JP5911016B2 - 通信制御装置及び通信制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は通信制御装置及び通信制御プログラムに係り、特にネットワークを構成して相互にデータ通信を行う複数の通信端末（ノード）のそれぞれに搭載され、通信の衝突がなく、空間的な周波数利用効率が高くなるように順番に発信することで通信のスループットの向上及び安定維持を実現するための通信制御装置及び通信制御プログラムに関する。

近年、スマートフォンの普及や無線ＬＡＮ(Local Area Network)ルーターの設置状況をみると、無線ネットワークの環境がユビキタス化しているため、多数の通信端末（ノード）間の干渉が問題となっている。携帯電話通信では時分割多元接続（ＴＤＭＡ:Time Division Multiple Access）方式が採用されており、一つの周波数を時分割で使用することで、相互に影響し合う空間に配置された複数の携帯電話（ノード）同士が衝突することなく通信可能であり、ＷｉＦｉなどに比べて周波数利用効率が高い。

しかし、ＴＤＭＡ方式の場合、各ノードに割り当てるタイムスロットの調停を集中管理装置（基地局）が行っており、基本的に１対Ｎの通信方式であるため、広い通信領域をカバーするには基地局を一定距離毎に設置しなくてはならない。また、万一、基地局が故障した場合には、その基地局がカバーする通信領域全体でシステムがダウンするなどの問題がある。

一方で、集中管理を必要としないネットワークとして、近年、携帯端末の普及により携帯端末が自由に移動しながら場所に限定されない通信を行える技術としてアドホックネットワークが注目されている。このアドホックネットワークは、無線ＬＡＮのようなアクセスポイントを必要としない、無線端末（以下、無線ノード、あるいは単にノードともいう）のみで構築されたネットワークである。このアドホックネットワークは、アクセスポイントなどのインフラを持たない場所で安価にネットワークの構築が可能であり、また、個々の無線ノードの通信範囲は限られるが、別の無線ノードを中継してデータ転送することで、直接電波が届かない無線ノードにもデータを転送できるという特長がある。このアドホックネットワークでは、各無線ノードに応じて適応的、かつ、自律分散的に経路選択・中継通信するマルチホップ通信が行われる。

しかしながら、アドホックネットワークでは、隠れ端末問題やさらし端末問題があり、これらを解決することが求められている。ここで、「隠れ端末問題」とは、無線端末Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、無線端末ＡとＣ、無線端末ＢとＣとはそれぞれ通信圏内で通信可能である場合、無線端末ＡとＢは通信圏外にあり互いの存在を知らない（互いに隠れている）ため、無線端末ＡとＢが同時に無線端末Ｃに対して発信することがあり、その場合は衝突が発生し、無線端末Ｃは無線端末Ａ及びＢからの受信ができないという問題である。ランダム時間後に無線端末Ａ及びＢが再送しても、決定的な解決とはならない。

また、「さらし端末問題」とは、無線端末Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、無線端末ＡとＣ、無線端末ＢとＣとはそれぞれ通信圏内で通信可能である場合、無線端末Ｃは無線端末ＡとＢに対してさらし状態にあるため、例えば無線端末Ｃが無線端末Ｂと通信しているのを無線端末Ｃの通信圏内にある無線端末Ａが検知してしまい、その結果、無線端末Ａの自分の通信圏内にある他の無線端末への発信が抑制され、スループットが落ちてしまうという問題である。この場合でも、ランダムウェイト、再送、衝突が繰り返される。

また、ＷｉＦｉダイレクトやＺｉｇＢｅｅなど無線ノード間をＰ２Ｐ(Point to Point)で結びネットワークを構築する技術が注目されている。しかし、ＷｉＦｉなどの無線通信においては、同一周波数では一つの無線ノードだけしか通信できず、衝突回避のため、周波数が占有されていれば発信せず、衝突したらランダム時間後に再送する、ＣＳＭＡ／ＣＡ・ＣＤ方式を採用している。従って、Ｐ２Ｐ通信のネットワークでは、多数の無線ノードが影響し合う場合、衝突再送の繰り返しで通信のスループットが悪化する問題が指摘されている。

そこで、上記のスループットを改善し、隠れ端末問題やさらし端末問題を解決するための通信制御装置が従来開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２記載の通信制御装置では、集中管理サーバを必要とせず、複数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ようにしており、そのため非線形振動をモデル化した数式を用いて、自ノード及び他ノードの発信するタイミングが極力離れるような調整を自律分散的に実現している。

すなわち、特許文献１、２記載の通信制御装置では、他ノードからの制御情報の受信に基づく各ノードのデータ発信タイミングを表す位相、及び自ノードのデータ発信タイミングを表す位相の位相状態を、位相間に作用させる非線形振動子モデルの反発特性の強さを制御することで相互調整し、決められた発信周期内において発信のタイミングが離れるようにタイムスロットを分割するようにしている。

特開２０１２−１１９８９１号公報 特許第４３７５４４５号公報

しかしながら、特許文献１、２には、相互通信を行うノード間で、非線形振動子モデルにおける固有振動数から決まる発信周期内において空間的な周波数利用効率（ネットワーク利用効率）を最大化させる方法が記述されているが、ノード数やネットワーク・トポロジーに応じた最適もしくは準最適な固有振動数を求める方法については記述されていない。

言い換えると、特許文献１、２には、予め想定される最大ノード数に応じた固定の発信周期が全てのノードに与えられており、その発信周期内において複数ノード間の通信衝突が起こらないように相互通信によってタイムスロットを自律分散的に分割する発明が提案されている。

