Wimax 系統(tǒng)中碰撞過程分析

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1、精品論文推薦 Wimax 系統(tǒng)中碰撞過程分析 王延生 北京郵電大學(xué)信息工程學(xué)院，北京 (100876) E-mail: wangys1982@ 摘 要：本文從 Wimax 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹了 Wimax 系統(tǒng)中各個(gè)實(shí)體的功能作用及該系統(tǒng) 的發(fā)展現(xiàn)狀，針對 Wimax 系統(tǒng)中多個(gè)用戶競爭過程中可能發(fā)生碰撞的過程進(jìn)行分析，描述 了碰撞發(fā)生時(shí)導(dǎo)致的通信質(zhì)量嚴(yán)重下降問題，從微觀的時(shí)隙角度出發(fā)，進(jìn)而提出了一套解決 碰撞沖突的機(jī)制，即在基站端建立鏈表統(tǒng)計(jì)用戶站發(fā)送的請求數(shù)，只給一個(gè)傳輸機(jī)會內(nèi)發(fā)送 了一個(gè)請求的用戶站分配帶寬，而忽略多個(gè)用戶站爭用帶寬的情況，從而減少了用戶站因帶 寬請求

2、發(fā)生碰撞而通信質(zhì)量低的問題，在整個(gè) Wimax 系統(tǒng)中詳細(xì)介紹了該過程的處理過程 和流程，并對處理后的系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過對比發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。 關(guān)鍵詞: 碰撞；沖突；時(shí)隙；競爭 中圖分類號：TP 1. 引言 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 的全名是微波存取全球互通， 將此技術(shù)與需要授權(quán)或免授權(quán)的微波設(shè)備相結(jié)合之后，由于成本較低，將擴(kuò)大寬帶無線市場， 改善企業(yè)與服務(wù)供應(yīng)商的認(rèn)知度. 該技術(shù)以 IEEE 802.16 的系列寬頻無線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)[2]。一 如當(dāng)年對提升 802.11 使用率

3、有功的 Wi-Fi 聯(lián)盟，WiMAX 也成立了論壇，將提高大眾對寬頻 潛力的認(rèn)識，并力促供應(yīng)商解決設(shè)備兼容問題，借此加速 WiMAX 技術(shù)的使用率，讓 WiMAX 技術(shù)成為業(yè)界使用 IEEE 802.16 系列寬頻無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。雖然 WiMAX 無法另辟 新的市場（目前市面已有多種寬頻無在線網(wǎng)方式），但是有助于統(tǒng)一技術(shù)的規(guī)范，有了標(biāo)準(zhǔn) 化的規(guī)范，就可以以量制價(jià)，降低成本，提高市場增長率。 2. Wimax 系統(tǒng)介紹 2.1 系統(tǒng)介紹 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系如圖 1 所示，包括：核心網(wǎng)、用戶基站（SS）、基站（BS）、接力 站（RS）、用戶終端設(shè)備（TE）和網(wǎng)管[1]。 圖

4、1 Wimax 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （1）核心網(wǎng)絡(luò)：WiMAX 連接的核心網(wǎng)絡(luò)通常為傳統(tǒng)交換網(wǎng)或因特網(wǎng)。WiMAX 提供 核心網(wǎng)絡(luò)與基站間的連接接口，但 WiMAX 系統(tǒng)并不包括核心網(wǎng)絡(luò)。 （2）基站：基站提供用戶基站與核心網(wǎng)絡(luò)間的連接，通常采用扇形/定向天線或全向天 - 4 - 線，可提供靈活的子信道部署與配置功能，并根據(jù)用戶群體狀況不斷升級擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。 （3）用戶基站：屬于基站的一種，提供基站與用戶終端設(shè)備間的中繼連接，通常采用 固定天線，并被安裝在屋頂上。基站與用戶基站間采用動態(tài)適應(yīng)性信號調(diào)制模式[6]。 （4）接力站：在點(diǎn)到多點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)中，接力站通常用于提高基站的覆蓋能力

5、，也就是 說充當(dāng)一個(gè)基站和若干個(gè)用戶基站（或用戶終端設(shè)備）間信息的中繼站。接力站面向用戶側(cè) 的下行頻率可以與其面向激戰(zhàn)的上行頻率相同，當(dāng)然也可以采用不同的頻率。 （5）用戶終端設(shè)備：WiMAX 系統(tǒng)定義用戶終端設(shè)備與用戶基站間的連接接口，提供 用戶終端設(shè)備的接入。但用戶終端設(shè)備本身并不屬于 WiMAX 系統(tǒng)。 （6）網(wǎng)管系統(tǒng)：用于監(jiān)視和控制網(wǎng)內(nèi)所有的基站和用戶基站，提供查詢、狀態(tài)監(jiān)控、 軟件下載、系統(tǒng)參數(shù)配置等功能。 2.2 碰撞發(fā)生 在 Wimax 系統(tǒng)中，個(gè) SS 向一個(gè) BS 發(fā)送數(shù)據(jù)請求，發(fā)送的方式有兩種，一種捎帶請求， 即把請求附著在正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包的后面；一種是通過競爭

