JP2006067429A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の通信素子が埋め込まれたシート状の通信装置であって、当該複数の通信素子は自身の近傍の通信素子と通信してネットワークを形成することによって情報を伝達する通信装置を提供する。
【解決手段】 通信装置１０１は、複数の導電体サイト１０３と、複数の通信素子１０５と、を備え、複数の導電体サイト１０３は、略平面上に配置され、良導体であり、複数の通信素子１０５のそれぞれは、複数の導電体サイト１０３のいずれか２つに接続され、当該２つの導電体サイト１０３の電位を変化させて、当該２つの導電体サイト１０３に接続される他の通信素子１０５と通信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の通信素子が埋め込まれたシート状の通信装置であって、当該複数の通信素子は自身の近傍の通信素子と通信してネットワークを形成することによって、情報を伝達する通信装置に関する。

従来から、複数の通信素子が埋め込まれたシート状（布状、紙状、箔状、板状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）の通信装置に関する技術が、本願の発明者らによって提案されている。たとえば、以下の文献では、個別の配線を形成することなく、シート状の部材（以下「シート状体」という。）に埋め込まれた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が提案されている。
特開２００４−００７４４８号公報

ここで、[特許文献１]に開示される技術においては、各通信素子は、シート状体の面に格子状、三角形状、もしくは蜂の巣状の図形の頂点に配置される。各通信素子は、当該通信素子により発生された電位の変化が近傍には強く、遠方には減衰して伝播することを利用して、周辺に配置されている他の通信素子とのみ通信する。

この局所的な通信により通信素子間で信号を順次伝達することによって、目的とする通信素子まで信号が伝達される。また、複数の通信素子は管理機能により階層に分けられ、各階層において経路データが設定されており、効率よく最終目的の通信素子まで信号を伝達することが可能となる。

このようなシート状体の面に略規則的に通信素子が埋め込まれ、通信素子同士がネットワークを形成して情報を伝達する通信装置においては、シート状体の構成をどのようにするか、通信素子をどのように配置するか、について、さまざまな要望や用途に応じるため、種々の新しい技術的提案が強く求められている。

本発明は、このような要望に応えるもので、複数の通信素子が埋め込まれたシート状の通信装置であって、当該複数の通信素子は自身の近傍の通信素子と通信してネットワークを形成することによって情報を伝達する通信装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。

本発明の第１の観点に係る通信装置は、複数のサイト部と、複数の通信素子部と、を備えるように構成する。

ここで、複数のサイト部は、略平面上に配置され、良導体である。

一方、複数の通信素子部のそれぞれは、複数のサイト部のいずれか２つに接続され、当該２つのサイト部の電位を変化させて、当該２つのサイト部に接続される他の通信素子と通信する。

本発明のその他の観点に係る通信装置は、複数のサイト部と、複数の通信素子部と、を備えるように構成する。

ここで、複数のサイト部は、第１の略平面上、もしくは、第２の略平面上のいずれかに配置され、良導体である。

一方、複数の通信素子部のそれぞれは、前記複数のサイト部のうち、当該第１の略平面上に配置されるものと当該第２の略平面上に配置されるものとに接続され、そのそれぞれは、当該２つのサイト部の電位を変化させて、当該２つのサイト部に接続される他の通信素子と通信する。

また、本発明の通信装置において、複数のサイト部は、シート状絶縁体の一方の面上に配置されるように構成することができる。

また、本発明の通信装置において、複数のサイト部のそれぞれは、板状もしくは箔状の良導体であり、シート状絶縁体の一方の面上に貼付、塗布、印刷、蒸着、もしくは、エッチング成形されるように構成することができる。

また、本発明の通信装置において、前記複数のサイト部は、線状の良導体であり、シート状絶縁体の一方の面上に配置されるように構成することができる。

また、本発明の通信装置において、シート状絶縁体の他方の面上には、少なくとも前記複数のサイト部に対向する領域を覆う形状のシート状良導体が配置されるように構成することができる。

また、本発明の通信装置において、複数のサイト部のそれぞれと、シート状良導体と、の間の容量の最小値Cと、複数の通信素子部による通信が行われない場合の複数の通信素子部のそれぞれに接続される２つのサイト部の間における当該通信素子部の抵抗Rと、複数の通信素子部による通信の帯域周波数ω/2πと、は、
1 ≪ RCω
を満たすように構成することができる。

また、本発明の通信装置は、複数のインダクタ素子部をさらに備え、以下のように構成することができる。

すなわち、複数のインダクタ素子部は、複数のサイト部のいずれか２つに接続される複数のインダクタ素子部であって、そのそれぞれは、複数の通信素子部による通信が行われない場合、当該２つのサイト部の電位を等しくする。

一方、複数のサイト部と、複数の通信素子部と、複数のインダクタ素子部と、は、当該複数の通信素子部のそれぞれについて、当該通信素子部による通信が行われない場合、当該通信素子部が接続される２つのサイト部が、当該２つのサイト部に接続されるインダクタ素子部によって、異なる電位となるように、接続される。

また、本発明の通信装置において、インダクタ素子部は、インダクタLと抵抗rを並列に接続したもの、もしくは、その等価回路であり、
r ＜ Lω；
r ≒ R
を満たすように構成することができる。

