JP2005295236A

JP2005295236A - 通信装置

Info

Publication number: JP2005295236A
Application number: JP2004107875A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shinoda; 裕之篠田; Kazunori Sakai; 和憲酒井
Original assignee: Toyota Motor Corp; Cellcross Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Cellcross Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】２次元的に一様に配置されていない通信素子に対して、基準素子までの経路を適切に設定する技術を提案する。
【解決手段】本発明の通信装置において、基準素子が、周辺の通信素子に対して相対座標決定パケットを送信し、各通信素子は、相対座標決定パケットを受信すると、自身の連鎖相対座標を決定して、相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信することで、基準素子との間の相対的な座標データを設定していく。相対座標を決定した通信素子は、所定のタイミングで、自身を中継素子とした相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信し、そのパケットを受け取った通信素子は、その中継素子を経由する基準素子までの経路を定めた連鎖相対座標を取得する。
【選択図】図２３

Description

本発明は通信を行う通信技術に関し、特に通信を行う装置に関する。

ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）などの通信ネットワークにおいて、複数の通信端末が同軸ケーブルや光ファイバなどにより接続されている。これらの通信端末は、ネットワーク中のアドレスを指定することにより、所望の通信端末に信号を伝達する。従来のネットワークは、通信端末同士を有線にて接続することが一般であり、近年では、これを無線で接続するシステムも提案されている。例えば、移動デバイスであるノードの全てが所定の伝送半径をもち、ノード間で無線通信を行うアドホックネットワークが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１とは全く異なるアプローチとして、個別の配線を形成することなく、複数の通信素子が信号を中継することにより信号を伝達する通信装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、通信素子が自身の位置を示す座標を保持することで、複数の通信素子が信号を中継することにより信号を伝達する通信装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００１−２６８１２７号公報特開２００３−１８８８８２号公報特開２００４−８０２１９号公報

従来の通信ネットワークや実装基板においては端末や素子などを１本の個別配線により一対一の関係で物理的に接続しているため、仮に１本しかない配線が切断された場合には信号を伝達することができなくなり、通信機能が停止する事態も生じうる。また、個々の物理的配線をひくことが面倒であったり、スペースの関係で困難を極める場合もある。特許文献２は、そのような事態を解消する通信装置につき提案しており、優れた効果的な技術であるといえる。特許文献２では、複数の通信素子を基板中に埋設した通信装置について開示しているが、効率的な通信を行うためには、まだ改善の余地がある。

特許文献３は、各通信素子が座標を保持することで、その座標をもとに信号を伝達する通信装置について開示する。さらに、特許文献３は、自律的に座標を設定する通信装置についても開示する。しかしながら、特許文献３による通信装置によると、通信素子が均一に配置されている場合には効率的に座標を設定することが可能であるが、通信素子の存在する範囲が空間的に入り組んでいるような場合には、各通信素子に対して適切に座標を割り当てることが困難な場合も生じうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、新規な通信装置に関する技術を提供することにあり、特に通信素子の座標を設定する技術を提供することにある。さらに、本発明の目的は、従来の通信技術とは異なる新規な通信技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、分散して配置された複数の通信素子を備える通信装置であって、通信素子は、中継素子として機能する少なくとも１つの通信素子を経由して基準素子との間で信号を伝達し、各通信素子は、基準素子への経路上に存在する自分に最も近い中継素子との間の相対的な座標データを有し、この相対的な座標データを用いて、基準素子に対して信号を伝達する通信装置を提供する。この態様の通信装置によると、絶対的な座標データではなく、相対的な座標データを用いて、通信素子から基準素子に信号を伝達することが可能となる。

通信素子は、隣接する通信素子から送られてきた信号を受信すると、自身の相対的な座標データにしたがって、信号を他の隣接する通信素子に送信してもよい。また相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向が予め定められていることが好ましい。通信素子がＸ軸およびＹ軸で表現される２次元上に配置されており、相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向は、先にＸ軸方向またはＹ軸方向のいずれか一方に信号を伝達した後、Ｙ軸方向またはＸ軸方向の他方に信号を伝達することが好ましい。

本発明の別の態様は、分散して配置された複数の通信素子を備える通信装置であって、基準素子は、中継素子として機能する少なくとも１つの通信素子を経由して所期の通信素子との間で信号を伝達し、基準素子は、所期の通信素子への経路上に存在する中継素子間の相対的な座標データを有し、この相対的な座標データを用いて、所期の基準素子との間で信号を伝達する通信装置を提供する。この態様の通信装置によると、絶対的な座標データではなく、相対的な座標データを用いて、基準素子から所期の通信素子に信号を伝達することが可能となる。

経路上に存在する通信素子は、信号に含まれる相対的な座標データにしたがって、信号を隣接する通信素子に伝達してもよい。また相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向が予め定められていることが好ましい。通信素子がＸ軸およびＹ軸で表現される２次元上に配置されており、相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向は、先にＸ軸方向またはＹ軸方向のいずれか一方に信号を伝達した後、Ｙ軸方向またはＸ軸方向の他方に信号を伝達することが好ましい。

本発明の別の態様は、分散して配置された複数の通信素子を備える通信装置であって、各通信素子は、周辺に配置された他の通信素子と局所的な通信を行う機能を有し、基準素子は、周辺の通信素子に対して相対座標決定パケットを送信し、各通信素子は、相対座標決定パケットを受信すると、自身の相対座標を決定して、相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信することで、基準素子との間の相対的な座標データを設定していき、相対座標を決定した通信素子は、自身を中継素子とした相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信する通信装置を提供する。この態様の通信装置によると、必要な場合に中継素子を設定することができるため、相対座標データを効率的に設定することが可能となる。

通信素子は、自身を中継素子とした相対座標決定パケットを送信するとき、そのパケット中に、自身を相対座標の基準とする座標データを含ませてもよい。また、通信素子は、自身を中継素子とした相対座標決定パケットを送信するとき、そのパケット中に含まれる中継数を１インクリメントしてもよい。通信素子は、相対座標決定パケットから、中継素子からの相対的な座標データを取得することが可能となる。
なお、本発明の表現を装置、方法で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によると、効率よく通信を実現する通信装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施例に係る通信技術の方式を説明するための図である。この通信方式を連鎖伝達型の通信方式と呼ぶ。小さな円で示す複数の通信素子が空間内に分散して配置されている状態が示される。各通信素子は、その周辺に配置された他の通信素子に対して信号を伝達する局所的な通信機能を有する。この局所的な通信により隣り合う通信素子間で信号を順次連鎖的に中継し、最終目的地である通信素子まで信号を伝達する。

信号の送信元が通信素子２００ａであり、最終目的地が通信素子２００ｂである場合、連鎖伝達型通信方式によると、信号が通信素子２００ａから通信素子２００ｃおよび２００ｄを介して通信素子２００ｂに伝達される。信号の伝達方法としては、例えば通信素子２００ａが、信号が届く範囲にある周辺の全ての通信素子に信号を伝達し、この信号を受けた全ての通信素子が更に周辺の通信素子に信号を伝達することによって、信号を最終目的地まで同心円状に伝達させてもよい。さらに好ましい方法としては、通信素子２００ａおよび２００ｂ間の経路を予めまたはリアルタイムで設定し、この経路により特定の通信素子のみを介して信号を伝達してもよい。特に後者の方法を採用する場合には、信号伝達に必要な通信素子のみが発信するため、電力消費を少なくすることができ、また他の通信素子の通信に対する干渉を低減することも可能となる。

