JP4311234B2 - 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。

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。

かかる課題を解決するため、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、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、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手段と、上記状態変数信号通信手段が受け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定手段が、有効な状態変数信号に基づいて、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るようにさせる状態変数信号有効性判定手段とを有し、上記状態変数信号有効性判定手段は、自ノードからの状態変数信号及び他ノードから受け取った状態変数信号の中の任意の２つの状態変数信号の生起タイミング差を計測し、計測したデータを統計的に整理、保持し、その統計的データに基づいて、受け取った状態変数信号の有効性を判定することを特徴とする。また、第２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、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、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手段と、上記状態変数信号通信手段が受け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定手段が、有効な状態変数信号に基づいて、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るようにさせる状態変数信号有効性判定手段とを有し、上記状態変数信号有効性判定手段は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する付加情報抽出部と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加部と、受け取った状態変数信号から抽出された既に有効性が確認された付加情報及び又は自ノードからの状態変数信号に付加した付加情報そのもの、若しくは、それらに応じた情報を保持する情報保持部と、受け取った状態変数信号から抽出された付加情報と上記情報保持部に保持されている情報との関係を確認する付加情報確認部とを備え、その確認結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定することを特徴とする。さらに、第３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、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、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手段と、上記状態変数信号通信手段が受け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定手段が、有効な状態変数信号に基づいて、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るようにさせる状態変数信号有効性判定手段とを有し、上記状態変数信号有効性判定手段は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する情報抽出部と、抽出された付加情報の全体又は一部に所定の演算を施す演算部と、抽出された付加情報の全体又は一部と演算結果とを比較する比較部と、乱数を利用して付加情報を生成する付加情報生成部と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加部とを備え、上記比較部の比較結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定することを特徴とする。

第４の本発明のノードは、第１〜第３の本発明のいずれか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５の本発明の通信システムは、第４の本発明のノードを複数分散配置して有することを特徴とする。

第６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適用されてい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工程と、上記状態変数信号通信工程が受け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定工程が、有効な状態変数信号だけに基づいて、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るようにさせる状態変数信号有効性判定工程とを含み、上記状態変数信号有効性判定工程は、自ノードからの状態変数信号及び他ノードから受け取った状態変数信号の中の任意の２つの状態変数信号の生起タイミング差を計測し、計測したデータを統計的に整理、保持し、その統計的データに基づいて、受け取った状態変数信号の有効性を判定することを特徴とする。第７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適用されてい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、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、タイミング決定手段が実行す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け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定工程が、有効な状態変数信号だけに基づいて、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るようにさせる、状態変数信号有効性判定手段が実行する状態変数信号有効性判定工程とを含み、上記状態変数信号有効性判定工程は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する付加情報抽出処理と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加処理と、受け取った状態変数信号から抽出された既に有効性が確認された付加情報及び又は自ノードからの状態変数信号に付加した付加情報そのもの、若しくは、それらに応じた情報を保持する情報保持処理と、受け取った状態変数信号から抽出された付加情報と上記情報保持処理により保持されている情報との関係を確認する付加情報確認処理とを備え、その確認結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定することを特徴とする。第８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適用されてい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、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、タイミング決定手段が実行す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け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定工程が、有効な状態変数信号だけに基づいて、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るようにさせる、状態変数信号有効性判定手段が実行する状態変数信号有効性判定工程とを含み、上記状態変数信号有効性判定工程は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する情報抽出処理と、抽出された付加情報の全体又は一部に所定の演算を施す演算処理と、抽出された付加情報の全体又は一部と演算結果とを比較する比較処理と、乱数を利用して付加情報を生成する付加情報生成処理と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加処理とを備え、上記比較部の比較結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定することを特徴とする。

本発明によれば、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ノード間で授受し合って、各ノードが自律的に通信タイミングを取得するので、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。

ここで、状態変数信号が与えられた側のノードが、状態変数信号が有効なものであるかを判定し、自ノードの状態変数信号を繊維させるようにしているので、各ノードが自律的に取得した通信タイミングを高精度のものとすることができる。

（Ａ）第１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る。

第１実施形態の通信システムは、無線回線を介してデータを授受する、空間中に分散配置された複数のノードを備えている。ここで、第１の実施形態は、各ノードの位置が通信中はほとんど変化しないものを想定している。

各ノードは、図１の機能ブロック図に示す詳細構成を有している。図１において、ノード１０は、インパルス信号受信判定手段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、センサ１６及び無効信号判定手段１７を有する。なお、通信タイミング制御装置としては、インパルス信号受信判定手段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及び無効信号判定手段１７が構成要素となっている。

インパルス信号受信判定手段１１は、近傍ノード（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）が発信した出力インパルス信号（宛先情報は含まれていない）を入力インパルス信号Ｓｉｎ１１として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（なお、インパルス信号がなんらかのデータ情報を保持するものであっても良い）。インパルス信号受信判定手段１１は、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１を無効信号判定手段１７に与え、無効信号判定手段１７から入力インパルス信号Ｓｉｎ１１の有効／無効判定結果を取り込むものである。インパルス信号受信判定手段１１は、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１が有効な場合には、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１を出力し、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１が無効な場合には、そのインパルス信号Ｓｉｎ１１を破棄する。受信インパルス信号Ｓｐｒ１１は、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１を波形整形したものでも良く、信号を再生成したものであっても良い。

通信タイミング計算手段１２は、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１に基づいたりし、当該ノードでの通信タイミングを規定する位相信号Ｓｐｒ１２を形成して出力するものである（なお、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１がない場合であっても位相信号Ｓｐｒ１２を形成して出力する；後述する（１）式の第２項が０）。ここで、当該ノードｉの位相信号Ｓｐｒ１２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、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１に基づいて、（１）式に示すような変化分ずつ位相信号Ｓｐｒ１２（＝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Ｓｐｒ１２（＝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、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１の入力に応じて、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。第１の実施形態では、ωの値はシステム全体で同一の値に統一しているとしている。関数Ｐｋ（ｔ）は、近傍ノードｋ（ｋは１〜Ｎまでとする）から受信した受信インパルス信号Ｓｐｒ１１を表しており、関数Ｒ（θｉ（ｔ），σ（ｔ））は、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１の入力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、傍のノード間における出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の発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２及び図３を用いて詳述する。なお、図２及び図３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２及び図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）と近傍ノード（他ノード）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２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２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２（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２（ｂ）に示す状態（過渡状態）を経て、図２（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）とする回転をしている。ここで、ノード間でインパルス信号の送受信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（例えば０）のときに出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１を発信するとした場合、互いのノードにおける発信タイミングは、適当な時間関係を形成していることになる。

また、図３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Ｓｐｒ１２（＝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Ｓｐｒ１２に基づいて、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１を送信する。すなわち、位相信号Ｓｐｒ１２が所定の位相α（０≦α＜２π）になると、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１を送信する。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、図２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Ｓｐｒ１２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からの出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の送信タイミングと、ノードｊからの出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の送信タイミングとはπだけずれている。

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Ｓｏｕｔ１１の送信タイミングの相互調整が、「過渡状態」（図２（ｂ）、図３（ｂ）参照）あるいは「定常状態」（図２（ｃ）、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、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１（他ノードの出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１に対応する）及び出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の発生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発生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。なお、この実施形態の場合には、同調判定手段１４には、自ノードからの出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の発生タイミングを捉えるための信号として、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１に代えて、位相信号Ｓｐｒ１２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）受信インパルス信号Ｓｐｒ１１の発生タイミングにおける位相信号Ｓｐｒ１２の値βを、位相信号Ｓｐｒ１２の１周期に亘って観測する。ここでは、上記の観測を行った結果、得られる位相信号Ｓｐｒ１２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Ｓｐｒ１２の値βに基づいて、隣接値間の差（位相差）△１＝β１，△２＝β２−β１，…，△Ｎ＝βＮ−β（Ｎ−１）を算出する。