本発明によれば、複数の通信素子が埋め込まれたシート状の通信装置であって、当該複数の通信素子は自身の近傍の通信素子と通信してネットワークを形成することによって情報を伝達する通信装置を提供することができる。

以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。

図１は、本発明の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す模式図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。以下、本図を参照して説明する。

通信装置１０１は、シート状の絶縁体１０２がベースとなっており、その片面には導電体サイト１０３が複数貼り付けられ、反対面には絶縁体１０２と略同一形状のシート状導電体１０４が貼り付けられている。これによって、シート状導電体１０４は、絶縁体１０２を挟んで導電体サイト１０３に対向する領域を覆うこととなっている。

したがって、各導電体サイト１０３とシート状導電体１０４とは一種のコンデンサをなし、シート状導電体１０４はグランド（アース、基準電位）として機能することとなる。

本実施形態では、各導電体サイト１０３は略正方形の形状をなし、等間隔に桝目状に配置されている。そして、導電体サイト１０３同士の間は、通信素子１０５、もしくは、インダクタ素子１０６で接続されている。

ある通信素子１０５から任意の通信素子１０５へは、これ以外の通信素子１０５と導電体サイト１０３とを経由すれば到達することができる。各通信素子１０５は２つの端子を有する。これらの端子は、それぞれ、互いに隣り合う導電体サイト１０３に接続されているため、通信素子１０５は、これらの導電体サイト１０３をまたぐようになる。

また、通信装置１０１の周囲には、正電位帯１０７と負電位帯１０８とがあり、電源１０９によって両者間に電位差が付与されている。

各導電体サイト１０３は、インダクタ素子１０６と他の導電体サイト１０３とを経由すれば、正電位帯１０７もしくは負電位帯１０８のいずれか一方のみに到達することができる。各インダクタ素子１０６もまた、通信素子１０５同様、２つの端子を有し、それぞれの端子が、隣り合う導電体サイト１０３に接続されている。

１つの正方形形状の導電体サイト１０３に接続されるインダクタ素子１０６の数は、１個から４個の範囲とするのが典型的であるが、これの数は、導電体サイト１０３の形状や大きさなどに応じて任意に変更が可能である。

したがって、正電位帯１０７からインダクタ素子１０６を経由して到達可能な導電体サイト１０３は、いずれも、略同一の正電位となっている。したがって、負電位帯１０８からインダクタ素子１０６を経由して到達可能な導電体サイト１０３は、いずれも、略同一の負電位となっている。

なお、本図では、平面図における通信素子１０５の形状を長方形で、インダクタ素子１０６の形状を楕円で、それぞれ表示しているが、実際の形状は、これに限られない。

そして、各通信素子１０５が接続される２つの導電体サイト１０３は、一方が当該正電位となっており、他方が当該負電位となっている。各通信素子１０５は、この電位差を、動作電源とするのである。

なお、上記のような接続関係が成立していれば、導電体サイトの形状や通信素子、インダクタ素子との接続関係は、任意に変更が可能であり、変更した実施形態も、本発明の範囲に含まれる。

また、シート状導電体１０４は、採用しなくとも通信は可能であるが、これを設けることによって、ノイズに強くなるほか、後述するように、遠方のサイトまで信号が到達しないようにすることができ、通信プロトコルが簡易に実現できるようになる。

なお、上記のように、シート状導電体１０４と通信素子１０５との間には、電気的な接点は存在しない。また、シート状導電体１０４とインダクタ素子１０６との間にも、電気的な接点は存在しない。したがって、立体配線等の必要がなく、このような通信装置１０１を容易に作成することができ、通信装置１０１そのものを紙や布地、各種シートと同様に取り扱えるようになる。

（通信の基本原理）
図２は、導電体サイト１０３が通信素子１０５によって接続されている様子を示す説明図である。図２（ａ）は、概念的な断面図であり、図２（ｂ）は、通信を行っていない場合の等価回路であり、図２（ｃ）は、通信を行おうとする場合の等価回路である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、通信素子１０５の両端子間の抵抗は、通信を行っていない場合（自身から信号を発生させていない場合）は、Rとなる。また、各導電体サイト１０３とシート状導電体１０４との間の容量をCとする。これらは厳密に等しい必要はないが、略等しいことが望ましい。

なお、理解を容易にするため、以下の説明ではシート状導電体１０４の電位を０とする。

さて、ある通信素子１０５が信号を発生させたい場合を考える。図２（ｃ）における中央の通信素子１０５が信号を発生させる場合を考えると、時刻tに、左の端子に対する右の端子の電位が発生させたい信号に応じたV(t)となるように、電圧を印加する。

ここで、信号の主要な周波数帯（搬送周波数帯）をω/2πとする（すなわち、主要な角振動数帯をωとする。）場合、上記容量Cと抵抗Rとの間で、
1 ≪ RCω
となるように構成する。

すると、中央の通信素子１０５に接続された左側の導電体サイト１０３に生ずる電位はおよそ-V(t)/2となり、右側の導電体サイト１０３に生ずる電位は、およそ+V(t)/2となる。

一方、左端の導電体サイト１０３や、右端の導電体サイト１０３においては、間に存在する他の通信素子１０５の抵抗Rや導電体サイト１０３の容量Cの影響により、生じるとしても微小な変化のみであり、有意な信号電圧は発生しないこととなる。すなわち、信号を発生した通信素子１０５に直接接続される導電体サイト１０３にのみ、有意な電位の変化が現れるのである。