空間内に複数の通信素子が存在し、この空間内には通信素子間を物理的に接続するための個別配線が形成されていなくてよい。例えば、これらの通信素子は、平坦な導電層または導電性基板、交流信号を伝達可能な電磁作用伝達層などに接続されてもよく、また無線により信号の送受が行えるように構成されてもよい。信号の送信は、導電層における電荷の放出により実現されてもよく、また光や電磁波を放出することにより実現されてもよい。ここで通信素子は、チップとして構成されるものに限定されず、本発明の実施例において説明する通信機能を備えたものを含む概念であり、その形態および形状は問わない。

各通信素子は、信号の伝達可能な距離（以下、「有効通信距離」とも呼ぶ）を比較的短く設定されていることが好ましい。信号の通信距離を長くすることは、それだけ電力消費量を大きくし且つ通信に寄与しない他の通信素子に対して悪影響を及ぼす可能性がある。連鎖伝達型の通信方式によると、自身の近傍に存在する通信素子に信号を伝達できれば十分であるため、有効通信距離は周辺の通信素子までの平均距離に応じて設定されることが好ましい。

本発明の通信技術は、様々な用途に応用することができる。例えば、ＬＳＩやメモリなどの電子部品（回路素子）に本発明の通信機能をもたせることによって、各電子部品を個別に配線することなく、複数の電子部品を基板実装する技術を提供することが可能である。これとは別に、網の目上に張り巡らされた配線上に通信素子を配設する、従来とは異なる設計思想をベースとする新規な通信実装技術を提供することもできる。また、近年、皮膚の感覚を持つロボットの研究が盛んに行われているが、ロボットの触覚センサに本発明の通信機能をもたせ、触覚センサの検知情報をロボットの頭脳コンピュータに送信する技術を提供することも可能である。また建物の床に本発明の通信機能を有するセンサを点在させることにより、一人暮らしの老人の行動を監視したり、留守中の防犯に役立てることも可能である。また、発光素子に本発明の通信機能をもたせることにより、布状の表示装置などを製造することも可能となる。また、タグに本発明の通信機能をもたせるか、本発明の通信装置との交信機能をもたせることにより、安価で精度のよい情報の読み取りを可能とするタグを作製することも可能となる。さらに無線通信素子に本発明の通信機能をもたせて例えばコンピュータにそれを装備させ、無線通信素子の近傍に相手方のコンピュータの無線通信素子を配置することによって、コンピュータ間の情報の送受信を容易に行うことも可能となる。また自動車の導電性内壁に本発明の通信機能を備えた通信素子を埋め込み、煩わしい個別配線を不要とした通信装置を実現することも可能となる。なお、後述するように、通信素子をコネクタと通信用ＬＳＩなどから構成することで、任意の機能をもたせた通信装置をフレキシブルに実現することも可能となる。

この通信技術は、比較的短い距離に配置された通信素子間で信号を伝達するため、距離による信号の減衰および劣化が少なく、高いスループットでノード数によらない高速伝送を可能とする。また空間内に多くの通信素子を分散して配置させることにより、センサなどの所定の機能をもつチップとの情報交換媒体として広範囲の信号伝達領域を実現する。また、通信素子を比較的自由な位置に配置することができるため、簡易な設計により所望の機能を備えた人工皮膚や表示装置などを生成することも可能である。また従来型の素子同士を個別に接続する配線に関する基板回路設計を不要とし、少ないプロセスで基板回路を製造することも可能である。通信素子を導電層で挟持する場合には電磁ノイズ放射がなくなるため、特に病院などの公共性の高い場所においてはその有用性が高い。さらに、導電層などに障害が生じた場合であっても、チップ間の経路を再設定することができ、新たな通信経路を確立することができるという自己修復機能もあわせ持つ。

図２は、本発明の実施例にかかる通信装置１００の外観構成の概要を示す図である。この通信装置１００においては、複数の通信素子２００が信号伝送用の基板装置１４に接続される。基板装置１４は、開口部８０を複数備えて構成され、この開口部８０に通信素子２００が挿入されることで、通信装置１００の通信機能を実現する。基板装置１４は、信号を伝達するための信号伝達層（「信号層」とも呼ぶ）、電源層および接地層などを含んだ積層構造を備えて構成される。なお接地層は、信号伝達層としての役割を担ってもよい。開口部８０において、これらの層は外部に露出しており、通信素子２００を押し込んで固定することにより、通信素子２００と各層との電気的接続が行われる。なお基板装置１４は、接地層ないしは電源層を備えず、接地層ないしは電源層として機能する導電体に接続してもよい。例えば、金属で構成される板状部材に基板装置１４を貼り付け、この板状部材を接地し、又は板状部材に電荷を供給することで、導電性の板状部材を接地層ないしは電源層としても機能させることも可能である。

通信素子２００は、開口部８０に嵌合されて基板装置１４の積層構造において接続するべき層に電気的に接続するコネクタと、コネクタに電気的に接続する電極を備えた通信用ＬＳＩを含んで構成されてもよい。コネクタと通信用ＬＳＩは別体として構成されてもよいが、一体として形成されてもよい。この例では、基板装置１４が二次元的に一面に広がった構成を有しているが、帯状に一次元的に広がった構成を有してもよい。なお、コネクタは、基板装置１４の開口部において、接続するべき層の露出部分に電気的に接続するように予め設けられていてもよく、その場合には、基板装置１４は、コネクタ付き基板装置として構成されることになる。コネクタ付き基板装置に通信素子２００を接続し、これにより通信装置１００が実現されてもよい。なお、この場合、通信素子２００は通信用ＬＳＩにより構成されてもよく、また、基板装置１４に設けられたコネクタと接続するコネクタと通信用ＬＳＩを備えて構成されてもよい。

例えば、本発明による通信装置１００をロボットの表面を覆う人工皮膚として応用する場合、基板装置１４を導電性のゴム材料により形成することが好ましい。可撓性のあるゴム材料で人工皮膚を形成することにより、この人工皮膚はロボットの動作に合せて自在に伸縮することが可能となる。また、個別配線が存在せず、伸縮性のある基板装置１４を介して信号を伝達するため、断線などにより通信機能に障害が生じる可能性を低減し、安定した通信能力を提供することも可能となる。また、本発明による通信装置１００を回路基板として応用する場合、基板装置１４を導電性のゴム材料あるいは導電性繊維で形成することによって、フレキシブルな回路基板を実現することも可能となる。なお、前記したように、基板装置１４が積層構造を有する場合には、各層が導電性のゴム材料あるいは導電性繊維で構成されて、全体として可撓性を有することが好ましい。なお、網の目状に形成された配線に通信素子２００を接続し、これらの通信素子間で信号伝達することで、安定した通信能力を提供することも可能である。なお網の目状の配線は、通信素子２００間を個別に接続する配線ではない。網の目状の配線を形成することで、通信経路の再設定が可能であり、したがって断線などによる障害が生じる可能性を低減することができる。

