JP2017028438A - 無線通信方法および無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のBSSに対して共通のグループの情報を用いたグルーピングにより、隣接するBSS全体でCSMA/CAによる送信制御を行う。【解決手段】基地局と複数の端末が通信するBSSが複数隣接して存在し、各BSSが共通の周波数チャネルで通信するときに、各BSSの基地局は、それぞれ帰属する複数の端末をグループ化する際に、CTSフレームのRAフィールドの特定ビットをグループごとに共通に設定して通知するとともに、送信権を与えるグループに対応する特定ビットに所定の値をセットしたCTSフレームを送信し、各BSSの端末は、それぞれ通知されたCTSフレームのRAフィールドの特定ビットの値を判別し、所定の値でないときにCTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、所定の値であるときに当該グループを構成する各BSSの端末がCSMA/CA方式により送信を行う。【選択図】 図2
Description
本発明は、ターゲットエリア内で常時もしくは一時的に送信禁止期間(NAV)を設定することで、そのエリア内の端末が例えば無線規格に応じたグループ別に優先的に無線通信を行う無線通信方法および無線通信システムに関する。
IEEE802.11では、IEEE802.11b/11g/11n/11acのように、より高速な無線LAN規格が規定されている。これらの無線LAN規格における基本アクセス手順である自律分散制御(DCF:Distributed Coordination Function )は、全ての無線LAN規格の端末に対し平等な通信機会を与える方式であるCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を採用している。CSMA/CAでは、各端末は無線チャネルの使用状況をキャリアセンスによって確認し、無線チャネルがアイドルのときに送信し、ビジーのときに送信を見合わせることによって衝突を回避する(非特許文献1)。
また、無線チャネルがアイドルでフレーム送信を開始する前に、端末は固定長の時間IFS(Inter Frame Space )とランダム長のバックオフ時間からなる待機時間の間、送信を待機することで、端末同士の送信タイミングをずらし、フレーム衝突の確率を低減している。このとき、バックオフ時間は規格ごとに決められたスロットの時間単位の倍数で決定される。したがって、高速な端末と低速な端末が共存する環境では、CSMA/CAに基づいた待機時間の後、送信が可能となるため、高速な端末は低速な端末の影響を受けスループットが劣化するという課題がある。
無線LANは、無線局の設置に認可が不要なアンライセンスバンドを用いた無線システムであるため、利用者が無線LANの基地局を任意に設置可能である。そのため現在、複数の無線局や端末が散在する無線の稠密環境が生じている。このような無線稠密環境下におけるCSMA/CAによる制御では、複数の端末が同一のバックオフ値を選択する確率が高まるため、衝突の多発とオーバヘッド時間の増加によるスループット低下が課題となる。
また、既存のIEEE802.11規格では、例えばRTS(Request to Send )/CTS(Clear to Send )フレームを用いることにより、送信局以外の無線局にNAV(送信禁止期間)を設定し、送信局が独占的に送信する形態もある。しかし、無線数が増加すると、既存のIEEE802.11規格ではシステム全体としてのスループット低下が避けられない。
そこで、特許文献1では、既存のIEEE802.11規格を大幅に変更することなく、端末をグループ化してグループごとに送信権を与えるとともに、その他の端末にNAVを設定し、送信権が与えられたグループに属する端末がCSMA/CAによる競合制御を行い、システム全体としてスループットを改善する制御方法を提案している。
図4は、従来の制御例1を示す(特許文献1)。
図4において、APは基地局、STAは端末であり、AP1とSTA11〜STA14が1つのBSS1を構成している。STA11〜STA12がグループ#1を構成し、SAT13〜STA14がグループ#2を構成するものとする。ここで、グルーピングの基準は、例えば無線LAN規格、伝送速度、アクセスカテゴリ、ベンダー、認証IDの1つまたは複数の組合せに応じて設定されるものとする。
図4において、APは基地局、STAは端末であり、AP1とSTA11〜STA14が1つのBSS1を構成している。STA11〜STA12がグループ#1を構成し、SAT13〜STA14がグループ#2を構成するものとする。ここで、グルーピングの基準は、例えば無線LAN規格、伝送速度、アクセスカテゴリ、ベンダー、認証IDの1つまたは複数の組合せに応じて設定されるものとする。
