李志強

（南寧市武鳴區(qū)兩江鎮(zhèn)文化體育和廣播影視站，廣西 南寧 530014）

無線廣播區(qū)域網(wǎng)在農(nóng)村的應(yīng)用

李志強

（南寧市武鳴區(qū)兩江鎮(zhèn)文化體育和廣播影視站，廣西 南寧 530014）

目前，電視信號已經(jīng)從傳統(tǒng)的模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字，越來越多的廣播電視頻譜資源被釋放出來。為了更好地滿足通信傳輸頻譜資源，提高頻譜的利用效率，為“互聯(lián)網(wǎng)+”接入服務(wù)商和創(chuàng)新應(yīng)用提供機(jī)會，人們通過研究提出了WRAN，該網(wǎng)絡(luò)在不影響授權(quán)用戶業(yè)務(wù)的前提下可以使用廣播電視的空閑頻譜資源，為廣大的偏遠(yuǎn)地區(qū)或廣袤的農(nóng)村提供數(shù)據(jù)傳輸功能。WRAN傳輸?shù)姆秶哌_(dá)100 km，能夠為農(nóng)村用戶提供數(shù)據(jù)傳輸、路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，包括多個網(wǎng)元節(jié)點，比如基站、用戶前端設(shè)備、服務(wù)器、無線路由器等，能夠滿足農(nóng)村信息化需求。文章從農(nóng)村信息化發(fā)展的應(yīng)用需求入手，探討了WRAN在農(nóng)村信息化中的組建與設(shè)計。

農(nóng)村；無線區(qū)域網(wǎng)；廣播；頻譜

隨著無線通信帶寬的大幅度增加，頻譜資源變得越來越稀缺，尤其是分布于3 GHz以下的無線電通信頻段，這些無線電通信頻段很多都被移動通信占用，并且由于數(shù)據(jù)傳輸需求增多，許多通信學(xué)者不得不再采用鏈路自適應(yīng)、多天線、頻道復(fù)用技術(shù)，以便滿足日益增長的通信傳輸需求[1]。無線區(qū)域網(wǎng)（Wireless Regional Area Network，WRAN）是一個采用認(rèn)知無線電技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，能夠為獨立的、分散的、稀疏的人口區(qū)域提供無線寬帶接入功能，尤其是地形地貌復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)落后的偏遠(yuǎn)地區(qū)和廣闊的農(nóng)村區(qū)域，傳輸范圍可以達(dá)到100 km，非視距采用TV廣播頻帶實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，具有免許可執(zhí)照頻譜功能[2]。WRAN技術(shù)能夠幫助人們遠(yuǎn)程接入到柵格計算機(jī)站點，目前IEEE經(jīng)過多年的發(fā)展和研究，已經(jīng)制定了WRAN無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，成立了802.22標(biāo)準(zhǔn)化工作小組，制定了一個包括物理層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等比較完整的通信協(xié)議方案，提高了WRAN的推廣、普及和使用[3]。

1 農(nóng)村信息化發(fā)展應(yīng)用需求

隨著農(nóng)村電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，農(nóng)村信息化已經(jīng)得到了極大的普及，不僅僅建立了農(nóng)村淘寶商城、農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)、農(nóng)產(chǎn)品加工網(wǎng)、農(nóng)村廣播電視網(wǎng)，同時還利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了村鎮(zhèn)視頻監(jiān)控，提高了農(nóng)村居民信息化水平。本文通過對農(nóng)村信息化發(fā)展進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村信息化經(jīng)歷了3個關(guān)鍵階段，分別是網(wǎng)絡(luò)化階段、綜合化階段和全程化階段。農(nóng)村信息化是指利用各種形式的局域網(wǎng)構(gòu)建信息高速公路，這樣就可以實現(xiàn)農(nóng)村居民、農(nóng)業(yè)合作社、農(nóng)村專業(yè)協(xié)會等信息共享，利用互聯(lián)網(wǎng)保證農(nóng)村的生產(chǎn)加工、文化教育、娛樂游戲等物質(zhì)精神生活[4]。