しかし、上記の従来の発明では、ノード数が想定される最大ノード数に比べて少なく、また発信するデータ量も少ない場合、通信の空白部分が残り空間的な周波数利用効率が低くなってしまう問題があり、スループットの改善が不十分である。また、逆に想定以上のノード数の場合には、各ノードのタイムスロット幅が小さくなり、必要なデータ送信が行えない問題も考えられる。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、ネットワーク調停を行う特別な管理ノード（基地局など）による通信タイミングの指示を必要とせず、最大ノード数を予め既定することなく、ノード間の相互通信によって得られた隣接ノードのノード情報に基づき、グラフ理論から導かれる、ネットワークを構成するノード数及びネットワークのトポロジーに応じた準最適な発信周期と通信タイミングを各ノードが自律分散的に調整する通信制御装置及び通信制御プログラムを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、ノード故障や移動に伴うネットワーク・トポロジーの変化に対しても、ネットワークの再構成がノード間で自律分散的に可能な通信制御装置及び通信制御プログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の通信制御装置は、ネットワークを構成する複数のノードのそれぞれに搭載される通信制御装置であって、隣接ノードとの間で通信パケットを送受信する相互通信手段と、前記相互通信手段により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、及び前記ネットワーク内で共有される最大の分割ノード数情報に基づき、自ノードの前記通信パケットの発信周期を算出する発信周期算出機構と、前記発信周期算出機構で算出した前記発信周期による自ノードの発信タイミングと他ノードからの受信タイミングとの差に応じて前記発信周期を調整する発信周期調整機構と、前記相互通信手段により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、受信タイミング情報、前記最大の分割ノード数情報及びノード間通信データをまとめて前記通信パケットを生成する通信パケット生成部と、前記発信周期調整機構で調整された調整後の前記発信周期に基づくタイミングで、前記通信パケット生成部で生成された前記通信パケットを発信する発信制御機構とを備えることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の通信制御装置は、ネットワークを構成するすべての複数のノードは、それら複数のノードの最大の分割ノード数がすべて等しいか否かを示す接続情報を通信パケットの送受信により共有しており、前記発信周期算出機構は、前記接続情報が前記複数のノードのすべてで等しいことを示しているときは、自ノードの前記最大の分割ノード数に１を加算した値にパケット間隔を乗じた値を前記発信周期として算出し、前記接続情報が前記複数のノードのすべてまたは一部で等しくないことを示しているときは、自ノードの前記最大の分割ノード数に前記パケット間隔を乗じた値を前記発信周期として算出することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の通信制御装置は、前記発信周期調整機構が、前記相互通信手段により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードにおける近傍ノードからの受信タイミング情報に基づき、自ノードから２ホップ目にあたるノードの自ノードに対する受信タイミングを計算し、直接通信接続されている前記隣接ノードと同様に発信周期調整に利用することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の通信制御装置は、前記発信制御機構が、通信エラーの頻度に応じて前記調整後の発信周期を一時的に増加させるようにしてもよく、また、発信制御機構は、通信接続しているノードが存在しない場合に、前記調整後の発信周期を増加させて発信の回数を抑えるようにしてもよい。また、前記相互通信手段は、通信の受信強度情報を取得し、その受信強度情報に応じて受信感度を調整してもよく、通信パケット生成部は、他ノードからの受信強度情報も含めて前記通信パケットを生成するようにしてもよい。この場合、前記相互通信手段は、受信した前記通信パケットの前記受信強度情報に基づいて、ノード間通信接続が切断されない範囲で、通信パケット送信強度を調整することができる。

また、上記の目的を達成するため、本発明の通信制御プログラムは、ネットワークを構成する複数のノードのそれぞれに搭載されたコンピュータに通信制御を実行させる通信制御プログラムであって、前記コンピュータに、隣接ノードとの間で通信パケットを送受信する相互通信機能と、前記相互通信機能により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、及び前記ネットワーク内で共有される最大の分割ノード数情報に基づき、自ノードの前記通信パケットの発信周期を算出する発信周期算出機能と、前記発信周期算出機能で算出した前記発信周期による自ノードの発信タイミングと他ノードからの受信タイミングとの差に応じて前記発信周期を調整する発信周期調整機能と、前記相互通信機能により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、受信タイミング情報、前記最大の分割ノード数情報及びノード間通信データをまとめて前記通信パケットを生成する通信パケット生成機能と、前記発信周期調整機能で調整された調整後の前記発信周期に基づくタイミングで、前記通信パケット生成機能で生成された前記通信パケットを発信する発信制御機能とを実現させることを特徴とする。

本発明によれば、集中的な管理サーバによる通信タイミングの指示を必要とせず、ネットワークを構成するノード数及びネットワークのトポロジーに応じて準最適な発信周期と通信タイミングがノード間の相互作用により自律分散的に調整されるため、ノード間通信の衝突を避けネットワークの利用効率を向上させることができる。

また、本発明によれば、ノードの故障や移動に伴うネットワークのトポロジーの変化に対しても、ネットワークの再構成がノード間で自律分散的に実現されるため、故障やスケールの変化にも強い頑健なネットワークを構築・維持することができる。

本発明の通信制御装置の一実施の形態の全体構成のブロック図である。 ネットワーク・トポロジーの各例を示す図である。 すべてのノードが通信圏内（全結合）の場合のアルゴリズム１による通信態様等を示す図である。 ネットワークを構成する複数のノードが通信圏外の無線ノードを含む場合のアルゴリズム２による通信態様等を示す図である。 ネットワークを構成する複数の無線ノードに隠れ端末を含む場合のアルゴリズム２による通信態様等を示す図である。 ネットワーク構成が正則であるか否かの例を示す模式図である。 ５つのノードがループ状に接続されたネットワークの通信態様等を示す図である。 本発明の通信制御装置の一実施の形態の動作説明用フローチャートである。 通信パケットの構造の一例を示す図である。 相互通信手段における通信の受信電界強度調整機能を説明する図である。 相互通信手段における通信の送信強度調整機能を説明する図である。 本発明装置を搭載した３つのノードにおける時分割調停の様子を説明する図である。 ６０個のノードからなるネットワークの一例を示す図である。 本発明の通信制御装置により、図１３のネットワークを構成する各ノードが最大分割ノード数を共有しながら最終的に最大分割ノード数１０に収束していく様子を示す図である。

図１は、本発明の通信制御装置の一実施の形態の全体構成のブロック図を示す。同図において、本実施の形態の通信制御装置１０は、ネットワーク調停を行う特別な管理ノード（基地局など）を有しない自律分散的なネットワークを構成する複数のノードのそれぞれに搭載された通信制御装置であって、送信部１２及び受信部１３を備える相互通信手段１１と、発信周期算出機構１４と、発信周期調整機構１５と、通信パケット生成部１６と、発信制御機構１７とを有する。