したがって、図中右側の通信素子１０５や左側の通信素子１０５は、両端子の電位差を観測することによって、信号V(t)/2に起因する変化を検知することができるが、それよりも外側の通信素子１０５（図示せず）には、信号電圧は到達しない。

このようにして、各通信素子１０５は、１つの導電体サイト１０３を介して接続される他の通信素子１０５との間で、局所的に信号を伝達することができるのである。局所的な通信が可能となれば、上記のように、各通信素子１０５同士の間は、他の通信素子１０５ならびに導電体サイト１０３を経由すれば到達可能なのであるから、当該他の通信素子１０５に信号を中継させることによって、通信可能に接続されることとなる。

なお後述するように、実際には、通信素子１０５に接続される２つの導電体サイト１０３の電位は互いに異なるのが典型的であるので、上で「電位」と表現したものは、実際には「電位変化」に対応することとなる。

なお、シート状導電体１０４を設けない実施形態においては、導電体サイト１０３は、無限遠点との間でコンデンサをなすものと考えることができる。シート状導電体１０４を使わないと、これを使った場合に比較して、信号が遠くまで届く度合が大きくなるが、パケットの発生頻度が低い場合には、シート状導電体１０４を採用しなくとも、十分な場合もある。したがって、シート状導電体１０４を使わない実施形態においても、上記のような通信は可能であり、本発明の範囲に含まれる。

通信素子や機器を結合する場合、普通は往路１本、復路１本、合計２本の線が必要となるのが一般的であるが、本発明では、それが１本で済むという点が特徴の１つとなっている。

なお、上記の説明では、図示するように導電体サイト１０３として板状もしくは箔状のものを考えているが、導電体サイト１０３としてたとえば良導体による線状（電線など）を採用することもできる。上記のようなコンデンサをなす点ではかわりがないからである。

また、Rは信号帯域における等価的な通信素子１０５の端子間の抵抗であり、実際には、後述するように、通信素子１０５の動作電力を充電するためのコンデンサや、これらと並列に回路動作による電流源が接続されることとなるが、上記の説明では、理解を容易にするため、その影響を無視している。

（動作電力の供給）
図３は、本実施例に係るインダクタ素子１０６の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

インダクタ素子１０６の２つの端子は、インダクタンスLのコイルと、抵抗rとが並列に接続されたものとなっている。ここで、抵抗rは、通信素子１０５の抵抗Rに略等しい値とすることが望ましい。また、これらの値については、
r ＜ Lω
が成立するようにする。

なお、rはLとCによる共振や遠方へ到達する連成振動を発生させないように減衰させるための機能を果たす。したがって、必ずしもrは必要でなく、rを用いない場合であっても通信は可能である。

このようにして導電体サイト１０３同士を上記のように結合した場合、信号周波数帯においては、インダクタ素子１０６が接続される隣り合う導電体サイト１０３の間であっても、電気的に分離されることとなる。したがって、通信の際にはインダクタ素子１０６による接続はないものとして扱うことができる。

一方、低い周波数帯においては、小さなインピーダンスで両導電体サイト１０３が結合されることになる。したがって、インダクタ素子１０６の接続によって、両導電体サイト１０３の電位が略等しくなるため、電源供給のための電位を保持することができる。

図４は、図１に示す平面図に対応するもので、各導電体サイト１０３が正電位となっているか、負電位となっているか、を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

なお、本図では、平面図における通信素子１０５の形状を長方形で、インダクタ素子１０６の形状を楕円で、それぞれ表示しているが、実際の形状は、これに限られない。

本図において、負電位の導電体サイト１０３には「（−）」が描かれている。そして、負電位の導電体サイト１０３同士は、いずれかのインダクタ素子１０６や他の負電位の導電体サイト１０３を経由することによって、負電位帯１０８に到達することができるが、正電位帯１０７には到達できない。

また、正電位の導電体サイト１０３には「（＋）」が描かれている。そして、正電位の導電体サイト１０３同士は、いずれかのインダクタ素子１０６や他の正電位の導電体サイト１０３を経由することによって、正電位帯１０７に到達することができるが、負電位帯１０８には到達できない。

さらに、各通信素子１０５の端子の一方は、正電位の導電体サイト１０３に接続され、他方は、負電位の導電体サイト１０３に接続されている。したがって、各通信素子１０５は、この電位差を動作電力の供給源とすることができるのである。

通信の際には、それぞれの導電体サイト１０３の電位が、上記の基準供給電位から変化するため、この変化によって、前述のように、信号を伝達することができるのである。

そして、本手法を採用した場合には、通信素子１０５の動作電力の供給用の電線を新たに設ける必要がないことも特徴の１つとなっている。

（通信素子の概要構成）
図５は、本実施形態における通信素子の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す通り、通信素子１０５は、正電位の導電体サイト１０３に接続される正端子５０１、負電位の導電体サイト１０３に接続される負端子５０２、抵抗５０３、ダイオード５０４、コンデンサ５０５、送信回路５０６、受信回路５０７、制御回路５０８を備える。