各通信素子２００は通信機能以外に、さらに他の機能を有していてもよい。通信装置１００をロボットの人工皮膚として応用する場合には、通信素子２００のいくつかが触覚センサとしての機能も有し、外部から受けた刺激を検出した後、他の通信素子と協同して検出した信号を目的の通信素子まで伝達する。また通信装置１００を基板の実装技術として応用する場合には、通信素子２００が、例えば演算機能をもつＬＳＩやメモリなどの回路素子としての機能を有してもよい。このように、本明細書において「通信装置」は少なくとも通信機能を有する装置の意味で用い、これに付加した他の機能、例えば人工皮膚としてのセンサ機能や電子回路としての演算機能などを有してもよく、またＣＰＵやメモリを含むマイクロコンピュータを含んでもよい。

図３は、通信素子２００の機能ブロック図である。通信素子２００は、通信部５０、処理部６０およびメモリ７０を備える通信回路２５０を有する。メモリ７０は、レジスタとして構成されてもよい。通信部５０は、基板装置１４（図２参照）を介して、他の通信素子との間で信号の送受を行う。処理部６０は、通信素子２００の通信機能を制御する。具体的に処理部６０は、周囲の信号の監視、受信信号の解析や、送信信号の生成および送信タイミングの制御など、他の通信素子２００との間の信号伝達に関する行為を行う。また処理部６０は、センサ機能や演算機能など通信機能以外の他の機能を実現してもよい。メモリ７０は、通信機能や他の機能を実現するために必要な情報を予め記録し、また必要に応じて記録していく。通信素子２００がコネクタと通信用ＬＳＩとから構成される場合は、通信用ＬＳＩが上記の機能を実現する。

通信装置１００は、以下に示すように、形態および構造の観点から、様々な態様にて実現することが可能である。通信装置１００の代表的な形態として、（１）サイト分割型、（２）連続型、（３）境界配置型の３種類について説明する。

（１）サイト分割型
図４（ａ）は、サイト分割型の通信装置１００の上面図を示す。通信装置１００の通信シート２０２において、通信を実現するための通信層が、複数のサイト２１０に分割されている。通信シート２０２は、図２に示す基板装置１４に対応する。サイト２１０には、通信素子２００が配置される。なお、図示の例では、１つの通信素子２００がサイト２１０の中央部分に配置されているが、中央部分以外の領域に配置されてもよく、また複数の通信素子２００がサイト２１０内に配置されてもよい。サイト２１０内は良導体からなる層で構成され、隣接するサイト２１０間は隣接結合用抵抗体で電気的に接続されている。したがって、通信素子２００が発信した場合、そのサイト２１０内で生じる電圧降下は微小であり、そのサイト２１０から隣接サイトに信号が伝達される際に、隣接結合用抵抗体により信号が減衰されて伝達される。隣接サイトに隣接するサイト、すなわち発信元のサイト２１０から２つ隣のサイト２１０には、さらに信号が減衰されて伝達されることになる。隣接結合用抵抗体を適宜設定することで、信号が伝達される範囲を制限することができ、隣接サイトにのみ信号を伝達することが可能となる。各サイト２１０の良導体層はプルアップ抵抗層によって電源層（または接地層）に接続されている。サイト２１０は四角形に限らず、任意の形状であってよい。

図４（ｂ）は、通信シート２０２における通信層の断面図である。なお、通信層は、信号層２２２、接地層２２４および電源層２２０などから構成される。信号層２２２および接地層２２４を、信号を伝達するための信号伝達層と呼んでもよい。信号層２２２は、導電体領域２３０および隣接結合用抵抗体２３２とを有する。導電体領域２３０はサイト２１０を構成し、導電体領域２３０よりも高い抵抗値を示す隣接結合用抵抗体２３２により区画される。導電体領域２３０（サイト２１０）は、プルアップ抵抗層２３４により電源層２２０に接続されている。このうち一つのサイト（例えば右から２番目）に電位変化を与えた場合、その変化は隣接結合用抵抗体２３２を介して周囲のサイト２１０に伝達される。

図５は、通信層の構造、通信層の等価回路および各サイトに生じる電位変化を示す。この等価回路に示されるように、導電体領域２３０の間には、隣接結合用抵抗体２３２（Ｒ１）が設けられ、また導電体領域２３０と電源層２２０は抵抗Ｒ２および容量Ｃにより接続され、導電体領域２３０と接地層２２４は容量により接続されている。

各サイト２１０を良導体で構成し、各サイト間を隣接結合用抵抗体２３２で接続することにより、発信した通信素子２００の近傍の導電体領域２３０にのみ強い信号が伝達し、離れたサイト２１０に伝達する信号は、その距離に応じてほぼ指数関数的に減衰していく。各サイト２１０内を良導体で構成することで、各サイト２１０における減衰量は小さく、隣接結合用抵抗体２３２を通過する時に生じる減衰量が大きくなる。そのため、例えば、送信サイトから１つ隣のサイトには信号が伝達するが、さらに１つ隣のサイトには信号が伝達しないように、隣接結合用抵抗体２３２およびプルアップ抵抗層２３４の抵抗値を設定することが可能となる。これにより、隣接するサイト２１０（通信素子２００）にのみ、信号を伝達することができる。

なお、等価回路において抵抗Ｒ２と並列接続されている導電体領域２３０と電源層２２０との間の容量Ｃと導電体領域２３０と接地層２２４の間の容量は、電源層２２０、接地層２２４と信号層２２２とが平行平板コンデンサをなしていることによるものである。抵抗Ｒ２のインピーダンスを、使用する信号周波数での容量Ｃのインピーダンスよりも小さくなるように設定しておくと、送信サイトの隣のサイトに生じる電圧波形は送信波形を抵抗によって分圧したものとなり、例えば矩形波を送信すると受信波も矩形波として観察される。

本実施例のようにプルアップ抵抗層２３４を信号層２２２と電源層２２０（接地層２２４ではなく）の間に挿入した場合には、無信号時（通信素子２００が接続されていない状態）での信号層２２２の電位は電源電位となる。通信素子２００は信号層２２２から接地層２２４に電流を流すことによってＬレベルを発生する。それを受信する通信素子２００は、信号層２２２の電位が電源層２２０の電位より一定電圧だけ降下したことをコンパレータで観測し、Ｌレベルの発生を検出する。

図６は、通信素子２００の構造の一例を示す。通信素子２００は、電気的接点２５２、２５４、２５６を有し、電気的接点２５２、２５４、２５６は通信シート２０２の３つの層すなわち電源層２２０、信号層２２２、接地層２２４にそれぞれ電気的に接続する。通信回路２５０は、各電気的接点２５２、２５４、２５６と配線２５１、２５３、２５５により電気的に接続される。これにより、通信回路２５０は、各電気的接点２５２、２５４、２５６を通じて、通信シート２０２を介して信号を送受信することが可能となる。

図７は、通信回路２５０の回路構造の一例を示す。通信回路２５０は、受信回路２６０、送信回路２６２、制御回路２６４を有して構成される。受信回路２６０および送信回路２６２は、図３に示す通信部５０の構成に対応し、制御回路２６４は、処理部６０およびメモリ７０の構成に対応する。

通信回路２５０において、受信回路２６０はコンパレータを有し、このコンパレータによって信号のＨ（ハイ）およびＬ（ロー）を検出する。制御回路（論理回路）２６４は、受信回路２６０において検出された信号符号を解釈する。制御回路２６４は、信号符号を解釈した後、送信信号を決定し、送信回路２６２を通して信号層２２２に電圧出力を行なう。