まず、AP1は、各STAとのアソシエーション時に、所属するグループ#iの情報を通知する。次に、APは、RA(Receiver Address)フィールドにAPアドレスを設定した自局宛のCTS-to-selfフレームに代えて、RAフィールド(6octets)に各STAが識別可能なグループ#iの情報を設定したCTS-to-group #iフレームを送信する。
このCTS-to-group #iフレームを受信したグループ#iに属するSTAは、自局宛てのCTSとして認識し、通常のCTSフレームと同様にNAVを設定しない。一方、グループ#i以外に属するSTAは、CTS-to-group #iフレームを自局宛てのCTSでないと認識し、通常のCTSフレームと同様にDurationフィールドに設定されたNAV期間だけ送信を待機する。
通常のCTSフレームであれば、RAフィールドに設定された1つのSTAまたはAPに独占的送信権が与えられるが、ここでは、CTS-to-group #iフレームを受信したグループ#iに属するすべてのSTAに送信権が与えられ、そのSTA間でCSMA/CAによる送信制御が行われる。
図4に示す例は、まずAP1からCTS-to-group #1フレームが送信され、グループ#2に属するSTA13,STA14に所定期間TだけNAVが設定され、グループ#1に属するSTA11,STA12がCSMA/CAにより送信権を獲得した順番に送信する例を示す。ここでは、STA11,STA12,STA11の順番に送信するが、所定期間Tにおける送信順番および各STAの送信回数は任意である。
次に、AP1からCTS-to-group #2フレームが送信され、グループ#1に属するSTA11,STA12に所定期間TだけNAVが設定され、グループ#2に属するSTA13,STA14がCSMA/CAにより送信権を獲得した順番に送信する例を示す。ここでは、STA14,STA13,STA14の順番に送信するが、所定期間Tにおける送信順番および各STAの送信回数は任意である。
なお、各グループに属さないSTAが存在する場合は、APはCTS-to-group #iフレームを送信しない期間を設ける。すなわち、CTSによりDurationを指定しない期間は、通常のDCFと同様に動作するので、各グループに属さないSTAでも送信が可能としている。
IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, March 2012
ところで、無線稠密環境では、複数のBSS(Basic Service Set )が近接し、双方の無線局が互いのキャリアセンス範囲内に含まれる場合がある。その場合に、無線局のグルーピングによる送信制御は、図5に示すようになる。
図5において、AP1とSTA11〜STA14がBSS1を構成し、AP2とSTA21〜STA24がBSS2を構成し、互いに近接している。BSS1のSTA11〜STA12がグループ#1を構成し、SAT13〜STA14がグループ#2を構成し、BSS2のSTA21〜STA22がグループ#3を構成し、SAT23〜STA24がグループ#4を構成するものとする。
まず、BSS1のAP1およびBSS2のAP2は、それぞれ配下のSTAとのアソシエーション時に、所属するグループ#i,#jの情報を通知する。このBSS1におけるグループ#iの情報と、BSS2におけるグループ#jの情報は、互いに独自に設定される。
次に、AP1は、RAフィールドに配下のSTA11〜14が識別可能なグループ#1の情報を設定したCTS-to-group #1フレームを送信する。グループ#1に属さないBSS1のSTA13,14と、BSS2のAP2およびSTA21〜24のすべてに所定期間TだけNAVが設定され、グループ#1に属するSTA11,STA12はCSMA/CAにより送信権を獲得した順番に送信する。
一方、AP2は、RAフィールドに配下のSTA21〜24が識別可能なグループ#3の情報を設定したCTS-to-group #3フレームを送信する。グループ#3に属さないBSS1のAP1およびSTA11〜14と, BSS2のSTA23,24とのすべてに所定期間TだけNAVが設定され、グループ#3に属するSTA21,STA22はCSMA/CAにより送信権を獲得した順番に送信する。
このように、各BSSが独自にグループの情報を設定した場合、自BSSの特定のグループに対して送信権を与えることができるが、当該グループ以外については他のBSSのグループを含めてNAVにより送信禁止となり、システム全体としてのスループット低下が避けられない。
本発明は、複数のBSSに対して共通のグループの情報を用いたグルーピングにより、隣接するBSS全体でCSMA/CAによる送信制御を行い、システム全体としてスループットを改善することができる無線通信方法および無線通信システムを提供することを目的とする。