コンデンサ５０５には、抵抗５０３、ダイオード５０４を介して充電が行われる。ダイオード５０４は、通信素子１０５内の電源電位VDDが端子間電圧OUTを下回ったときに電流が流れる状態となり、速やかに充電が行われる。OUT < VDDである限り、ダイオード５０４は高インピーダンス状態となるので、送信回路５０６による信号の発信等を妨げることはない。このコンデンサ５０５から、送信回路５０６、受信回路５０７、制御回路５０８に動作電力が供給されることとなる。

制御回路５０８には、より一般的な論理回路や、さらに進んで小型コンピュータなど、各種の情報処理装置を採用することができる。制御回路５０８は、受信回路５０７と送信回路５０６とを制御して、隣り合う通信素子１０５と通信を行い、ネットワークを形成する。このような通信の制御手法については、上記[特許文献１]に開示されている技術を適用することができるほか、後述する技術を採用することができる。

図６は、本実施形態における通信素子の送信回路の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す通り、送信回路５０６は、ｐＭＯＳトランジスタ６０１、ダイオード６０２、ｎＭＯＳトランジスタ６０３を備える。

制御回路５０８による制御は、ｐＭＯＳトランジスタ６０１、ｎＭＯＳトランジスタ６０３のゲート電圧を変化させることによって行う。
（１）制御回路５０８は、信号を発しない状態の場合、ｎＭＯＳトランジスタ６０３のゲートをチップ内でのグラウンド（VSS）電位、ｐＭＯＳトランジスタ６０１のゲートをVDD電位とする。この場合、両者において、ソース−ドレイン間のインピーダンスは十分高い値になっており、OUTはVDD電位にほぼ等しくなる。
（２）制御回路５０８によって、ｎＭＯＳトランジスタ６０３およびｐＭＯＳトランジスタ６０１の両方のゲートにＨ（High）電位が印加されると、OUTはＬ（Low）電位となる。
（３）制御回路５０８によって、ｎＭＯＳトランジスタ６０３およびｐＭＯＳトランジスタ６０１の両方のゲートにＬ電位が印加されると、OUTはＨ電位となる。

このように電位を変化させることによって、信号を伝達するのである。

なお、ｎＭＯＳトランジスタ６０３とｐＭＯＳトランジスタ６０１にはさまれたダイオード６０２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６０２を設けずに、ここで両者を短絡すると、ＯＵＴのＨレベルは電源電位、Ｌレベルはチップ内の接地電位となってしまうが、ダイオード６０２を挿入しておくと、その順方向電圧降下分、Ｌレベルの電位が高くなり、消費電力を節約できる。

図７は、本実施形態における通信素子の受信回路の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す通り、受信回路５０７は、抵抗（r1）７０１、抵抗（r2）７０２、コンパレータ７０３を備える。受信回路５０７では、抵抗７０１と抵抗７０２の分圧比によって、受信された電位の変化がＨかＬかの閾値を設定する。

ある通信素子１０５の送信回路５０６が正端子５０１と負端子５０２との間に信号電圧V(t)を発生させると、これに接続されている導電体サイト１０３の電位は、およそ±V(t)/2だけ変化する。これよりもさらに隣りの導電体サイト１０３に伝達される電位の変化は、
R，r，ωL ≫ 1/jωC
という条件が満たされる状況下では、
V(t)/2(1+jωCR)
の程度であるから、閾値はこれよりも十分に大きな値に設定する必要がある。

また、抵抗７０１と抵抗７０２の合成抵抗、および、コンパレータ７０３の入力インピーダンスは、通信素子１０５の抵抗Rよりも十分大きいものにする。これによって、受信回路５０７が存在しても、信号電圧は変化しないように設定することができる。

ここで、正電位の導電体サイト１０３の電位をVH、負電位の導電体サイト１０３の電位をVLと表記するものとすると、送信回路５０６の出力OUTがハイインピーダンス状態にあるとき、正端子５０１は電位VHにある。

ここで高い周波数で通信素子１０５の出力OUTの電位を変動させると、高周波数信号に対してはインダクタ素子１０６のインピーダンスは大きいため、当該通信素子１０５に接続される２つの導電体サイト１０３がなすコンデンサの容量Cが、主要な負荷となる。

したがって、送信回路５０６がこれを駆動する能力を備えることでＣの端子間に信号電圧を発生させることができる。通信素子１０５の端子間にV(t)の電圧を生じた場合、これに隣接する通信素子１０５の受信回路５０７においては±V(t)/2の電圧が観測される。これによって、隣接する通信素子１０５の信号が伝達されるのである。

なお、このとき、送信側の通信素子１０５が直接接続されている導電体サイト１０３に直接接続される他の通信素子１０５のすべてに、信号が届いてしまうことに注意が必要である。

以下では、この点を踏まえて、信号の送受信動作を詳細に説明する。図８は、本実施形態において、多数の通信素子が接続される回路の様子を示す説明図である。図９は、その場合の、通信素子、導電体サイト、インダクタ素子の接続の様子を示す説明図である。

なお、図９では、図４や図８とは異なり、導電体サイト１０３の電位を表す符号「（＋）」「（−）」や、通信素子１０５の端子の正負を表す符号「＋」「−」については、図示を省略している。

