JP4173132B2 - 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
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Description
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
以下、本発明による通信制御装置、通信制御方法、ノード及び通信システムの第1の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
図2は、各ノード10の構成を示す機能ブロック図である。図2において、ノード10は、インパルス信号受信手段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及びセンサ16を有する。なお、通信制御装置としては、インパルス信号受信手段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及び同調判定手段14が構成要素となっている。
続いて、上述した通信タイミング計算手段12の詳細な構成について図面を参照して説明する。
(ア−1) 各ノードがデータの発信を行なうために最低限必要なタイムスロットの大きさWminに対応する位相幅をφcとする。位相幅φcは、Wminと固有振動数パラメータωiの積(φc=Wmin・ωi)として算出することができる。また、Wminは、用途等に応じて決まる定数パラメータである。
自ノード(ノードi)において、時刻tにデータ発信の衝突が生起しているか否かを表す関数として、関数xi(t)を(6)式に示すように定義する。
(S1)1周期単位に衝突が生起したか否かを観測する。但し、1周期内に衝突が複数回生起した場合においても、衝突の有無だけを問題にするものとし、カウントを1とする。
(9)式の定義式を用いて衝突率を算出する場合においても、(8)式の場合と同様に、衝突率が1を超える場合が発生し得る。衝突率が1を超える場合は、1として扱うものとする。また、上記の衝突率の定義では、一例として、1周期内における複数回の衝突を考慮しない形態(衝突の有無だけを問題にする形態)を示したが、これを考慮する形態を用いることも可能である。
以上、第1の実施形態によれば、複数のノードがインパルス信号を送受信することによって自律分散的にタイムスロット割り当ての相互調整を行なうデータ通信方法において、通信タイミング計算手段の構成に対して、仮想ノードモデル計算手段を新たに導入することにより、近傍ノード間において適切な位相関係を形成する動作が、現在の位相関係をリアルタイムに反映したスムーズな連続調整過程となり、それぞれのノードが獲得するタイムスロットの大きさをほぼ均等にすることが可能になる。その結果、ネットワークの利用効率の低下を抑制し、個々のノードが多くのトラフィックを発生する状況においても効率的な通信を行なうことが可能になる。
次に、本発明による通信制御装置、通信制御方法、ノード及び通信システムの第2の実施形態を、図面を参照しながら詳説する。
第1の実施形態では、インパルス信号の受信エラーが発生する状況について何ら考慮しない場合について説明した。一方、インパルス信号の発信に電波等(無線通信)を用いる場合、通常、ノード間の距離に応じた確率で受信エラーが発生する。そのため、電波等を用いてインパルス信号を通信するシステムに第1の実施形態を適用した場合、インパルス信号の受信エラーが発生すると、他ノードに対する仮想的な位相モデルが生成されない場合が起こりうる。そうすると、近傍ノード間において適切な位相関係を形成する機能が充分に発揮できず、その結果、第1の実施形態の効果が奏す必要な性能が大きく低下する場合がある。
第2の実施形態の仮想ノードモデル計算手段36は、第1の実施形態と同様に、他ノードjからの受信インパルス信号Spr11を受け取り、他ノードjに対する仮想的な位相モデルを生成して、擬似的に他ノードjの位相を算出するものである。しかし、第2の実施形態の仮想ノードモデル計算手段36が、第1の実施形態と異なる点は、他ノードjの位相を算出する方法が第1の実施形態と異なる。
以上、第2の実施形態によれば、複数のノードがインパルス信号を送受信することによって自律分散的にタイムスロット割り当ての相互調整を行なうデータ通信方法において、通信タイミング計算手段の構成に対して、仮想ノードモデル計算手段を新たに導入し、さらに、その内部動作において、仮想的な位相モデルの総数のゆらぎを低減する機能を有する処理を加えたことにより、インパルス信号の受信エラーが発生する状況においても、近傍ノード間において適切な位相関係を形成する動作がスムーズな連続調整過程となり、それぞれのノードが獲得するタイムスロットの大きさをほぼ均等にすることが可能になる。その結果、ネットワークの利用効率の低下を抑制し、個々のノードが多くのトラフィックを発生する状況においても効率的な通信を行なうことが可能になる。
次に、本発明による通信制御装置、通信制御方法、ノード及び通信システムの第3の実施形態について図面を参照して説明する。
第1及び第2の実施形態では、インパルス信号はノードの位相状態を表すタイミング信号であり、発信元のノードを識別するためのID情報(ノード識別番号)などのデータは付与されていないものとして説明した。
仮想ノードモデル計算手段61は、他ノードjに対する仮想的な位相モデルを生成して、擬似的に他ノードの位相を算出するものである。第3の実施形態の仮想ノードモデル計算手段61は、他ノードの仮想的な位相を算出する方法が第1及び第2の実施形態と異なる。