第1の発明は、基地局と複数の端末が通信するBSSが複数隣接して存在し、各BSSが共通の周波数チャネルで通信するときに、基地局が送信するCTSフレームのRAフィールドで指定した端末に送信権を与え、その他の端末にCTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信方法において、各BSSの基地局は、それぞれ帰属する複数の端末をグループ化する際に、CTSフレームのRAフィールドの特定ビットをグループごとに共通に設定して通知するとともに、送信権を与えるグループに対応する特定ビットに所定の値をセットしたCTSフレームを送信し、各BSSの端末は、それぞれ通知されたCTSフレームのRAフィールドの特定ビットの値を判別し、所定の値でないときにCTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、所定の値であるときに当該グループを構成する各BSSの端末がCSMA/CA方式により送信を行う。
第1の発明の無線通信方法において、各グループの規格に応じた基準伝送速度または平均伝送速度と、各グループで想定されるSTA数に応じて、CTSフレームのDurationフィールドで指定する期間をグループごとに設定する。
第1の発明の無線通信方法において、一のBSSの基地局が送信したCTSフレームを受信した他のBSSの基地局が複製して送信する。
第2の発明は、基地局と複数の端末が通信するBSSが複数隣接して存在し、各BSSが共通の周波数チャネルで通信するときに、基地局が送信するCTSフレームのRAフィールドで指定した端末に送信権を与え、その他の端末にCTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信システムにおいて、各BSSの基地局は、それぞれ帰属する複数の端末をグループ化する際に、CTSフレームのRAフィールドの特定ビットをグループごとに共通に設定して通知するとともに、送信権を与えるグループに対応する特定ビットに所定の値をセットしたCTSフレームを送信する手段を備え、各BSSの端末は、それぞれ通知されたCTSフレームのRAフィールドの特定ビットの値を判別し、所定の値でないときにCTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、所定の値であるときに当該グループを構成する各BSSの端末がCSMA/CA方式により送信を行う手段を備える。
第2の発明の無線通信システムにおいて、各BSSの基地局は、各グループの規格に応じた基準伝送速度または平均伝送速度と、各グループで想定されるSTA数に応じて、CTSフレームのDurationフィールドで指定する期間をグループごとに設定する構成である。
第2の発明の無線通信システムにおいて、各BSSの基地局は、一のBSSの基地局が送信したCTSフレームを受信したときに複製して送信する手段を備える。
本発明は、複数のBSSに対して共通のグループの情報を用いたグルーピングにより、隣接するBSS全体で送信権を獲得するグループと送信禁止となるグループに分けることができ、送信権を獲得するグループがCSMA/CAによる送信制御を行うことにより、システム全体としてスループットを改善することができる。
図1は、本発明の無線通信システムの構成例である。
図1において、AP1とSTA11〜STA14がBSS1を構成し、AP2とSTA21〜STA24がBSS2を構成し、BSS1とBSS2が近接して互いのキャリアセンスの範囲内にあるものとする。BSS1とBSS2が同一周波数チャネルを使用するとき、BSS1およびBSS2を構成する各APおよびSTAは、それぞれCSMA/CAの送信制御を行う。すなわち、例えばBSS1のSAT11が送信しようとする場合にキャリアセンスを行うが、BSS1内だけでなく、BSS2のAP2およびSTA21〜24のキャリアも確認して送信制御を行うことになる。
図1において、AP1とSTA11〜STA14がBSS1を構成し、AP2とSTA21〜STA24がBSS2を構成し、BSS1とBSS2が近接して互いのキャリアセンスの範囲内にあるものとする。BSS1とBSS2が同一周波数チャネルを使用するとき、BSS1およびBSS2を構成する各APおよびSTAは、それぞれCSMA/CAの送信制御を行う。すなわち、例えばBSS1のSAT11が送信しようとする場合にキャリアセンスを行うが、BSS1内だけでなく、BSS2のAP2およびSTA21〜24のキャリアも確認して送信制御を行うことになる。
なお、キャリアセンス閾値を調整することにより、自BSS内あるいは自BSS内の一部の範囲にキャリアセンスを限定することも可能である。以下に説明する本発明のグルーピング制御と組み合わせて、キャリアセンス閾値を調整する機能のオンオフ制御を行ってもよい。
図2は、本発明の無線通信システムの制御例を示す。ここでは、図1に示す無線通信システムの構成例に基づいて説明する。
図2において、BSS1のAP1およびBSS2のAP2は、それぞれ配下のSTAとのアソシエーション時に、あるいはAPが配下のSTAを管理するために用いるマネジメントフレームを用いて、所属するグループの情報を通知する。このとき、グループ#iの情報として、BSS1およびBSS2に共通に、CTS-to-group フレームのRAフィールド(6octets)の特定ビットB(i) を指定する。特定ビットB(i) は、1ビットあるいは複数ビットであってもよく、グループ#iに応じてそのビット位置が異なるものとする。これにより、BSS1とBSS2には、共通のグループ#iの情報が設定される。ここでは、グループ#1として、BSS1のSTA11〜STA12およびBSS2のSAT23〜STA24に対して特定ビットB(1) が通知され、グループ#2として、BSS1のSTA13〜STA14およびBSS2のSAT21〜STA22に対して特定ビットB(2) が通知される。
