JP2006245908A - 無線lanシステムおよび通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 同一の目的を持った特定の複数通信装置が一定期間無線チャネルを占有し、目的に見合った通信パフォーマンスを確保することのできる無線LANシステムを提供する。
【解決手段】 無線LANシステム1は、第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成されており、端末Aは、無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含む特定フレームを送信する、上記第1のグループに属する第1の通信装置であり、端末Bおよび端末Cは、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データ送受信を行う、上記第1のグループに属する第2の通信装置であり、端末Dおよび端末Eは、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データの送信を停止する、上記第2のグループに属する第3の通信装置である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、無線LANシステムに関し、特に、第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムにおいて、ある同一の目的を持った複数の通信装置が一定期間無線チャネルを占有して通信を行う方式に関する。
無線LANの標準規格であるIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11は1997年にIEEEによって標準化され、これまで有線LANを利用していた家庭やオフィスなどにおける無線LAN化だけでなく、ホテル、空港、駅、インターネットカフェなどにおいても無線LANを使用したインターネット接続サービスが始まった。また、2003年に登場した無線LAN規格IEEE802.11gでは最大通信速度が54Mbpsまで向上し、高速なインターネット接続が可能となった。このように無線LANを利用したインターネット接続を行う通信装置の数は増加の一途を辿っており、出荷台数は今後ますます増加するものと予想されている。IEEE802.11規格における自律分散型の無線アクセス制御を行うMAC(Medium Access Control、媒体アクセス制御)レイヤのプロトコルでは、基地局などの制御局が各通信装置の無線アクセスのタイミングを制御せずに、各通信装置が独自に無線アクセスのタイミングを決定する。このような自律分散型MACプロトコルは、インフラストラクチャシステム、アドホックシステムで使用されている。
現在、IEEE802.11無線LANにおけるMACプロトコルとして、通信を開始しようとする通信装置がパケットを送信する前に、周囲の通信装置が電波を出していないかどうかの判定、すなわち送信する搬送波(キャリア)の検出(キャリアセンス)を行い、搬送波が検出されなければ自身のパケットを送信するCSMA(Carrier Sense Multiple Access)方式や、このCSMA方式に、さらにパケットの衝突回避機能を追加したCSMA/CA(CSMA with Collision Avoidance)方式が普及している。
上記CSMA/CA方式などの自律分散型MACプロトコルは、例えば障害物などにより互いが見えない(無線信号が到達しない)通信装置が存在する場合にキャリアセンスが不可能となる。このためチャネルの使用状態を知ることができない「隠れ端末問題」が存在し、スループット特性を悪化させる原因となる。このような隠れ端末問題を解決する対策として、送受信通信装置間でRTS(Request to Send)フレームとCTS(Clear to Send)フレームを事前に交換し、無線チャネルの予約と予約状況の周知を行う方法がIEEE802.11規格で定められている。
このように、CSMA/CA方式は、自律分散的に衝突を回避することによりパケット送信を行い、複数の通信装置が無線チャネルを共有して通信を行うことができる。その他、無線通信システムのアクセス制御についての従来技術として、例えば以下のような技術が開示されている。
特許文献1には、通信可能な状態にあるが実際には通信が行われない空白期間に、基地局がダミー信号を発生させることによって、同一周波数帯を使用する(無線チャネルを占有する)他の無線通信システムによる干渉を防止することのできる無線通信システムが開示されている。
特許文献2には、データ送信の割り当てが可能であるが実際には割り当てが行われない時間にデータ送信を割り当て、さらに空白期間があればそこにダミー信号を割り当てることによって、同一周波数帯を使用する他の無線通信システムによる干渉を防止することのできる無線通信装置が開示されている。
特許文献3には、データ割り当て可能な空白期間があれば、ダミー信号を割り当て、ダミー信号の送信電力レベルを他の無線局の存在等の情報に基づいて割り当てることによって、同一周波数帯を使用する他の無線通信システムによる干渉を防止することのできる基地局、移動局および無線通信システムが開示されている。
特開2003−158764号公報 特開2004−96558号公報 特開2004−336387号公報
上記のように、CSMA/CA方式は、IEEE802.11無線LANシステムにおいて、同一無線チャネルにおける通信の衝突を避けることができ、同一BSS(Basic Service Set)内で互いの通信を混乱させないようにする上で非常に重要である。しかし、同一BSSではない他の通信装置が存在した場合には通信パフォーマンスを劣化させる原因となる。