近年來，農(nóng)村居民信息化系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展和壯大，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，功能也越來越豐富，涉及了農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、土地資源、耕作工具、化肥種子等多業(yè)務(wù)管理，提高了種子培育、辛勞耕作、施肥管理的自動化、信息化和智能化。農(nóng)業(yè)產(chǎn)品可以利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息發(fā)布，能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)產(chǎn)品拍照上傳、產(chǎn)品交易等服務(wù)。土地資源管理可以采集農(nóng)村土地的位置信息，將這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與遙感地圖結(jié)合在一起，拍照保存到數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)土地資源的可控性管理。耕作工具可以利用傳感器實現(xiàn)信息采集，及時對耕作工具進(jìn)行運行監(jiān)控，這樣就可以實現(xiàn)耕作工具的狀態(tài)采集、信息加工、維護(hù)記錄等功能，進(jìn)一步管理耕作工具內(nèi)容，具有重要的作用?；史N子信息管理也可以利用攝像頭、傳感器等實現(xiàn)化肥種子操作情況管理，幫助農(nóng)村居民及時獲取化肥種子價格，幫助用戶做出購買決策，節(jié)約農(nóng)資?？偠灾r(nóng)村信息化覆蓋范圍廣泛，也是未來互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，可以實現(xiàn)強大的服務(wù)信息操作，進(jìn)一步實現(xiàn)農(nóng)村信息的加工處理。

2 無線廣播區(qū)域網(wǎng)在農(nóng)村信息化中的組建與設(shè)計

無線廣播區(qū)域網(wǎng)在農(nóng)村信息化普及和使用中，其可以為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，實現(xiàn)信息加工和處理，接入模式包括兩個：（1）將WRAN作為WiFi熱點一種回傳技術(shù)，利用WiFi為用戶提供無線互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)；（2）為每一個用戶配置獨立的調(diào)制解調(diào)器，然后連接用戶終端設(shè)備進(jìn)入到互聯(lián)網(wǎng)[5]。無線廣播區(qū)域網(wǎng)在農(nóng)村常用組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

WRAN網(wǎng)絡(luò)主要組成設(shè)備包括很多，常用設(shè)備包括基站、調(diào)制解調(diào)器、用戶終端、無線路由器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)中心設(shè)備等，同時也需要各類型的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，以便能夠控制和管理網(wǎng)絡(luò)。WRAN網(wǎng)絡(luò)控制與管理系統(tǒng)包括認(rèn)證與計費系統(tǒng)、鑒權(quán)管理系統(tǒng)、無線通信資源管理服務(wù)系統(tǒng)、位置服務(wù)系統(tǒng)、安全通信傳輸服務(wù)系統(tǒng)等，利用這些系統(tǒng)可以管理WRAN中的節(jié)點，控制網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和服務(wù)質(zhì)量。WRAN技術(shù)為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)具有很多優(yōu)點，其不僅可以利用運營商提供的服務(wù)，同時也可以利用廣電網(wǎng)絡(luò)運營商提供的服務(wù)。本文作為筆者的研究實踐，WRAN使用廣播電視頻譜資源，利用數(shù)字化雙向有線電視網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)了游戲、金融、高清晰電視等服務(wù)。