図８は、受信回路２６０の回路構造の一例を示す。受信回路２６０において、抵抗ｒ１および抵抗ｒ２の分圧比によって、コンパレータ２６６で比較する信号の閾値が設定される。閾値は、隣接するサイト２１０における通信素子２００が信号を発信したときにはそれを検出することができ、それよりも遠いサイト２１０における通信素子２００が信号を発信した場合には、それを検出しないように設定される。すなわち、隣接素子の発信は閾値を超えるように、隣接素子以外の素子の発信は閾値を超えないように、抵抗ｒ１および抵抗ｒ２の分圧比が定められる。また抵抗ｒ１と抵抗ｒ２の合成抵抗およびコンパレータ２６６の入力インピーダンスは、プルアップ抵抗層２３４のインピーダンスＲ２よりも十分大きく、受信回路２６０の存在によって信号電圧が変化しないように設定する。

図９は、送信回路２６２の回路構造の一例を示す。送信回路２６２はＨレベル、Ｌレベルおよび高インピーダンスの３状態をとることができる。図中、Ｓ１、Ｓ２は制御回路２６４からの制御信号であり、Ｓ１およびＳ２を同時にＨとすることでＯＵＴにはＬが出力され、Ｓ１およびＳ２を同時にＬとすることでＯＵＴにはＨが出力される。また、Ｓ１をＨとし、Ｓ２をＬとすることで、高インピーダンスとなる。

送信回路２６２は、自分自身が信号を送信する場合は、ＬかＨを出力し、それ以外の時には高インピーダンス状態にして信号を受信する。なお送信回路２６２において、nMOSとpMOSにはさまれたダイオードは、出力電圧の振幅を調整するために挿入されている。ダイオードを全て短絡除去すると、ＯＵＴのＨレベルは電源電位、Ｌレベルは接地層電位となる。ダイオードを挿入すると、その順方向電圧降下分、Ｌレベルの電位が高くなる。

以上、サイト分割型の通信装置１００の構造および動作を示した。この形態の通信装置１００によると、サイト２１０間で信号を順次中継することができ、効率よい通信を実現することができる。

（２）連続型
上記したサイト分割型の例では、信号層２２２が、良導層からなる導電体領域２３０と隣接結合用抵抗体２３２との２次元パターンに分割されて形成されていたが、２次元面内で抵抗分布をもたない均一な構造をもつ通信層でも、同様の通信素子２００によって通信が可能である。

図１０（ａ）は、連続型の通信装置１００の上面図を示す。通信装置１００の通信シート２０２には、サイトが設けられておらず、２次元的に均一な抵抗を示す通信層が形成されている。通信シート２０２において、通信素子２００は２次元的に所定の間隔で配置される。具体的には、通信素子２００が、有効通信距離の範囲内で、隣接する通信素子２００に対して配置されている。

図１０（ｂ）は、通信シート２０２における通信層の断面図である。なお、通信層は、信号層２２２、接地層２２４および電源層２２０などから構成される。サイト分割型の通信装置１００においては、信号層２２２が導電体領域２３０と隣接結合用抵抗体２３２とで形成されていたが、連続型の通信装置１００においては、信号層２２２が、略一様な抵抗値をもつ抵抗層として形成される。なお、信号層２２２は、プルアップ抵抗層２３４により電源層２２０に接続されている。

図１１（ａ）は、通信層の構造を示す。通信層は、信号層２２２および接地層２２４を有して構成される。電源層２２０と信号層２２２の間にはプルアップ抵抗層２３４が設けられ、信号層２２２と接地層２２４の間には絶縁層２２５が設けられる。

図１１（ｂ）は、信号層２２２のある領域に電圧を印加したとき、その周囲に発生する電圧分布を示す。信号が広がる範囲Ｄは、信号層２２２とプルアップ抵抗層２３４の抵抗率、および信号層２２２と電源層２２０および接地層２２４との間の（単位面積あたりの）容量によって決まる。このＤを超える範囲では、信号電圧は距離に対して指数関数的に減衰する。以下、連続型の通信装置１００の発信原理を説明する。

図１２は、図１１（ａ）に示す５層構造の通信装置１００の模式的な構成を示す。この５層構造では、接地層２２４、絶縁層２２５、信号層２２２、プルアップ抵抗層２３４および電源層２２０が、この順に積層される。電源層２２０および接地層２２４は良導体で構成され、信号層２２２は、良導体とプルアップ抵抗層２３４の間の中抵抗値で構成されている。この５層構造において、プルアップ抵抗層２３４は、高抵抗層として設けられる。また、信号層２２２および接地層２２４の間には、絶縁層２２５が設けられる。この５層構造によって信号層２２２と接地層２２４に接続された通信素子２００に電力を供給する。プルアップ抵抗層２３４の体積抵抗率をη[Ωm]、プルアップ抵抗層２３４の厚さをｄ[m]とし、絶縁層２２５の誘電率をε、絶縁層２２５の厚さをｄ[m]とする。また信号層２２２のシート抵抗をρ[Ω]（正方形シートを切り出したときの向かい合う辺間の抵抗がρ[Ω]であるような材料と厚みでできた層）とする。

今、通信層に信号源が接続され、信号層２２２に電流密度I(x,y)が生じたと仮定する。まず簡単のため、図示する通信層の断面に垂直な方向では電流は一様であり、断面に垂直な方向の層の幅は１であるような１次元問題を考える。信号層電位をV(x)、電源層２２０の電位は一定値V_Eとすると、信号層２２２から電源層２２０に向かって電流密度

なる電流が生じる。ただし以下の解析を簡単にするため、信号電位V(x)は電源電位を基準電位（ゼロ）として表記するものとする。ここで位置xにおいて信号層２２２の断面を横切る電流をI(x,t)とすれば、（このとき接地層２２４および電源層２２０には合計して−I(x,t)が発生している）微小領域[x, x+dx]から単位時間に流出する電荷は、

を満たす。ここでq(x,t)は単位面積あたりの蓄積電荷量である。

いま位置xにおける信号層２２２の（接地層２２４に対する）電位V(x,t) は、信号層２２２の厚みが十分小さければ、

を満たす。C=2ε/dは、信号層−接地層の間の単位面積あたりの容量と、信号層−電源層の間の単位面積あたりの容量の和である（ｄは信号層２２２と接地層２２４との間隔）。
また信号層２２２の厚みが十分小さく、電流の上下方向分布は一様と仮定できる場合、以下のオーム則

が成り立つ。

上の式(1),(2),(3)および(4)から、Iおよびqを消去すると以下の拡散方程式

を得る。式(4)の一般解は

と与えられる。
いま、高抵抗層であるプルアップ抵抗層２３４の縦方向抵抗を層間容量のインピーダンスより小さく設定する、すなわち

と設定する。ここで例えばx=0に電圧源を接続し、強制的に

なる交流電圧を与えると、遠方で発散しない解を組み合わせた以下の関数が電圧分布を与える。

この式より、電圧印加点から一定の距離

程度以内においては有意に電圧が追従し、それより離れたところでの電圧振幅は指数関数的に減少する。

上記は１次元問題の解析であるが、２次元問題へは次のように拡張される。まず電流密度ベクトルＩ(x,y,t)に対し式(2)は、

のように変更され、式(4)は

と書き換えられる。この２つの式と式(1)および式(3)から、V(x,y,t)に対する２次元拡散方程式

が得られる。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、半径r₀の円形電極を、中心が原点(x,y)=(0,0)に一致するように配置する。電圧V₀(t)を印加したときの解は、ωＣ＜＜１／(ηｄ)のとき、式(9)と同じ定義のＤを用いて、

