IPTV又稱交互式網(wǎng)絡(luò)電視,，是一種基于寬帶高速IP網(wǎng),、以網(wǎng)絡(luò)視頻資源為主體、以電視機(jī)或個(gè)人計(jì)算機(jī)為顯示終端的流媒體服務(wù),，可以向用戶提供數(shù)字廣播電視,、VOD 點(diǎn)播、視頻電話,、在線游戲等諸多寬帶業(yè)務(wù)[1-2],。相對于被動(dòng)接受的傳統(tǒng)電視，互動(dòng)式,、個(gè)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(wù)、高實(shí)時(shí)性和交互性要求,，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出更高的要求?，F(xiàn)有的xDSL技術(shù)已不能很好地解決IPTV接入網(wǎng)的瓶頸問題，而經(jīng)濟(jì)落后的農(nóng)村或偏遠(yuǎn)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(shù)將是成功部署IPTV系統(tǒng)的關(guān)鍵,。
    WiMAX即全球微波接入互操作性,， 是一項(xiàng)基于IEEE 802. 16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)，也是針對微波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn),。作為一種新的無線寬帶接入標(biāo)準(zhǔn),，WiMAX采用了如OFDM/OFDMA、HARQ,、AMC,、MIMO等先進(jìn)技術(shù)，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(nèi)靈活調(diào)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(yuǎn)(每個(gè)基站的覆蓋范圍最大可達(dá)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(jī)制，可滿足多種業(yè)務(wù)的QoS要求,。
    由IPTV對接入網(wǎng)的要求和WiMAX接入技術(shù)的優(yōu)勢可以看到，WiMAX技術(shù)應(yīng)用于IPTV系統(tǒng)是一個(gè)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(wù)部署[5-7],本文提出如圖1所示的WiMAX應(yīng)用于IPTV的系統(tǒng)模型,。
    從圖1中可以看到,整個(gè)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(chǔ)存在視頻點(diǎn)播服務(wù)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(jìn)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(dá)IPTV終端,，終端一般為計(jì)算機(jī)或帶機(jī)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(shè)備到用戶終端所使用的視頻編碼及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,，如圖2所示,。

    音頻/視頻節(jié)目首先進(jìn)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(zhuǎn)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(dá)IPTV的終端STB或計(jì)算機(jī),。
2 下行鏈路調(diào)度框架
2.1 MAC層QoS機(jī)制   
    IEEE 802.16 MAC層實(shí)現(xiàn)QoS的核心原理是將MAC 層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包與業(yè)務(wù)流對應(yīng)起來,從而使該連接獲得QoS支持。業(yè)務(wù)流由連接標(biāo)識(shí)符(CID)標(biāo)識(shí),，CID中包含了業(yè)務(wù)類型和其他QoS參數(shù),。
    IEEE 802.16定義了4 種調(diào)度業(yè)務(wù)類型：UGS支持周期性的、包大小固定的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(如VoIP 或T1/E1業(yè)務(wù)),；rtPS主要用于周期性,、數(shù)據(jù)包大小變化的業(yè)務(wù)(如MPEG視頻流)；nrtPS用于數(shù)據(jù)大小可變的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(如FTP業(yè)務(wù)),；BE為盡力而為的業(yè)務(wù)提供有效服務(wù)[3],。
2.2 下行鏈路調(diào)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚝驼{(diào)度規(guī)則， 因此MAC層的調(diào)度機(jī)制是實(shí)現(xiàn)QoS的關(guān)鍵,。而在IPTV系統(tǒng)應(yīng)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(wù),， BS接收到數(shù)據(jù)包后要及時(shí)轉(zhuǎn)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(wù)產(chǎn)生的多種數(shù)據(jù)流進(jìn)入MAC層后,，首先由分類器對數(shù)據(jù)流進(jìn)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(guān)聯(lián),，同時(shí)， 映射的過程也是將數(shù)據(jù)包與連接所承載服務(wù)流的特征建立起對應(yīng)關(guān)系,。具體過程如圖3所示,。

3 下行鏈路調(diào)度算法
3.1 算法設(shè)計(jì)
    常用的WiMAX下行鏈路調(diào)度方法——輪叫調(diào)度(Round Robin)按SS進(jìn)行數(shù)據(jù)包的調(diào)度，即對屬于同一個(gè)SS但屬于不同服務(wù)類型的數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度,。調(diào)度完一個(gè)SS的所有數(shù)據(jù)包后,，再去調(diào)度下一個(gè)SS，如圖4所示。這樣的調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)簡單,，適合實(shí)時(shí)性要求不高的業(yè)務(wù),，但對于IPTV業(yè)務(wù)，后調(diào)度的SS實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)延得不到保證,。

    圖6,、圖7為UGS和rtPS在兩種算法下的平均時(shí)延，圖8為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的吞吐量(節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送UGS和rtPS業(yè)務(wù)的比特?cái)?shù)),。從圖6中可以看到,，由于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的突發(fā)性，Round Robin算法中出現(xiàn)了一個(gè)較大時(shí)延5.234 2 ms,，用本文算法降到0.410 6 ms,。圖7中的rtPS業(yè)務(wù)在RR算法下出現(xiàn)了兩個(gè)較大延遲4.508 6 ms和4.946 4 ms，而在本文算法下都降到了1 ms以下,。從圖8中可以看出,，發(fā)送實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的吞吐量也有明顯的提高。

    本文在WiMAX技術(shù)應(yīng)用于IPTV系統(tǒng)的背景下,，針對IPTV業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn),，提出了能夠降低實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)延的下行鏈路調(diào)度算法。
    本文研究的重點(diǎn)是WiMAX的MAC層調(diào)度,，下一步工作的重點(diǎn)是配合OFDMA物理層,，將MAC 層數(shù)據(jù)調(diào)度與物理層數(shù)據(jù)映射結(jié)合起來考慮，以提高系統(tǒng)吞吐量,。另外,，無線鏈路狀態(tài)、上下行子幀比例的自適應(yīng)調(diào)整也是考慮的重點(diǎn),。
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