次に、AP1は、グループ#iを指定するCTS-to-group #iフレームを送信する。このCTS-to-group #iフレームは、RAフィールドの特定ビットB(1),B(2),…のうち、特定ビットB(i) を「1」とし、他の特定ビットを「0」としたものである。一方、BSS1のSTA11〜STA14およびBSS2のSAT21〜STA24は、CTS-to-group #iフレームのRAフィールドを確認し、それぞれ指定された特定ビットB(i) が「1」か「0」かを判定する。
図3は、CTS-to-group #iのフレーム構成およびRAフィールドの一例を示す。ここでは、特定ビットとして、ビット29,30,31がそれぞれグループ#1,#2,#3に割り当てられるものとする。
図3(1) は、グループ#1を指定する場合に、ビット29,30,31が「100」となる例を示す。
図3(2) は、グループ#2を指定する場合に、ビット29,30,31が「010」となる例を示す。
図3(3) は、グループ#3を指定する場合に、ビット29,30,31が「001」となる例を示す。
図3(2) は、グループ#2を指定する場合に、ビット29,30,31が「010」となる例を示す。
図3(3) は、グループ#3を指定する場合に、ビット29,30,31が「001」となる例を示す。
図3(4) は、グループ#1,#3を指定する場合に、ビット29,30,31が「101」となる例を示す。このように、複数のグループを指定することも可能である。
図3(5) は、グルーピング制御を行わない場合に、ビット29,30,31が「000」となる例を示す。この場合には、各BSSで通常のCSMA/CA制御が行われ、各グループに属さないSTAが存在する場合にも対応することができる。
図3(5) は、グルーピング制御を行わない場合に、ビット29,30,31が「000」となる例を示す。この場合には、各BSSで通常のCSMA/CA制御が行われ、各グループに属さないSTAが存在する場合にも対応することができる。
図2に示す例では、AP1がグループ#1を指定するCTS-to-group #1フレームとして、RAフィールドの特定ビットB(1) (=29)を「1」として送信したとき、BSS1およびBSS2の各STAのうち、BSS1のSTA11,STA12およびBSS2のSTA23,STA24が、ビット29が「1」であることを判定し、CSMA/CAにより送信権を獲得した順番に送信する。一方、BSS1のSTA13,STA14と、BSS2のSTA21,STA22は、CTS-to-group #1フレームのRAフィールドの特定ビットB(2) (=30)が「0」であることから、CTS-to-group #1フレームのDurationフィールドで指定された期間TだけNAVを設定する。
次に、AP2がグループ#2を指定するCTS-to-group #2フレームとして、RAフィールドの特定ビットB(2) (=30)を「1」として送信したとき、BSS1およびBSS2の各STAのうち、BSS1のSTA13,STA14およびBSS2のSTA21,STA22が、ビット30が「1」であることを判定し、CSMA/CAにより送信権を獲得した順番に送信する。一方、BSS1のSTA11,STA12と、BSS2のSTA23,STA24は、CTS-to-group #2フレームのRAフィールドの特定ビットB(1) (=29)が「0」であることから、CTS-to-group #2フレームのDurationフィールドで指定された期間TだけNAVを設定する。
以上の実施例では、STAからAPへの上り方向の送信制御について説明したが、APからSTAへの下り方向の送信制御についても同様に対応可能である。例えば、各BSSのAPがSTAと同様の制御手段を備え、各APが他のBSSからのCTS-to-group フレームに対応してSTAと同様の処理を行えばよい。
また、以上説明した実施例において、以下のような制御も有効である。
各グループは、BSS1およびBSS2でそれぞれ独立して設定されるので、一方のBSSのAPは他方のBSSのグループごとのSTA数は不明である。したがって、BSS1およびBSS2における各グループを構成するSTA数を想定し、その想定数に対応してDurationフィールドで指定する期間Tを設定し、その期間T内でBSS1およびBSS2のSTAが送信するようにしてもよい。
