IPTV又稱交互式網絡電視，是一種基于寬帶高速IP網、以網絡視頻資源為主體、以電視機或個人計算機為顯示終端的流媒體服務，可以向用戶提供數字廣播電視、VOD 點播、視頻電話、在線游戲等諸多寬帶業務[1-2]。相對于被動接受的傳統電視，互動式、個性化是IPTV越來越受人們歡迎的主要原因。但大量的流媒體業務、高實時性和交互性要求，同時對網絡帶寬提出更高的要求。現有的xDSL技術已不能很好地解決IPTV接入網的瓶頸問題，而經濟落后的農村或偏遠地區，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，可滿足多種業務的QoS要求。
    由IPTV對接入網的要求和WiMAX接入技術的優勢可以看到，WiMAX技術應用于IPTV系統是一個發展趨勢。
1 系統模型及流程分析
    根據WiMAX接入方式和IPTV的業務部署[5-7],本文提出如圖1所示的WiMAX應用于IPTV的系統模型。
    從圖1中可以看到,整個系統可分為IPTV前端系統、IPTV主干網、IPTV接入網和IPTV用戶終端系統四部分。首先， 通信衛星的直播節目和儲存在視頻點播服務器中的節目經IPTV視音頻編碼器編碼后送到IP主干網中進行傳播，通過位于主干網邊緣的WiMAX基站，經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字電視。

    根據系統模型，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絡協議，如圖2所示。

    音頻/視頻節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數據包，RTP數據包可以用UDP或TCP來傳輸， 接著UDP/TCP數據包又被封裝成IP數據包，然后把IP數據包封裝成Ethernet 802.3和10/100/1 G Bass-T格式的數據流在主干網中傳送。位于主干網邊緣的WiMAX BS接收802.3數據包，BS MAC層解封Ethernet數據包頭部，把IP數據包封裝成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的信號，無線電收發器通過天線把這些信號發射到蜂窩單元中的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QoS的核心原理是將MAC 層傳輸的數據包與業務流對應起來,從而使該連接獲得QoS支持。業務流由連接標識符(CID)標識，CID中包含了業務類型和其他QoS參數。
    IEEE 802.16定義了4 種調度業務類型：UGS支持周期性的、包大小固定的實時業務(如VoIP 或T1/E1業務)；rtPS主要用于周期性、數據包大小變化的業務(如MPEG視頻流)；nrtPS用于數據大小可變的非實時業務(如FTP業務)；BE為盡力而為的業務提供有效服務[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據傳輸的順序和調度規則， 因此MAC層的調度機制是實現QoS的關鍵。而在IPTV系統應用中，用戶很少發送大的數據量，因此上行鏈路方向數據量比較小，而在下行方向主要是數據量比較大的視頻業務， BS接收到數據包后要及時轉發出去，以免造成緩沖區的溢出或者延遲的增加。
    BS的高層服務產生的多種數據流進入MAC層后，首先由分類器對數據流進行分類， 分類的過程就是把數據包映射到某一連接上，從而使數據包與某一特定的連接相關聯，同時， 映射的過程也是將數據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。

3 下行鏈路調度算法
3.1 算法設計
    常用的WiMAX下行鏈路調度方法——輪叫調度(Round Robin)按SS進行數據包的調度，即對屬于同一個SS但屬于不同服務類型的數據包進行統一調度。調度完一個SS的所有數據包后，再去調度下一個SS，如圖4所示。這樣的調度方式實現簡單，適合實時性要求不高的業務，但對于IPTV業務，后調度的SS實時業務的時延得不到保證。

    圖6、圖7為UGS和rtPS在兩種算法下的平均時延，圖8為實時業務的吞吐量(節點單位時間內發送UGS和rtPS業務的比特數)。從圖6中可以看到，由于非實時業務的突發性，Round Robin算法中出現了一個較大時延5.234 2 ms，用本文算法降到0.410 6 ms。圖7中的rtPS業務在RR算法下出現了兩個較大延遲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，發送實時業務的吞吐量也有明顯的提高。

    本文在WiMAX技術應用于IPTV系統的背景下，針對IPTV業務實時性要求高的特點，提出了能夠降低實時業務時延的下行鏈路調度算法。
    本文研究的重點是WiMAX的MAC層調度，下一步工作的重點是配合OFDMA物理層，將MAC 層數據調度與物理層數據映射結合起來考慮，以提高系統吞吐量。另外，無線鏈路狀態、上下行子幀比例的自適應調整也是考慮的重點。
參考文獻
[1] Xiao Yang, Du Xiaojiang, Zhang Jingyuan, et al. Internet protocol television(IPTV): the killer application for the next-generation internet[J].Communications Magazine,IEEE 2007,45(11).
[2] 季偉.IPTV關鍵技術及應用[M]. 北京:機械工業出版社, 2007.
[3] IEEE802.16-2004 IEEE standard for local and metropolitan area networks part 16: air interface for fixed broadband wireless access systems[S]. 2004.
[4] 劉波,安娜,黃旭林.WiMAX技術與應用詳解[M]. 北京:人民郵電出版社,2007.
[5] RETNASOTHIE F E, OZDEIR M K, YCEK T,et al.  Wireless IPTV over WiMAX challenges and applications[C]. IEEE Wireless and Microwave Technology Conference, WAMICON 2006.
[6] UILECAN I V, Chi Zhou, ATKIN E G. Framework for delivering IPTV services over WiMAX wireless networks[C]. 2007 IEEE International Conference on Electro/Information Technology,EIT 2007.
[7] SHE J, HOU F, HO P H, Xie Liangliang. IPTV over  WiMAX Key Success Factors,Challenges,and Solutions[J]. IEEE Commun ications Magazine,2007,48(8):87-93.
[8] Cao Yaxin, Li Victor 0.K, Scheduling algorithms in broadband wireless networks[J]. IEEE Proceedings of the  IEEE, 2001,89(1).
[9] 董曉魯.WiMAX技術、標準與應用[M].北京:人民郵電出版社,2007.
[10] 郎為民,劉波.WiMAX技術原理與應用[M]. 北京:機械工業出版社,2008.