JP4548235B2 - 通信制御装置、通信制御方法、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、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、あるいは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、複数のノード間でデータの衝突が発生しないように送信タイミングを制御する通信制御装置、通信制御方法、ノード及び通信システムに適用し得る。

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）。

しかし、ＴＤＭＡ方式の場合、タイムスロットの割り当てを行なう集中管理ノードが故障したときに通信システムがダウンしてしまう等の問題があるために、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タイムスロットの割り当てを相互調整することによって、通信データの衝突を回避する方法が提案されている（特願２００３−３２８５３０号）。

上記提案されている各ノードが自律分散的にタイムスロットの割り当てを調整する方法は、各ノードが近傍ノードとの間で周期的なインパルス信号（通信タイミング信号）の送受信により相互作用することで調整する技術である。

すなわち、非線形振動をモデル化した数式を用いて、他ノードがインパルス信号を発信するタイミングに応じて、自ノードがインパルス信号を発信するタイミングを調整する。これにより、各ノードおいて、自ノード及び他ノードのインパルス信号の発信タイミングが極力離れるような調整を相互に行なうことにより、自律分散的なタイムスロットの獲得を実現することができる。

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

ところで、無線ネットワーク（通信システム）においては電波の衝突を検知することができないので、同時にタイミング信号を発信すると端末は受信できず、タイムスロットを正しく割り当てることができない。そのため、上述した自律分散的にタイムスロットを割り当てる端末はデータを送信することができない。

そこで、端末以外から一定間隔で端末にビーコン信号を送信し、このビーコン信号を基に端末間で同期を取るという方法も考えられるが、そのためにはビーコン局を新たに設ける必要が生じてしまう。

また、信号の到達距離を正確に制御することができないので、受信はするが相手端末には信号が届いていない場合が起こり得る。さらに、ノイズを誤って通信タイミング信号と認識してしまうおそれもあり、この場合空きタイムスロット幅が発生してしまう可能性がある。

そのため、ノードが自律的に通信タイミング制御信号の送受信を確実に近傍ノードと行なえ、精度よくデータ信号の送信タイミングの計算を行なえることができる通信制御装置、通信制御方法、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設けられた通信制御装置において、（１）近傍に位置する１又は複数の他ノードからデータ信号を送信するタイミングを示す通信タイミング信号を受信すると共に、自ノードの通信タイミング信号を送信する通信タイミング信号通信手段と、（２）自ノードが送信する通信タイミング信号の送信周期を決定づける基本速度情報と、各他ノードからの通信タイミング信号とを用いて、自ノードの通信タイミング信号の送信タイミングを決定する通信タイミング決定手段と、（３）通信タイミング決定手段の基本速度情報を調整する基本速度情報調整手段とを備え、基本速度情報調整手段が、自ノードが送信する通信タイミングの送信周期に、予め定められた微小変動値を加算又は減算して、微小幅の範囲で基本速度情報を変動させるものであることを特徴とする。

第２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設けられた通信制御方法において、（１）近傍に位置する１又は複数の他ノードからデータ信号を送信するタイミングを示す通信タイミング信号を受信すると共に、自ノードの通信タイミング信号を送信する通信タイミング信号通信工程と、（２）自ノードが送信する通信タイミング信号の送信周期を決定づける基本速度情報と、各他ノードからの通信タイミング信号とを用いて、自ノードの通信タイミング信号の送信タイミングを決定する通信タイミング決定工程と、（３）通信タイミング決定工程の基本速度情報を調整する基本速度情報調整工程とを有し、基本速度情報調整手段が、自ノードが送信する通信タイミングの送信周期に、予め定められた微小変動値を加算又は減算して、微小幅の範囲で基本速度情報を変動させることを特徴とする。

第３の本発明のノードは、第１の本発明の通信制御装置を備えることを特徴とする。

第４の本発明の通信システムは、第３の本発明のノードを複数配置して有することを特徴とする。

本発明によれば、ノードが自律的に通信タイミング制御信号の送受信を確実に近傍ノードと行なえ、精度よくデータ信号の送信タイミングの計算を行なえることができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明の通信制御装置、通信制御方法、ノード及び通信システムの第１の実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態は、各ノードが通信タイミング信号（インパルス信号）を発信し、また、自ノード以外のノードが発信するインパルス信号を有効に検出することにより、近傍ノードと相互に作用しあい、自律分散的にタイムスロットの割り当てを決定する通信システムに、本発明を適用した場合である。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、本実施形態の無線ネットワーク（通信システム）を構成する無線通信端末（ノード）の配置関係を示す図である。図２において、３台の端末１、端末２及び端末３は、それぞれ他の端末から無線データ信号を受信できる位置にあるとする。動作は端末１を中心に説明する。