発信周期算出機構１４は、受信部１３から通信接続されている隣接ノードからの受信通信パケット２１が供給されて解釈し、後述するようにネットワークにおけるノード数やネットワークの形態（トポロジー）に応じた準最適な自ノードの発信周期を、グラフ理論の染色数問題の定理に基づいて算出する。発信周期調整機構１５は、発信周期算出機構１４により算出された発信周期による自ノードの発信タイミングと他ノードからの発信タイミングとの差に応じて上記発信周期を調整する。

通信パケット生成部１６は、通信接続されている隣接ノードからの通信パケットから取得した、自ノードにおける近傍ノード情報２２、自ノードの発信周期における他ノードからの受信タイミング情報、最大の分割ノード数情報及びノード間通信データをまとめて通信パケットを生成する。発信制御機構１７は、発信周期調整機構１５で調整した発信周期情報２３に基づくタイミングで、通信パケット生成部１６により生成された通信パケットを送信通信パケット２４として送信部１２を通して発信させる。

ここで、本実施の形態の通信制御装置１０における通信制御の要件について以下に説明する。
（１）ネットワーク内に調停を行う特別な管理ノード（基地局など）はおかず、すべてのノードが対等な関係とする。ただし、通信の調停がなされた結果、近傍ノードとの関係から機能の分化が起こり、アプリケーションにおいて積極的に機能分化を利用することは考えられる。たとえば、通信を仲介するハブのような役割のノードや、端末のノードなどの創出が想定される。

（２）ネットワーク・トポロジーには図２（ａ）〜（ｇ）に模式的に示すように、環形（リング型）、全結合型、スター型、ツリー構造型、ライン型、メッシュ型、バス結合型など様々な形態があり、用途に合わせて使い分けがなされている。しかし、対等なノード同士を自由に結合することを考えた場合、トポロジーを限定することができないため、あらゆるネットワークの構成を対象とする。

（３）構成されたネットワーク・トポロジー及びその時のノード数に応じて、自律分散的に相互に通信が衝突しないように調停し、それを安定に維持できるようにする。

（４）従来の方法のように、複数のノード同士が通信可能なタイムスロットを取り合う（管理機構が割り当てる）のではなく、ネットワーク内のノード数、ネットワーク・トポロジーに応じて、空間的な周波数利用効率が向上するように発信周期を自律分散的に調整し、共有するものとする。

（５）各ノードにおける通信パケットの幅（以下「１パケット間隔」と呼ぶ、また記号で「ＰＩ」と記す）は、ネットワークを構成するノード間で一定と仮定する（ユーザーが決定できるが全体で同一とする）。従来手法のように、ノード数で一定の通信時間を分割するのではなく、ノード数に応じて各ノードの発信周期を伸ばす（可変する）ことで時間分割を実現する。

本実施の形態の通信制御装置１０は、上記の要件を満たすための時間分割アルゴリズムに基づいて動作することに特徴がある。この時間分割アルゴリズムは、以下説明するアルゴリズム１、アルゴリズム２及びアルゴリズム３の計３つのアルゴリズムからなる。

（１）アルゴリズム１
アルゴリズム１は、複数のノードが互いに通信圏内にあるとして、通信圏内にあるノードの数を相互に共有し、１パケット間隔×ノード数で計算される時間（以下、発信周期という）に基づいて個々のノードが周期的に送信を行う。さらに、アルゴリズム１は、近傍ノードの発信に対して、１パケット間隔を保持するように各ノードが送信タイミングを調整することで、全体による時分割通信を自律分散的に実現する。このアルゴリズム１によれば、ノード数Ｍに合わせた適応制御による通信のスループットを最適に保つことができる。

図３は、すべてのノードが通信圏内（全結合）の場合のアルゴリズム１による通信態様等を示す。すなわち、図３（ａ１）に示すように、２つのノードＡ及びＢが通信圏内にある場合は、ノードＡ及びＢは、それぞれ図３（ａ２）に模式的に示すように、アルゴリズム１に従い交互に送信と受信動作を行う。この２ノードの場合、２×１パケット間隔の周期で送受信を行い、１パケット間隔は一定である。また、図３（ｂ１）で示すように、３つのノードＡ、Ｂ及びＣが同じ通信圏内にある場合は、ノードＡ、Ｂ及びＣは、それぞれ図３（ｂ２）で模式的に示すように、アルゴリズム１に従い、１パケット間隔の期間は送信動作、続く２パケット間隔の期間は受信動作という、３×１パケット間隔の送信周期で送受信を行う。１パケット間隔は一定である。

（２）アルゴリズム２
アルゴリズム１では、すべてのノードが通信圏内（全結合）にないと利用できない。そこで、ネットワークを構築する複数の無線ノードが全結合していない場合は、アルゴリズム２により、自ノードの１近傍（隣接）にあるノードのタイミング情報もデータとして近接ノードに送信し、自ノードの１近傍ノードを仮想ノードとして認識させる。例えばノードＡとＢが通信圏内にあって通信可能であり、ノードＢとＣが別の通信圏内にあって通信可能であるが、ノードＡとＣは通信圏外であるものとした場合、ノードＡからはノードＢしか見えず、ノードＣからもノードＢしか見えないため、隠れ端末問題やさらし端末問題が生じる。この場合、ノードＡから見てノードＣは仮想ノードであり、ノードＣから見てノードＡは仮想ノードである。

アルゴリズム２は、ノードＢが隣接ノードであるノードＣとの通信タイミングをノードＡに送信することで、ノードＡはノードＢと同様にノードＣからの発信タイミングに対しても位相差の調整を行うことで隠れ端末問題とさらし端末問題を同時に解決する。同様にして、ノードＣはノードＢと同様にノードＣに対する仮想ノードであるノードＡからの発信タイミングに対して位相差調整を行うことで隠れ端末問題とさらし端末問題を同時に解決する。このようにして、アルゴリズム２によりすべての無線ノードＡ、Ｂ、Ｃがあたかも結合しているように扱え、前述したアルゴリズム１を適用できるようになる。なお、複数のノードが全結合していないネットワークにおける各ノードの発信周期は、後述するようにネットワークを構成する複数のノードにおける１近傍ノード数と２近傍ノード数の和である分割ノード数の最大値に応じて決定される。