以上、第3の実施形態によれば、複数のノードがインパルス信号を送受信することによって自律分散的にタイムスロット割り当ての相互調整を行なうデータ通信方法において、通信タイミング計算手段の構成に対して、仮想ノードモデル計算手段を新たに導入し、さらに、ノード識別番号が付加されたインパルス信号を用いて、仮想的な位相モデル総数のゆらぎを低減する機能を有する処理を加えたことにより、さらに正確性の高い安定した相互作用計算が可能になる。その結果、インパルス信号の受信エラーが発生する状況において、近傍ノード間でほぼ均等なタイムスロットを獲得する動作も安定性が向上するに従って、ネットワークの利用効率の低下を抑制し、個々のノードが多くのトラフィックを発生する状況においても効率的な通信を行なうことが可能になる。
上記各実施形態の説明においても変形実施形態に言及したが、さらに以下に例示するような変形実施形態が考えられる。
Claims (9)
- 通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに搭載されるものであって、内部で変化される位相の状態に基づいて自ノードからのデータ発信のタイミングを決定する通信タイミング計算手段を備えた通信制御装置であって、
上記通信タイミング計算手段は、
近傍ノードのデータ発信のタイミングを表す位相を反映させた上記近傍ノードからの状態変数信号の受信に基づき、当該発信元ノードに対する仮想的な位相状態を算出する仮想ノード計算部と、
上記近傍ノードの上記状態変数信号と上記仮想ノード計算部が算出した上記仮想的な位相状態とに基づき、予め定められている時間発展規則に従って自ノードの位相の状態を変化させる位相算出部と
を備え、
上記仮想ノード計算部が、上記近傍ノードからの上記状態変数信号の受信の際に、自ノードの位相における上記近傍ノードの位相に対する相対性により、自ノード内部における上記近傍ノードに対する仮想的な位相モデルを生成し、その生成した仮想的な位相モデルを用いて上記近傍ノードに対する仮想的な位相を算出するものであり、
上記仮想ノード計算部が生成する上記仮想的な位相モデルは、上記近傍ノードに対する仮想的な位相の時間発展が固有角振動数パラメータで決定される一定のリズムで振動する現象を表す数理モデルである
ことを特徴とする通信制御装置。 - 上記仮想ノード計算部が、上記近傍ノードに対する仮想的な位相を算出する際、その仮想的な位相算出動作を1周期実行して、上記生成した仮想的な位相モデルを消滅させることを特徴とする請求項1に記載の通信制御装置。
- 上記仮想ノード計算部が、上記近傍ノードに対する仮想的な位相を算出する際、その仮想的な位相算出動作を数周期実行して、上記生成した仮想的な位相モデルを消滅させることを特徴とする請求項1に記載の通信制御装置。
- 上記仮想ノード計算部は、上記近傍ノードについて保持している仮想的な位相と上記状態変数信号に基づく上記近傍ノードの位相との位相差に基づいて、新たに上記近傍ノードの仮想的な位相モデルを生成するか若しくは上記近傍ノードの位相を修正するかを選択することを特徴とする請求項3に記載の通信制御装置。
- 上記近傍ノードから受信した上記状態変数信号が有するノード識別情報を検出するノード識別情報検出手段を備え、
上記仮想ノード計算部が、上記ノード識別情報検出部が検出したノード識別情報に上記近傍ノードの仮想的な位相モデルを対応付けて管理することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の通信制御装置。 - 上記通信タイミング計算手段が、
自ノードと近傍ノードとの位相差を観測し、その位相差に基づいて、自ノードからのデータ発信のタイミングと近傍ノードからのデータ発信のタイミングとの衝突率を算出する衝突率算出部と、
衝突率に応じたストレス値を時間的に蓄積し、蓄積されたストレス値に応じて、上記位相算出部が用いている時間発展規則にランダムな大きさの位相をシフト生起させるストレス応答関数値生成部と、
位相応答関数の特性を衝突率に応じて変化させる位相応答関数特性決定部と
を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の通信制御装置。 - 通信システムを構成する複数のノードのそれぞれに搭載される、内部で変化される位相の状態に基づいて自ノードからのデータ発信のタイミングを決定する通信タイミング計算工程を備えた通信制御方法であって、
上記通信タイミング計算工程は、
近傍ノードのデータ発信のタイミングを表す位相を反映させた上記近傍ノードからの状態変数信号の受信に基づき、当該発信元ノードに対する仮想的な位相状態を算出する仮想ノード計算サブ工程と、
上記近傍ノードの上記状態変数信号と上記仮想ノード計算部が算出した上記仮想的な位相状態とに基づき、予め定められている時間発展規則に従って自ノードの位相の状態を変化させる位相算出サブ工程と
を備え、
上記仮想ノード計算工程では、上記近傍ノードからの上記状態変数信号の受信の際に、自ノードの位相における上記近傍ノードの位相に対する相対性により、自ノード内部における上記近傍ノードに対する仮想的な位相モデルを生成し、その生成した仮想的な位相モデルを用いて上記近傍ノードに対する仮想的な位相を算出し、
上記仮想ノード計算工程で生成する上記仮想的な位相モデルは、上記近傍ノードに対する仮想的な位相の時間発展が固有角振動数パラメータで決定される一定のリズムで振動する現象を表す数理モデルである
ことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の通信制御装置を有することを特徴とするノード。
- 請求項8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。
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