のように与えられる。ここでrは原点からの距離

である。J₀,N₀はそれぞれ0次のベッセル関数およびノイマン関数であり、jは虚数単位である。ｒがＤより小さい範囲では対数関数で近似され、Ｄと同程度以上の範囲では指数関数的に減衰する。したがって、例えば信号層２２２のシート抵抗値などを適切に設定することによって、所望の有効通信距離を得ることが可能となる。

以上、連続型の通信装置１００の構造および動作を示した。この形態の通信装置１００によると、通信素子２００間で信号を順次中継することができ、効率よい通信を実現することができる。

上記した通信装置１００の形態においては、通信素子２００は電源層２２０、信号層２２２、接地層２２４の３層に電気的接触を行なう。この接触形態を３層接点方式とよぶ。通信素子２００の実装をより簡単に行なうため、信号層２２２と接地層２２４への２点のみの接触で通信素子２００を動作させることも可能である。２点のみの電気的接触を行う形態を、２層接点方式とよぶ。

図１４（ａ）は、サイト分割型の通信装置１００の断面図を示す。通信素子２００が、信号層２２２における導電体領域２３０と接地層２２４との間に挟まれる。すなわち、通信素子２００は、信号層２２２と接地層２２４の２層と接触し、電源層２２０とは接触しない。２層接点方式によると、通信素子２００の通信シート２０２への実装が容易となる利点がある。

図１４（ｂ）は、連続型の通信装置１００の断面図を示す。通信素子２００は、信号層２２２と接地層２２４の間に挟まれる。すなわち、通信素子２００は、信号層２２２と接地層２２４の２層と接触し、電源層２２０とは接触しない。２層接点方式によると、通信素子２００の通信シート２０２への実装が容易となる利点がある。

図１５は、２層接点方式の通信回路２５０の構成を示す。通信回路２５０は、受信回路２６０、送信回路２６２、制御回路２６４を有して構成される。受信回路２６０および送信回路２６２は、図３に示す通信部５０の構成に対応し、制御回路２６４は、処理部６０およびメモリ７０の構成に対応する。

通信回路２５０が動作するための電圧は、信号層２２２から供給される。信号層２２２からダイオードと抵抗を通ってコンデンサに電荷が蓄積され、それが通信回路２５０内の電源VDDとなり、受信回路２６０、送信回路２６２、制御回路２６４が動作する。

ある通信素子２００に注目したとき、その通信素子２００が信号電位Ｌを送出している時間の合計T_Lを、通信時間全体T₀の1/n以下、すなわちT_L＜T₀/nになるようにパケットの転送頻度を調整しておくこととする。また、そのときの回路の平均消費電流をIとする。パケットの最小発生間隔よりも図１５中のC_EとRの時定数C_ERが十分大きくなり、かつRは信号層へ信号を送出する際の負荷インピーダンス（サイト分割方式の場合の等価回路中R2の程度）より十分大きくなるように設定する。このとき、通信素子２００のコンデンサ両端の電圧Vは、電源層の電位V_Eに対し、

で与えられる。ここでv_Dはダイオードの順方向電圧降下であり、T₀/T_Lの下限nは十分大きく設定した。このVが回路に必要とされる電源電圧を越えるようにパラメータが選択される。

図１６は、送信回路２６２の構成を示す。送信回路２６２において、ＯＵＴが、信号層２２２に接続される。送信回路２６２へ供給されている電源電圧が信号層２２２の電位を下回る場合があり、その時は正常な動作が行えなく恐れがあるため、pMOSが取り除いてある。したがって信号の立ち上がり時に回路から信号層２２２に電流は供給されなくなる。その場合でも、信号層自身の抵抗によって正しくプルアップされるための条件は、サイト分割式の場合はR2がその並列容量のインピーダンスより小さく設定してあることであり、連続型通信層の場合には、式(7)の条件が成立することである。

図１７は、受信回路２６０の構成を示す。受信回路２６０は、VとV_Eの電圧差を補償する信号Ｈレベル保持回路２６７を前段に挿入する。信号Ｈレベル保持回路２６７において、C_Hとr1+r2の時定数を、通信信号のＬレベルの継続時間より十分大きくとっておくことで、信号層２２２のＨレベルをC_Hの端子に保持する。r0=r1+r2としておくと、信号がＨのときのr0端子電圧と、C_Hの端子電圧は等しい。r1とr2の比率によって閾値を設定しておくと、信号層電位のわずかな降下を安定に検出することができる。

（３）境界配置型
（１）において示したサイト分割型通信層を利用する通信装置１００において、通信素子２００をサイト２１０の境界をまたぐように配置する構成をとることも可能である。境界配置型の通信装置１００においては、サイト２１０の境界は絶縁されており、サイト間を電気的に接続する隣接結合用抵抗体２３２は用いられない。境界配置型の通信装置１００においては、サイト２１０の境界を絶縁することで、隣接サイト間での信号の減衰を利用した信号伝達を行うのではなく、絶縁された２つ以上のサイトに対して通信素子２００が電気的に接続することで、通信素子２００が、サイト間の信号を中継することで、信号伝達を行う。

図１８（ａ）は、境界配置型の通信装置１００の上面図である。通信素子２００が、サイト２１０間の境界に配置される。サイト２１０は良導層により構成され、サイト２１０の間は絶縁されている。

図１８（ｂ）は、境界配置型の通信装置１００の断面図である。この通信装置１００において、通信素子２００は、３層接点方式により通信シート２０２に接続されている。導電体領域２３０の間は絶縁されている。各通信素子２００は、２つのサイト２１０に対して独立な２点で電気的接触を行い、一方のサイト２１０で検出した信号を他方のサイト２１０に転送することで信号を伝達する。

図１９は、通信素子２００の構造の一例を示す。通信素子２００は、電気的接点２５２、２５４、２５６、２５８を有する。電気的接点２５２および電気的接点２５６は、それぞれ電源層２２０および接地層２２４に電気的に接続する。電気的接点２５４はサイト境界における一方のサイト２１０の信号層２２２に電気的に接続し、電気的接点２５８は、サイト境界における他方のサイト２１０の信号層２２２に電気的に接続する。このように、境界配置型の通信素子２００は、通信シート２０２の信号層２２２に対して、少なくとも２つの電気的接点２５４、２５８を有して構成される。通信回路２５０は、各電気的接点２５２、２５４、２５６、２５８と、配線２５１、２５３、２５５、２５７により電気的に接続される。これにより、通信回路２５０は、各電気的接点２５２、２５４、２５６、２５８を通じて、通信シート２０２を介して信号を送受信することが可能となる。なお、例えば、通信素子２００は、４つのサイト２１０と接続するように配置されてもよく、その場合は、４つのサイト２１０の導電体領域２３０とそれぞれ独立して電気的に接続する４つの電気的接点を有して構成されることになる。

図２０は、通信回路２５０の回路構造の一例を示す。通信回路２５０は、受信回路２６０、送信回路２６２、制御回路２６４を有して構成される。受信回路２６０および送信回路２６２は、図３に示す通信部５０の構成に対応し、制御回路２６４は、処理部６０およびメモリ７０の構成に対応する。