以下、本図を参照して、この状況をさらに詳しく説明する。

なお、本図では、平面図における通信素子１０５の形状を楕円で、インダクタ素子１０６の形状を長方形で、それぞれ表示しているが、実際の形状は、これに限られない。

本例では、通信素子８０１と通信素子８０２、通信素子８０２と通信素子８０３、通信素子８０３と通信素子８０４がそれぞれ、導電体サイト１０３（図示せず）を介して接続されており、導電体サイト１０３とシート状導電体１０４との容量が、コンデンサCと等価となっている。また、信号が発せられていない場合を考えると、インダクタ素子１０６が接続される導電体サイト１０３には２種類の電位VH、VLのいずれかの電圧が印加されている。電位VHが正電位の導電体サイト１０３に相当し、電位VLが負電位の導電体サイト１０３に相当する。

さてここで、通信素子８０３が通信素子８０４に信号を送信しようとし、通信素子８０３の両端子間に電圧-V(t)をさらに印加したものと考える。すなわち、信号を送信していない場合の両端子間電圧がV₀の場合に、これを、V₀ - V(t)に変化させたものとする。

この場合、シート状導電体１０４を基準電位として見ると、通信素子８０３の正端子（通信素子８０４の正端子に等しい）はV(t)/2だけ電位が下降し、通信素子８０３の負端子（通信素子８０２の負端子に等しい）はV(t)/2だけ電位が上昇することになる。

これを通信素子８０２の側で考えると、通信素子８０１が電圧-V(t)をさらに印加したのか、通信素子８０３が電圧-V(t)をさらに印加したのか、は、物理的には区別することができない。

したがって、たとえば後述するようなプロトコルを採用して、このような区別を論理的に行う必要がある。そのような技術については、後述する。

（外部機器との接続）
本実施形態に係る通信装置１０１と外部の機器とを接続するには、以下のような手法が考えられる。
（１）いずれかの通信素子１０５のかわりに、これと同等のインターフェースを持つ外部機器を接続する。
（２）通信素子１０５の両端子に並列に外部機器の通信端子を接続して、信号を傍受することによって、信号の受信を行う。送信については、外部機器が並列接続された場合に、通信素子１０５にその旨を各種のコマンドを採用して伝え、通信素子１０５からの信号出力を停止して、上記（１）と同様の状況とする。

通信素子１０５や通信装置１０１と外部機器との接続は、各種のコネクタを用いて物理的に接触させることによっても良いし、外部機器に電極を設け、これと導電体サイト１０３を対向させることによって、導電体サイト１０３と電極とを容量結合させることによって行ってもよい。

通信素子１０５には、光センサや発光体を用意すれば、光結合ができるほか、各種の光処理を行うことができる。また、通信素子１０５にアクチュエータ等を用意しておけば、通信装置１０１を各種の動力源として用いることも可能である。

（パケット転送の手法）
以下では、上記のような通信装置１０１において、各通信素子１０５の間でパケット転送を行うための技術について説明する。

まず、本技術の理解を容易にするために、通信素子１０５同士の「距離」の概念を以下のように定義する。直接電位の変化が到達する通信素子１０５同士の距離は１とするのである。すなわち、通信素子１０５同士の間の経路を「導電体サイト１０３もしくは他の通信素子１０５」を経由して最短に結んだときに、通過する導電体サイト１０３の数が、当該通信素子１０５同士の「距離」となるのである。

さて、通信素子Ａから距離１だけ離れた通信素子Ｂ、通信素子Ｃがある状況を考える。ここで、通信素子Ｂおよび通信素子Ｃが、同時に通信素子Ａに対して信号を送信すると、その電位の変化が衝突して情報を読み取ることができなくなってしまう。そこで、本技術では、以下のようにして、このような状態を防止し、パケットが消滅しないようにする。

すなわち、本実施形態におけるように、通信素子１０５が隣り合うものと通信して２次元的に広がりを持つ通信網を形成する場合には、あらかじめ、異なる機能を有する通信素子１０５を特定の位置関係に配置しておくのである。

図１０は、本実施形態における通信素子１０５の位置関係の様子を説明する説明図である。以下、本図を参照して説明する。

通信素子１０５としては、１〜５の５種類の機能が用意されており、本図において点線で囲まれる１つのユニットには、１〜５のそれぞれの機能を有する通信素子１０５が必ず含まれるようにする。

ユニットの中央は機能５の通信素子１０５（以下適宜「中央素子」と呼ぶ。）であり、その周囲を機能１〜機能４の通信素子１０５（以下適宜「周辺素子」と呼ぶ。）が囲むように配置されている。

また、ユニット同士の接続については、機能１と機能３の通信素子１０５が接続され、機能２と機能４の通信素子１０５が接続されるように２次元上の広がりが形成されている。

５種類の機能は、あらかじめ各通信素子１０５がそれ専用の機能を果たすように製造しておいても良いし、どの種類の役割も担える１種類の通信素子を製造しておき、通信シートの形状を構成した上で、後から機能の種類を通信素子が有する回路に焼き込むこととしても良い。

図１１は、図１０と同じ構成をしている通信装置の導電体サイトと通信素子の具体的な配置を示す説明図である。インダクタ素子については、理解を容易にするため、図示を省略している。以下、本図を参照して説明する。