このような通信パフォーマンスを劣化させる例について、図7を用いて説明する。同図は、同一エリア内に複数BSSが存在する場合の無線LANシステムの全体構成図である。同図において、無線LANエリア7に、BSS71とBSS72が存在する。BSS71はある同一の目的を持った特定の複数通信装置(以下、第1のグループに属する通信装置と記載する)によって構成されているものとする。また、上記第1のグループに属さないその他の通信装置を以下、第2のグループに属する通信装置と記載する。BSS72の端末DおよびE(第2のグループに属する通信装置)が、ある無線チャネルを使用して通信を行っている場合、BSS71の端末A、BおよびC(第1のグループに属する通信装置)はその無線チャネルを使用することができず、他に使用可能な無線チャネルを探索して通信を行わなければならない。このように、同一エリア内に複数BSSが存在すると、使用できる無線チャネルが限定され、その結果、BSS71における通信パフォーマンスの劣化につながる。
また、特許文献1〜3の技術によって、同一無線チャネルを使用する他の無線通信システムによる干渉を防止し、かつ無線通信システム全体の利用時間領域の利用効率を上げることが可能である。しかしながら、他の無線通信システムに属し、同一無線チャネルを使用する通信装置の存在を検知するために基地局がキャリアセンスしなければならず、存在が検知された場合には送受信時間領域の割り当て、他の無線通信システムがエリア内に存在するか否かの判定、通信フレームの空白期間に対するダミー信号割り当て等、複雑な機能を実装する必要がある。また、例えばある通信装置同士がデータの送受信のために一定期間無線チャネルを占有することは可能であるが、第1のグループに属する通信装置が一定期間無線チャネルを占有し、ある情報を第1のグループに属する通信装置のみに集中して配信するといった目的には対応できないという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、容易に一定期間第1のグループに属する通信装置が無線チャネルを占有して、目的に見合った通信パフォーマンスを確保することのできる無線LANシステムの提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第1の実施形態における無線LANシステムは、第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムであって、無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含む特定フレームを送信する、第1のグループに属する第1の通信装置と、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データ送受信を行う、上記第1のグループに属する第2の通信装置と、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データの送信を停止する、第2のグループに属する第3の通信装置を備える。これにより、第1のグループに属する通信装置が一定期間無線チャネルを占有し、ある情報をその通信装置のみに集中して配信したい場合に、その他の通信装置に割り込まれることなく行うことが可能となる。
また本発明の第2の実施形態における無線LANシステムは、第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムであって、無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含む特定フレームを送信する、前記第1のグループに属する第1の通信装置と、上記特定フレームを受信すると、前記予定期間データ送受信を行う処理、または、データの送信を停止する処理のいずれか一方の処理を選択させるための選択機能を備える、上記第1のグループに属する第2の通信装置と、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データの送信を停止する、上記第2のグループに属する第3の通信装置を備える。
好ましくは、上記第2の通信装置は、受信する選択フレームに基づいて選択機能を動作させるようにする。これにより、基地局からのブロードキャスト放送を主たる目的とし、通信装置から基地局へのアクセスを制限するような場合に対応することができる。また、このような構成により処理選択設定を通信装置毎に行う手間を省く効果も期待できる。
また、上記第1および第2の実施形態において、好ましくは、上記特定フレームがCTS(Clear to Send)フレームであり、上記CTSフレームのデュレーションフィールドに最大値を設定するようにし、上記CTSフレームの受信機アドレスフィールドに、上記CTSフレームが特定フレームであることを上記第2または第3の通信装置が認識可能な特定情報を設定するようにする。IEEE802.11規格に基づくフレームを使用するため他の無線LANシステムまたは通信装置との混在が可能である。また、特定情報を設定することにより、選択フレームを使用せずに上記第2の通信装置が上記特定情報の値に基づいて上記処理の選択を行うことも可能となる。
さらに好ましくは、上記第1のグループに属する上記第1または第2の通信装置が、上記予定期間の終了前に上記特定フレームを送信するようにする。これにより、空白の予定期間がなくなるため、上記第1のグループに属する通信装置が、最初に設定された最大予定期間を超えて無線チャネルを占有することが可能となる。