受信回路２６０および送信回路２６２は、２つの導電体領域２３０に接続される各ポートに対して、それぞれ独立に受信および送信を行うことができる。この例では、信号層２２２における２つの導電体領域２３０（「信号層１」「信号層２」と表記）に対して、受信回路２６０および送信回路２６２が、独立して信号の送受信を実行できる。なお、各ポートのそれぞれについての受信回路２６０および送信回路２６２の構造は既述の３層接点方式のものと同一である。

図２１は、２層接点方式による境界配置型の通信装置１００の断面図を示す。２層接点方式においては、通信素子２００が、信号層２２２においてサイト分割された導電体領域２３０の境界に配置される。通信素子２００は、信号層２２２における２つ以上の導電体領域２３０と接地層２２４に電気的に接続する。

図２２は、通信素子２００の通信回路２５０の構成を示す。この例では、電源供給は、接続する２つのサイト２１０のうち、一方（信号層１）のみから受ける。各ポートについて受信回路２６０、送信回路２６２の構成は、既述の２層接点方式のものと同一である。

以上、境界分割型の通信装置１００の構造および動作を示した。この形態の通信装置１００によると、通信素子２００間で信号を順次中継することができ、効率よい通信を実現することができる。

以上、実施例の通信装置１００の形態および構造を説明した。以下では、これらの形態の通信装置１００において、各通信素子に座標データを設定して、その座標データを用いて、通信素子間で信号を伝達する技術について説明する。

本発明者が共同発明者として名を連ねる特開２００４−８０２１９号公報では、各通信素子に絶対的な座標を設定することで、通信素子間の信号伝達を行う技術が開示されている。これは、通信装置１００において、２次元的に一様な密度で通信素子２００が配置されている場合に、非常に有効な手法といえる。

しかしながら、通信素子２００が一様に配置されていない場合、特開２００４−８０２１９号公報に開示された方法では、座標を設定できない通信素子２００が発生する可能性がある。また、絶対的な座標しか有しない場合は、所定の通信素子（基準素子）まで、信号を伝達できない場合も発生しうる。そこで、本実施例では、絶対的な座標ではなく、相対的な座標データを用いて、全ての通信素子２００に対して、基準素子（原点）までの経路を設定し、基準素子に対して信号を伝達することのできる技術を示す。最初に、相対的な座標データを用いて、通信素子２００が信号を基準素子（原点）まで送信する技術について説明する。また、基準素子から所期の通信素子２００まで信号を送信する技術についても説明する。

図２３は、通信装置１００上の通信素子２００の関係を模式的に示す。既述したように、通信装置１００は、分散して配置された複数の通信素子２００を備えて構成される。本実施例において、通信素子２００は、中継素子として機能する少なくとも１つの通信素子２００を経由して、原点（０，０）に配置される基準素子に対して信号を伝達する。図示のように、前提として、メッシュ状の格子点に通信素子２００が配置され、隣接した格子点にパケットを伝達することで信号を伝達する通信装置１００を考える。

各通信素子２００は、自分の周辺にいる通信素子２００、すなわち自分の前後左右の位置関係にある通信素子２００に対して、個別に通信素子２００を指定して信号を伝達できる。ここでは、各通信素子２００は、自分の前後左右を認識する機能をもつことを前提とする。具体的には、各通信素子２００は、物理的に信号が前後左右のいずれかから到達した場合に、信号に含まれているＩＤによって、その信号が前後左右のいずれから送られてきたかを判別できるようにする。例えば、各通信素子２００は、前後左右を識別するための相対的な座標ＩＤを有し、これを用いて前後左右の通信素子を識別してもよい。例えば、複数の通信素子２００がユニット化され、このユニットの中で、互いの前後左右の関係が把握できるようにしてもよい。また、本実施例において、複数の通信素子２００から構成されるユニットが通信の一単位として構成されることも可能であり、この場合には、そのユニット自体が１つの通信素子としての機能をもつことになる。

本発明の通信装置１００においては、個別の配線は形成されておらず、したがって、図２３に示す格子線は、単に通信素子間の前後左右関係を表現するためのみに記載したものである。既述のように、各通信素子２００の有効通信距離は、隣接する通信素子２００にのみ、すなわち前後左右に配置される通信素子２００にのみ信号が伝達されるように設定されることが好ましい。

図２３に示す曲線は、通信素子２００が存在する領域を示す。原点（０，０）を中心として、横方向にＸ軸をとり、縦方向にＹ軸をとることとする。ここで、各点の通信素子２００がもつ情報を原点（０，０）まで集めてくることを考える。例えば、通信装置１００を人工皮膚における複数のセンサからの情報伝達のために用いる場合、原点に頭脳を司るＣＰＵが存在し、人工皮膚の各センサが周辺の通信素子２００に対応して、それぞれのセンシング結果を原点のＣＰＵに送信する例があげられる。

Ａ点から原点（０，０）へパケット（信号）を送出する場合には、もしＡ点がなんらかの方法で自分の座標値を知っているならば、原則として、座標が原点に近付くような方向にパケットを順次伝達していけばよい。具体的には、Ａ点が自身の座標値（４，５）を知っている場合に、−Ｘ方向に４つの通信素子を経由し、−Ｙ方向に５つの通信素子を経由することで、信号を原点まで伝達することができる。このように、原点までの最短経路を含んだ領域に通信素子２００が一様に配置されている場合は、自身のグローバル座標値を保持しておくことで、原点までの経路を設定することができる。

しかしながら、例えばＢ点からパケットを送出する場合、Ｂ点のグローバル座標値を保持しているだけでは例えばＰ点で行き止まりとなり、自動的に原点までの経路を探し出すのは難しい。
そこで本実施例では、グローバル（絶対的な）な座標（x,y）の代わりに、次のような座標データ（以後これを「連鎖相対座標」とよぶ）を設定する。

＜連鎖相対座標＞（総点数n）、（x_1, y_1）、（x_2, y_2）・・・（x_n, y_n）
この連鎖相対座標は、原点の基準素子により保持される。原点の基準素子は、全ての通信素子２００に対して、この連鎖相対座標をもつことで、所期の通信素子に対して信号を伝達することができる。
ここで「総点数n」は原点から所期の通信素子２００の点に到達するまでの中継点の総数である。なお、この例では０番目の中継点として、原点も含めることとしているが、中継点に原点を含めない場合は、(総点数n-1)となる。(x_i, y_i)は、i番目の中継点Ｐ_iの、i-1番目の中継点Ｐ_i-1からの相対座標であり、グローバル座標 (x, y)とは

の関係にある。なお、i番目の中継点Ｐ_iとは、原点側から所定の点に向かう方向から見た中継点であり、所定の点から原点に向かう方向に経路を考えた場合には、(n-i)番目の中継点となる。したがって、（x_1, y_1）は、通信素子２００から見れば、原点と、原点までの経路中に存在する原点の直前に位置する最後の中継素子との間の相対座標データであり、（x_n, y_n）は、通信素子２００から見れば、原点までの経路中に存在する当該通信素子２００の直後に位置する最初の中継素子と自身との間の相対座標データに相当する。

各通信素子２００は、基準素子と（自分から見て）最後の中継素子との間の相対的な座標データを有し、この相対的な座標データを用いて、基準素子との間で信号を伝達することが可能となる。ここで、最後の中継素子とは、既述したように、基準素子への経路上に存在する自分に最も近い中継素子である。各通信素子２００は、上記した連鎖相対座標の全てをもつ必要はなく、自身と直近の中継素子との間の相対座標データ、すなわち（x_n, y_n）のみを有していればよい。