図１は、本実施形態に係るノード１０Ａ（各端末１〜３に相当）の内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のノード１０Ａは、通信タイミング信号受信手段（インパルス信号受信手段）１１、通信タイミング計算手段１２、通信タイミング信号送信手段（インパルス信号送信手段）１３、データ通信手段１４、通信タイミング変動手段１５を有する。

通信タイミング信号受信手段１１は、近傍のノード（例えば、そのノードの発信電波が届く範囲に存在する他のノード）が発信した通信タイミング信号（インパルス信号）を受信するものである。ここで、通信タイミング信号（インパルス信号）は、データ信号を送信する通信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。また、通信タイミング信号は、宛先情報を含むものであっても、含まないものであってもよい。通信タイミング信号受信手段１１は、受信したインパルス信号そのもの、それを波形成形したもの、又は、受信したインパルス信号に基づき再生成し直した信号を、通信タイミング信号として通信タイミング計算手段１２に与えるものである。

通信タイミング計算手段１２は、通信タイミング信号受信手段１１から与えられた信号に基づいて、当該ノード１０Ａの通信タイミングを規定する位相信号を形成して出力するものである。ここで、当該ノード１０Ａをノードｉとし、その位相信号の時刻ｔでの位相値をθ_ｉ（ｔ）とすると、通信タイミング計算手段１２は、（１）式に示すような変化分ずつ位相信号θ_ｉ（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θ_ｉ（ｔ）は、当該ノードの状態変数信号とみることができる。

（１）式は、通信タイミング信号受信手段１１から与えられた信号に応じて、自ノードｉの位相信号θ_ｉ（ｔ）の非線形振動のリズムを変化させる規則を表わしている。（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）を表わしており、右辺第２項が非線形変化分を表わしている。ここで、ωの値は初期値としてはシステム全体で同一値に統一している。

本実施形態において、固有角振動数パラメータωは、後述する通信タイミング変動手段１５により変動されるものとする。その変動の態様については、動作の説明の項で詳細に説明する。

関数Ｐ_ｋ（ｔ）は、近傍ノードｋ（ｋは１〜Ｎまでとする）から受信した通信タイミング信号に基づいて、通信タイミング信号受信手段１１が出力した信号を表わしており、関数Ｒ（θ_ｉ（ｔ），σ（ｔ））は、他ノードからの通信タイミング信号の受信に応じて、自己の基本的なリズムを変化させる応答特性を表現する位相応答関数であり、例えば、（２）式に従っている。（２）式は、時刻ｔにおける位相信号θ_ｉ（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わしている。

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）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現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通信タイミング信号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）を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（θ_ｉ（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よい。また、関数σ（ｔ）の定数項πに代え、π以外の定数λ（０＜λ＜２π）を用いてもよく、この場合、近傍のノード同士が逆相でなく、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の機能の意味合いを図３及び図４を用いて詳述すると以下の通りである。なお、図３及び図４に示す状態変化は、通信タイミング信号送信手段１３の機能も関係している。

図３及び図４は、ある１つのノードに着目したときに、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３は、着目ノードｉに対して近傍ノードｊが１個存在する場合である。図３において、円上を回転する２つの質点の運動は、着目ノードと近傍ノードに対応する非線形振動リズムを表しており、質点の円上の角度がその時刻での位相信号の値を表している。質点の回転運動を縦軸あるいは横軸に射影した点の運動が非線形振動リズムに対応する。（１）及び（２）式に基づく動作により、２つの質点は相互に逆相になろうとし、仮に、図３（ａ）に示すように初期状態で２つの質点の位相が近くても、時間経過と共に、図３（ｂ）に示す状態（過渡状態）を経て、図３（ｃ）に示すような２つの質点の位相差がほぼπである定常状態に変化していく。