本発明の無線LANシステムによれば、第1のグループに属する通信装置が一定期間無線チャネルを占有し、ある情報をその通信装置のみに集中して配信したい場合に、その他の通信装置に割り込まれることなく行うことができ、高い通信パフォーマンスを確保することが可能である。本発明の無線LANシステムは、オフィスのような特定の空間で、第1のグループに属さない通信装置に無線チャネルを占有されることや、公共の空間(誰もがその空間に立ち入ることができる空間、例えばショールームやローカルエリアの情報サービスを提供するような空間)で、第1のグループに属さない通信装置に無線チャネルを占有されることを防止する目的での使用に大変有用である。
以下、本発明の実施形態に係る無線LANシステムについて、図面を参照しつつ説明する。
なお、本明細書において、無線LANシステムを制御する制御信号を発信する基地局、および、通信を行う端末を合わせて通信装置と記載する。
図1は、本発明の無線LANシステムの全体構成図である。同図において、無線LANシステム1は、同一無線チャネルを使用する複数の通信装置によって構成されており、端末Aは、無線チャネル3を使用して無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含む特定フレームとしてのCTSフレームを送信する、第1のグループ11に属する第1の通信装置である。第1の通信装置は、例えばビーコンを送信する端末等である。端末Bおよび端末Cは、上記CTSフレームを受信すると、上記予定期間データ送受信を行う、上記第1のグループ11に属する第2の通信装置である。端末Dおよび端末Eは、上記CTSフレームを受信すると、上記予定期間データの送信を停止する、第2のグループ12に属する第3の通信装置である。なお、CTSフレームを送信する上記第1の通信装置は、上記第1のグループに属する端末の中から任意に選択することが可能であり、第1のグループに属する通信装置間でCTSフレームを順次送信するようにしてもよい。したがって、端末Bまたは端末Cも第1の通信装置となることが可能であり、この場合、端末Aは、第2の通信装置としての動作を行う。
図2は、第1の実施形態における通信手順の例を示す図である。同図において、第1の通信装置である端末AがIEEE802.11規格で定められた無線チャネルを占有する予定期間の最大値aと、上記CTSフレームが特定フレームであることを上記第1のグループ11の端末が認識可能な特定情報とのいずれか一方または双方を含むCTSフレーム信号を送信する。端末B、端末C、端末Dおよび端末Eは、端末Aが送信したCTSフレームを受信する。上記CTSフレームにおいて、上記予定期間はCTSフレーム中のデュレーションフィールドに含まれる。デュレーションフィールドは2オクテットであるため、最大値は32767(μs)である。上記特定情報はCTSフレーム中の受信機アドレスフィールドに含むことができ、例えばBSSID等が設定される。上記CTSフレーム信号を受信した端末のうち、上記第1のグループ11に属する端末Bおよび端末Cは、上記CTSフレームを無視する。一方、第2のグループ12に属する端末Dおよび端末Eは、従来のとおり上記期間をパケット送信禁止期間として設定し、禁止期間が経過するまで送信待機状態となる。言い換えれば、上記期間の間は第1のグループ11に属する端末が無線チャネルを占有して通信を行うことが可能となる。
さらに、第1のグループ11に属する端末が上記期間を超えて無線チャネルを占有して通信を行う必要がある場合は、上記期間の終了前、すなわち任意の端末からCTSフレームが送信されてから32767μs以内(時間b経過後)に、上記第1のグループ11に属する端末のうち、いずれかの端末が上記CTSフレームを送信することもできる。予定期間の最大値aとCTSフレームの送信間隔bの重複期間cを作ることによって予定期間に空白がなくなるため、第2のグループ12に属する端末は常に無線チャネルが使用中であると認識する。これにより、最初に設定された最大予定期間を超える場合であっても、第1のグループ11に属する端末が無線チャネルを占有することが可能となる。
また、IEEE802.11規格では、フレームの衝突を防止するための方法として、IFS(Inter Frame Space)制御方式やバックオフ制御方式が定められており、上記CTSフレームと上記第1のグループ11の端末によって送受信されるデータフレームの衝突防止のために、上記制御方式を用いることができる。バックオフ制御方式では、バックオフ時間(ランダム時間)は規定のCW(Contention Window、乱数発生範囲)範囲内で乱数を発生させた値を元にして定められる。本実施形態においては、このCWをより規定の範囲よりも狭く(小さく)することにより、衝突を最小限にすることも可能である。また、IFS制御方式では、上記CTSフレームの送信間隔をSIFS(Short IFS)に設定し、他のデータフレームよりも優先度を高くすることも可能である。例えば上記第1の通信装置が上記CTSフレームを送信したいときに上記第2または第3の通信装置によってデータフレームの送受信が行われていた場合、その送受信完了後、上記第1の通信装置が、上記第2または第3の通信装置によるフレーム送信よりも優先して上記CTSフレームを送信することができる。これにより、確実に無線チャネルを占有することが可能になる。
なお、本実施形態および以下に記載する他の実施形態において、CTSフレームを使用したが、そのフレームに対して応答を返す必要がなく、そのフレームによって無線チャネルの予約が可能なフレームであれば同様に用いることができる。また、本実施形態および以下に記載する他の実施形態において、複数の端末によって無線LANが構成されるアドホックシステムを例にとって説明したが、1台以上の基地局と1台以上の端末によって構成されるインフラストラクチャシステムにおいても適用可能であることは勿論である。