図４は、ネットワークを構成する複数のノードが通信圏外の無線ノードを含む場合のアルゴリズム２による通信態様等を示す。すなわち、図４（ａ）に示すように、ノードＢがノードＡとＣのそれぞれと通信可能な通信圏内にあるが、ノードＡとＣとは通信圏外である場合、ノードＡ、Ｂ及びＣは、それぞれ図４（ｂ）に模式的に示すように、アルゴリズム２に従い、１パケット間隔の期間は送信動作、１パケット間隔の期間は受信動作、１パケット間隔の期間は仮想状態（仮想的な受信動作）という、３×１パケット間隔の周期で送受信を行う。１パケット間隔は一定である。

例えば、ノードＡについて説明すると、ノードＡはノードＢからの情報（ノードＡとＣが１近傍ノード、ノードＢにおけるノードＡとＣの受信タイミング(ctr_ba,ctr_bc)）を基に、ノードＡにおけるノードＣの仮想的な受信タイミング(*ctr_ac＝ctr_bc−ctr_ba)を計算し、カウンタが*ctr_acになった時点であたかもノードＣから受信したように振る舞う（これを図４（ｂ）では「仮想」として示す）ことで、時分割を成立させる。ノードＣにおけるノードＡの関係も同様である。このアルゴリズム２により、隠れ端末が存在してもスループットを落とすことなく通信が行える。また、ノードＢはさらし状態にあるが、スループットを下げずに通信が行える。

図５は、ネットワークを構成する複数の無線ノードに隠れ端末を含む場合のアルゴリズム２による通信態様等を示す。すなわち、図５（ａ）に示すように、４つのノードＡ〜Ｄが一列になるように接続されたネットワークの場合、ノード３個の場合の図４と同様の３パケット間隔の周期で送受信が行われる。これは５つ以上のノードが一列に接続されたネットワークも同様である。これは図５（ａ）のノードＡとＤのように、３ホップ離れたノード同士は影響し合わず、同時に発信しても干渉しないからである。従って、図５（ａ）のネットワークを構成するノードＡ、Ｄのそれぞれは、図５（ｂ）に模式的に示すように、アルゴリズム２に従い、１パケット間隔の期間は送信動作、１パケット間隔の期間は受信動作、１パケット間隔の期間は仮想状態という、３×１パケット間隔の周期で送受信を行う。ただし、ノードＢ及びＣはそれぞれ隣接するノードＡ及びＣ、ノードＢ及びＤが異なるタイミングで送信動作を行う期間は受信動作を行うので、仮想状態はなく３パケット間隔の周期で送受信動作を行う。１パケット間隔は一定である。

（３）アルゴリズム３
ネットワークの空間的な周波数利用効率を向上させるには、ある統一された発信周期をネットワークを構成するすべてのノードで共有し、さらにアルゴリズム１，２による時分割調停が機能する範囲でなるべく小さい発信周期であることが望ましい。そこで、アルゴリズム３は、以下説明するグラフ理論の染色数問題に基づく定理から導かれる手続きを用いて、ネットワーク全体における準最適な発信周期を発信周期算出機構１４において算出する。

グラフ理論の定理（Brooks,1941、“Diestel，Graph Theory，3rd ed.，Springer，2000.“）から、連結グラフにおいて、隣接ノード数が全てのノードにおいて等しい場合（正則グラフ）と、正則グラフでない場合（隣接ノード数に差がある）とがあるが、正則グラフでない場合の染色数は、各ノードの隣接ノード数のグラフ全体における最大値以下である。正則グラフの場合の染色数は、各ノードの隣接ノード数のグラフ全体における最大値＋１以下である。ここでは、隣接するノードが同一の色に塗り分けられてはいけないという染色数問題についての定理を示しているが、２ホップ以内のノードが接続されたグラフの染色数を考えることにより、これは複数ノードが様々なネットワーク・トポロジーで結合されている場合の、通信干渉問題と考えることができる。

つまり、２ホップ以内のノードが自ノードと同時に発信した場合、近接していればもちろん通信は衝突し、さらに２ホップの間隔にあるノード同士が同時に発信した場合、１近傍ノードでは両方の通信が干渉して受信できない問題（隠れ端末問題）や、自ノードが複数のノードと近接している場合において、隣接ノード同士が２ホップ間隔に位置している際に、隣接ノードが発信していると自ノードが発信できない問題（さらし端末問題）がある。上記定理に基づいて、２ホップ以内のノードが同じ色に塗り分けられないようにし、さらになるべく少ない色数で塗り分けることで、通信の干渉を抑え、さらにネットワークの空間的な周波数利用効率も同時に向上させることができる。

アルゴリズム３では、各ノードにおける隣接ノード数（以下分割ノード数）Ｒを、１近傍と２近傍ノード数との和であるものとし、そのネットワーク全体における最大値を以下では最大分割ノード数Ｒmaxとする。発信周期Ｔは以下のようにするものである。
正則の場合：Ｔ＝（Ｒmax＋１）×ＰＩ
正則でない場合：Ｔ＝Ｒmax×ＰＩ
ただし、上式中、ＰＩは１パケット間隔を示す。

次に、発信周期Ｔの具体例について説明する。
図６（ａ）は、５つのノードＡ〜Ｅがループ状に接続されたネットワークを示す。このネットワークでは、すべてのノードＡ〜Ｅにおいて自ノードを除く２ホップ以内のノード数Ｒが等しく「４」でＲmax＝４となり、正則の場合であるので、発信周期Ｔは５（＝４＋１）パケット間隔（＝５×ＰＩ）となる。

図６（ｂ）は、４つのノードＡ〜Ｄがループ状に接続されたネットワークを示す。このネットワークでは、すべてのノードＡ〜Ｄにおいて自ノードを除く２ホップ以内のノード数Ｒが等しく「３」でＲmax＝３となり、正則の場合であるので、発信周期Ｔは４（＝３＋１）パケット間隔（＝４×ＰＩ）となる。

図６（ｃ）は、５つのノードＡ〜Ｅのうち３つのノードＡ〜Ｃのみがループ状に接続されたネットワークを示す。このネットワークでは、図６（ｃ）に示すようにノードＡ及びＢの各分割ノード数Ｒが「３」、ノードＣ及びＤの各分割ノード数が最大の分割ノード数Ｒmaxとなり「４」、ノードＥの分割ノード数が「２」であり、正則でない場合であるので、発信周期Ｔは４（＝Ｒmax×ＰＩ）パケット間隔となる。

