摘 要： 在分析IPTV接入網(wǎng)的要求和WiMAX技術優(yōu)勢的基礎上，提出了WiMAX應用于IPTV的系統(tǒng)模型，并具體分析了系統(tǒng)流程；針對IPTV業(yè)務下行數(shù)據(jù)量比較大的特點，提出了適合IPTV業(yè)務特點的下行鏈路實時調度(DLRTS)算法，該算法的主要目的在于降低實時業(yè)務的時延，從而保證IPTV的服務質量(QoS)。仿真結果表明，與常用的輪叫調度(Round Robin)算法相比，本文算法在實時業(yè)務的時延和吞吐量兩方面的性能都有明顯提高，可很好地支持IPTV業(yè)務。
關鍵詞： IPTV；WiMAX；吞吐量

IPTV又稱交互式網(wǎng)絡電視，是一種基于寬帶高速IP網(wǎng)、以網(wǎng)絡視頻資源為主體、以電視機或個人計算機為顯示終端的流媒體服務，可以向用戶提供數(shù)字廣播電視、VOD 點播、視頻電話、在線游戲等諸多寬帶業(yè)務[1-2]。相對于被動接受的傳統(tǒng)電視，互動式、個性化是IPTV越來越受人們歡迎的主要原因。但大量的流媒體業(yè)務、高實時性和交互性要求，同時對網(wǎng)絡帶寬提出更高的要求。現(xiàn)有的xDSL技術已不能很好地解決IPTV接入網(wǎng)的瓶頸問題，而經(jīng)濟落后的農村或偏遠地區(qū)，有線接入部署成本太高，因此，高速、低成本的寬帶無線接入技術將是成功部署IPTV系統(tǒng)的關鍵。
WiMAX即全球微波接入互操作性， 是一項基于IEEE 802. 16標準的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術，也是針對微波頻段提出的一種新的空中接口標準。作為一種新的無線寬帶接入標準，WiMAX采用了如OFDM/OFDMA、HARQ、AMC、MIMO等先進技術，因此它具有如下優(yōu)勢：帶寬高(WiMAX工作頻段可從2 GHz～66 GHz，信道帶寬可在1.5 MHz～20 MHz范圍內靈活調整)，容量大(WiMAX基站可以提供最高每扇區(qū)75 Mb/s的吞吐量)，傳輸距離遠(每個基站的覆蓋范圍最大可達50 km，典型的基站覆蓋范圍為6 km~10 km)[3-4]。而且在MAC層具有完善的QoS保障機制，可滿足多種業(yè)務的QoS要求。
由IPTV對接入網(wǎng)的要求和WiMAX接入技術的優(yōu)勢可以看到，WiMAX技術應用于IPTV系統(tǒng)是一個發(fā)展趨勢。
1 系統(tǒng)模型及流程分析
根據(jù)WiMAX接入方式和IPTV的業(yè)務部署[5-7],本文提出如圖1所示的WiMAX應用于IPTV的系統(tǒng)模型。
從圖1中可以看到,整個系統(tǒng)可分為IPTV前端系統(tǒng)、IPTV主干網(wǎng)、IPTV接入網(wǎng)和IPTV用戶終端系統(tǒng)四部分。首先， 通信衛(wèi)星的直播節(jié)目和儲存在視頻點播服務器中的節(jié)目經(jīng)IPTV視音頻編碼器編碼后送到IP主干網(wǎng)中進行傳播，通過位于主干網(wǎng)邊緣的WiMAX基站，經(jīng)WiMAX用戶站，最終到達IPTV終端，終端一般為計算機或帶機頂盒的數(shù)字電視。

根據(jù)系統(tǒng)模型，下面具體分析視頻流從IPTV 前端設備到用戶終端所使用的視頻編碼及網(wǎng)絡協(xié)議，如圖2所示。

音頻/視頻節(jié)目首先進行壓縮編碼， 一般用MPEG-2編碼壓縮格式，然后封裝成RTP數(shù)據(jù)包，RTP數(shù)據(jù)包可以用UDP或TCP來傳輸， 接著UDP/TCP數(shù)據(jù)包又被封裝成IP數(shù)據(jù)包，然后把IP數(shù)據(jù)包封裝成Ethernet 802.3和10/100/1 G Bass-T格式的數(shù)據(jù)流在主干網(wǎng)中傳送。位于主干網(wǎng)邊緣的WiMAX BS接收802.3數(shù)據(jù)包，BS MAC層解封Ethernet數(shù)據(jù)包頭部，把IP數(shù)據(jù)包封裝成802.16 MAC PDUs，最后封裝成PHY PDUs。通過FEC，信號映射和OFDM編碼模式，802.16 PHY把PDUs轉化成可在無線鏈路中傳輸?shù)男盘?，無線電收發(fā)器通過天線把這些信號發(fā)射到蜂窩單元中的SS和MS。接收的過程和上面所述過程相反，最后A/V節(jié)目到達IPTV的終端STB或計算機。
2 下行鏈路調度框架
2.1 MAC層QoS機制
IEEE 802.16 MAC層實現(xiàn)QoS的核心原理是將MAC 層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包與業(yè)務流對應起來,從而使該連接獲得QoS支持。業(yè)務流由連接標識符(CID)標識，CID中包含了業(yè)務類型和其他QoS參數(shù)。
IEEE 802.16定義了4 種調度業(yè)務類型：UGS支持周期性的、包大小固定的實時業(yè)務(如VoIP 或T1/E1業(yè)務)；rtPS主要用于周期性、數(shù)據(jù)包大小變化的業(yè)務(如MPEG視頻流)；nrtPS用于數(shù)據(jù)大小可變的非實時業(yè)務(如FTP業(yè)務)；BE為盡力而為的業(yè)務提供有效服務[3]。
2.2 下行鏈路調度框架
　　WiMAX定義QoS的主要目的是確定最終在無線空中接口進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚝驼{度規(guī)則， 因此MAC層的調度機制是實現(xiàn)QoS的關鍵。而在IPTV系統(tǒng)應用中，用戶很少發(fā)送大的數(shù)據(jù)量，因此上行鏈路方向數(shù)據(jù)量比較小，而在下行方向主要是數(shù)據(jù)量比較大的視頻業(yè)務， BS接收到數(shù)據(jù)包后要及時轉發(fā)出去，以免造成緩沖區(qū)的溢出或者延遲的增加。
BS的高層服務產(chǎn)生的多種數(shù)據(jù)流進入MAC層后，首先由分類器對數(shù)據(jù)流進行分類， 分類的過程就是把數(shù)據(jù)包映射到某一連接上，從而使數(shù)據(jù)包與某一特定的連接相關聯(lián)，同時， 映射的過程也是將數(shù)據(jù)包與連接所承載服務流的特征建立起對應關系。具體過程如圖3所示。