（ｃ）上記（ａ）及び（ｂ）の処理を位相信号Ｓｐｒ１２の周期単位に行い、相前後する周期における位相差△の変化量（差分）γ１＝△１（τ+１）−△１（τ），γ２＝△２（τ+１）−△２（τ），…，γＮ＝△Ｎ（τ+１）−△Ｎ（τ）を算出する。ここで、τは、位相信号Ｓｐｒ１２のある周期を示しており、τ＋１は、位相信号Ｓｐｒ１２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Ｓｐｒ１１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Ｓｐｒ１２の周期毎に、判定結果を示す同調判定信号Ｓｐｒ１３と、受信インパルス信号Ｓｐｒ１１の発生タイミングにおける位相信号Ｓｐｒ１２の値βの最小値β１をスロット信号Ｓｐｒ１４としてデータ通信手段１５に出力する。なお、最小値β１をスロット信号Ｓｐｒ１４として出力するようにしたのは、上述したように、α＝０としていることと関係しており、αの値の選定によっては、スロット信号Ｓｐｒ１４に適用するβの値は変化する。

当該ノード１０は、他のノードから受信したデータを中継して送信する機能と、自己を送信元とするデータ送信機能とを有している。

センサ１６は、後者の場合の一例として書き出したものであり、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Ｓｉｎ１３を検知して観測データＳｐｒ１５をデータ通信手段１５に出力するものである。

また、前者の場合には、データ通信手段１５に、近傍ノードが送信したデータ信号（出力データ信号Ｓｏｕｔ１２）が入力データ信号Ｓｉｎ１２として受信される。

データ通信手段１５は、観測データＳｐｒ１５及び又は入力データ信号Ｓｉｎ１２（両方の場合を含む）を出力データ信号Ｓｏｕｔ１２として他ノードに送信する。データ通信手段１５は、この送信を、同調判定信号Ｓｐｒ１３が「定常状態」を示す場合に、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Ｓｐｒ１３が「過渡状態」を示す場合には送信動作を停止している。なお、出力データ信号Ｓｏｕｔ１２は、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１と同一周波数帯で送信周波数とするものであっても良い。

タイムスロットは、位相信号Ｓｐｒ１２の位相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、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１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Ｓｐｒ１２の周期毎の最初の受信インパルス信号Ｓｐｒ１１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１０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。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。

例えば、図２（ｃ）に示すような「定常状態」の場合、ノードｉは、位相θｉが０から出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１を送信し始め、位相θｉがδ１になる前に、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の送信を終了させておき、位相θｉがδ１から出力データ信号Ｓｏｕｔ１２を送信し始め、位相θｉがβ１−δ２になると（但しβ１≒π）、出力データ信号Ｓｏｕｔ１２の送信が終了させ、それ以降、位相θｉが再び０になるまで、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の送信も出力データ信号Ｓｏｕｔ１２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。

以上のような動作は、インパルス信号受信判定手段１１への入力インパルス信号Ｓｉｎ１１が有効な信号であることを前提としている。

しかしながら、各ノードに対し、無効なインパルス信号が入力されることもあり得、そのため、この第１の実施形態では、無効信号判定手段１７を設けている。無効なインパルス信号がノードに入力される場合としては、例えば、図４に示すような場合がある。図４（ａ）は、あるノードからのインパルス信号が、直進経路Ａを介して他のノードに有効に入力される他、壁等で反射される経路Ｂを介して他のノードに無効に入力される場合を示している。図４（ｂ）は、あるノードからのインパルス信号が、壁等で反射されて自ノードに無効に入力される場合を示している。

無効信号判定手段１７は、入力インパルス信号間の位相差や、自己からの出力インパルス信号及び入力インパルス信号間の位相差などに基づいて、反射による無効なインパルス信号（反射インパルス信号）を検出するものである。

図２及び図３を用いて説明したように、各ノードは、自己からの出力インパルス信号の送信位相を、他ノードの送信位相との位相差が所定の関係を有する定常状態になるように自律的にしかも協働しながら徐々に変化させており、過渡状態では、ノード間の出力インパルス信号の送信位相間の位相差が一定値で固定されることはない。

一方、各ノードが静止している場合には、壁等による反射インパルス信号は、各ノードが送信するインパルス信号のタイミングが変化しても、その送信インパルス信号と反射インパルス信号との間には常に一定の位相関係を持つ。すなわち、図４（ａ）に示すように、あるノードからあるノードへ直接伝わるインパルス信号と、壁等による反射を介して伝わるインパルス信号とは経路の距離差Ｂ−Ａが一定のため、常に一定の位相差を持つと想定でき、この特性を利用すると、反射インパルス信号を特定できる。

また、図４（ｂ）に示すように、自ノードが発信したインパルス信号と、それが壁等により反射し戻ってきたインパルス信号との間にも、常に一定の位相差が存在すると想定でき、この特性を利用すると、自ノードが発信したインパルス信号の反射インパルス信号を特定できる。

無効信号判定手段１７には、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１に加え、インパルス信号送信手段１３から、自ノードが出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１を送信するタイミングに係るタイミング信号が入力される。なお、このタイミング信号は、出力インパルス信号の複製でも良く、新たに生成したものでも良い。

無効信号判定手段１７は、任意のタイミング信号（入力インパルス信号Ｓｉｎ１１、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１）に常に一定の間隔（位相差）で付随するタイミング信号を検出する。例えば、任意のタイミング信号とその次に与えられるタイミング信号との間隔差に関して統計的なデータをとり、出現確率の高い間隔差か否かを判断し、出現確率の高い間隔差を検出する。このとき、インパルス信号受信判定手段１１は、上述したように、無効と判断された入力インパルス信号Ｓｉｎ１１を破棄する。

無効信号判定手段１７は、例えば、具体的には、図５に示すように動作する。なお、既に、インパルス信号送信手段１３、及び又は、インパルス信号受信判定手段１１から比較対象のタイミング信号が与えられているとして説明する。

新たなタイミング信号がインパルス信号受信判定手段１１から無効信号判定手段１７へ与えられると（Ｓ１）、無効信号判定手段１７は、１つ前に与えられたタイミング信号との間隔差を計測する（Ｓ２；なお、新たに与えられたタイミング信号が、インパルス信号送信手段から与えられるタイミング信号の場合には、保持動作のみを行う）。

今までの統計データを参照し、その間隔差が出現確率の高い間隔差がどうかを調べる。また、新たに計測して得たデータを統計データに反映させて、統計データを更新させる（Ｓ３）。

出現確率が高い間隔差である場合には、新たに与えられたタイミング信号は、壁による反射等によって、任意の信号に付随する信号であると判断し、インパルス信号受信判定手段１１に無効の結果を与え、そうでない場合は、有効の結果を与える（Ｓ４）。

上記第１の実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。

従来のＴＤＭＡ方式では、集中管理ノードが一元的にタイムスロットの割り当てを行っていたが、第１の実施形態では、集中管理ノードは存在せず、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。すなわち、個々のノードがタイムスロットの割り当てを自律的に相互調整する。従って、第１の実施形態では、集中管理ノードの故障により、その管理下にある全てのノードが通信不能になるといった問題を防止することができる。

また、第１の実施形態では、システムの一部にノードの追加や削除，あるいは故障や移動等の変化が発生した場合においても、その変化に関連するノード群が自律的かつ適応的にタイムスロットの再割り当てを行うことが可能であり、また、その変化に関連しないノード群は、タイムスロットを変更することなく、データ通信をそのまま継続して行うことができる。