なお、本図では、平面図における通信素子１０５の形状を楕円で、インダクタ素子１０６の形状を長方形で、それぞれ表示しているが、実際の形状は、これに限られない。

また、本図では、正方形の形状で導電体サイト１０３を表示しているが、斜線を施した導電体サイト１０３が正電位、そうでない導電体サイト１０３が負電位である。

本図においても、点線で囲まれた部分が１つのユニットを形成している。また、通信素子１０５の中には、それが果たす機能の数字を書き込んである。

図１２は、導電体サイトの形状を２種類とした場合の配置例を示す説明図である。

なお、本図では、平面図における通信素子１０５の形状を楕円で、インダクタ素子１０６の形状を長方形で、それぞれ表示しているが、実際の形状は、これに限られない。

図１１に示す配置では、通信に参加しない導電体サイト１０３の割合が高くなっている。そこで、導電体サイト１０３を正方形状のものと長方形状の２種類とすることで、通信に参加する導電体サイト１０３の割合を高くすることができる。図１２は、このような態様についての実施例を図示したものである。

なお、上記の配置例においては、面が導電体サイト１０３で隙間無く埋め尽くされた構成になっているが、これに限られるものではなく、導電体サイト１０３には離間したものがあっても良い。

以下、図１０ないし図１２に開示される配置例を前提に、パケット伝送の詳細について説明する。

前提として、周辺素子は、周囲からのコマンドに反応することによって送信を行う。すなわち、同じユニットの中央素子から送られたコマンド、もしくはほかのユニットから送られたコマンドに反応して、送信を行うのである。周囲からの信号がなければ、自発的に信号を送出することはない。このように、周辺素子は、ある種の「中継」のみを行うものと考えることができる。

ここでは、「コマンド」は実際に送られる「データのパケット」と区別がつくように、何らかの符号化がされているものとする。

本体系では、マンチェスター符号を用いている。そして、コマンド信号の１ビット長を、データのパケット信号の１ビット長の３倍に設定している。このため、データのパケット信号と、コマンド信号とは、確実に区別をすることができ、誤って解釈されることはない。データのパケット信号に他の信号が混信した場合であっても同様である。

以下、中央素子ならびに周辺素子の動作の様子を詳細に説明する。

（ステップ１「ユニット内へのパケットの呼び込み」）
中央素子は、ユニット内の周辺素子に対して定期的に許可通知を発行する。以下、機能nを有する周辺素子を「周辺素子n」と呼ぶ。許可通知には、１から４までの周辺素子の機能番号が含まれており、当該機能番号の周辺素子からのパケットの到来を待つことを表明するのである。

一方、後述するように、各周辺素子は、これが接続されている隣のユニットの周辺素子がパケットを持っているかをすでに知っている（ステップ２参照）。

たとえば、許可通知に指定された機能番号が「１」である場合、周辺素子１は、これに隣接するユニットの周辺素子３にパケットが控えているか否かを調べ、これがパケットを持っている場合には、当該周辺素子３にコマンド「送信トリガ」を送信して、周辺素子３にパケット送信を促す。

そして、周辺素子３から送信されたパケットを受信して、これを直ちに中央素子に転送する。

一方、中央素子には、周辺素子１が送信した「送信トリガ」も到来する。したがって、これを受信した場合には、周辺素子１からのパケットの到来を待ち構えることとなる。

これによって、パケットの衝突を防止して、受信することができるようになる。

無事パケットが受信された場合は、後述するステップ２に進む。

一方、周辺素子１は、これに隣接するユニットの周辺素子３がパケットを持っていない場合は、何も応答しない。

中央素子は一定時間待っても「送信トリガ」が検出されない場合、指定する機能番号を変更した「許可通知」をまた発行する。

（ステップ２「ユニットからのパケット送出準備」）
中央素子は、自身がパケットを生成して送出する場合、他からのパケットを中継する場合のいずれの場合も、当該パケットの宛先を知っている。パケットの宛先は、パケット中の座標値を指定しておいても良いし、パケット中に通信経路ＩＤが埋め込まれており、その通信経路ＩＤと、次に送り出す方向との関係をテーブルとして中央素子が所持することとしても良い。

そこで、次にパケットを送る方向に存在する周辺素子の機能番号（１〜４）を埋め込んだ「送信通知」を送信する。

自身の機能番号が指定された送信通知を受け取った周辺素子は、「受信通知」を発行する。「受信通知」が中央素子に到達した後、中央素子は、パケットの送信を開始し、周辺素子は、そのパケットを受信してパケットを持った状態になるのである。

なお、「受信通知」は、隣接ユニットの周辺素子のうち、「受信通知」を発行した周辺素子との距離が１であるものにも到達する。したがって、「受信通知」を検知することによって、周辺素子は隣接ユニットの隣接周辺素子にパケットが到着したことがわかるのである。

以上によってユニット内の周辺素子には、送信待ちのパケットが格納されたことになり、ステップ３に進む。

（ステップ３「送信待ち」）
さて、上記のようにしてあるユニットの中央素子がパケットを送信すると、それ以降は、当該中央素子は自発的にコマンドを発することは原則としてしなくなる。

すなわち、隣接ユニットからの許可通知を受けて、周辺素子が当該パケットを隣接ユニットに送信するまで待ち続けるのである。

周辺素子が、隣接ユニットにパケットを送信する際の送信の開始と終了は、その中央素子も知ることができる。そこで、パケットが隣接ユニットに送出されることを確認してから、ステップ１に戻るのである。