２つの質点は、それぞれ固有角振動数パラメータωを基本的な角速度（自己の動作状態を遷移させる基本速度に相当）とする回転をしている。ここで、ノード間で通信タイミング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）のときに通信タイミング信号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４は、着目ノードｉに対して２個の近傍ノードｊ１、ｊ２が存在する場合を表している。近傍ノードが２個存在する場合においても、上述と同様に、それぞれの質点が回転しながら相互に反発しあうことによって、安定な位相関係（時間的な関係に関する安定性）を形成する。近傍ノード数が３個以上の場合についても同様である。

上述の安定な位相関係（定常状態）の形成は、近傍ノード数の変化に対して非常に適応的（柔軟）な性質を持つ。例えば、今、着目ノードに対して近傍ノードが１個存在し、安定な位相関係（定常状態）が形成されているときに、近傍ノードが１個追加されたとする。定常状態は一旦崩壊するが、過渡状態を経た後、近傍ノードが２個の場合における新たな定常状態を再形成する。また、近傍ノードが削除された場合や故障等により機能しなくなった場合においても、同様に適応的な動作をする。

また、通信タイミング計算手段１２は、得られた位相信号θ_ｉ（ｔ）を、通信タイミング信号送信手段１３及びデータ通信手段１４に出力する。

通信タイミング信号送信手段１３は、位相信号θ_ｉ（ｔ）に基づいて、通信タイミング信号を送信するものである。すなわち、位相信号θ_ｉ（ｔ）が所定の位相α（０≦α＜２π）になると、通信タイミング信号を送信出力する（θ_ｉ（ｔ）＝αのときに送信する）。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３の例で言えば、ノードｉとノードｊとでは、定常状態で相互の位相信号θ_ｉ（ｔ）がπだけずれているので、α＝０にシステム全体で統一しても、ノードｉからの通信タイミング信号の送信タイミングと、ノードｊからの通信タイミング信号の送信タイミングとはπだけずれている。

データ信号通信手段１４は、他ノードからのデータを受信すると共に、自ノードが送信元となるデータや、自ノードが中継するデータを送信するものである。データ信号通信手段１４は、自ノードや他の近傍のノードの間で行われる通信タイミング信号の送信タイミングの相互調整が、「定常状態」（図３（ｃ）及び図３（ｃ）に示す状態）である場合には後述するタイムスロットでデータ送信を行ない、「過渡状態」（図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示す状態）である場合には送信動作を停止する。

ここで、本実施形態におけるタイムスロットとは、位相信号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、通信タイミング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受信した通信タイミング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、当該ノード１０Ａの近傍の無線空間で、通信タイミング信号（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１０Ａの設置状況下で実験的に決定する。

例えば、図３（ｃ）に示すような「定常状態」の場合、ノードｉは、位相θ_ｉが０から通信タイミング信号を送信し始め、位相θ_ｉがδ１になる前に、通信タイミング信号の送信を終了させておき、位相θ_ｉがδ１からデータ信号を送信し始め、位相θ_ｉがβ_１−δ_２になると（但しβ_１≒π）、データ信号の送信が終了させ、それ以降、位相θ_ｉが再び０になるまで、通信タイミング信号の送信もデータ信号の送信も停止させる。他方のノードｊも、位相θ_ｊに基づいて同様な動作を実行するが、位相θ_ｉと位相θ_ｊ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。

通信タイミング変動手段１５は、通信タイミング信号の基本周期（送信間隔）を通信タイミング計算手段１４に与える機能を有するものである。通信タイミング変動手段１５は、他の端末との送信間隔が完全に同一にならないように、通信タイミング計算手段１４に与える送信間隔は、基本周期Ｔに対して微小な値ΔＴを加えたり、差し引いたりして変動させた周期を与えるようにする。これにより、複数の端末１〜３間で一致していた送信間隔にずれを生じさせることができ、電波衝突を回避できる。

なお、通信タイミングを変動する方法は、特に限定されず、上記以外の方法であってもよい。例えば、他の端末からの通信タイミング信号の受信タイミングによる補正の方法を各端末で統一しないようにしてもよい。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、本実施形態の通信システムにおける通信タイミングの制御処理について図面を参照し説明する。

図５は、本実施形態に係る端末（ノード）における通信タイミングの制御処理を示すフローチャートである。また、図６は、端末１〜３間の通信タイミング信号の送受信タイミングを示す図である。

通信タイミング計算手段１２は、データ通信手段１４が有する送信バッファを監視し、送信待ちデータ信号が存在する場合に、データ信号を送信するために、通信タイミング信号の送信時刻を計算する。