さらに、上記のタイムスロットの自律的な相互調整は、近傍ノード間で行われるため、発信電波の到達距離を越えて相互に影響が生じないノード間においては、同時にデータを発信することが可能である。すなわち、第１の実施形態では、システムのいたるところで時間的に重複してデータの発信が行われるが、電波干渉の生じる可能性がある任意の近傍ノード間においては、タイムスロットの割り当てを自律的に相互調整することによって、発信データの衝突を回避する動作が実現される。

これと同様の動作を、集中管理ノードの管理に基づく方式で実現しようとすると、集中管理ノードは、すべてのノードの空間的な位置関係や発信電波の到達距離を常に把握している必要があるが、これは、ノードの追加や移動等の変化がしばしば生じる状況下では、一般にオーバヘッドが大きくなり、複雑あるいは繁雑な処理を行わなければならないという問題が発生する。第１の実施形態では、システムの構成や配置の変化に対して適応性のあるデータ通信を効率的に行うことが可能であり、トラフィックを発生するノードが多くなっても、オーバヘッドが大きくなることはなく、通信効率は低下しない。

さらに、第１の実施形態においては、例えば、トラフィックを発生するノードだけが出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１の送信を行う動作形態を取ることも可能であり、この場合、時間と共にトラフィックを発生するノードが変化しても、その都度、タイムスロットを有効に再割り当てすることでき、トラフィックを発生しているノード群による効率的なデータ通信を実現することが可能である。

さらにまた、第１の実施形態によれば、壁等によって反射された無効なインパルス信号を検出することができ、通信タイミングの制御が無効なインパルス信号の入力によって妨害されることを未然に防止することができる
（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、図面を参照しながら、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

上述した第１の実施形態は、各ノードが静止配置されていることを前提としているものであったが、第２の実施形態は、全て又は一部のノードが移動していても、反射インパルス信号などの無効なインパルス信号を特定することができるようにしたものである。第２の実施形態では、各ノードは、現在までに自己を含めた近傍の全てのノードが送信したインパルス信号の個数をカウントしたカウント値（以下、カウント情報と呼ぶ）を、これから送信するインパルス信号に付加して送信することを特徴としている。

図６は、第２の実施形態のノード１０Ａの機能的な詳細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、第１の実施形態での無効信号判定手段１７に代え、カウント情報判定手段１８が設けられていると共に、インパルス信号受信判定手段１１やインパルス信号送信手段１３の機能も第１の実施形態と多少異なっている。その他の構成要素は、第１の実施形態と同様であり、その説明は省略する。

第２の実施形態においても、インパルス信号受信判定手段１１は、近傍ノードが発信した出力インパルス信号を入力インパルス信号Ｓｉｎ１１として受信するが、第２の実施形態の場合、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１にはカウント情報が付加されており、付加されているカウント情報を抽出する。

インパルス信号へのカウント情報の付加は、後述するように、インパルス信号生成手段１３が実行するが、カウント情報の付加、抽出方法を数例挙げれば、以下の通りである。

第１例は、ガウス分布形状等のインパルス形状を有するインパルス信号本体に、カウント情報を表す波形信号を重畳させる付加方法であり、カウント情報を表す波形信号が有する周波数成分を通過させるフィルタを通すことによってカウント情報を抽出する。

第２の例は、インパルス信号は有限長の矩形波の形状をしており、そのパルス幅をカウント情報に応じたものとしてカウント情報を付加し、受信側でインパルス信号の矩形波でのパルス幅を、内部発生のクロック等に基づいて検出することでカウント情報を抽出する。

第３の例は、インパルス信号であると識別されるヘッダ情報の後にカウント情報を表す波形信号を付加し、受信側では、ヘッダ情報を検出すると、それに時系列に連なっているカウント情報を抽出する。

インパルス信号受信判定手段１１は、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１より抽出したカウント情報をカウント情報判定手段１８に与え、カウント情報判定手段１８に、今回の入力インパルス信号Ｓｉｎ１１が有効なものか否かの判定結果を要求する。判定結果を受けた後での処理は、第１の実施形態と同様である。

なお、インパルス信号受信判定手段１１は、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１からカウント情報が抽出できない場合には、カウント情報判定手段１８に判定をあおぐことなく、その入力インパルス信号Ｓｉｎ１１を無効として処理する。例えば、たまたまノイズがインパルス信号と同様な形状をとった場合に、このようなことが生じる。

カウント情報判定手段１８は、上述したように、インパルス信号受信判定手段１１からカウント情報が与えられると、内部保持するカウント情報との比較により、そのカウント情報を持つインパルス信号が有効なものか無効なものかを判定し、その判定結果をインパルス信号受信判定手段１１へ返信するものである。カウント情報判定手段１８による判定方法は後述するが、判定結果が有効な場合には、内部保持するカウント情報の１インクリメント処理をも実行する。

また、カウント情報判定手段１８は、上述のように、内部にインパルス信号のカウント情報を保持しており、インパルス信号生成手段１３からカウント情報の要求メッセージを受けると、現在保持しているカウント情報を１インクリメントしたものに更新し、更新後のカウント情報をインパルス信号生成手段１３へ返信するものである。

なお、カウント情報判定手段１８が、内部保持するカウント値の最大値が定まっており、その最大値からの１インクリメント処理では最小値に戻るようになされている。このような値の前後での比較では、カウント値の巡回がなかったものとして行う。例えば、差分が余りに大きい場合には、小さい方の値に最大値の値を加算し、再度、比較処理を行う。

第２の実施形態のインパルス信号生成手段１３は、インパルス信号生成手段１３は、通信タイミング計算手段１２から与えられる位相信号が特定の値α（例えばα＝０）になると、カウント情報判定手段１８へカウント情報の要求メッセージを送信し、返信されたカウント情報を付加している出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１を生成して送信する。

次に、カウント情報判定手段１８の判定動作等、カウント情報に関係する動作の一例を、図７をも参照しながら説明する。

反射インパルス信号が当該ノードに入力された場合には、その反射インパルス信号に付加されているカウント情報を有するインパルス信号が、その入力前に既に入力されており（図４（ａ）の場合）、又は、反射インパルス信号に付加されているカウント情報を有するインパルス信号が当該ノードが送信したものであり、内部保持のカウント情報は既にその値をとっていたりする（図４（ｂ）の場合）。すなわち、カウント情報判定手段１８は、入力インパルス信号が反射インパルス信号か否かを、自己が保持しているカウント情報を利用して判断する。

カウント情報判定手段１８は、インパルス信号受信判定手段１１から抽出されたカウント情報を受けると（Ｓ１１、Ｓ１４）、そのカウント情報が保持しているカウント値以下か否かを判定する（Ｓ１２、Ｓ１５）。

カウント情報判定手段１８は、抽出されたカウント情報が保持カウント値以下の値ならば（例えば、カウント情報判定手段１８が保持しているカウント値が「３」のときに、抽出されたカウント情報も「３」であれば）、今回の入力インパルス信号Ｓｉｎ１１は、既に検出済みのインパルス信号と同一のものであるので（言い換えると、反射インパルス信号であるので）、無効を示す判定結果をインパルス信号受信判定手段１１に返信する（Ｓ１３）。

一方、カウント情報判定手段１８は、抽出されたカウント情報が保持カウント値より大きい値ならば（例えば、カウント情報判定手段１８が保持しているカウント値が「３」のときに、抽出されたカウント情報が「４」であれば）、今回の入力インパルス信号Ｓｉｎ１１は、新規のインパルス信号であると判断し、保持カウント値を抽出されたカウント情報に更新した後（Ｓ１６；保持しているカウント値が「３」のときには「４」に更新する）、有効を示す判定結果をインパルス信号受信判定手段１１に返信する（Ｓ１７）。