(x_i, y_i)は、以下の条件を満たすように選ばれている。
[条件]
中継点Ｐ_i-1から中継点Ｐ_iへは、「x方向へのx_iの移動」に続いて、「y方向へのy_iの移動」によって到達できる。

逆に、連鎖相対座標データを用いて任意の点から原点までパケット（信号）を伝達する場合、パケットは、中継点Ｐ_iから中継点Ｐ_i-1に送信されることになる。このとき、中継点Ｐ_iから中継点Ｐ_i-1へは、「y方向への-y_iの移動」に続いて、「x方向への-x_iの移動」によって到達できる。このように、通信素子２００がＸ軸およびＹ軸で表現される２次元上に配置されており、相対的な座標データにしたがって基準素子まで信号を伝達する方向は、先にＹ軸方向に信号を伝達した後、Ｘ軸方向に信号を伝達することになる。なお、先にＸ軸方向に信号を伝達した後、Ｙ軸方向に信号を伝達してもよい。この順番は、連鎖相対座標データの設定手順に依存し、すなわち、上記した条件に依存するものである。このように、中継素子を経由する基準素子と所期の通信素子の間の経路において、相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向を予め定めておくことにより、信号を適切に所望の地点まで伝達することが可能となる。

例えばＣ点（13,5）の連鎖相対座標は、中継点をＡとして
＜連鎖相対座標＞２、(4,5)、(9,0)
となる。

この連鎖相対座標によると、中継点が原点も含めて２つ存在し、原点から中継点Ａまでの相対座標データが(4,5)、中継点ＡからＣ点までの相対座標データが(9,0)であることが示される。

各通信素子２００がこのような連鎖相対座標のうち、最後の相対座標データ（Ｃ点でいえば(9,0)）を知っていれば、任意の点から次のような方法でパケットは原点に到達できる。
まず送信元である通信素子２００はパケットに、原点まで送信するべきパケットであることを示す印を埋め込んで、そのパケットを次の中継点に近付くような方向に送信する。中継点に近づくような方向は、相対座標データにしたがって定められる。この例の場合では、まずy_nが０に近付く方向に送信し、もしy_nが０であった場合には、x_nが０に近付く方向に送信する。Ｃ点から原点に向けて信号を送信する場合、相対座標データ(9,0)において、y_nが０であるため、Ｙ軸方向には送信せずに、x_nを０に近づく方向、すなわち図２３においては左向きに信号を送信する。なお、実際には、通信素子２００は前後左右に位置する通信素子２００に対して信号を送信し、左側に位置する通信素子２００のみが、信号の中継に寄与することになる。

パケットを受け取った通信素子２００は、パケットから原点まで送信するべきパケットであることを示す印を検出すると、そのパケットを再度同じアルゴリズムで転送する。この通信素子２００の中継点Ａに対する相対座標データは(8,0)であり、この相対座標データにしたがって、このパケットを左側の通信素子２００に送信する。これを繰り返すことで、信号が中継点Ａまで伝達される。

中継点Ａの通信素子２００は、原点まで送信するべきパケットであることを示す印を検出すると、そのパケットを自身の相対座標データ(4,5)にしたがって送信する。

中継点Ａの通信素子２００は、まずy_nが０に近付く方向、すなわち１つ下の通信素子２００に信号を送信する。これは、y_nが０になるまで、信号は順次下向きに伝達される。y_nが０になったときに、その通信素子２００は、相対座標データ(4,0)をもつものとなる。

続いて、各通信素子２００がx_nが０に近付く方向に信号を送信することで、信号が原点に到達する。このように、グローバル座標のかわりに連鎖相対座標に含まれる相対座標データを用いることにより、グローバル座標の割付が困難な自由曲面上においても各通信素子２００にＩＤ（相対座標データ）を割り振り、通信経路を保証することができる。以上のアルゴリズムは、例えばＢ点やＤ点に位置する通信素子２００についても、同様に適用することができる。

なお、基準素子から所期の通信素子２００に信号を送信する場合は、基準素子が、連鎖相対座標を用いて、所期の通信素子２００との間で信号を伝達する。既述のように、連鎖相対座標は、所期の通信素子２００への経路上に存在する中継素子間の相対的な座標データを含んで構成される。基準素子は、この連鎖相対座標を含んだパケットを送信し、このパケットを受信した通信素子２００は、信号に含まれる相対的なデータにしたがって、信号を伝達する。具体的には、通信素子２００は、連鎖相対座標に含まれる相対座標データのうち、原点に近い側として設定されている相対座標データにしたがって、信号を隣接する通信素子２００に転送していく。経路上に存在する通信素子２００は、この処理を繰り返すことによって、パケットを所期の通信素子２００まで伝達することが可能となる。

以上は、各通信素子２００が相対座標データを有していることを前提としたが、以下では、相対座標データの自動設定する方法について説明する。

本実施例の相対座標データの自動設定方法では、原点に位置する基準素子が、周辺の通信素子２００に対して連鎖相対座標決定パケットを送信し、各通信素子２００は、連鎖相対座標決定パケットを受信すると、自身の連鎖相対座標を決定して、連鎖相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信する。第１段階として、この処理により、各通信素子２００が、基準素子との間の相対的な座標データを設定していく。

第２段階として、相対座標を決定した通信素子２００は、所定のタイミングで、自身を中継素子とした連鎖相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信する。これにより、第１段階で相対座標データを設定できなかった通信素子２００に、連鎖相対座標決定パケットを送り届けることができるようになり、したがって、通信素子２００が２次元上に一様に配置されていないような場合であっても、各通信素子２００に対して、原点までの通信経路を適切に設定することが可能となる。

連鎖相対座標は、原点からの一度のブロードキャストで設定できる。ブロードキャストは以下のアルゴリズムで転送される。なお、以下のアルゴリズムの記述において、「連鎖相対座標決定パケット」には、送信する素子の連鎖相対座標と、それが座標決定用のブロードキャストであることを示す符号が埋め込まれている。各通信素子２００は、座標決定用のパケットであることを認識することで、相対座標データの設定処理を実行する。なお、これらの処理は、各通信素子２００における制御回路２６４において実行される。

１）座標原点（０，０）の通信素子２００は、自分の座標を含めて、周囲４方向に連鎖相対座標決定パケットを送信する。連鎖相対座標決定パケットを受け取った通信素子２００は、自分の前後左右どちらの方向から来たパケットであることはわかるので、そこから自分の連鎖相対座標を知ることができる。例えば(1,0)の素子の連鎖相対座標は＜1 (1,0)＞であり、(0,-1)の素子の連鎖相対座標は＜1 (0,-1)＞である。各通信素子２００は、自分の連鎖相対座標を連鎖相対座標決定パケットに埋め込んで、周囲の通信素子２００に送信する。これにより、連鎖相対座標決定パケットを受け取った通信素子２００は、自身の連鎖相対座標を取得することができる。