通信タイミング計算手段１２による送信時刻の計算が開始すると、通信タイミング信号受信手段１１は、他端末からの通信タイミング信号の受信を確認する（Ｓ１−１）。

他端末から通信タイミング信号を受信していない場合、Ｓ１−４に進み、通信タイミング計算手段１２が計算した送信時刻に達したか否かを判定する（Ｓ１−４）。

一方、他端末から通信タイミング信号を受信した場合、通信タイミング信号受信手段１３は、自端末の通信タイミング信号の送信時刻と、当該受信した受信時刻との時間差情報を求めて、通信タイミング計算手段１２に与える。

また、通信タイミング計算手段１２は、通信タイミング変動手段１５から基本送信周期情報（固有角振動数パラメータωに相当）を取得する（Ｓ１−２）。

ここで、基本送信周期情報とは、基本となる送信周期Ｔそのもの、基本周期Ｔに対して微小な変動幅ΔＴを加えたり、又は差し引いたりした時間情報である。また変動幅ΔＴは、基本送信周期Ｔに対し微小な時間で、通信タイミング信号が連続して受信しても、識別できる時間あればよい。

通信タイミング変動手段１５は、定常状態では、Ｔ−△Ｔ、Ｔ、Ｔ＋△Ｔの基本周期情報を通信タイミング計算手段１２に与えて送信時刻の計算をさせ、これらの周期で通信タイミング信号を送信することになる。例えば、基本周期Ｔが０．１秒の時、変動幅ΔＴを０．０１秒以内とすると、０．０９、０．１、０．１１のいずれかの周期で通信タイミング信号を送信することになる。

通信タイミング変動手段１５から基本送信周期情報を受け取ると、通信タイミング計算手段１２は、通信タイミング信号受信手段１１からの時間差情報を利用し、基本周期を補正して、次の自端末が通信タイミング信号を送信する送信時刻を計算する（Ｓ１−３）。

そして、通信タイミング計算手段１２が計算した送信時刻になった場合（Ｓ１−４）、通信タイミング信号送信手段１３は、通信タイミング信号を送信し（Ｓ１−５）、また、送信時刻になっていない場合（Ｓ１−４）、Ｓ１−１に戻り、他端末からの通信タイミング信号の受信及び送信時刻の計算を行なう。

通信タイミング信号を送信すると、その送信時点から次に他端末から通信タイミング信号を受信するまでの間でデータ信号を送信する（Ｓ１−６）。

例えば、図６（Ａ）は、基本周期を変動させない場合、すなわち従来の送受信タイミング図であり、図中の長い縦線は送信を示し、短い縦線は受信を示す。また、各端末１〜３において、自端末が通信タイミング信号を送信した時点から、次に他の端末から通信タイミング信号を受信するまでの期間（すなわち、長い縦線から次の短い縦線までの間）を、その端末のタイムスロットとし、その間でデータ信号が送信されるものとする。

図６（Ａ）の例では、端末１と端末２との間で、通信タイミング信号の送信タイミングが一致し（ｔ１で一致）、かつ、基本周期が同一であるため、データ信号が衝突していることがわかる。しかし、無線ネットワークの場合、信号の衝突を検知できないので、それぞれ相手端末が送信した通信タイミング信号を検知できず、その後ｔ２、ｔ３、…と時間が進んでも衝突を繰り返すこととなる。

これに対して、図６（Ｂ）は、本実施形態の基本周期を変動させた場合である。図６（Ｂ）に示すように、ｔ１では、端末１と端末２は共に、同時に通信タイミング信号を送信しているので、それぞれ相手端末を考慮せずに通信タイミング信号の送信タイミングを計算している。

しかし、時間が経過しｔ２になると、通信タイミング信号の基本周期をＴ−△ＴからＴ＋△Ｔの間で変動させるので、端末１と端末２の通信タイミング信号の送信時間がずれ、それぞれ相手端末が送信する通信タイミング信号を受信するようになる。つまり、通信タイミング信号の変動幅が△Ｔあるので、タイムスロット幅から△Ｔ引いた値がデータ送信可能な時間となる。