図3は、第1の実施形態において第2の通信装置がCTSフレームを受信した場合の処理フローチャートである。まずステップS1でCTSフレームを受信した場合、ステップS2で上記CTSフレーム中に上記予定期間の最大値または上記特定情報の少なくとも一方が含まれるか否かを判定する。含まれる場合は、上記受信したCTSフレームを無視し、含まれない場合はステップS3に進み、従来のCTSフレームとみなしてパケットの送信禁止期間を設定する。
次に、本発明の第2の実施形態における無線LANシステムについて、再度図1を用いて説明する。同図において、無線LANシステム2は、同一無線チャネルを使用する複数の通信装置によって構成されており、端末Aは、無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含むCTSフレームを送信する、第1のグループ21に属する第1の通信装置である。端末Bおよび端末Cは、上記CTSフレームを受信すると、上記予定期間データ送受信を行う処理、または、データの送信を停止する処理のいずれか一方を選択させるための選択機能を備える、上記第1のグループ21に属する第2の通信装置である。端末Dおよび端末Eは、上記CTSフレームを受信すると、上記予定期間データの送信を停止する、第2のグループ22に属する第3の通信装置である。第1の実施形態と同様、CTSフレームを送信する上記第1の通信装置は、上記第1のグループ21に属する端末の中から任意に選択することが可能である。
図4は、本発明の第2の実施形態における無線LANシステムの処理モード選択イメージ図である。本実施形態における無線LANモジュール4は、上記第2の通信装置に組み込まれるものである。同図において、本実施形態における無線LANモジュール4は、排他的処理モード5と、従来の処理モード6とを備えており、スイッチを切り替えるようなイメージで簡単に切り替えられる。ここで、排他的処理モード5とは、上記第2の通信装置が上記CTSフレームを受信すると、上記予定期間データ送受信を行う処理モードを示し、従来の処理モード6とは、上記第2の通信装置が上記CTSフレームを受信すると、データの送信を停止する処理を行うモードを示す。上記第2の通信装置は、上記CTSフレームに上記CTSフレームが特定フレームであることを認識可能な特定情報が含まれている場合、上記特定情報の値に基づいて上記処理の選択を行うことが可能である。別のモードの切り替え方法については、以下に記載する。
図5は、第2の実施形態における第1のグループに属する端末における処理モード選択処理フローチャートである。同図は、第1のグループ21に属する端末からブロードキャストフレームを使用して選択フレームとしてのモード選択フレームが送信された場合の選択処理を示している。まず、ステップS4でモード選択フレームを受信した場合、ステップS5でモード選択設定を行う。IEEE802.11規格で定められているデータフレームなどの特定のフィールドに第1のグループ21に属する端末間であらかじめ取り決められた値(モード選択情報、例えば“0”または“1”等)を格納したフレームを、モード選択フレームとして使用することが可能である。排他的処理モード5と従来の処理モード6との切り替え時間の間隔は、例えば3:1に設定するなど、目的によって任意に取り決めを行うことができる。
このように、第1のグループ21に属する任意の端末がブロードキャストフレームを使用してモード選択要求を行うことが可能であるが、各端末を使用する各使用者が、必要に応じて手動でモード選択設定を行うことも当然可能である。
図6は、第2の実施形態において第2の通信装置がCTSフレームを受信した場合の処理フローチャートである。まず、ステップS1でCTSフレームを受信した場合、ステップS6で現在の処理モードが図4に示した排他的処理モード5であるか否かを判定する。排他的処理モード5である場合はステップS2に進み、上記図3のステップS1のCTSフレームを受信した場合と同様の処理が行われる。排他的処理モード5でない場合はステップS3に進み、従来のCTSフレームとみなしてパケットの送信禁止期間を設定する。
なお、第1の実施形態と同様、第1のグループ21に属する端末が上記期間を超えて無線チャネルを占有して通信を行う必要がある場合は、上記期間の終了前に、上記第1のグループ21に属する端末のうち、いずれかの端末が上記CTSフレームを送信することができる。
以上のように、第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムにおいて、無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含む特定フレームを送信する、上記第1のグループに属する第1の通信装置と、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データ送受信を行う、上記第1のグループに属する第2の通信装置と、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データの送信を停止する、上記第2のグループに属する第3の通信装置を備えることにより、第1のグループに属する通信装置が一定期間無線チャネルを占有し、第1のグループに属する通信装置のみに集中してデータの配信を行うこと等が可能となる。