なお、上記では、抽出されたカウント情報が保持カウント値より大きい値ならば、その差を問題とすることなく、入力インパルス信号を有効と扱う場合を示したが、抽出されたカウント情報が保持カウント値より１だけ大きい場合だけを有効と扱うようにしても良い。但し、当該ノードと複数の他のノードとの配置関係や、過渡状態の段階等によっては、有効なインパルス信号の受信が連続しても、付加されているカウント情報の値が逆転されていることもあり得る。このような場合、抽出されたカウント情報が保持カウント値より１だけ大きい場合だけを有効と扱うようにすると、逆転関係にある全ての有効な入力インパルス信号が無効と見なされるが、抽出されたカウント情報が保持カウント値より大きい場合を有効と扱うようにすると、一部の有効な入力インパルス信号がそのまま有効と扱うようにされる。

これにより、インパルス信号受信判定手段１１から受信インパルス信号が出力され、通信タイミング計算手段１２からの位相信号も見直される。有効な入力インパルス信号が、定常状態で定まる１又は数個到来した後は、当該ノードから出力インパルス信号を送信するタイミングになる。

位相信号がこのようなタイミングを示す値になると、インパルス信号生成手段１３からカウント情報の要求メッセージがカウント情報判定手段１８に与えられ（Ｓ１８）、このとき、カウント情報判定手段１８は、現在の保持カウント情報を１インクリメントし（Ｓ１９；保持しているカウント値が「４」のときには「５」にインクリメントする）、そのインクリメント後のカウント情報をインパルス信号生成手段１３に返信する（Ｓ２０）。これにより、インパルス信号生成手段１３は、そのカウント情報を付加した出力インパルス信号を送信する（Ｓ２１）。

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。

すなわち、各ノードがインパルス信号に付加されるカウント情報を保持しておくことにより（言い換えると、少ない情報保持量により）、受信したインパルス信号が既に検出済みかどうかを判断することができ、任意のノードから発生した同一のインパルス信号を重複して検出することを防ぐことができ、通信タイミング制御を適切に実行させることができる。ここで、各ノードが静止していても動いていても検出可能である。なお、第２の実施形態は、全てのノードが固定配置の場合にも適用可能なものである。

（Ｃ）第３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３の実施形態を、図面を参照しながら、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

第２の実施形態は、各インパルス信号を区別するためにインパルス信号にカウント情報を付加するものであったが、この第３の実施形態は、カウント情報に代え、後述するような規則性がないＩＤ情報を適用したものである。上述したカウント情報も、インパルス信号の一種のＩＤ信号になっているが変化に一定の規則性があり、この第３の実施形態が意図している規則性がないＩＤ情報の概念には含まれない。

第３の実施形態では、各ノードがランダムにＩＤ情報を生成し、そのＩＤ情報をインパルス信号に付加して送信し、インパルス信号を受信したノードは、ＩＤ情報を抽出し、内部保持しているＩＤ情報との照合により、入力インパルス信号が有効か否かを判定し、有効な場合には、所定時間だけ、そのＩＤ情報を保持する。また、第３の実施形態では、自ノードからのインパルス信号の送信タイミングでは、ＩＤ情報を生成してインパルス信号に付加して送信させると共に、生成されたＩＤ情報を所定時間だけ保持する。

図８は、第３の実施形態のノード１０Ｂの機能的な詳細構成を示すブロック図であり、第２の実施形態に係る図６との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第３の実施形態のノード１０Ｂは、第２の実施形態のカウント情報判定手段１８に代え、ＩＤ情報判定手段１９及びＩＤ情報生成手段２０を有すると共に、インパルス信号受信判定手段１１やインパルス信号送信手段１３の機能も第２の実施形態と多少異なっている。その他の構成要素は、第２の実施形態と同様であり、その説明は省略する。

第３の実施形態のインパルス信号受信判定手段１１は、第２の実施形態のものに比較すると、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１から抽出するものがＩＤ情報に変化しているが、その点を除けば、第２の実施形態のものと同様である。

また、第３の実施形態のインパルス信号生成手段１３は、第２の実施形態のものに比較すると、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１に付加するものがＩＤ情報に変化しているが、その点を除けば、第２の実施形態のものと同様である。

ＩＤ情報判定手段１９は、インパルス信号受信判定手段１１から与えられたＩＤ情報より、そのＩＤ情報を持つインパルス信号が有効なものか無効なものかを後述するようにして判定し、その結果をインパルス信号受信判定手段１１へ返信するものである。また、ＩＤ情報判定手段１９は、有効と判定したインパルス信号から抽出したＩＤ情報や、ＩＤ情報生成手段２０から与えられた、自ノードが送信したインパルス信号に付加したＩＤ情報を、所定時間だけ保持するものである。この保持時間は、予めシステムで決められた時間でも良く、また、通信タイミング計算手段１２からの位相信号の角速度や位相の値に依存していても良く、さらに、当該ノードにおけるＩＤ情報等の情報を記憶するメモリの容量やその時点での残容量などに依存していても良い。例えば、ＩＤ情報の記憶エリアとしてＸ個のエリアを巡回的に用いることにより、古いＩＤ情報の消去と新たなＩＤ情報の設定とを同時に行う。

ＩＤ情報判定手段１９は、ＩＤ情報生成手段２０から与えられたＩＤ情報が保持しているＩＤ情報に含まれている場合には、ＩＤ情報生成手段２０に、ＩＤ情報の更新要求メッセージを与え、ＩＤ情報を生成し直すようにさせる。なお、ＩＤ情報生成手段２０が１回の通信で使用する複数のＩＤ情報をまとめて生成し、ＩＤ情報判定手段１９が生成された複数のＩＤ情報をまとめて保持しておくような場合において、入力インパルス信号から抽出したＩＤ情報が、送信に供していない内部保持のＩＤ情報と同一の場合には、ＩＤ情報生成手段２０に、ＩＤ情報の更新要求メッセージを与えて、新しいＩＤ情報を生成、保持し直すようにさせても良い。

ＩＤ情報生成手段２０は、自ノードから送信する出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１に付加するＩＤ情報を生成、保持するものである。ＩＤ情報生成手段２０は、例えば、乱数生成器を内蔵し、生成した乱数情報をＩＤ情報とする。ＩＤ情報生成手段２０は、例えば、インパルス信号生成手段１３からＩＤ情報要求メッセージを受けたときには、保持しているＩＤ情報をＩＤ情報判定手段１９とインパルス信号生成手段１３に与える。ＩＤ情報生成手段２０は、ＩＤ情報判定手段１９にＩＤ情報を与えた際などに、ＩＤ情報の更新要求メッセージが直ちに返信されたときには、新しいＩＤ情報を生成し、生成したＩＤ情報をインパルス信号生成手段１３及びＩＤ情報判定手段１９へ与え直す。

なお、ＩＤ情報生成手段２０は、通信起動時等に複数のＩＤ情報をまとめて生成しておき、ＩＤ情報の更新要求メッセージを受ける毎に、その中の１個ずつを出力するものであっても良い。

次に、ＩＤ情報判定手段１９やＩＤ情報生成手段２０の動作の一例を、図９をも参照しながら説明する。

ＩＤ情報判定手段１９は、インパルス信号受信判定手段１１から、入力インパルス信号から抽出されたＩＤ情報が与えられると（Ｓ３１、Ｓ３４）、その抽出されたＩＤ情報が内部保持しているＩＤ情報と一致しているか否かを判定する（Ｓ３２、Ｓ３５）。

ＩＤ情報判定手段１９は、抽出されたＩＤ情報が保持しているＩＤ情報と一致したならば（ＩＤ情報として「ｘｘｘ」を保持しているときに、抽出ＩＤ情報として「ｘｘｘ」が与えられた場合）、今回のインパルス信号は既に入力済みのものであるので、無効を表す判定結果をインパルス信号受信判定手段１１に返信する（Ｓ３３）。

