WiMAX在IPTV（网络电视）接入网中的应用

1、前言

IPTV技术是利用宽带网的基础设施，以电视机或计算机作为终端设备，集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，通过IP协议向用户提供Live TV、VOD视频点播、TSTV 时移电视、互联网络浏览和IP可视电话等多媒体信息服务业务。由于这些业务具有带宽需求大、实时性以及相关的服务质量性能要求高的特点，需要各个运营商为网络电视业务数据流传输的过程提供相应的保证。只有提供更高带宽、高QoS保证的满足业务需求的宽带接入网络，才能保证业务的大规模开展；只有突破接入部分的带宽瓶颈，才能真正推动IPTV的快速发展。

2、现有的接入技术

目前4种主流的接入方案是：数字用户线（DSL）、光纤同轴电缆混合网（HFC）、光纤传输+局域网（FTTx+LAN）以及无线接入方案。

●对于数字用户环路方案来说，由于其采用了星型的网络拓扑结构，使得采用这种方式接入网络电视的用户能够获得比较好的安全性，同时数字用户环路是目前用户普及率最高的接入手段，但是却也受到传输距离、干扰以及单点失效等多个方面的约束。

●对于光纤同轴电缆混合接入方案来说，虽然接入网络电视系统需要对用户线路的改造投资非常小、抗干扰能力强，同时理论上、下行接入速率比较高，但是由于光纤同轴电缆方案采用了共享结构，当用户数量上升之后，接入的速率会随之下降。

●对光纤传输+局域网接入方案来说，其在数据传输速率以及安全性等多个方面都满足网络电视的要求，但是需要用户所在的小区预先敷设以太网，这样就限制了接入用户地域。

●WiMAX作为无线接入方式的典型代表其特点非常明显，相比于有线网络，无线接入的灵活性更高，并且在WiMAX协议中，多播以及服务质量等相关的性能也都得到了明显的改善，使得这种终端能够满足网络电视接入的要求。

3、WiMAX接入技术

WiMAX（World interoperability for Microwave Access）是根据IEEE 802.16标准定义的一种无线宽带接入技术，IEEE 802.16标准有多个版本，802.16-2004（802.16d）和802.16-2005（802.16e）这两个版本使WiMAX真正成为了无线领域中的热点。特别是802.16e的发布，为个人移动宽带领域的发展带来了巨大的推动力。

3.1　WiMAX的协议体系结构

WiMAX的协议体系结构模型如图1所示，包括物理层和媒体接入控制层（MAC）。MAC层又包含三个子层：特定服务汇聚子层，提供与更高层的接口，通过不同的汇聚方式更好地适配各种上层协议；公共部分子层，负责执行MAC层的核心功能，包括系统接入、带宽分配、连接建立、连接维护等；安全子层，提供加密、鉴权、密钥交换等与安全有关的功能。

图1　WiMAX的协议体系结构

3.2　物理层

WiMAX系统为满足各种不同应用场合制定了两个使用频段：10～66 GHz与2～11 GHz。WiMAX在10 GHz～66 GHz频带内，定义了一个单载波调制模式的空中接口；在2～11 GHz频段范围内，定义了三个空中接口规范。

3.3　媒质接入控制（MAC）层

WiMAX系统（包括802.16e和802.16-2004）的MAC层最显著的特点是面向连接，即所有业务（包括本身是无连接的业务）在802.16系统中都将映射到连接上，每条连接都有一个16bit的连接标志（CID）作为唯一标志。WiMAX的MAC层定义了较为完善的QoS机制，MAC层针对每个连接设置不同的QoS参数，包括速率、时延等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，标准还定义了不同的上行带宽调度模式，针对实时和非实时业务，固定比特率和可变比特率业务的特点采用不同的调度机制，实现带宽的灵活分配。其MAC层的设计既支持点对多点（PMP）结构，又支持网络（Mesh）结构，同时支持连续型业务和突发型业务，包括话音、数据、IP连接、VoIP等。为了解决无线传输环境的不稳定性，MAC层采用了无线链路自适应技术、ARQ和H-ARQ技术等来保证信息传输的可靠性和有效性。IEEE802.16e-2005在IEEE 802.16-2004的基础上在MAC层引入了很多新的特性。主要包括三个方面：切换技术、节电功能、安全能力。

4、基于WiMAX接入的IPTV系统模型

基于WiMAX的IPTV接入网的功能框图如图2所示，包括视频服务器（Video Server）、视频路由/交换器（Video Router/switcher）、用户基站（SS）、基站（BS）、终端。

图2　基于WiMAX的IPTV接入网系统模型

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