以上のようなプロセスを採用することによって、衝突なくパケットを転送していくことができる。

なお、中央素子は、外部から取り込んだパケットを転送するだけでなく、ステップ１の呼び込み動作を行わずに、自発的にブロードキャストを発行したり、センサ信号取り込みコマンドなどその他のコマンドを発行したりしても良い。前者の場合は、ステップ２からの手続きを採用することによって、ブロードキャストが転送されていくことになる。

また、各コマンドは極めて短いビット列で実現され、許可通知の巡回も高々４つであるため、転送のオーバーヘッドを低く抑えることが容易である。

（パケットがランダムな方向に流れる場合）
パケットが一方向に流れ続けている限り、上記の技術を用いればパケットの衝突は発生しない。以下では、パケットがランダムな方向に流れる場合に、パケットの衝突を防止する技術について説明する。

（１）まず、ステップ２で、周辺素子が受信通知を発行したとき、隣接ユニットの中央素子がパケット送信中であった場合には、隣接ユニットの周辺素子において、受信通知と（隣接ユニットの）中央素子からの信号が衝突する。このままでは隣接素子が受信通知の存在を認識できない。

そこで、受信通知を発行した周辺素子は、隣接素子からの（受信通知に対する）「確認通知」を検出し、それが検出された場合にそのことを「確認通知２」によって中央素子に連絡する。中央素子は「確認通知２」を検出してはじめてパケット送信を開始する。確認通知２が検出されない場合、一定時間待機後に再度送信通知を発行する。

（２）つぎに、対向するパケットの流れがある場合である。たとえば右向きに出て行こうとするパケットが周辺素子２に格納されて待機状態にあり、かつその右隣のユニットの周辺素子４に、左に出ようとするパケットが配置された場合、上記アルゴリズムのままではどちらもパケットの送出を待ち続けるだけで、送出が開始されることはない。

この場合は、周辺素子１から４のうち、２つに「優先ポート」を決めておき、優先ポート側にパケットを送信した中央素子は、しばらくしてもパケット送信が始まらない場合には、「入れ替え通知」を発行する。入れ替え通知を受信した周辺素子は、隣にパケットがある場合に「送信トリガ」を発行し、パケットを招き入れる。

また、中央素子は、次の「許可通知」を出す際、必ず最初に指定する周辺素子の機能番号を「パケットが送出されていったポート（周辺素子）」に設定する。
（３）最後に受信通知の衝突の場合、すなわち、隣接素子同士が、同時に「受信通知」を発行した場合である。この場合、どちらも受信通知を認識せず、確認通知は発行しない。

そこで、中央素子が次回の送信通知を発行するまでの待ち時間を、周辺素子ごとに変えておけば、次回の受信通知の時刻は必ず異なるため、次の回でお互いが正しく認識される。

上記までの機能が確立していれば、経路がすでに決定されている２点間での通信が可能となる。

経路情報（パケットを受け取った中央素子が、つぎに１から４のうちどちらのポートにパケットを送り出したらよいかを記したテーブル）は、ホップ数が小さい場合はパケットに書き込んでおいてもよい。

また、中央素子の２次元配列に対し２次元座標を割り当てておき、送信先の座標値に近付くよう、次の送出先を中央素子が判断することも可能である。

あるいは２つの機器を通信層に接続し、２者間で通信を行う場合であれば、一方の素子が全素子に対して（別の手段によって設定されている）「通信ペアＩＤ」を含んだブロードキャストを行い最短経路を設定してもよい。すなわち、ブロードキャストを受信した相手の素子が、最短ホップ数で到達したブロードキャストパケットが到来してきた方向に対し、そのことを知らせるコマンドを返す。

それを受け取った一つ手前の素子は、順次それを送信元に近付くように伝達していく。その過程で「通信ペアＩＤ」に対する次の送信先（コマンドを返送してきた送信元の、１〜４のローカルＩＤ）を自身のテーブルに記録しておけば、次回以降、その通信ペアＩＤをもったパケットが自身に到達したときそれをどの方向に転送すれば目的地に近付くかが分っていることになる。

これらのプロトコルは、通信シートの具体的アプリケーションに応じて決定される。

また、上記以外の通信プロトコルを採用して、通信ネットワークを形成することもでき、そのような場合も、本発明の範囲に含まれる。

（ユニットのその他の配置例）
図１３は、その他のユニットの配置例を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

上記実施形態では、１つのユニットについて、１つの中央素子、４つの周辺素子が配置されていたが、本配置例では、１つのユニットについて、１つの中央素子、３つの周辺素子が配置されている。

そして、本配置例では、通信網は、ハチノス状の形状となる。すなわち、導電体サイト１０３の形状として略正六角形や略正三角形等を採用した場合に好適な配置といえる。

上記実施例では、各導電体サイト１０３は、１つの略平面上に配置されていたが、本実施例は、各導電体サイト１０３が２つの略平面上に配置されるものである。

図１４は、本実施形態に係る通信装置の導電体サイトと通信素子もしくはインダクタ素子の位置関係を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、各導電体サイト１０３は略円の形状をしており、２層構造となっていて、上の層と下の層の導電体サイト１０３は、通信素子もしくはインダクタ素子（以下「接続素子９０１」という。）によって接続されている。本例も、接続素子９０１は、２つの導電体サイト１０３を２つの端子によって接続しているのであり、そのトポロジー的配置は上記実施形態と同様である。