図７は、５つのノードがループ状に接続されたネットワークの通信態様等を示す。図７（ａ）に示すように、５つのノードＡ〜Ｅがループ状に接続されたネットワークの場合、ノードＡとＤは３ホップと２ホップのケースがあり、２ホップの場合は影響し合う。ノードＡ〜Ｅからなるネットワークは正則の場合であるので、アルゴリズム３に従い、図６（ａ）とともに説明したように、各ノードＡ〜Ｅは５×１パケット間隔の送信周期で図７（ｂ）に模式的に示すような送信動作を行い、送信期間以外の期間で受信動作を行う。

以上説明したアルゴリズム１〜３からなる時間分割アルゴリズムにより、ネットワークを構築する複数のノードのそれぞれの発信周期Ｔに応じて、各ノードはパルス結合振動子モデルによって、隣接ノードと仮想ノードとの間を１パケット間隔分空けるように発信のタイミングを調整し、複数のノードのそれぞれが自律分散的に上記の調整動作を繰り返すことでネットワーク全体が安定した状態（共通の発信周期）に落ち着いていく。万一、ネットワークを構築するノードが増減した場合でも、隣接ノードがそれを検知して、分割ノード数をリセットし、それが隣接ノードに伝搬していくことで、自律的にネットワークが再構築される。

次に、図８のフローチャートを併せ参照して図１に示した本実施の形態の通信制御装置１０の動作についてさらに詳細に説明する。個々のノードにおいて、図８のフローチャートの処理を繰り返し実行することで自律分散的な調停が実現される。

まず、発信周期算出機構１４は、受信部１３から受信通信パケット２１の受信を完了したかを判定する（ステップＳ１）。ここで、送受信される通信パケットのパケット構造は、図９にその一例を示すように、２バイト(byte)の識別子、送信元のノードに割り当てられた送信元ＩＤ、データバイト数（＝３＋Ｃ×３）、１バイトの最大分割ノード数Ｒmax、１バイトの正則判定フラグ値Ｌ、１バイトの１近傍ノード数（隣接ノード数）Ｃ、１バイトの１近傍ノードＩＤを示すＶＩＤ、２バイトの１近傍ノードタイミングＲＴ、ｎバイトの通信データ（目的地ＩＤ、経由ＩＤ、データなど）、１バイトのチェックサムからなる。なお、ＶＩＤ及びＲＴは１近傍ノード数分ある。この通信パケットは後述する通信パケット生成部１６において生成される。

発信周期算出機構１４は、図９のデータ構造の受信通信パケット２１を受信完了していないときは（Ｓ１のＮｏ）、後述のステップＳ１３に進んで発信周期調整機構１５に処理を渡すが、受信完了したときは（Ｓ１のＹｅｓ）、パケット受信フラグをセットし、受信通信パケット２１から受信ＩＤ、タイミングＶＴを含めて隣接ノードとして登録し、２ホップ以内のノード数Ｒをカウントする（ステップＳ２）。ここで、上記のノード数Ｒは、隣接ノード数（１近傍ノード数）Ｃと２近傍ノード数との和であり、自ノードにおける分割ノード数である。

続いて、発信周期算出機構１４は、受信した最大分割ノード数Ｒmax^*が以前に受信した最大分割ノード数Ｒmax以上であるか否かを判定し（ステップＳ３）、Ｒmax^*≧Ｒmaxのときは最大分割ノード数ＲmaxをＲmax^*とし、また受信した正則判定フラグ値Ｌに応じてアルゴリズム３に従い発信周期Ｔを算出し、更にＲmaxの有効期間ＤＮを「２Ｔ＋counter」としてセットする（ステップＳ４）。なお、「counter」はパックグラウンドで一定間隔でインクリメントされるカウンタ値である。

ここで、上記の正則判定フラグ値Ｌは、ネットワーク全体が正則グラフであるのか、そうでないのかを判定するために導入されたフラグであり、ネットワークを構成する複数のノードのそれぞれの最大の分割ノード数がすべて等しいか否かを示す接続情報である。この正則判定フラグ値は以下のようにして各ノードにより自律分散的に算出されて送受信される。

もし、最大の分割ノード数Ｒmaxと自ノードの分割ノード数Ｒが等しくない場合、自ノードの正則判定フラグＬをＬmaxとする。Ｌmaxはネットワークの規模によって決まる定数でユーザーが決定できる。

それ以外（Ｒmax＝Ｒ）の場合で、隣接ノードの正則判定フラグＬc≦Ｌのとき、Ｌ＝Ｌ−１（ただしＬ≧０）、隣接ノードの正則判定フラグＬc＞Ｌのとき、Ｌ＝Ｌc−１（ただしＬ≧０）として算出される。この算出動作は各ノードがネットワーク内において通信を介して繰り返す。そして、ネットワークが正則グラフかどうかの判定において、
Ｌ＝０ならば、正則グラフとなり、発信周期Ｔ＝（Ｒmax＋１）×ＰＩ
Ｌ＞０ならば、正則グラフでないので、発信周期Ｔ＝Ｒmax×ＰＩ
となる。

なお、上記Brooksによるグラフ理論の定理により準最適な発信周期を算出することができるが、それが最適であるとは限らない。より小さい発信周期を求める方法として、公知の文献（Welsh and Powell,“An upper bound for the chromatic number of a graph and its application to timetabling problems”,Computer Journal 10 (1)，85-86，1967）記載のWelsh-Powellの命題が利用できる。Welsh-Powellの命題を利用すると、すべてのノードに対する“自ノードを含む２ホップ以内のノード数”が得られれば、これを降順にソートしたリスト[e₁,...,e_n]に対して、max_imin{e_i,i}を最大の分割ノード数として発信周期を求められる。

しかし、ネットワーク内すべてのノードにおける“自ノードを含む２ホップ以内のノード数”の情報を個々のノードが持つ必要があるため通信のコストも大きく、また無限に大きなネットワークの場合において発信周期の収束が確証されない問題がある。適用できる場合は、ノード数が限定されており、収束に時間を要してでもより最適な発信周期が必要な場合で、実用性と用途とのトレードオフで決まる。