その後、相手端末と通信タイミング信号の送信タイミングがずれるよう、端末１は周期が短く、端末２は周期が長くなる。ｔ３、ｔ４、ｔ５と時間が経過すると、交互に通信タイミング信号を送信するようになる。端末１は、端末２が通信タイミング信号を送信するまでの間でデータ信号を送信、端末２は自端末から通信タイミング信号を送信してから端末３が通信タイミング信号を送信するまでの間でデータ信号を送信するようになるので、端末１と端末２とのデータ信号の衝突がなくなる。

以上の処理を、データ通信手段に送信待ちデータがなくなるまで繰り返す（Ｓ１−７）。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、他端末からの通信タイミング信号の受信タイミングだけでなく、通信タイミング変動手段からの変動幅△Ｔを利用して通信タイミング信号の送信タイミングを調整することにより、各端末間で通信タイミング信号の送信が連続して一致することがなくなり、その結果複数端末のタイムスロットの重複がなくなるのでデータ信号の衝突を防ぐことができるという効果が得られる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の通信制御装置、通信制御方法、ノード及び通信システムの第２の実施形態について図面を参照して説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、自律分散的にタイムスロットを割り当てることができる複数の端末（ノード）から構成される通信システムへの適用である。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図７は、第２の実施形態に係る端末（ノード）の内部構成を示すブロック図である。図７において、第２の実施形態のノード１０Ｂは、通信タイミング計算手段１６の機能構成が図１で説明した機能構成と異なる。そこで、第１の実施形態で説明した機能構成の詳細な説明は省略し、第１の実施形態と異なる通信タイミング計算手段１６の機能構成について詳細に説明する。

通信タイミング計算手段１６は、通信タイミング信号の送信時刻を計算する通信タイミング計算部１６２のほかに、受信履歴情報部１６１、端末判定部１６３を有する。

受信履歴情報部１６１は、通信タイミング信号受信手段１１からの時間差情報を端末毎に履歴管理するものである。

端末判定部１６３は、受信した信号が通信タイミング信号であるか否かを判定するものであり、通信タイミング信号と判定した場合、受信情報を通信タイミング計算部１６２に与え、通信タイミング信号でないと判定した場合、その受信した信号はノイズであると判断し廃棄するものである。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、本実施形態のノード１０Ｂの通信タイミングの制御処理について図面を参照して説明する。

図８は、本実施形態のノード１０Ｂにおける通信タイミングの制御処理を示すフローチャートである。

ここで、図９は、本実施形態の動作を説明するための端末の配置関係を示す図である。本実施形態では、図９（Ａ）に示すように、各端末の精度や、設置周囲の障害物等の影響等で、端末２及び３からは端末１に通信タイミング信号が到達するが、端末１からは端末２にしか通信タイミング信号が到達しないとする。また通信タイミング信号ではないノイズ源が付近にあり、周期的なノイズを発生し、各端末はノイズを通信タイミング信号とみなしてしまっているとする。

まず、第１の実施形態と同様にして、各端末は通信タイミング信号を発信しながら、近傍の端末との間でデータ信号の送信タイミングをとりあう。

その後、時間が経過すると、各端末間で通信タイミング信号の送信間隔は、ほぼ一定になり定常状態になると、通信タイミング計算対象端末の選択判定を開始する。

このとき定常状態では、図１０（Ａ）のようなタイムスロット幅になったとする。端末１からみると図１０（Ａ−１）のように端末１、端末２及び端末３に割り当てられている。このとき、ノイズにより空きタイムスロットが生じている。また、端末３からみると図１０（Ａ−２）のように端末３とノイズによる空きタイムスロットが割り当てられている。

通信タイミング計算対象端末の選択判定が開始すると、まず、通信タイミング計算部１６１は通信タイミング信号の送信周期を変動させる（Ｓ２−１）。

このとき、通信タイミングで計算した送信間隔に、変動幅ΔＴを持たせた間隔で通信タイミングを送信するようにする。この変動幅ΔＴを与える方法は、第１の実施形態と同じように、通信タイミング変動手段を設けて実現することができる。なお、本実施形態での変動幅ΔＴは、第１の実施形態で設定した値よりやや大きい値であるほうが望ましい。これは、変動幅が大きいほど、他端末で変動しているかを認識しやすくなるからである。

