Wimax 系统中碰撞过程分析

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1、精品论文推荐 Wimax 系统中碰撞过程分析 王延生 北京邮电大学信息工程学院，北京 (100876) E-mail: wangys1982@ 摘 要：本文从 Wimax 系统结构出发，介绍了 Wimax 系统中各个实体的功能作用及该系统 的发展现状，针对 Wimax 系统中多个用户竞争过程中可能发生碰撞的过程进行分析，描述 了碰撞发生时导致的通信质量严重下降问题，从微观的时隙角度出发，进而提出了一套解决 碰撞冲突的机制，即在基站端建立链表统计用户站发送的请求数，只给一个传输机会内发送 了一个请求的用户站分配带宽，而忽略多个用户站争用带宽的情况，从而减少了用户站因带 宽请求

2、发生碰撞而通信质量低的问题，在整个 Wimax 系统中详细介绍了该过程的处理过程 和流程，并对处理后的系统进行分析，通过对比发现改进后的系统的优势所在。 关键词: 碰撞；冲突；时隙；竞争 中图分类号：TP 1. 引言 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 的全名是微波存取全球互通， 将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场， 改善企业与服务供应商的认知度. 该技术以 IEEE 802.16 的系列宽频无线标准为基础[2]。一 如当年对提升 802.11 使用率

3、有功的 Wi-Fi 联盟，WiMAX 也成立了论坛，将提高大众对宽频 潜力的认识，并力促供应商解决设备兼容问题，借此加速 WiMAX 技术的使用率，让 WiMAX 技术成为业界使用 IEEE 802.16 系列宽频无线设备的标准。虽然 WiMAX 无法另辟 新的市场（目前市面已有多种宽频无在线网方式），但是有助于统一技术的规范，有了标准 化的规范，就可以以量制价，降低成本，提高市场增长率。 2. Wimax 系统介绍 2.1 系统介绍 WiMAX 网络体系如图 1 所示，包括：核心网、用户基站（SS）、基站（BS）、接力 站（RS）、用户终端设备（TE）和网管[1]。 图

4、1 Wimax 系统结构图 （1）核心网络：WiMAX 连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。WiMAX 提供 核心网络与基站间的连接接口，但 WiMAX 系统并不包括核心网络。 （2）基站：基站提供用户基站与核心网络间的连接，通常采用扇形/定向天线或全向天 - 4 - 线，可提供灵活的子信道部署与配置功能，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。 （3）用户基站：属于基站的一种，提供基站与用户终端设备间的中继连接，通常采用 固定天线，并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采用动态适应性信号调制模式[6]。 （4）接力站：在点到多点体系结构中，接力站通常用于提高基站的覆盖能力

5、，也就是 说充当一个基站和若干个用户基站（或用户终端设备）间信息的中继站。接力站面向用户侧 的下行频率可以与其面向激战的上行频率相同，当然也可以采用不同的频率。 （5）用户终端设备：WiMAX 系统定义用户终端设备与用户基站间的连接接口，提供 用户终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于 WiMAX 系统。 （6）网管系统：用于监视和控制网内所有的基站和用户基站，提供查询、状态监控、 软件下载、系统参数配置等功能。 2.2 碰撞发生 在 Wimax 系统中，个 SS 向一个 BS 发送数据请求，发送的方式有两种，一种捎带请求， 即把请求附着在正在发送的数据包的后面；一种是通过竞争

6、的方式发送上去的[3]． 3. Wimax 系统冲突过程及解决机制 3.1 Wimax 系统中的冲突问题 Wimax 系统中，当某一帧的某个时刻，有多个 SS 同时向 BS 发送数据，就会产生冲突．在 某一帧的最后一段时间，是多个 SS 竞争的过程，他们通过竞争取得该段时间的传输机会， 利用传输机会来发送数据。在帧的最后一段，系统有一段单独的时间允许 SS 发送带宽请求。 该段时间被分为几个部分，每一个部分允许一个 SS 发送带宽请求。例如某一帧的竞争 时间被分为三个部分，即三个传输机会。在该系统中有十个 SS 需要发送带宽请求，则这三 个机会不能满足十个 SS 同时发送请求[5