一方、ＩＤ情報判定手段１９は、抽出されたＩＤ情報が保持しているＩＤ情報と一致しない場合（ＩＤ情報として「ｘｘｘ」だけを保持しているときに、抽出ＩＤ情報として「ｙｙｙ」が与えられた場合）には、入力が新規なインパルス信号であるので、そのＩＤ情報を内部に追加保持し（Ｓ３６）、かつ、有効を表す判定結果をインパルス信号受信判定手段１１に返信する（Ｓ３７）。

これにより、インパルス信号受信判定手段１１から受信インパルス信号が出力され、通信タイミング計算手段１２からの位相信号も見直される。位相信号が、当該ノードから出力インパルス信号を送信するタイミングになると、インパルス信号生成手段１３からＩＤ情報の要求メッセージがＩＤ情報生成手段２０に与えられ（Ｓ３８）、ＩＤ情報生成手段２０は、過去に生成して保持しているＩＤ情報をＩＤ情報判定手段１９とインパルス信号生成手段１３へ与える（Ｓ３９）。ＩＤ情報判定手段１９は、与えられた生成ＩＤ情報（「ｚｚｚ」）が既保持のＩＤ情報（「ｘｘｘ」や「ｙｙｙ」）と異なることを確認した上で追加保持する（Ｓ４０）。図９では省略しているが、生成ＩＤ情報が既保持のＩＤ情報と同じ場合には、ＩＤ情報生成手段２０に再生成させる。また、図９では省略しているが、インパルス信号生成手段１３は、ＩＤ情報が与えられると、出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１にそのＩＤ情報を付加して送信する。

ＩＤ情報判定手段１９は、保持している各ＩＤ情報について、保持時間が終了した場合には、そのＩＤ情報を消滅させる（Ｓ４１）。

カウント情報に代えてＩＤ情報を適用しているとは言え、第３の実施形態によっても、第２の実施形態と同様な効果を奏することができる。なお、ＩＤ情報を保持する時間を制限しているので、あるノードから発信されるインパルス信号のＩＤ情報は、近辺のノードと同一にならない限り変更する必要がない。

（Ｄ）第４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４の実施形態を、図面を参照しながら、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

第４の実施形態は、上述した第３の実施形態では、以下のような場合には適切な動作を補償し得ないことに鑑みてなされたものである。例えば、図１０に示すように、ノードＡとノードＢとは互いにインパルス信号の届かない距離関係にあるが、ノードＡともノードＢともインパルス信号が届く距離関係にあるノードＣが存在する場合において、ノードＡとノードＢとが同じＩＤ情報を持つインパルス信号を送信すると、ノードＣは、後から到達した方のインパルス信号を無効にしてしまう可能性がある。

第４の実施形態は、例えば、図１０に示すような状況下で、ノードＣがメッセージを送信して、ノードＡとノードＢとがそれぞれ、インパルス信号を授受し合う関係にない遠くのノードと同じＩＤ情報のインパルス信号を生成していることに気付くようにさせることを特徴とする。このようにした場合、一方又は双方のノードＡ、Ｂが付加するＩＤ情報を変更し、同じＩＤ情報を有するインパルス信号が複数のノードで生成されることが長期に渡ることを防止し得る。

図１１は、第４の実施形態のノード１０Ｃの機能的な詳細構成を示すブロック図であり、第３の実施形態に係る図８との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第４の実施形態のノード１０Ｃも、構成要素は第３の実施形態と同様であるが、ＩＤ情報判定手段１９の機能が、第３の実施形態のものと異なっており、他の構成要素の機能は、第３の実施形態のものと同様である。以下では、ＩＤ情報判定手段１９が第３の実施形態のものと異なる点を説明する。

第４の実施形態のＩＤ情報判定手段１９は、近辺のノードに対して、所定の条件下で同一ＩＤ情報受信信号を与え（例えば、宛先情報は含まれていない）、逆に、近辺のノードより同一ＩＤ情報受信信号が与えられるものである。同一ＩＤ情報受信信号の他のノードとの通信は、出力インパルス信号や出力データ信号とは別個の周波数や通信方式等を利用して行う。ここで、同一ＩＤ情報受信信号は、複数の近辺のノードが同じＩＤ情報を生成していると想定される場合に出力される信号であり、その同一のＩＤ情報が付加されている。なお、同一ＩＤ情報受信信号を出力するに当たり、それと同じ同一ＩＤ情報受信信号を保持しているか否かを確認し、それと同じ同一ＩＤ情報受信信号を保持している場合には、同一ＩＤ情報受信信号を出力しない。

ＩＤ情報判定手段１９は、同一ＩＤ情報受信信号を出力した後、その信号を所定時間だけ保持する。この保持時間は、予めシステムで統一的に決められた時間でも良く、通信タイミング計算手段１２からの位相信号の角速度や位相値に依存して定められたものでも良く、また、各ノードが保持するメモリの容量などに依存して定められたものでも良い。

ＩＤ情報判定手段１９は、第３の実施形態の場合と同様に、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１から抽出された有効なＩＤ情報や、ＩＤ情報生成手段２０が生成し、当該ノードが送信する出力インパルス信号に付加されたＩＤ情報を所定時間だけ保持するが、この所定時間が前半側の有効な時間と後半側の無効な時間に分けられている点は、第３の実施形態と異なっている。「有効な時間」とは、その保持しているＩＤ情報と同一のＩＤ情報がインパルス信号受信判定手段１１から与えられたことに対して「無効」の結果をインパルス信号受信判定手段１１に返す期間であり、「無効な時間」とは、その保持しているＩＤ情報と同一のＩＤ情報がインパルス信号受信判定手段１１から与えられたことに対して、「有効」の結果をインパルス信号受信判定手段１１に返し、かつ、「同一ＩＤ情報受信信号」を出力する期間である。

ＩＤ情報判定手段１９は、近辺のノードから同一ＩＤ情報受信信号が与えられたときで、しかも、その信号に付加されているＩＤ情報と自ノードが送信しようとする出力インパルス信号のＩＤ情報が等しいときには、ＩＤ情報生成手段２０にＩＤ情報の更新要求メッセージを与えて、ＩＤ情報生成手段２０から新しいＩＤ情報を受けると共に、インパルス信号生成手段１３にもその新しいＩＤ情報を与えさせる。また、ＩＤ情報判定手段１９は、近辺のノードから同一ＩＤ情報受信信号が与えられたときで、その信号に付加されているＩＤ情報が自ノードが発信しようとするインパルス信号のＩＤ情報と異なるときには、受信した同一ＩＤ情報受信信号を所定時間だけ保持する。

以下、ＩＤ情報判定手段１９の第４の実施形態での特徴的な動作を図１２をも参照しながら説明する。なお、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１から抽出したＩＤ情報が、ＩＤ情報判定手段１９に保持されている場合であっても、その保持時間が「有効な時間」の場合には、上述した第３の実施形態と同様であるので、以下では、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１から抽出したＩＤ情報が、ＩＤ情報判定手段１９に保持されており、しかも、その保持時間が「無効な時間」の場合の動作を説明する。

ＩＤ情報判定手段１９は、入力インパルス信号からの抽出ＩＤ情報（「ｘｘｘ」）が与えられた場合において（Ｓ５１）、そのＩＤ情報が、無効な時間の保持しているＩＤ情報と一致しているならば（Ｓ５２）、近辺のノードが同一のＩＤ情報を生成していると想定して、有効を示す判定結果をインパルス信号受信判定手段１１に返信する（Ｓ５３）。その後、保持している同一ＩＤ情報受信信号にそのＩＤ情報が付加されているものがあるかを判別する（Ｓ５４）。

そのＩＤ情報が付加されている同一ＩＤ情報受信信号を保持していない場合には、ＩＤ情報判定手段１９は、同一ＩＤ情報受信信号を出力すると共に（Ｓ５５）、その同一ＩＤ情報受信信号を保持する（Ｓ５６）。一方、そのＩＤ情報が付加されている同一ＩＤ情報受信信号を保持している場合には、同一ＩＤ情報受信信号の出力も、新たな保持も実行しない。