定常状態では、間隔Ｔの一定間隔で送信していたのが、通信タイミング信号をＴ−△ＴからＴ＋△Ｔの間のいずれかの周期で送信することになる。

通信タイミングの送信間隔を変動すると、次に近傍の端末からの通信タイミング信号の受信周期が変動するか否かを確認する（Ｓ２−２）。このとき、受信履歴情報部１６１は、通信タイミング信号受信手段１１から各端末毎の受信タイミングの時間差情報の履歴を管理しており、端末判定部１６３が、受信履歴情報を参照して、１周期前の時間差情報と今周期の時間差情報とを比較することで、各端末毎の受信周期の変動を確認する。

このように、自端末の送信周期の変動に基づく他端末からの受信周期を確認するようにしたのは、自端末と近傍端末との間で正確に通信タイミング信号の送受信ができていれば、自端末の通信タイミング信号の変動により、通信タイミング信号により相互作用している他端末においても、これにあわせて当該他端末からの送信周期も変動させるようにするためである。

つまり、自端末の通信タイミング信号の送信間隔を狭めると近傍端末からの受信タイミングが早まり、逆に送信間隔を広げると近傍端末からの受信タイミングが遅くなる。

これに対して、近傍端末からの受信周期が変動していない場合は、その近傍端末に通信タイミング信号が届いていない、又は通信タイミングの受信時間を利用した通信タイミング計算を行なっていない端末であるといえる。

そして、Ｓ２−２において、端末判定部１６３が通信タイミング信号の受信周期が変動していると判定したときにはＳ２−４に進み、変動していないと判定したときにはＳ２−３に進む。

例えば、図９（Ａ）に示す通信タイミング信号の到達関係の場合、端末１が通信タイミング信号の送信周期を変動させると、端末２は端末１の送信タイミングから離れるように制御するため送信周期が変動する。一方、端末３には、端末１からの通信タイミング信号は到達しないために、端末１が通信タイミング信号の送信周期を変動させても、端末３の通信タイミング信号の送信タイミングは変動しない。もちろんノイズについても、端末１の送信周期に連動しない。

Ｓ２−２において、近傍端末から受信した通信タイミング信号の受信周期に変動しない端末があると端末判定部１６３が判定すると、通信タイミング信号送信手段１３は、通信タイミング信号の送信出力をあげるようにする（Ｓ２−３）。

例えば、図９（Ａ）における端末１は、端末３からの通信タイミング信号の受信周期が変動していないことを判定し、送信出力をあげる。そうすると、それまで端末３に届いていなかった端末１からの通信タイミング信号が、図９（Ｂ）のように、端末３に届くようになる。そして、端末３において相互作用を行なうようになれば、図１０（Ｂ）に示すように、タイムスロットが端末１及び端末３に割り当てられるようになる。ただし、この段階ではノイズにより空きタイムスロットがまだ生じている。

ここで、端末において通信タイミング信号の送信出力を上げ方は、種々の方法が考えられるが、例えば、１度に大きく出力レベルを上げる方法や、Ｓ２−１及びＳ２−２の処理を数回繰り返しながら、所定のレベルを数段階ずつ変動させていく方法などがある。

Ｓ２−４では、近傍端末ごとに通信タイミング信号の受信周期を再確認し、全ての近傍端末からの通信タイミング信号の受信周期が変動するかを確認する（Ｓ２−４）。

そして、全ての近傍端末からの通信タイミング信号の受信周期が変動すれば、通信タイミング計算対象端末の選択判定処理を終了する。

また、いずれかの端末からの通信タイミング信号の受信周期が変動しないならばＳ２−５に進む。

Ｓ２−４において、通信タイミング信号の出力をあげても周期が変動しない受信信号があれば、その信号はネットワークで定められた通信タイミング信号でなくノイズであるとみなし、通信タイミングの計算対象からはずす（Ｓ２−５）。

端末判定部１６３は、受信履歴情報中のノイズの時間差情報を参照し、自端末から通信タイミング信号を送信してから、ノイズを受信する時間で受信した信号は廃棄する。

また、通信チャネルを変更したり、受信感度の調整をしたりして、このノイズを受信しないようにする。

例えば、図９（Ｂ）に示す端末１において、ノイズ源からの信号を通信タイミングの計算から除外することで、図９（Ｃ）に示すような通信タイミング信号の送受信関係になる。端末１からみると、図１９（Ｃ）のように端末１、端末２及び端末３にタイムスロットが割り当てられるようになる。