7、]，只允许其中的三个或者少于三个的 SS 发送请求， 这十个 SS 选择哪三个，这个选择的过程就是竞争的过程，如果不小心有四个或者多于四个 的 SS 发送带宽请求，则必定在某个传输机会中有两个或多于两个的 SS 同时发送请求，发 送的这个请求以数据包的形式发送上去，由于此时刻的包多于或等于两个，因此这两个包就 会发生碰撞，从而这两个包哪一个都不能正确被接收，即产生了冲突。其帧结构如下图所示： 图 2 上行帧结构及竞争时隙示意图 3.2 Wimax 系统中冲突解决方法 为了减少系统中发生的碰撞，提高系统的通信质量，因此提出了一种冲突解决方

8、法。SS 通过竞争过程产生一个随即数 r，然后将该数发给 BS，BS 保存了一个链表，该链表记录对 应于每一个随机数有几个 SS 发送上来。 例如 SS1 产生的随机数是 r1，SS2 产生的随机数是 r2，在绝大多数的情况下 r1 不等于 r2，但是在特殊情况下 r1 是有可能等于 r2 的。如果 r1 不等于 r2，则在 BS 端对应于 r1，r2 各自只有一个 BS 在发送请求，即发送的随机数等于 r1 的 SS 数目为 1，发送 r2 请求的 SS 数目也为 1，两个相互不影响。 于是 BS 就在下一帧中对应于 r1 和 r2 分别产生两个不同的 时隙， 时隙中记录着该

9、随机数的值，从而两个 SS 分别利用对应于自己的时隙发送带宽请 求上去[4]。 当 r1 等于 r2 的时候，BS 端的链表中，r1 等于 r2，发送该请求的 SS 的数目为 2，这时 候就直接返回，并不在下一帧产生可以发送带宽请求的时隙，即对 SS1 和 SS2 都不理睬， 这样就避免了两者的冲突碰撞。见下图 3： 4. 结论 图 3 冲突解决过程 本文根据 Wimax 时隙特征，对多个用户竞争时冲突的发生过程了分析，提出了一种冲 突解决算法。该系统整个结构都是符合 Wimax 协议规范的，很好的解决了多用户情况下的 冲突问题，避免了数据包的碰撞带来的服务质量

10、的降低，因此该算法有很好的应用前景。 参考文献 [1] 曾春亮，张宁，王旭莹，俞一鸣. Wimax/802.16 原理与应用[M]. 机械工业出版社, 2005, 9 [2] Ying-li Tian, T. Kanade, J. F. Cohn. Dual-state parametric eye tracking[J]. Fourth IEEE International Conference on Automatic Face and Gesture Recognition, 2000, 3, 110-115 [3] Xiaoy

11、un Deng, Chip-Hong Chang, Erwin Brandle. A New Method for Eye Extraction from Facial Image[J]. IEEE International Workshop on Electronic Design, Test and Applications, 2004, 1, 29-34 [4] IEEE std 802. 15. 4 Part 15. 4: Wireless MAC and PHY specifications for Low--Rate Wireless Personal Area Netw

12、orks[S1]. 2003, 05 [5] Zheng Jianliang, Lee Myung. A Comprehensive Performance Study of IEEE 802 15 4[M1]．IEEE Press Book, 2004 [6] Lu Gang, Krlshnamaehari B, Raghavendra C S．Performanee Evaluation of the IEEE 802. 15. 4 MAC for Low-Rate Low-Power Wireless Networks．IEEE IPCCC. 2O04． The

13、 Research of Contention Procedures In Wimax Wang Yansheng Beijing University of Posts and Telecommunications, Shool of Information Engineering, Beijing (100876) Abstract The thesis aimed at designing a new arithmetic to solve the contention collide when there are many SS take part in conten

14、tion .It describe the system and the function of every entity.When many SS send packets at the same time , the packets collide each other and all destroyed, and this new arithmetic solve the problem effectively. This new arithmetic is to establish a link list to count the number of band requests of

15、one transfer opportunity, if there are more than one requests in one transfer opportunity, then the BS will not allocate slots for the user stations. This arithmetic enhance the quality of the system. Keywords: collide; collision; slot; competition 作者简介：王延生（1982—），男，河北衡水人，北京邮电大学信息工程学院在读硕士研究 生；主要研究方向是：信息与信息处理。