２）なお、連鎖相対座標決定パケットを受け取った通信素子２００は、自分の連鎖相対座標の末尾の相対座標、すなわち最も近い中継点からの相対座標（x_n, y_n）のy_nをもとに、連鎖相対座標決定パケットの送信方向を定める。相対値y_nが０であった場合にはx_nの絶対値が大きくなる方向、および＋Ｙ方向、−Ｙ方向の両方に、自身の連鎖相対座標を含めた連鎖相対座標決定パケットを送信する。そうでない場合は、y_nの絶対値が大きくなる方向のみに自身の連鎖相対座標を含めた連鎖相対座標決定パケットを転送する。
以上のプロセスによって、「原点からＸ方向に進んだ後、一度だけ折れ曲がってＹ方向に進む」ことで到達できる全ての通信素子２００に連鎖相対座標が設定される。

３）連鎖相対座標決定パケットを受け取った通信素子２００は、一定時間待ったのち、自分の周囲３方向の素子（すなわち自分に連鎖相対座標決定パケットを送信した以外の素子）へ１度だけ、「自分を中継点とした」パケットを送信する。すなわち自分の連鎖相対座標が
n, (x_1, y_1) ・・・ (x_n, y_n)
であった場合、
n+1 (x_1,y_1) ・・・ (x_n, y_n), (0,0)
を自分の相対座標データとして連鎖相対座標決定パケットに埋め込み、送信する。このように、中継素子として連鎖相対座標決定パケットを発信する通信素子２００は、そのパケット中に、自身を相対座標の基準とする座標データを含ませ、また中継数である総点数を１インクリメントすることとする。これにより、１）のプロセスにおいて相対座標データを設定できなかった通信素子２００に対して、新たに設定した中継素子からの相対座標データを含んだ連鎖相対座標を設定することが可能となる。

４）上記連鎖相対座標決定パケットを受け取った通信素子２００は、もし自分の連鎖相対座標がすでに決定している場合、これを無視してもよい。ただし、後から到達した連鎖相対座標決定パケットで、中継素子の総点数が少ないものがあれば、そのパケットから自分の連鎖相対座標を決定しなおしてもよい。もしそれがはじめて受け取ったバケットであった場合、連鎖相対座標決定パケットから、中継素子からの相対的な座標データを取得して、２）および３）の動作を行う。これにより、まだ相対座標データを設定されていない通信素子２００を探索し、最終的には全ての通信素子２００の相対座標データを設定することも可能となる。

以上のプロセスを繰り返すことにより、有効通信距離の範囲内で隣接する通信素子２００と接続している全ての通信素子２００に対して唯一の連鎖相対座標を設定することが可能となる。各通信素子２００は、原点まで信号を到達させるためには、既述したように自分に最も近い中継素子との間の相対座標データを有していればよい。また、原点から所期の通信素子への信号伝送を実現するためには、基準素子が全ての通信素子２００から連鎖相対座標を通知される必要がある。この連鎖相対座標は、基準素子において所期の通信素子への信号伝送用に保持される。以上により、通信装置１００において通信素子２００が一様に配置されていない場合であっても、基準素子と通信素子間のデータ伝送を効率的に実現することが可能となる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。これらの実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例に係る通信技術の方式を説明するための図である。本発明の実施例にかかる通信装置の外観構成の概要を示す図である。通信素子の機能ブロック図である。（ａ）は、サイト分割型の通信装置の上面図であり、（ｂ）は、通信層の断面図である。通信層の構造、通信層の等価回路および各サイトに生じる電位変化を示す図である。通信素子の構造の一例を示す図である。通信回路の回路構造の一例を示す図である。受信回路の回路構造の一例を示す図である。送信回路の回路構造の一例を示す図である。（ａ）は、連続型の通信装置の上面図であり、（ｂ）は、通信層の断面図である。（ａ）は、通信層の構造を示す図であり、（ｂ）は、信号層に電圧を印加したときの電圧分布を示す図である。図１１（ａ）に示す５層構造の通信装置の模式的な構成を示す図である。円形電極を、中心が原点に一致するように配置した図である。（ａ）は、サイト分割型の通信装置の断面図であり、（ｂ）は、連続型の通信装置の断面図である。２層接点方式の通信回路の構成を示す図である。送信回路の構成を示す図である。受信回路の構成を示す図である。（ａ）は、境界配置型の通信装置の上面図であり、（ｂ）は、境界配置型の通信装置の断面図である。通信素子の構造の一例を示す図である。通信回路の回路構造の一例を示す図である。２層接点方式による境界配置型の通信装置の断面図である。通信素子の通信回路の構成を示す図である。通信装置上の通信素子の関係を模式的に示す図である。

符号の説明

１００・・・通信装置、２００・・・通信素子、２１０・・・サイト、２２０・・・電源層、２２２・・・信号層、２２４・・・接地層、２３０・・・導電体領域、２３２・・・隣接結合用抵抗体、２３４・・・プルアップ抵抗層、２５０・・・通信回路、２６０・・・受信回路、２６２・・・送信回路、２６４・・・制御回路。

Claims

分散して配置された複数の通信素子を備える通信装置であって、通信素子は、中継素子として機能する少なくとも１つの通信素子を経由して基準素子との間で信号を伝達し、
各通信素子は、基準素子への経路上に存在する自分に最も近い中継素子との間の相対的な座標データを有し、この相対的な座標データを用いて、基準素子に対して信号を伝達することを特徴とする通信装置。
通信素子は、隣接する通信素子から送られてきた信号を受信すると、自身の相対的な座標データにしたがって、信号を他の隣接する通信素子に送信することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向が予め定められていることを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
通信素子がＸ軸およびＹ軸で表現される２次元上に配置されており、相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向は、先にＸ軸方向またはＹ軸方向のいずれか一方に信号を伝達した後、Ｙ軸方向またはＸ軸方向の他方に信号を伝達することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
分散して配置された複数の通信素子を備える通信装置であって、基準素子は、中継素子として機能する少なくとも１つの通信素子を経由して所期の通信素子との間で信号を伝達し、
基準素子は、所期の通信素子への経路上に存在する中継素子間の相対的な座標データを有し、この相対的な座標データを用いて、所期の基準素子との間で信号を伝達することを特徴とする通信装置。
経路上に存在する通信素子は、信号に含まれる相対的な座標データにしたがって、信号を隣接する通信素子に伝達することを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向が予め定められていることを特徴とする請求項５または６に記載の通信装置。
通信素子がＸ軸およびＹ軸で表現される２次元上に配置されており、相対的な座標データにしたがって信号を伝達する方向は、先にＸ軸方向またはＹ軸方向のいずれか一方に信号を伝達した後、Ｙ軸方向またはＸ軸方向の他方に信号を伝達することを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
分散して配置された複数の通信素子を備える通信装置であって、各通信素子は、周辺に配置された他の通信素子と局所的な通信を行う機能を有し、
基準素子は、周辺の通信素子に対して相対座標決定パケットを送信し、各通信素子は、相対座標決定パケットを受信すると、自身の相対座標を決定して、相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信することで、基準素子との間の相対的な座標データを設定していき、
相対座標を決定した通信素子は、自身を中継素子とした相対座標決定パケットを周辺の通信素子に対して送信することを特徴とする通信装置。
通信素子は、自身を中継素子とした相対座標決定パケットを送信するとき、そのパケット中に、自身を相対座標の基準とする座標データを含ませることを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
通信素子は、自身を中継素子とした相対座標決定パケットを送信するとき、そのパケット中に含まれる中継数を１インクリメントすることを特徴とする請求項９または１０に記載の通信装置。
通信素子は、相対座標決定パケットから、中継素子からの相対的な座標データを取得することを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の通信装置。