また、上記第2の通信装置が、上記特定フレームを受信すると、上記予定期間データ送受信を行う処理、または、データの送信を停止する処理のいずれか一方を選択させるための選択機能を備え、受信する選択フレームに基づいて選択機能を動作させるようにすることで、基地局からのブロードキャスト放送を主たる目的とし、通信装置から基地局へのアクセスを制限する、すなわち、情報配信(ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)の下りのようなもの)のための無線チャネルの占有率を高くし、サーバへのアクセス(ADSLの上りのようなもの)のための占有率を低くするような場合にも対応することができる。具体的には、第1のグループに属する全ての第2の通信装置にデータの送信を停止する処理を選択させることで基地局のみがデータを送信できるようになり、情報配信のための無線チャネルの占有率を高くすることができる。また、このような構成により処理選択設定を通信装置毎に行う手間を省く効果も期待できる。
本発明の無線LANシステムの全体構成図である。 第1の実施形態における通信手順の例を示す図である。 第1の実施形態において第2の通信装置がCTSフレームを受信した場合の処理フローチャートである。 第2の実施形態における無線LANシステムの処理モード選択イメージ図である。 第2の実施形態における第1のグループに属する通信装置における処理モード選択処理フローチャートである。 第2の実施形態において第2の通信装置がCTSフレームを受信した場合の処理フローチャートである。 同一エリア内に複数BSSが存在する場合の無線LANシステムの全体構成図である。
符号の説明
1、2 無線LANシステム
11、21 第1のグループ
12、22 第2のグループ
3 無線チャネル
4 第2の実施形態における無線LANモジュール
5 排他的処理モード
6 従来の処理モード
7 無線LANエリア
71、72 BSS
a 無線チャネルを占有する予定期間の最大値
b CTSフレームの送信間隔
c aとbの重複期間

Claims (8)

  1. 第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムであって、
    無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含む特定フレームを送信する、前記第1のグループに属する第1の通信装置と、
    前記特定フレームを受信すると、前記予定期間データ送受信を行う、前記第1のグループに属する第2の通信装置と、
    前記特定フレームを受信すると、前記予定期間データの送信を停止する、前記第2のグループに属する第3の通信装置、
    を備えることを特徴とする無線LANシステム。
  2. 第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムであって、
    無線チャネルを占有する予定期間を示す情報を含む特定フレームを送信する、前記第1のグループに属する第1の通信装置と、
    前記特定フレームを受信すると、前記予定期間データ送受信を行う処理、または、データの送信を停止する処理のいずれか一方の処理を選択させるための選択機能を備える、前記第1のグループに属する第2の通信装置と、
    前記特定フレームを受信すると、前記予定期間データの送信を停止する、前記第2のグループに属する第3の通信装置、
    を備えることを特徴とする無線LANシステム。
  3. 請求項1または2に記載の無線LANシステムであって、
    前記特定フレームがCTSフレームであり、
    前記CTSフレームのデュレーションフィールドに、最大値が設定されていることを特徴とする無線LANシステム。
  4. 請求項1または2に記載の無線LANシステムであって、
    前記特定フレームがCTSフレームであり、
    前記CTSフレームの受信機アドレスフィールドに、前記CTSフレームが特定フレームであることを前記第2の通信装置が認識可能な特定情報が設定されていることを特徴とする無線LANシステム。
  5. 請求項2に記載の無線LANシステムであって、
    前記第2の通信装置は、受信する選択フレームに基づいて選択機能を動作させることを特徴とする無線LANシステム。
  6. 請求項1または2に記載の無線LANシステムであって、
    前記第1の通信装置が、前記予定期間の終了前に前記特定フレームを送信することを特徴とする無線LANシステム。
  7. 第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムにおいて、前記第1のグループに属する通信装置であって、
    無線チャネルを占有する予定期間、前記第1のグループに属する通信装置にデータ送受信の許可を与えると共に、前記予定期間、第2のグループに属する通信装置にデータ送受信の許可を与えないための、前記予定期間を示す情報を含む特定フレームを送信することを特徴とする通信装置。
  8. 第1のグループに属する複数の通信装置および第2のグループに属する複数の通信装置によって構成される無線LANシステムにおいて、前記第1のグループに属する通信装置であって、
    無線チャネルを占有する予定期間、前記第1のグループに属する通信装置にデータ送受信の許可を与えると共に、前記予定期間、第2のグループに属する通信装置にデータ送受信の許可を与えないための、前記予定期間を示す情報を含む特定フレームを受信すると、前記予定期間データ送受信を行うことを特徴とする通信装置。

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