この場合、第１の略平面に配置される導電体サイト１０３のなすコンデンサの容量C1と、第２の略平面に配置される導電体サイト１０３のなすコンデンサの容量C2と、は、互いに異なることとなるが、これらのうちの小さい方を上記の容量Cと考えれば、同様の技術によって、適切な通信が可能となる。

上記のように、本発明によれば、複数の通信素子が埋め込まれたシート状の通信装置であって、当該複数の通信素子は自身の近傍の通信素子と通信してネットワークを形成することによって情報を伝達する通信装置を提供することができ、各種の通信技術分野に適用することができる。

本発明の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す模式図である。 導電体サイトが通信素子によって接続されている様子を示す説明図である。 本実施例に係るインダクタ素子の概要構成を示す説明図である。 各導電体サイトが正電位となっているか、負電位となっているか、を示す説明図である。 本実施形態における通信素子の概要構成を示す説明図である。 本実施形態における通信素子の送信回路の概要構成を示す回路図である。 本実施形態における通信素子の受信回路の概要構成を示す回路図である。 本実施形態において、多数の通信素子が接続される回路の様子を示す説明図である。 導電体サイトと通信素子の具体的な配置を示す説明図である。 本実施形態における通信素子の位置関係の様子を説明する説明図である。 導電体サイトと通信素子の具体的な配置を示す説明図である。 導電体サイトと通信素子の具体的な配置を示す説明図である。 ユニットの配置例を示す説明図である。 通信装置の導電体サイトと通信素子もしくはインダクタ素子の位置関係を示す説明図である。

符号の説明

１０１ 通信装置
１０２ 絶縁体
１０３ 導電体サイト
１０４ シート状導電体
１０５ 通信素子
１０６ インダクタ素子
１０７ 正電位帯
１０８ 負電位帯
１０９ 電源
５０１ 正端子
５０２ 負端子
５０３ 抵抗
５０４ ダイオード
５０５ コンデンサ
５０６ 送信回路
５０７ 受信回路
５０８ 制御回路
６０１ ｐＭＯＳトランジスタ
６０２ ダイオード
６０３ ｎＭＯＳトランジスタ
７０１ 抵抗
７０２ 抵抗
７０３ コンパレータ
８０１ 通信素子
８０２ 通信素子
８０３ 通信素子
８０４ 通信素子
９０１ 接続素子

Claims (9)

1. 略平面上に配置され、良導体である複数のサイト部、
   前記複数のサイト部のいずれか２つに接続される複数の通信素子部であって、そのそれぞれは、当該２つのサイト部の電位を変化させて、当該２つのサイト部に接続される他の通信素子と通信する複数の通信素子部
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 第１の略平面上、もしくは、第２の略平面上のいずれかに配置され、良導体である複数のサイト部、
   前記複数のサイト部のうち、当該第１の略平面上に配置されるものと当該第２の略平面上に配置されるものとに接続される複数の通信素子部であって、そのそれぞれは、当該２つのサイト部の電位を変化させて、当該２つのサイト部に接続される他の通信素子と通信する複数の通信素子部
   を備えることを特徴とする通信装置。
3. 請求項１または２に記載の通信装置であって、
   前記複数のサイト部は、シート状絶縁体の一方の面上に配置される
   ことを特徴とするもの。
4. 請求項３に記載の通信装置であって、
   前記複数のサイト部のそれぞれは、板状もしくは箔状の良導体であり、シート状絶縁体の一方の面上に貼付、塗布、印刷、蒸着、もしくは、エッチング成形される
   ことを特徴とするもの。
5. 請求項３に記載の通信装置であって、
   前記複数のサイト部は、線状の良導体であり、シート状絶縁体の一方の面上に配置される
   ことを特徴とするもの。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の通信装置であって、
   前記シート状絶縁体の他方の面上には、少なくとも前記複数のサイト部に対向する領域を覆う形状のシート状良導体が配置される
   ことを特徴とするもの。
7. 請求項６に記載の通信装置であって、
   前記複数のサイト部のそれぞれと、前記シート状良導体と、の間の容量の最小値Cと、前記複数の通信素子部による通信が行われない場合の前記複数の通信素子部のそれぞれに接続される２つのサイト部の間における当該通信素子部の抵抗Rと、前記複数の通信素子部による通信の帯域周波数ω/2πと、は、
   1 ≪ RCω
   を満たす
   ことを特徴とするもの。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の通信装置であって、
   前記複数のサイト部のいずれか２つに接続される複数のインダクタ素子部であって、そのそれぞれは、前記複数の通信素子部による通信が行われない場合、当該２つのサイト部の電位を等しくする複数のインダクタ素子部
   をさらに備え、
   前記複数のサイト部と、前記複数の通信素子部と、前記複数のインダクタ素子部と、は、当該複数の通信素子部のそれぞれについて、当該通信素子部による通信が行われない場合、当該通信素子部が接続される２つのサイト部が、当該２つのサイト部に接続されるインダクタ素子部によって、異なる電位となるように、接続される
   ことを特徴とするもの。
9. 請求項８に記載の通信装置であって、
   前記インダクタ素子部は、インダクタLと抵抗rを並列に接続したもの、もしくは、その等価回路であり、
   r ＜ Lω；
   r ≒ R
   を満たす
   ことを特徴とするもの。

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