次に、他ノードとの発信の間隔の調整を行う発信周期調整機構１５について説明する。発信周期調整機構１５では、隣接ノードからの受信タイミングに応じて、自ノードの発信周期を微修正することで、通信が干渉しないように調整する機構である。発信周期調整機構１５における動作のアルゴリズムについて以下で説明する。

自ノードの発信周期Ｔは１パケット間隔ＰＩの整数倍で与えられ、発信と発信の間に隣接する複数のノードからの受信を受け付ける。複数の受信のうち、（Ｔ-ＰＩ）〜Ｔの間に受信した隣接ノードに対してのみ調整を行う。また、自ノードの発信周期を伸ばす方向に修正を行う。その理由としては、全てのノードが隣接するノード全ての発信タイミングに対して調整を行うと、容易に周期が定まらない発振した状態に陥る問題があるためである。

また、発信周期調整機構１５では、隣接ノードからの直接受信に加えて、通信圏内にない２ホップ目に位置するノード（仮想ノード）からの発信についても、隣接ノードから得られる仮想ノードのタイミング情報から自ノードに対するタイミングに変換し、受信ノードとして扱う。そうすることで、前述した隠れ端末問題、さらし端末問題を回避することができる。前述したように仮想ノードを挿入することで、全結合している場合のアルゴリズム１に帰着でき、時間分割が成立する。

受信タイミングの計算では、自ノードに対する隣接ノードに関しては、直接受信した際の自ノードにおけるカウンタ値を付加して記録する。仮想ノードに関しては、図９に示した通信パケット構造から分かるように、隣接ノードから得られる隣接ノードの１近傍ノードタイミング値ＲＴを使って以下のように求める。

隣接ノードから受信した情報の中に、隣接ノードにおける１近傍ノードとして自ノードのＩＤ（ＭｙＩＤ）が含まれているはずである。また、隣接ノードにおける自ノードの受信タイミング値ＲＴも記録されている。そこで、発信周期調整機構１５は、まず自ノードＩＤのノードを抽出し、その受信タイミング値ＲＴを自ノードから隣接ノードに対するタイミングオフセット値ＴＯとする（ステップＳ５）。

続いて、発信周期調整機構１５は、タイミングオフセット値ＴＯを利用することで、隣接ノードにおける１近傍ノード、つまり自ノードにおける２近傍ノードの発信タイミングＶＴを以下のように計算して登録する（ステップＳ６）。
ＶＴ［ｎ］＝ＲＴ［ｎ］−ＴＯ
（ｎは隣接ノードにおける１近傍ノードのＩＤ、ｎ≠MyID）

続いて、発信周期調整機構１５は、通信データがあるかを判定し（ステップＳ７）、通信データがあれば通信データを処理し（ステップＳ８）、なければステップＳ９に進む。ステップＳ８の通信データの処理では、自ノード宛のデータであれば登録し、他ノード宛のデータであれば転送バッファに入れる。また、隣接ノードから受信した際に、仮想ノードのＩＤ、変換した発信タイミングＶＴも同時に記録しておき、Ｔ−ＰＩ≦ＶＴ＜Ｔの場合、仮想ノードからも受信があったとして扱う。

続いて、発信周期調整機構１５は、パケット受信フラグがセットされているか、又は仮想ノードの受信タイミングがカウンタ値counterと一致するか否かを判定する（ステップＳ９）。一致していればパケット受信フラグをリセットし、差時間ＤＴを次式により算出する（ステップＳ１０）。
ＤＴ＝ＰＩ−（Ｔ−ＶＴ）

この差時間ＤＴは、受信ノード及び仮想ノードからの受信タイミングＶＴが、（Ｔ−ＰＩ）〜Ｔに含まれているかどうかを判別するための時間で、自ノード発信期間（１パケット間隔）と対象ノードとの干渉時間を示している。

続いて、発信周期調整機構１５は、ＤＴ＞０であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。発信周期調整機構１５は、もし、ＤＴ＞０であれば、受信ノード及び仮想ノードからの受信タイミングＶＴが、（Ｔ−ＰＩ）〜Ｔに含まれていると判断し、その場合は、自ノードの発信と干渉するので調整が必要であるため、自ノードの発信周期Ｔを次式により調整する（ステップＳ１２）。
Ｔ^*＝Ｔ＋ＤＴ×ａ （ただし、ａは０〜１の範囲の係数）
係数ａはネットワークにおける時間分割の収束速度に影響し、大きすぎる場合は発振する傾向にあり、小さすぎる場合はネットワーク全体の収束に時間を要する。

一方、ＤＴ＞０でないとステップＳ１１で判定された場合は、カウンタ値counterがステップＳ４でセットした最大分割ノード数Ｒmaxの有効時間ＤＮを超過したかどうかを判定し（ステップＳ１３）、超過していれば最大分割ノード数Ｒmaxに２ホップ以内のノード数Ｒを代入して（ステップＳ１４）ステップＳ１５に進み、超過していなければステップＳ１４を経由することなくステップＳ１５に進む。

ステップＳ１２で算出された調整後の自ノードの発信周期Ｔ^*に基づいて、後述する発信制御機構１７では通信パケット送信のタイミングを制御する。上記の発信周期調整機構１５には、確率変数などは含まれておらず、一旦安定した時間分割通信がネットワーク内で得られた後は、確率などの不安定化要素がないために安定した通信を維持することができる。一方で、最適でない局所的な状態に陥った場合に抜け出しにくい問題があるが、局所状態の通信の時分割調停が適切でなく、通信エラーが頻発する際には、発信制御機構１７において通信エラーの頻度に応じて発信周期を一時的に増加させることで強制的にタイミングをずらして局所状態から抜け出せるよう対処している。

次に、通信パケット生成部１６について説明する。通信パケット生成部１６では、発信周期調整機構１５から得られる自ノードにおける近傍ノード情報２２、受信タイミング情報、最大の分割ノード数情報、ノード間通信データをまとめて図９に示した構造の通信パケットを生成する（ステップＳ１５）。通信パケット生成部１６は、通信パケットの生成時に、２ホップ以内の近傍ノードの存在を検証しており、ノードが近傍から移動していなくなるなど一つでも存在が変化した状況を検知した場合、最大分割ノード数Ｒmaxや正則判定フラグ値Ｌなどの変数のリセットを行う。そうすることで、ネットワーク・トポロジーが変化した際にネットワークの再構築プロセスが開始し、再び安定した状態へと収束していく。

