ルータがそれぞれ独立にルーティングテーブルを発信しているにもかかわらず、ルータ相互の発信が次第に同期（衝突）する現象が発生することが分かっている。文献では、ルーティングテーブルの交換に用いられる通信プロトコルに対して、各ノードの処理周期にランダムな変動性を与えることによって、この問題に対処する方法を提案し、一定の効果が得られることを示している。しかし、上記文献に開示される方法は、基本的にランダム性のみに依存した方法であるため、その効果は十分ではない。

それに対して、本発明を上記の問題に適用すると、近傍のルータ間において、ルーティングテーブルを発信するタイムスロットを自律的に相互調整することが可能である。従って、各ルータの発信は、相互に異なるタイミングとなり、上記文献に開示される方法に比べて高い効果を得ることができる。

以上、説明したように、本発明は無線系、有線系を問わず、あらゆるネットワークに存在する発信データの衝突や同期の問題に適用可能であり、適応性と安定性を兼ね備えた効率的なデータ通信を実現する通信プロトコルとして利用することが可能である。

（Ｂ−４）通信タイミング情報（実施形態での位相信号）の取得制御について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。

（Ｂ−５）第１の実施形態で説明したノードが実現する機能は、ソフトウェアとして実現することができるものであるが、同様の動作を行なう回路構成をとることができれば、ハードウェアとしてノードが実装するものとしてもよい。

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の実施形態のノードの配置例及び受信処理の制御を説明する説明図である。 第１の実施形態の自ノードの送信サイクル情報に基づくデータ信号及びタイミング制御信号の送信処理を示す動作フローチャートである。 第１の実施形態の他ノードの送信サイクル情報に基づくデータ信号及び又はタイミング制御信号の受信処理を示す動作フローチャートである。

符号の説明

１０…ノード、１１…タイミング制御信号受信部、１２…通信タイミング計算部、１３…タイミング制御信号送信部、１４…送信サイクル決定部、１５…データ通信部、１６…トラヒック発生部、１７…送受信休止制御部。

Claims (8)

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通信制御装置において、
   他ノードとの間でデータ信号を送受信するデータ通信手段と、
   上記データ通信手段のトラヒック発生頻度に基づいて、自ノードの送信サイクル情報を決定する送信サイクル情報決定手段と、
   １又は複数の近傍ノードが送信した、上記各近傍ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号を受信するタイミング制御信号受信手段と、
   上記各近傍ノードからの上記タイミング制御信号の受信に基づき、所定の通信タイミング算出規則に従って、自ノードの通信タイミングを求める通信タイミング計算手段と、
   自ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号に、少なくとも上記送信サイクル情報を付与して、上記各近傍ノードに向けて送信するタイミング制御信号送信手段と、
   上記各近傍ノードからの上記タイミング制御信号に含まれている上記各近傍ノードの上記送信サイクル情報、又は、自ノードの上記送信サイクル情報に基づいて、自ノードにおける上記データ信号及び又は上記タイミング制御信号の送信動作及び又は受信動作を休止状態にするか否かを決定する送受信休止制御手段と
   を備えることを特徴とする通信制御装置。
2. 上記送信サイクル決定手段は、上記データ通信手段が所定周期期間に亘って送信すべき上記データ信号のデータ量に基づいて、上記データ通信手段の上記トラヒック発生頻度を決定することを特徴とする請求項１に記載の通信制御装置。
3. 上記送受信休止制御手段は、自ノードの上記送信サイクル情報に基づく、自ノードの休止周期に、上記データ通信手段及び上記タイミング制御信号送信部を休止状態にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信制御装置。
4. 上記送受信休止制御手段は、上記各近傍ノードの上記送信サイクル情報に基づく、上記各近傍ノードの各休止周期での上記各近傍ノードの各タイムスロットにおいて、上記データ通信手段及び又は上記タイミング制御信号受信部を休止状態に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制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の通信制御装置を有することを特徴とするノード。
6. 請求項５に記載のノードを複数有して構成されることを特徴とする通信システム。
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通信制御装置で実行される通信制御方法において、
   データ通信手段が、他ノードとの間でデータ信号を送受信するデータ通信工程と、
   送信サイクル情報決定手段が、上記データ通信手段のトラヒック発生頻度に基づいて、自ノードの送信サイクル情報を決定する送信サイクル情報決定工程と、
   タイミング制御信号受信手段が、１又は複数の近傍ノードが送信した、上記各近傍ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号を受信するタイミング制御信号受信工程と、
   通信タイミング計算手段が、上記各近傍ノードからの上記タイミング制御信号の受信に基づき、所定の通信タイミング算出規則に従って、自ノードの通信タイミングを求める通信タイミング計算工程と、
   タイミング制御信号送信手段が、自ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号に、少なくとも上記送信サイクル情報を付与して、上記各近傍ノードに向けて送信するタイミング制御信号送信工程と、
   送受信休止制御手段が、上記各近傍ノードからの上記タイミング制御信号に含まれている上記各近傍ノードの上記送信サイクル情報、又は、自ノードの上記送信サイクル情報に基づいて、自ノードにおける上記データ信号及び又は上記タイミング制御信号の送信動作及び又は受信動作を休止状態にするか否かを決定する送受信休止制御工程と
   を有することを特徴とする通信制御方法。
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通信制御装置の通信制御プログラムにおいて、
   コンピュータに、
   他ノードとの間でデータ信号を送受信するデータ通信手段、
   上記データ通信手段のトラヒック発生頻度に基づいて、自ノードの送信サイクル情報を決定する送信サイクル情報決定手段、
   １又は複数の近傍ノードが送信した、上記各近傍ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号を受信するタイミング制御信号受信手段、
   上記各近傍ノードからの上記タイミング制御信号の受信に基づき、所定の通信タイミング算出規則に従って、自ノードの通信タイミングを求める通信タイミング計算手段、
   自ノードの通信タイミングを示すタイミング制御信号に、少なくとも上記送信サイクル情報を付与して、上記各近傍ノードに向けて送信するタイミング制御信号送信手段、
   上記各近傍ノードからの上記タイミング制御信号に含まれている上記各近傍ノードの上記送信サイクル情報、又は、自ノードの上記送信サイクル情報に基づいて、自ノードにおける上記データ信号及び又は上記タイミング制御信号の送信動作及び又は受信動作を休止状態にするか否かを決定する送受信休止制御手段
   として機能させる通信制御プログラム。

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