近辺のノードが出力した同一ＩＤ情報受信信号が入力されると（Ｓ５７）、ＩＤ情報判定手段１９は、その信号に付加されているＩＤ情報と自ノードが送信した又は送信直前のインパルス信号のＩＤ情報とを比較する（Ｓ５８）。一致しているならば、ＩＤ情報更新メッセージをＩＤ情報生成手段２０へ与えて生成し直すようにさせる（Ｓ５９）。これに対して、異なっていれば、保持している同一ＩＤ情報受信信号と一致しているかを確認し（Ｓ６０）、保持していなければ、与えられた同一ＩＤ情報受信信号を保持する（Ｓ６１）。

なお、ＩＤ情報判定手段１９は、保持したＩＤ情報や同一ＩＤ情報受信信号を保持時間が所定時間を超えると消滅させる（Ｓ６２）。

第４の実施形態によれば、第３の実施形態の効果に加え、別個のノードが生成した同じＩＤ情報を受信したノードが各ノードに同じＩＤ情報をもつインパルス信号を生成していることを気付かせるので、それ以降、各ノードが発生するインパルス信号のＩＤ情報が重複してしまうのを防ぐことができ、無効なインパルス信号の検出をより高精度に実行し得るようになる。

（Ｅ）第５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５の実施形態を、図面を参照しながら、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

第３の実施形態は、出力するインパルス信号毎に、ＩＤ情報が対応するものであった。この第５の実施形態は、各ノードがそれぞれ固有に保持するノードＩＤ情報をインパルス信号に付加することを特徴とする。なお、ノードＩＤ情報をインパルス信号に付加するようにしたので、上述した第４の実施形態が解決を意図したような課題は生じない。

図１３は、第５の実施形態のノード１０Ｄの機能的な詳細構成を示すブロック図であり、第３の実施形態に係る図８との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第５の実施形態のノード１０Ｄは、第３の実施形態と比較すると、ＩＤ情報生成手段２０に代え、ＩＤ情報管理手段２１が設けられている点が異なる。

ＩＤ情報管理手段２１は、自ノードに固有のＩＤ情報を保持するものである。ノード固有のＩＤ情報は、そのノードのネットワークアドレスのようなものでも良く、製造番号のようなものでも良い。

ＩＤ情報管理手段２１は、インパルス信号生成手段１３から、ＩＤ情報要求メッセージを受けたときに、保持しているＩＤ情報をインパルス信号生成手段１３に返信すると共に、保持しているＩＤ情報をＩＤ情報判定手段１９へ与える。

ＩＤ情報管理手段２１以外の構成要素の機能は、ＩＤ情報として、ノード固有のものを適用している点を除けば、第３の実施形態と同様であり、その説明は省略する。

第５の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な効果を奏すると共に、さらに、インパルス信号に付加するＩＤ情報として各ノード固有のＩＤ情報を用いているので、通信タイミング制御に参加するノードが生成するインパルス信号のＩＤ情報が重複することがあり得ないという効果（第４の実施形態とほぼ同様な効果）をも奏する。

（Ｆ）第６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６の実施形態を、図面を参照しながら、第３の実施形態との相違点を中心に簡単に説明する。

第６の実施形態のノードも、内部構成は、第３の実施形態に係る図８で表すことができる。但し、ＩＤ情報判定手段１９及びＩＤ情報生成手段２０の機能が、第３の実施形態とは異なっている。

第３の実施形態では、各ノードが自己の送信するインパルス信号に付加するＩＤ情報は、一旦生成したものをＩＤ情報生成手段２０で保持しておいて要求メッセージ毎に保持してそれを出力することにより、基本的には変更しないものであった。

第６の実施形態は、各ノードが送信するインパルス信号のＩＤ情報は、送信する毎に変更しようとしたものである。以下では、出力インパルス信号のＩＤ情報を送信する毎に変更させるようにするための、ＩＤ情報判定手段１９及びＩＤ情報生成手段２０の動作を、図１４を参照しながら説明する。

ＩＤ情報生成手段２０は、インパルス信号生成手段１３からＩＤ情報要求メッセージが与えられると（Ｓ７１）、このタイミングにおいても、ＩＤ情報（「ａｂｃｄｅ」）を生成して保持すると共に（Ｓ７２）、ＩＤ情報判定手段１９に与える（Ｓ７３）。ＩＤ情報判定手段１９は、与えられたＩＤ情報を既に保持しているか否かを確認する（Ｓ７４）。与えられたＩＤ情報を既に保持していると、ＩＤ情報判定手段１９は、ＩＤ情報生成手段２０へＩＤ情報更新メッセージを与える（Ｓ７５）。これにより、ＩＤ情報生成手段２０は、再度、ＩＤ情報（「ｌｍｎｏｐ」）を生成して保持すると共に（Ｓ７６）、ＩＤ情報判定手段１９に与える（Ｓ７７）。このときにも、ＩＤ情報判定手段１９は、与えられたＩＤ情報を既に保持しているか否かを確認する（Ｓ７８）。

ＩＤ情報判定手段１９は、ＩＤ情報生成手段２０から与えられたＩＤ情報を保持していない場合には、そのＩＤ情報を保持すると共に（Ｓ７９）、ＩＤ情報生成手段２０へＩＤ情報確定メッセージを与える（Ｓ８０）。ＩＤ情報生成手段２０は、ＩＤ情報確定メッセージを受けることにより、保持するＩＤ情報をインパルス信号生成手段１３へ与え（Ｓ８１）、インパルス信号生成手段１３は出力インパルス信号に付加する。

なお、ＩＤ情報判定手段１９に保持されたＩＤ情報は、保持時間が所定時間を超えると、消滅される。

第６の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な効果に加え、各ノードはインパルス信号を送信する毎にその信号に付加するＩＤ情報を変更するので、複数のノードからのインパルス信号に付加されているＩＤ情報が同一になることを極力抑えられると共に、同一になったとしても、一時的なものにでき、特別な処置を取る必要はない。

（Ｇ）第７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７の実施形態を、図面を参照しながら、第３の実施形態との相違点を中心に簡単に説明する。

通信タイミング制御の妨害となるインパルス信号には、壁等による反射インパルス信号のほかに、攻撃者による偽のインパルス信号も考えられる。第７の実施形態は、インパルス信号に認証情報を付加し、インパルス信号の有効性を確かめることを特徴とする。

図１５は、第７の実施形態のノード１０Ｅの機能的な詳細構成を示すブロック図であり、第３の実施形態に係る図８との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第７の実施形態のノード１０Ｅにおいては、通信タイミング制御の妨害となるインパルス信号を検出するための構成部分が、第３の実施形態のＩＤ情報判定手段１９及びＩＤ情報生成手段２０から、認証情報検証手段２２、認証情報生成手段２３及び鍵情報管理手段２４に置き換わっており、この置換により、インパルス信号受信判定手段１１やインパルス信号生成手段１３の機能も、第３の実施形態のものから多少異なっている。他の構成要素は、第３の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

インパルス信号受信判定手段１１への入力インパルス信号には認証情報等が付加されている。例えば、インパルス信号は、インパルス信号であると識別されるヘッダ情報と、乱数情報と、それらに対する認証情報とを表す波形信号が時系列に連なった形状をしている。なお、その他、インパルス信号に、認証情報を生成するのに用いた鍵を指定する情報が付加されていることもある。