なお、図９に示した通信パケット構造の例には含まれていないが、１近傍ノードに対してそれらの通信スロットを発信周期内において専有することを示した識別子を付加して転送することで、発信周期内において特定のノードが複数回発信することが可能となる。

通信パケット生成部１６では、通信制御に利用するノード情報以外に、ノード間の通信データの転送も処理している。自ノード宛のデータでない場合は、データに自ノードＩＤを経由ノードとして追加して転送処理を行う。同じデータを再度受信した際は、転送処理を停止する仕組みになっており、ブロードキャストや対象ＩＤへのデータ送信など様々に対応できる。また、通信データには経由したノードのＩＤが記録されているので、通信経路をたどることも可能である。

次に発信制御機構１７について説明する。発信制御機構１７では、発信周期算出機構１４で算出された発信周期に対して発信周期調整機構１５で微調整された発信周期Ｔ^*と、内部カウンタのカウンタ値とを比較して、発信のタイミングになったら以下の処理を行う。

すなわち、発信制御機構１７は、まず内部カウンタのカウンタ値counterが、調整後の発信周期Ｔ^*より大きい値であると判断したときに（ステップＳ１６のＹｅｓ）、内部カウンタをリセットし、通信のエラー頻度がある閾値を超えた際には、発信周期Ｔを以下の式で増加させていく（ステップＳ１７）。
Ｔ^**＝Ｔ^*＋Ｔ^*×ｂ （ｂは係数０〜１の範囲内の係数）
ただし、増加後の発信周期Ｔ^**は最大値Ｔmax以下である。

エラー頻度が高い状態は、発信周期Ｔがまだネットワーク全体で同一に収束していない場合や、単独ノードで隣接ノードが存在しない場合が考えられる。前者の場合は一時的に発信周期Ｔを増加させることで、隣接ノードからの通信が通り易くなる効果がある。後者の場合は、通信相手がいないので発信周期Ｔを増大させることで発信の間隔が疎になり送信に要するエネルギ消費を抑える働きがある。受信があれば、すぐに復帰される。

続いて、発信制御機構１７は、現在の受信状況を確認し、パケットの受信中でなければ（ステップＳ１８のＮｏ）、通信パケット生成部１６で作成された通信パケットを送信通信パケット２４として相互通信手段１１内の送信部１２を通して送信させる（ステップＳ１９）。

相互通信手段１１では、送信部１２により送信通信パケット２４を発信周期調整機構１５による調整後の発信周期で送信し、送信していない期間で受信部１３により通信パケットを受信して受信通信パケット２１を発信周期算出機構１４へ出力する。無線通信では、送信と受信は同時には行えないため、通常は受信強度（RSSI）を見て発信を行うかどうか判断する。相互通信手段１１は受信強度に応じて受信感度を調整する機能、及び送信強度を調整する機能の一方又は両方を有していてもよい。

例えば、図１０（ａ）に示すようにノードＡ、Ｂが受信可能範囲３１内に在圏し、ノードＢ〜Ｄが受信可能範囲３４に在圏しているが、受信可能範囲３２の一部がノードＤにあり、受信可能範囲３４の一部がノードＢにある場合、ノードＢ、ノードＤ間の通信が不安定である。この場合、ノードＢ、ノードＤの各相互通信手段１１は、ノード間通信において、受信強度が弱くデータ受信が行えないと判断し、図１０（ｂ）に模式的に示すように、ノードＢの相互通信手段１１は受信可能範囲が３２’になるように受信感度を調整して自ノードから離れているノードＤの影響を除き、またノードＤの相互通信手段１１は受信可能範囲が３４’になるように受信感度を調整して自ノードから離れているノードＢの影響を除くことが可能である。

また、ネットワーク全体においてノード間の時分割調整が収束し通信が安定した状態で、相互通信手段１１がノード間通信に受信強度情報を含めることでノード間の通信接続が切れない範囲で個々のノード送信強度の調整を行うことができる。ただし、この場合は通信パケット生成部１６が、他ノードからの受信強度情報も含む通信パケットを生成する。例えば、図１１（ａ）に示すように各々送信可能範囲４１〜４４を有するノードＡ〜Ｄ間の時分割調停が収束して通信が安定した状態で、ノードＡ、Ｃの各相互通信手段１１が受信した通信パケットから取得したノード間通信の受信強度をもとに、ノード間の結合が失われない程度に送信可能範囲を図１１（ｂ）に４１’、４３’に示すように狭く調整することができる。この場合は、ネットワーク維持に必要な送信強度を効率化でき、また周囲への通信干渉を抑えることができる。ネットワークの時分割調整が収束したかどうかについては、最大分割ノード数Ｒmaxが一定の値で変化しないことで判断することができる。

電波の場合は、マルチパスなどの影響で電波強度からノード間の距離推定を行うのは困難であるが、赤外線や可視光通信など光通信の場合は指向性が高いため、受信強度から距離を比較的精度良く推定できる。それを利用することで、ネットワーク内の時間分割調停が収束した段階では干渉しあうノードは存在しない状態なので、ノード間の距離情報を利用してネットワーク全体におけるノード間の物理的な位置関係を構築することも可能である。

図１２は、本発明の通信制御装置により、ノード数に応じて個々の発信周期がパケット間隔の整数倍に伸びて安定して通信が行えている様子を示している。図１２のグラフでは縦軸が通信パルス列の強度、横軸が時間を表している。図１２の例は、２個のノード１とノード２とが２パケット間隔で通信している期間５１に、３個目のノード３が参加した場合の時間調停の様子で、２パケット間隔の通信からしばらくの遷移期間５２の後、発信間隔が３パケット間隔になり５３で示すように安定して時分割通信が実現されていることを示している。

図１３は、６０個のノードからなるメッシュ状のネットワークの一例を示す。図１４は、図１３のようなネットワークを構成する６０個のノードが各々本発明の通信制御装置を搭載していることにより、最大の分割ノード数を共有しながら最終的に１０パケット間隔の発信周期に収束していく様子を示している。縦軸が個々のノードにおける最大の分割ノード数のネットワーク全体における合計値を示しており、横軸が時間である。ネットワークの構成当初は、ノード間のリンクが十分に張れていないため、分割ノード数合計値は低い値だが、時間が経過するにつれネットワーク全体における最大分割ノード数が同じ分割ノード数に収束していく。