6、的方式發(fā)送上去的[3]． 3. Wimax 系統(tǒng)沖突過程及解決機(jī)制 3.1 Wimax 系統(tǒng)中的沖突問題 Wimax 系統(tǒng)中，當(dāng)某一幀的某個(gè)時(shí)刻，有多個(gè) SS 同時(shí)向 BS 發(fā)送數(shù)據(jù)，就會產(chǎn)生沖突．在 某一幀的最后一段時(shí)間，是多個(gè) SS 競爭的過程，他們通過競爭取得該段時(shí)間的傳輸機(jī)會， 利用傳輸機(jī)會來發(fā)送數(shù)據(jù)。在幀的最后一段，系統(tǒng)有一段單獨(dú)的時(shí)間允許 SS 發(fā)送帶寬請求。 該段時(shí)間被分為幾個(gè)部分，每一個(gè)部分允許一個(gè) SS 發(fā)送帶寬請求。例如某一幀的競爭 時(shí)間被分為三個(gè)部分，即三個(gè)傳輸機(jī)會。在該系統(tǒng)中有十個(gè) SS 需要發(fā)送帶寬請求，則這三 個(gè)機(jī)會不能滿足十個(gè) SS 同時(shí)發(fā)送請求[5

7、]，只允許其中的三個(gè)或者少于三個(gè)的 SS 發(fā)送請求， 這十個(gè) SS 選擇哪三個(gè)，這個(gè)選擇的過程就是競爭的過程，如果不小心有四個(gè)或者多于四個(gè) 的 SS 發(fā)送帶寬請求，則必定在某個(gè)傳輸機(jī)會中有兩個(gè)或多于兩個(gè)的 SS 同時(shí)發(fā)送請求，發(fā) 送的這個(gè)請求以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送上去，由于此時(shí)刻的包多于或等于兩個(gè)，因此這兩個(gè)包就 會發(fā)生碰撞，從而這兩個(gè)包哪一個(gè)都不能正確被接收，即產(chǎn)生了沖突。其幀結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 2 上行幀結(jié)構(gòu)及競爭時(shí)隙示意圖 3.2 Wimax 系統(tǒng)中沖突解決方法 為了減少系統(tǒng)中發(fā)生的碰撞，提高系統(tǒng)的通信質(zhì)量，因此提出了一種沖突解決方

8、法。SS 通過競爭過程產(chǎn)生一個(gè)隨即數(shù) r，然后將該數(shù)發(fā)給 BS，BS 保存了一個(gè)鏈表，該鏈表記錄對 應(yīng)于每一個(gè)隨機(jī)數(shù)有幾個(gè) SS 發(fā)送上來。 例如 SS1 產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)是 r1，SS2 產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)是 r2，在絕大多數(shù)的情況下 r1 不等于 r2，但是在特殊情況下 r1 是有可能等于 r2 的。如果 r1 不等于 r2，則在 BS 端對應(yīng)于 r1，r2 各自只有一個(gè) BS 在發(fā)送請求，即發(fā)送的隨機(jī)數(shù)等于 r1 的 SS 數(shù)目為 1，發(fā)送 r2 請求的 SS 數(shù)目也為 1，兩個(gè)相互不影響。 于是 BS 就在下一幀中對應(yīng)于 r1 和 r2 分別產(chǎn)生兩個(gè)不同的 時(shí)隙， 時(shí)隙中記錄著該

9、隨機(jī)數(shù)的值，從而兩個(gè) SS 分別利用對應(yīng)于自己的時(shí)隙發(fā)送帶寬請 求上去[4]。 當(dāng) r1 等于 r2 的時(shí)候，BS 端的鏈表中，r1 等于 r2，發(fā)送該請求的 SS 的數(shù)目為 2，這時(shí) 候就直接返回，并不在下一幀產(chǎn)生可以發(fā)送帶寬請求的時(shí)隙，即對 SS1 和 SS2 都不理睬， 這樣就避免了兩者的沖突碰撞。見下圖 3： 4. 結(jié)論 圖 3 沖突解決過程 本文根據(jù) Wimax 時(shí)隙特征，對多個(gè)用戶競爭時(shí)沖突的發(fā)生過程了分析，提出了一種沖 突解決算法。該系統(tǒng)整個(gè)結(jié)構(gòu)都是符合 Wimax 協(xié)議規(guī)范的，很好的解決了多用戶情況下的 沖突問題，避免了數(shù)據(jù)包的碰撞帶來的服務(wù)質(zhì)量

10、的降低，因此該算法有很好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn) [1] 曾春亮，張寧，王旭瑩，俞一鳴. Wimax/802.16 原理與應(yīng)用[M]. 機(jī)械工業(yè)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 作者簡介：王延生（1982—），男，河北衡水人，北京郵電大學(xué)信息工程學(xué)院在讀碩士研究 生；主要研究方向是：信息與信息處理。