インパルス信号受信判定手段１１は、認証情報を除いたインパルス信号を認証情報生成手段２３へ与え、認証情報を認証情報検証手段２２に与え、認証情報検証手段２２から、そのインパルス信号が有効なものか否かの検証結果が回答されるものである。インパルス信号受信判定手段１１は、インパルス信号に認証情報を生成する鍵を指定する情報が付加されている場合には、その情報を認証情報生成手段２３へ与える。その他の点は、第３の実施形態のものと同様である。

認証情報検証手段２２は、インパルス信号受信判定手段１１から与えられたインパルス信号に付加されている認証情報と、認証情報生成手段２３から与えられたインパルス信号の認証情報とが同一かを検証し、その結果をインパルス信号受信判定手段１１へ与えるものである。認証情報検証手段２２は、インパルス信号受信判定手段１１に対し、２つの認証情報が同一であった場合には「有効」の結果を与え、同一でなかった場合には「無効」の結果を与える。また、認証情報検証手段２２は、認証情報生成手段２３から与えられる「有効」、「無効」のメッセージにより、インパルス信号受信判定手段１１に「有効」、「無効」の結果を与えることもある。

認証情報生成手段２３は、インパルス信号受信判定手段１１から与えられるインパルス信号と、鍵情報管理手段２４から与えられる鍵情報より、インパルス信号の認証情報を計算し、その結果を認証情報検証手段２２へ与えるものである。また、認証情報生成手段２３は、インパルス信号生成手段１３から与えられるインパルス信号と、鍵情報管理手段２４より与えられる鍵情報より、インパルス信号の認証情報を計算し、その結果をインパルス信号生成手段１３へ与えるものである。なお、認証情報生成手段２３は、インパルス信号から生成する情報と、認証情報から生成する情報が同一か否かによって、「有効」、「無効」のメッセージを認証情報検証手段２２へ与えることもある。

認証情報生成手段２３は、インパルス信号受信判定手段１１若しくはインパルス信号生成手段１３から認証情報を作成するのに用いる鍵を指定する情報を受けて、その情報を鍵情報管理手段２４へ与え、鍵情報管理手段２４より指定した鍵情報を受ける場合もある。認証情報生成手段２３は、鍵を指定する情報に基づいて、「無効」のメッセージを認証情報検証手段２２へ与えても良い。例えば、指定された鍵情報を持っていないときや、外部的、もしくは内部からのメッセージにより、その鍵情報を指定するインパルス信号が無効であると判断したときには、「無効」のメッセージを認証情報検証手段２２へ与える。

ここで、認証情報とその計算に用いるアルゴリズムは、限定されない。但し、インパルス信号を生成するノードと、インパルス信号を認証するノードとで、同じ認証情報、アルゴリズムを用いる必要がある。認証情報は、例えば、セキュアハッシュ関数を用いたものでも良く、共通鍵暗号とセキュアハッシュ関数を組み合わせたメッセージ認証子でも良く、公開鍵暗号とセキュアハッシュ関数を組み合わせたデジタル署名であっても良い。

鍵情報管理手段２４は、認証情報を生成するための鍵情報を管理しておくものであり、認証情報生成手段２３に鍵情報を与える。なお、鍵情報管理手段２４において管理する鍵情報の数は１つとは限らない。鍵情報管理手段２４は、認証情報生成手段２３から鍵を指定する情報を与えられると、その情報に従って鍵情報を与える場合もある。鍵情報管理手段２４で管理する鍵情報は、タイムスロットを割り当てるに値するノードが共通に保持する１つ以上の共通鍵でも良く、自ノードと他の１ノードのみの間にだけ保持する共通鍵でも良く、自ノードの公開鍵及び秘密鍵と、他のノードの公開鍵でも良い。鍵を指定する情報は、インパルス信号を生成したノードを特定できるような情報でも良い。

インパルス信号生成手段１３は、通信タイミング計算手段１２によって与えられる位相信号が特定の値になると、インパルス信号を生成し、生成したインパルス信号を認証情報生成手段２３へ与える。ここで、インパルス信号生成手段１３は乱数生成器を内蔵し、生成するインパルス信号に乱数情報を含める。なお、インパルス信号生成手段１３は、認証情報を生成するのに用いる鍵を指定する情報を認証情報生成手段２３へ与えることもある。

インパルス信号生成手段１３は、生成されたインパルス信号の認証情報を認証情報生成手段２３から受け、インパルス信号に認証情報を付加したものを出力インパルス信号として送信する。出力インパルス信号には認証情報を生成するのに用いた鍵を指定する情報が付加されることもある。

以下、認証情報に係る第７の実施形態の動作を、図１６を参照しながら説明する。なお、図１６は、インパルス信号は、インパルス信号であるというヘッダ情報と乱数情報と認証情報を生成した鍵を指定する情報と認証情報とを含み、認証情報が、指定された鍵情報による共通鍵暗号方式とセキュアハッシュ関数から生成される場合の例を示している。

インパルス信号受信判定手段１１は、入力インパルス信号Ｓｉｎ１１が到来すると、入力インパルス信号から認証情報Ａを除外したインパルス信号部分Ｒを認証情報生成手段２３へ与えると共に（Ｓ９１）、入力インパルス信号の認証情報Ａを認証情報検証手段２２へ与える（Ｓ９２）。

このとき、認証情報生成手段２３は、上述のインパルス信号部分Ｒのうち鍵指定情報を鍵情報管理手段２４へ与えて（Ｓ９３）、鍵情報管理手段２４から鍵情報ＫＥＹを受け取る（Ｓ９４）。認証情報生成手段２３は、受け取った鍵情報ＫＥＹと関数Ｆを用いて認証情報Ａ’を計算する（Ｓ９５）。図１６の例では、関数Ｆは、共通鍵暗号方式とセキュアハッシュ関数とを組み合わせたものとなっており、メッセージの完全性を保証するＨＭＡＣ（Ｋｅｙｅｄ−Ｈａｓｈｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）（参考文献：ＲＦＣ２１０４）のような関数である。

認証情報生成手段２３は、計算で得られた認証情報Ａ’を認証情報検証手段２２へ与え（Ｓ９６）、認証情報検証手段２２は、入力インパルス信号に含まれていた認証情報Ａと認証情報生成手段２３が生成した認証情報Ａ’とが等しいかを検証する（Ｓ９７）。そして、認証情報検証手段２２は、両認証情報Ａ及びＡ’が等しければ有効、等しくなければ無効を示すメッセージをインパルス信号受信判定手段１１へ与える（Ｓ９８）。

インパルス信号生成手段１３は、出力インパルス信号の送信タイミングになると、乱数と鍵指定情報とを生成した後（Ｓ９９）、それら情報にインパルス信号であるというヘッダ情報を付け加えた情報Ｒ’を認証情報生成手段２３へ与える（Ｓ１００）。

認証情報生成手段２３は、与えられた情報Ｒ’のうちの鍵指定情報を鍵情報管理手段２４へ与えて（Ｓ１０１）、鍵情報管理手段２４から鍵情報ＫＥＹ’を受け取る（Ｓ１０２）。認証情報生成手段２３は、受け取った鍵情報ＫＥＹ’と関数Ｆを用いて認証情報Ａ”を計算し（Ｓ１０３）、得られた認証情報Ａ”をインパルス信号生成手段１３へ返信する（Ｓ１０４）。

インパルス信号生成手段１３は、返信された認証情報Ａ”を情報Ｒ’に付加したものを出力インパルス信号Ｓｏｕｔ１１として送信する。

第７の実施形態によっても、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に伴う効果を奏することができる。

また、第７の実施形態によれば、インパルス信号に認証情報を付加してノード間で授受することにより、任意のノードより発生されたインパルス信号が、タイムスロットを割り当てるのに有効なノードから発生されたものかどうかを確かめることができる。従って、攻撃者が妨害のために発生するような偽のインパルス信号を排除することができ、無効なインパルス信号によって通信タイミング制御が妨害されることを防ぐことができる。