WRAN的認(rèn)證與計費系統(tǒng)可以統(tǒng)計用戶賬號下的流量，按照運營商定好的單價計算用戶的費用，將流量轉(zhuǎn)換為便于理解的人民幣金額，因此計費系統(tǒng)主要是實現(xiàn)流量費用的轉(zhuǎn)換功能，同時也可以統(tǒng)計用戶賬號是否存在子賬號等，實現(xiàn)合并計費。鑒權(quán)管理系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)接入設(shè)備的授權(quán)，利用WRAN接入的設(shè)備非常多，這些設(shè)備系統(tǒng)的操作得到良好的管控，比如用戶的傳感器接入到系統(tǒng)，此時就需要將傳感器的媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）地址發(fā)送給鑒權(quán)系統(tǒng)，授權(quán)通過之后才能夠訪問互聯(lián)網(wǎng)。無線通信資源管理服務(wù)系統(tǒng)可以實時跟蹤和統(tǒng)計WRAN頻譜資源的使用情況，如果發(fā)現(xiàn)某些資源帶寬存在緊張的情況，為了避免出現(xiàn)擁堵導(dǎo)致用戶無法正常訪問網(wǎng)絡(luò)，可以平衡頻譜資源的負(fù)載，實現(xiàn)信息的加工和服務(wù)。位置服務(wù)系統(tǒng)可以利用設(shè)備自帶的重力感應(yīng)器、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星或全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）衛(wèi)星等進(jìn)行信息傳輸和定位，這樣就可以更好地幫助廣播區(qū)域承載的設(shè)備進(jìn)行管理，實現(xiàn)信息的加工和操作。安全通信傳輸服務(wù)系統(tǒng)是指無線廣播區(qū)域網(wǎng)為了保證用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確以及傳輸?shù)男畔⒄_，此時就需要采用強大的加密技術(shù)保證信道的安全性，這樣就可以實現(xiàn)信道的正常傳輸和通信功能，保證通信良好性、完整性，進(jìn)一步管控通信傳輸信道的操作模式準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)差錯。

圖1 WRAN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

WRAN作為頻譜資源整合、利用的一種關(guān)鍵技術(shù)，其可以采用專業(yè)的調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)信息接入，幫助用戶通過無線介質(zhì)共享信息，為用戶提供一個效率更高的接入模式。WARN經(jīng)過多年的研究和普及，目前已經(jīng)覆蓋油田、礦山、港口、廠區(qū)等工業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)一步提高了互聯(lián)網(wǎng)信息共享。

[1]劉英挺，張海林，惠蕾放，等.無線區(qū)域網(wǎng)單小區(qū)中下行鏈路的子信道分配[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報，2011（6）：69-72.

[2]劉英挺，李晨曦，張海林，等.WRAN多小區(qū)上行鏈路信道與功率的聯(lián)合分配[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（4）：39-45.

[3]陳亮，張華鐸，王康.農(nóng)村區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略分析[J].中國新通信，2015（3）：127-128.

[4]黃廣建.農(nóng)村區(qū)域TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)工程覆蓋策略設(shè)計[J].中國新通信，2016（14）：67-67.

[5]章堅武，趙琪，鄒婧媛.基于Radio Environment Map的IEEE802.22 WRAN系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2009（11）：70-73.

Application of radio broadcast area network in countryside

Li Zhiqiang
(Liangjiang Culture, Sports and Radio and Television Station of Wuming District in Nanning, Nanning 530014, China)

At present, television signals have been converted from traditional analog to digital, more and more radio and television spectrum resources are released. In order to better meet the communication and transmission spectrum resources and improve the utilization efficiency of the spectrum, to provide opportunities for “internet +” access to service providers and innovative applications,WRAN is proposed through research. WRAN can use idle spectrum resources of radio and television without affecting the service of authorized users and provide data transmission functions for vast areas in remote areas or vast rural areas. Transmission range of WRAN up to 100 km, can provide rural users with data transmission, routing and forwarding capabilities, including multiple network element nodes, such as base stations, user front-end equipment, servers, wireless routers, etc., to meet the needs of rural informatization. The article starts from the application demand of rural informatization development and discusses the formation and design of WRAN in rural informatization.

countryside; wireless regional area network; broadcast; spectrum

李志強（1969— ），男，廣西南寧人，助理工程師；研究方向：農(nóng)村無線廣播網(wǎng)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)。