図１４では、各ノードがそれぞれ分割ノード数「１０」に収束するため、グラフでは６００個（＝６０個×１０）の合計値に収束していることが分かる。従来の方法では、６０個のノードが時分割通信を行うには決められた通信リソースを６０分割する必要があった。これに対し、本発明では、ノード数、ネットワークの形態（トポロジー）に応じて、また空間的な周波数利用効率が高くなるように準最適な分割ノード数が自律分散的に創出されるため、図１３に示す６０個のネットワーク構成においては、図１４に示すように１０分割のみでネットワークが成立していることが分かる。一旦収束した後は安定的なネットワークが維持され、各ノードは１０パケット間隔の発信周期でスループットを落とさず相互通信が行える。

このように、本実施の形態の通信制御装置１０によれば、集中的な管理サーバによる通信タイミングの指示を必要とせず、ネットワークを構成するノード数及びネットワークの形態（トポロジー）に応じて準最適な発信周期と通信タイミングがノード間の相互作用により自律分散的に調整されるため、ノード間通信の衝突を避けネットワークの利用効率を向上させることができる。

また、本実施の形態の通信制御装置１０によれば、ノードの故障や移動に伴うネットワーク・トポロジーの変化に対しても、ネットワークの再構成がノード間で自律分散的に実現されるため、故障やスケールの変化にも強い頑健なネットワークを構築・維持することができ、スループットの大幅な向上も可能である。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、図１のブロック図の通信制御装置１０における各ブロック１１〜１７の機能をコンピュータにより実行させる通信制御プログラムも包含する。また、ネットワークを構成する本発明が適用される通信端末（ノード）は、赤外線、無線、光等により通信を行う通信端末に限らず、有線端末も適用することができる。

本発明の通信制御装置は、Ｐ２Ｐ通信による自律分散的な時間分割アルゴリズムを備えて、ノードの数、ネットワーク形態によらず自律的にネットワークを構成、修復可能であり、例えばＮ：Ｎ通信を可能とする赤外線通信装置として利用できる。

１０ 通信制御装置
１１ 相互通信手段
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 発信周期算出機構
１５ 発信周期調整機構
１６ 通信パケット生成部
１７ 発信制御機構
２１ 受信通信パケット
２２ 近傍ノード情報
２３ 発信周期情報
２４ 送信通信パケット

Claims (9)

1. ネットワークを構成する複数のノードのそれぞれに搭載される通信制御装置であって、
   隣接ノードとの間で通信パケットを送受信する相互通信手段と、
   前記相互通信手段により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、及び前記ネットワーク内で共有される最大の分割ノード数情報に基づき、自ノードの前記通信パケットの発信周期を算出する発信周期算出機構と、
   前記発信周期算出機構で算出した前記発信周期による自ノードの発信タイミングと他ノードからの受信タイミングとの差に応じて前記発信周期を調整する発信周期調整機構と、
   前記相互通信手段により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、受信タイミング情報、前記最大の分割ノード数情報及びノード間通信データをまとめて前記通信パケットを生成する通信パケット生成部と、
   前記発信周期調整機構で調整された調整後の前記発信周期に基づくタイミングで、前記通信パケット生成部で生成された前記通信パケットを発信する発信制御機構と
   を備えることを特徴とする通信制御装置。
2. 前記ネットワークを構成するすべての前記複数のノードは、それら複数のノードの前記最大の分割ノード数がすべて等しいか否かを示す接続情報を前記通信パケットの送受信により共有しており、前記発信周期算出機構は、前記接続情報が前記複数のノードのすべてで等しいことを示しているときは、自ノードの前記最大の分割ノード数に１を加算した値にパケット間隔を乗じた値を前記発信周期として算出し、前記接続情報が前記複数のノードのすべてまたは一部で等しくないことを示しているときは、自ノードの前記最大の分割ノード数に前記パケット間隔を乗じた値を前記発信周期として算出することを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
3. 前記発信周期調整機構は、前記相互通信手段により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードにおける近傍ノードからの受信タイミング情報に基づき、自ノードから２ホップ目にあたるノードの自ノードに対する受信タイミングを計算し、直接通信接続されている前記隣接ノードと同様に発信周期調整に利用することを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
4. 前記発信制御機構は、通信エラーの頻度に応じて前記調整後の発信周期を一時的に増加させることを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
5. 前記発信制御機構は、通信接続しているノードが存在しない場合に、前記調整後の発信周期を増加させて発信の回数を抑えることを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
6. 前記相互通信手段は、通信の受信強度情報を取得し、その受信強度情報に応じて受信感度を調整することを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
7. 前記通信パケット生成部は、他ノードからの受信強度情報も含めて前記通信パケットを生成することを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
8. 前記相互通信手段は、受信した前記通信パケットの前記受信強度情報に基づいて、ノード間通信接続が切断されない範囲で、通信パケット送信強度を調整することを特徴とする請求項７記載の通信制御装置。
9. ネットワークを構成する複数のノードのそれぞれに搭載されたコンピュータに通信制御を実行させる通信制御プログラムであって、
   前記コンピュータに、
   隣接ノードとの間で通信パケットを送受信する相互通信機能と、
   前記相互通信機能により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、及び前記ネットワーク内で共有される最大の分割ノード数情報に基づき、自ノードの前記通信パケットの発信周期を算出する発信周期算出機能と、
   前記発信周期算出機能で算出した前記発信周期による自ノードの発信タイミングと他ノードからの受信タイミングとの差に応じて前記発信周期を調整する発信周期調整機能と、
   前記相互通信機能により通信接続されている前記隣接ノードからの前記通信パケットから取得した、前記隣接ノードのノード情報、前記隣接ノードの近傍ノード情報、受信タイミング情報、前記最大の分割ノード数情報及びノード間通信データをまとめて前記通信パケットを生成する通信パケット生成機能と、
   前記発信周期調整機能で調整された調整後の前記発信周期に基づくタイミングで、前記通信パケット生成機能で生成された前記通信パケットを発信する発信制御機能と
   を実現させることを特徴とする通信制御プログラム。

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