（Ｈ）他の実施形態
上記第１〜第６の実施形態では、反射インパルス信号に基づく通信タイミング制御の乱れを排除する方法を説明し、第７の実施形態では、偽のインパルス信号に基づく通信タイミング制御の妨害を排除する方法を説明したが、これらを組み合わせるようにしても良いことは勿論である。

また、上記第１〜第６の実施形態では、自ノードが送信元のインパルス信号の反射インパルス信号、及び、他ノードが送信元のインパルス信号の反射インパルス信号の双方を検出するものを示したが、いずれか一方だけを検出するように、ノードを構成するようにしても良い。

本発明は、各ノードが近傍ノードとインパルス信号を授受し合いながら相互作用して自律分散的に通信タイミングを決定するに対し、無効なインパルス信号が存在すると、通信タイミングの決定が乱れるので、無効なインパルス信号を排除する点に特徴を有し、有効なインパルス信号に基づいて、自律分散的に通信タイミングを決定する方法は、上記実施形態のものに限定されず、種々の変形例が可能である。例えば、特願２００３−３２８５３０号明細書及び図面に、種々の変形例が記載されている。

本発明は、通信タイミング情報（実施形態での位相信号）の取得制御に特徴を有し、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。

本発明は、無線通信路を適用した際の課題を考慮してなされたものであるが、通信路が有線通信路であっても、本発明を適用することができる。

第１の実施形態のノードの機能的な内部構成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の実施形態での無効なインパルス信号の説明図である。 第１の実施形態の無効信号判定手段の判定動作などの説明図である。 第２の実施形態のノードの機能的な内部構成を示すブロック図である。 第２の実施形態のカウント情報判定手段の判定動作などの説明図である。 第３及び第６の実施形態のノードの機能的な内部構成を示すブロック図である。 第３の実施形態のＩＤ情報判定手段の判定動作などの説明図である。 第４の実施形態の必要性の説明図である。 第４の実施形態のノードの機能的な内部構成を示すブロック図である。 第４の実施形態のＩＤ情報判定手段等の動作の説明図である。 第５の実施形態のノードの機能的な内部構成を示すブロック図である。 第６の実施形態のＩＤ情報判定手段等の動作の説明図である。 第７の実施形態のノードの機能的な内部構成を示すブロック図である。 第７の実施形態の認証情報検証手段、認証情報生成手段及び鍵情報管理手段等の動作の説明図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…ノード、１１…インパルス信号受信判定手段、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…センサ、１７…無効信号判定手段、１８…カウント情報判定手段、１９…ＩＤ情報判定手段、２０…ＩＤ情報生成手段、２１…ＩＤ情報管理手段、２２…認証情報検証手段、２３…認証情報生成手段、２４…鍵情報管理手段。

Claims (14)

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、
   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手段と、
   上記状態変数信号通信手段が受け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定手段が、有効な状態変数信号に基づいて、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るようにさせる状態変数信号有効性判定手段とを有し、
   上記状態変数信号有効性判定手段は、自ノードからの状態変数信号及び他ノードから受け取った状態変数信号の中の任意の２つの状態変数信号の生起タイミング差を計測し、計測したデータを統計的に整理、保持し、その統計的データに基づいて、受け取った状態変数信号の有効性を判定する
   ことを特徴とする通信タイミング制御装置。
2. 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、
   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手段と、
   上記状態変数信号通信手段が受け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定手段が、有効な状態変数信号に基づいて、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るようにさせる状態変数信号有効性判定手段とを有し、
   上記状態変数信号有効性判定手段は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する付加情報抽出部と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加部と、受け取った状態変数信号から抽出された既に有効性が確認された付加情報及び又は自ノードからの状態変数信号に付加した付加情報そのもの、若しくは、それらに応じた情報を保持する情報保持部と、受け取った状態変数信号から抽出された付加情報と上記情報保持部に保持されている情報との関係を確認する付加情報確認部とを備え、その確認結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定する
   ことを特徴とする通信タイミング制御装置。
3. 上記状態変数信号有効性判定手段は、上記情報保持部に保持されている情報を所定ルールに従い破棄する情報破棄部を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信タイミング制御装置。
4. 上記状態変数信号有効性判定手段は、同一の付加情報を持つ状態変数信号を有効に受信したこと示す信号を他ノードとの間で授受する通知信号授受部を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の通信タイミング制御装置。
5. 上記付加情報付加部は、上記付加情報として乱数を生成して自ノードからの状態変数信号に付加することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の通信タイミング制御装置。
6. 上記付加情報付加部は、自ノードに固有の識別情報を、上記付加情報として自ノードからの状態変数信号に付加することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の通信タイミング制御装置。
7. 上記付加情報付加部は、上記情報保持部に保持されている情報に対して所定の演算を施して得た情報を、上記付加情報として自ノードからの状態変数信号に付加することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の通信タイミング制御装置。
8. 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、
   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手段と、
   上記状態変数信号通信手段が受け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定手段が、有効な状態変数信号に基づいて、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るようにさせる状態変数信号有効性判定手段とを有し、
   上記状態変数信号有効性判定手段は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する情報抽出部と、抽出された付加情報の全体又は一部に所定の演算を施す演算部と、抽出された付加情報の全体又は一部と演算結果とを比較する比較部と、乱数を利用して付加情報を生成する付加情報生成部と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加部とを備え、上記比較部の比較結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定する
   ことを特徴とする通信タイミング制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか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。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載の通信タイミング制御装置と、請求項８に記載の通信タイミング制御装置とを併用していることを特徴とするノード。
11. 請求項９又は１０に記載のノードを複数分散配置して有することを特徴とする通信システム。
12. 通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに適用されてい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、
    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、タイミング決定手段が実行す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け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定工程が、有効な状態変数信号だけに基づいて、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るようにさせる、状態変数信号有効性判定手段が実行する状態変数信号有効性判定工程とを含み、
    上記状態変数信号有効性判定工程は、自ノードからの状態変数信号及び他ノードから受け取った状態変数信号の中の任意の２つの状態変数信号の生起タイミング差を計測し、計測したデータを統計的に整理、保持し、その統計的データに基づいて、受け取った状態変数信号の有効性を判定する
    ことを特徴とする通信タイミング制御方法。
13. 通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに適用されてい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、
    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、タイミング決定手段が実行す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け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定工程が、有効な状態変数信号だけに基づいて、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るようにさせる、状態変数信号有効性判定手段が実行する状態変数信号有効性判定工程とを含み、
    上記状態変数信号有効性判定工程は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する付加情報抽出処理と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加処理と、受け取った状態変数信号から抽出された既に有効性が確認された付加情報及び又は自ノードからの状態変数信号に付加した付加情報そのもの、若しくは、それらに応じた情報を保持する情報保持処理と、受け取った状態変数信号から抽出された付加情報と上記情報保持処理により保持されている情報との関係を確認する付加情報確認処理とを備え、その確認結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定する
    ことを特徴とする通信タイミング制御方法。
14. 通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに適用されてい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、
    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、タイミング決定手段が実行す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け取った状態変数信号が有効なものであるかを判定し、上記タイミング決定工程が、有効な状態変数信号だけに基づいて、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るようにさせる、状態変数信号有効性判定手段が実行する状態変数信号有効性判定工程とを含み、
    上記状態変数信号有効性判定工程は、受け取った状態変数信号から付加情報を抽出する情報抽出処理と、抽出された付加情報の全体又は一部に所定の演算を施す演算処理と、抽出された付加情報の全体又は一部と演算結果とを比較する比較処理と、乱数を利用して付加情報を生成する付加情報生成処理と、自ノードからの状態変数信号に付加情報を付加する付加情報付加処理とを備え、上記比較部の比較結果に応じて、受け取った状態変数信号の有効性を判定する
    ことを特徴とする通信タイミング制御方法。

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