なお、以上で説明した処理は、全周期で行う必要はなく、他の端末からデータ信号の受信確認信号が返送されない、全くデータ信号を受信しないタイムスロットがある等の場合に一度行えばよい。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、通信タイミング信号の送信周期を変動し、それにあわせて周期が変動しない受信通信タイミング信号が存在するかを調べ、変動しない場合は通信タイミング信号の出力を変化させることにより、精度良く通信タイミングの計算を行うことができるようになるという効果が得られる。

さらに、本実施形態によれば、ノイズであるかを識別し通信タイミングの計算対象端末から除外して制御を行うことにより、タイムスロットの割り当て幅が増加するという効果が得られる。

第１の実施形態のノードの内部構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態のノード間の配置関係を示す説明図である。 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である（１）。 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である（２）。 第１の実施形態のノードにおける通信タイミング制御処理のフローチャートである。 第１の実施形態の複数端末間のタイムスロットの割り当てを説明する説明図である。 第２の実施形態のノードの内部構成を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態のノードにおける通信タイミング制御処理のフローチャートである。 第２の実施形態の複数端末間の通信タイミング信号の送受信関係を示す図である。 第２の実施形態の端末からみたタイムスロットの割り当て状況を説明する説明図である。

符号の説明

１…通信システム、１０Ａ及び１０Ｂ…ノード、１１…通信タイミング信号受信手段、１２…通信タイミング計算手段、１３…通信タイミング信号送信手段、１４…データ信号通信手段、１５…通信タイミング変動手段、１６…通信タイミング計算手段、１６１…受信履歴情報部、１６２…通信タイミング計算部、１６３…端末判定部。

Claims (7)

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た通信制御装置において、
   近傍に位置する１又は複数の他ノードからデータ信号を送信するタイミングを示す通信タイミング信号を受信すると共に、自ノードの上記通信タイミング信号を送信する通信タイミング信号通信手段と、
   自ノードが送信する上記通信タイミング信号の送信周期を決定づける基本速度情報と、上記各他ノードからの上記通信タイミング信号とを用いて、自ノードの上記通信タイミング信号の送信タイミングを決定する通信タイミング決定手段と、
   上記通信タイミング決定手段の上記基本速度情報を調整する基本速度情報調整手段と
   を備え、
   上記基本速度情報調整手段が、自ノードが送信する上記通信タイミングの送信周期に、予め定められた微小変動値を加算又は減算して、微小幅の範囲で上記基本速度情報を変動させるものである
   ことを特徴とする通信制御装置。
2. 上記通信タイミング信号通信手段に受信した上記各他ノードからの上記通信タイミング信号の受信周期を上記他ノード毎に履歴管理する履歴管理手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信制御装置。
3. 上記基本速度情報調整手段による上記基本速度情報の調整後、上記履歴管理手段が管理する上記各他ノードの上記通信タイミングの受信周期の変動状況を確認する受信周期確認手段を備え、
   上記受信周期確認手段がいずれかの上記他ノードの上記通信タイミングの受信周期が変動しないことを確認したとき、上記通信タイミング信号通信手段は、自ノードの通信タイミング信号の送信出力を上昇させる
   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. 上記受信周期確認手段が、所定の送信周期に亘って連続して受信周期の変動がないことを確認したとき、上記履歴管理手段は、当該信号の受信履歴をノイズと判定して削除することを特徴とする請求項３に記載の通信制御装置。
5. 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た通信制御方法において、 近傍に位置する１又は複数の他ノードからデータ信号を送信するタイミングを示す通信タイミング信号を受信すると共に、自ノードの上記通信タイミング信号を送信する通信タイミング信号通信工程と、
   自ノードが送信する上記通信タイミング信号の送信周期を決定づける基本速度情報と、上記各他ノードからの上記通信タイミング信号とを用いて、自ノードの上記通信タイミング信号の送信タイミングを決定する通信タイミング決定工程と、
   上記通信タイミング決定工程の上記基本速度情報を調整する基本速度情報調整工程と
   を有し、
   上記基本速度情報調整手段が、自ノードが送信する上記通信タイミングの送信周期に、予め定められた微小変動値を加算又は減算して、微小幅の範囲で上記基本速度情報を変動させることを特徴とする通信制御方法。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の通信制御装置を備えることを特徴とするノード。
7. 請求項６に記載のノードを複数配置して有することを特徴とする通信システム。

Images