各グループは、BSS1およびBSS2でそれぞれ独立して設定されるので、一方のBSSのAPは他方のBSSのグループごとのSTA数は不明である。したがって、BSS1およびBSS2における各グループを構成するSTA数を想定し、その想定数に対応してDurationフィールドで指定する期間Tを設定し、その期間T内でBSS1およびBSS2のSTAが送信するようにしてもよい。
また、各グループの規格に応じた基準伝送速度または平均伝送速度と、各グループで想定されるSTA数に応じて、Durationフィールドで指定する期間Tをグループごとに設定してもよい。
また、図2では、BSS1のAP1が送信するCTS-to-group #1フレームが、BSS1およびBSS2の全てのSTAに到達しているが、隠れ端末の関係により必ずしもBSS1およびBSS2の全てのSTAに到達するとは限らない。それ対応する方法としては、BSS2のAP2がBSS1のAP1が送信するCTS-to-group フレームを受信したときに、それを複製して再送してもよい。これにより、BSS1およびBSS2のすべてのSTAにCTS-to-group フレームが到達する可能性を高めることができる。さらに、各STAがCTS-to-group フレームを複製して再送してもよい。
AP 基地局
STA 端末
STA 端末
Claims (6)
- 基地局と複数の端末が通信するBSS(Basic Service Set )が複数隣接して存在し、各BSSが共通の周波数チャネルで通信するときに、基地局が送信するCTS(Clear to Send )フレームのRA(Receiver Address)フィールドで指定した端末に送信権を与え、その他の端末にCTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信方法において、
前記各BSSの基地局は、それぞれ帰属する前記複数の端末をグループ化する際に、前記CTSフレームのRAフィールドの特定ビットをグループごとに共通に設定して通知するとともに、前記送信権を与えるグループに対応する特定ビットに所定の値をセットしたCTSフレームを送信し、
前記各BSSの端末は、それぞれ通知された前記CTSフレームのRAフィールドの特定ビットの値を判別し、前記所定の値でないときに前記CTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、前記所定の値であるときに当該グループを構成する各BSSの端末がCSMA/CA方式により送信を行う
ことを特徴とする無線通信方法。 - 請求項1に記載の無線通信方法において、
前記各グループの規格に応じた基準伝送速度または平均伝送速度と、各グループで想定されるSTA数に応じて、前記CTSフレームのDurationフィールドで指定する期間をグループごとに設定する
ことを特徴とする無線通信方法。 - 請求項1に記載の無線通信方法において、
一の前記BSSの基地局が送信した前記CTSフレームを受信した他のBSSの基地局が複製して送信する
ことを特徴とする無線通信方法。 - 基地局と複数の端末が通信するBSS(Basic Service Set )が複数隣接して存在し、各BSSが共通の周波数チャネルで通信するときに、基地局が送信するCTS(Clear to Send )フレームのRA(Receiver Address)フィールドで指定した端末に送信権を与え、その他の端末にCTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信システムにおいて、
前記各BSSの基地局は、それぞれ帰属する前記複数の端末をグループ化する際に、前記CTSフレームのRAフィールドの特定ビットをグループごとに共通に設定して通知するとともに、前記送信権を与えるグループに対応する特定ビットに所定の値をセットしたCTSフレームを送信する手段を備え、
前記各BSSの端末は、それぞれ通知された前記CTSフレームのRAフィールドの特定ビットの値を判別し、前記所定の値でないときに前記CTSフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、前記所定の値であるときに当該グループを構成する各BSSの端末がCSMA/CA方式により送信を行う手段を備えた
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項4に記載の無線通信システムにおいて、
前記各BSSの基地局は、前記各グループの規格に応じた基準伝送速度または平均伝送速度と、各グループで想定されるSTA数に応じて、前記CTSフレームのDurationフィールドで指定する期間をグループごとに設定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項4に記載の無線通信システムにおいて、
前記各BSSの基地局は、一の前記BSSの基地局が送信した前記CTSフレームを受信したときに複製して送信する手段を備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
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