無線廣播區域網在農村的應用

李志強

（南寧市武鳴區兩江鎮文化體育和廣播影視站，廣西 南寧 530014）

無線廣播區域網在農村的應用

李志強

（南寧市武鳴區兩江鎮文化體育和廣播影視站，廣西 南寧 530014）

目前，電視信號已經從傳統的模擬轉換為數字，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“互聯網+”接入服務商和創新應用提供機會，人們通過研究提出了WRAN，該網絡在不影響授權用戶業務的前提下可以使用廣播電視的空閑頻譜資源，為廣大的偏遠地區或廣袤的農村提供數據傳輸功能。WRAN傳輸的范圍高達100 km，能夠為農村用戶提供數據傳輸、路由轉發功能，包括多個網元節點，比如基站、用戶前端設備、服務器、無線路由器等，能夠滿足農村信息化需求。文章從農村信息化發展的應用需求入手，探討了WRAN在農村信息化中的組建與設計。

農村；無線區域網；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，并且由于數據傳輸需求增多，許多通信學者不得不再采用鏈路自適應、多天線、頻道復用技術，以便滿足日益增長的通信傳輸需求[1]。無線區域網（Wireless Regional Area Network，WRAN）是一個采用認知無線電技術的網絡，能夠為獨立的、分散的、稀疏的人口區域提供無線寬帶接入功能，尤其是地形地貌復雜、經濟落后的偏遠地區和廣闊的農村區域，傳輸范圍可以達到100 km，非視距采用TV廣播頻帶實現數據傳輸，具有免許可執照頻譜功能[2]。WRAN技術能夠幫助人們遠程接入到柵格計算機站點，目前IEEE經過多年的發展和研究，已經制定了WRAN無線通信協議標準，成立了802.22標準化工作小組，制定了一個包括物理層、傳輸層、網絡層、應用層等比較完整的通信協議方案，提高了WRAN的推廣、普及和使用[3]。

1 農村信息化發展應用需求

隨著農村電子商務、農業物聯網的發展和普及，農村信息化已經得到了極大的普及，不僅僅建立了農村淘寶商城、農業信息網、農產品加工網、農村廣播電視網，同時還利用互聯網實現了村鎮視頻監控，提高了農村居民信息化水平。本文通過對農村信息化發展進行研究，發現農村信息化經歷了3個關鍵階段，分別是網絡化階段、綜合化階段和全程化階段。農村信息化是指利用各種形式的局域網構建信息高速公路，這樣就可以實現農村居民、農業合作社、農村專業協會等信息共享，利用互聯網保證農村的生產加工、文化教育、娛樂游戲等物質精神生活[4]。

近年來，農村居民信息化系統經過多年的發展和壯大，已經得到了廣泛應用，功能也越來越豐富，涉及了農業產品、土地資源、耕作工具、化肥種子等多業務管理，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。農業產品可以利用互聯網實現信息發布，能夠將農業產品拍照上傳、產品交易等服務。土地資源管理可以采集農村土地的位置信息，將這些基礎數據與遙感地圖結合在一起，拍照保存到數據庫中，實現土地資源的可控性管理。耕作工具可以利用傳感器實現信息采集，及時對耕作工具進行運行監控，這樣就可以實現耕作工具的狀態采集、信息加工、維護記錄等功能，進一步管理耕作工具內容，具有重要的作用。化肥種子信息管理也可以利用攝像頭、傳感器等實現化肥種子操作情況管理，幫助農村居民及時獲取化肥種子價格，幫助用戶做出購買決策，節約農資。總而言之，農村信息化覆蓋范圍廣泛，也是未來互聯網應用的重要領域之一，可以實現強大的服務信息操作，進一步實現農村信息的加工處理。

2 無線廣播區域網在農村信息化中的組建與設計

無線廣播區域網在農村信息化普及和使用中，其可以為用戶提供互聯網接入服務，實現信息加工和處理，接入模式包括兩個：（1）將WRAN作為WiFi熱點一種回傳技術，利用WiFi為用戶提供無線互聯網接入服務；（2）為每一個用戶配置獨立的調制解調器，然后連接用戶終端設備進入到互聯網[5]。無線廣播區域網在農村常用組網結構如圖1所示。

WRAN網絡主要組成設備包括很多，常用設備包括基站、調制解調器、用戶終端、無線路由器、數據管理服務中心設備等，同時也需要各類型的網絡管理軟件，以便能夠控制和管理網絡。WRAN網絡控制與管理系統包括認證與計費系統、鑒權管理系統、無線通信資源管理服務系統、位置服務系統、安全通信傳輸服務系統等，利用這些系統可以管理WRAN中的節點，控制網絡傳輸速度和服務質量。WRAN技術為用戶提供互聯網接入服務具有很多優點，其不僅可以利用運營商提供的服務，同時也可以利用廣電網絡運營商提供的服務。本文作為筆者的研究實踐，WRAN使用廣播電視頻譜資源，利用數字化雙向有線電視網絡作為傳輸介質，實現了游戲、金融、高清晰電視等服務。

WRAN的認證與計費系統可以統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，將流量轉換為便于理解的人民幣金額，因此計費系統主要是實現流量費用的轉換功能，同時也可以統計用戶賬號是否存在子賬號等，實現合并計費。鑒權管理系統的主要功能是實現接入設備的授權，利用WRAN接入的設備非常多，這些設備系統的操作得到良好的管控，比如用戶的傳感器接入到系統，此時就需要將傳感器的媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）地址發送給鑒權系統，授權通過之后才能夠訪問互聯網。無線通信資源管理服務系統可以實時跟蹤和統計WRAN頻譜資源的使用情況，如果發現某些資源帶寬存在緊張的情況，為了避免出現擁堵導致用戶無法正常訪問網絡，可以平衡頻譜資源的負載，實現信息的加工和服務。位置服務系統可以利用設備自帶的重力感應器、北斗導航衛星或全球定位系統（Global Position System，GPS）衛星等進行信息傳輸和定位，這樣就可以更好地幫助廣播區域承載的設備進行管理，實現信息的加工和操作。安全通信傳輸服務系統是指無線廣播區域網為了保證用戶傳輸的數據準確以及傳輸的信息正確，此時就需要采用強大的加密技術保證信道的安全性，這樣就可以實現信道的正常傳輸和通信功能，保證通信良好性、完整性，進一步管控通信傳輸信道的操作模式準確，避免出現差錯。

圖1 WRAN網絡組網結構

3 結語

WRAN作為頻譜資源整合、利用的一種關鍵技術，其可以采用專業的調制解調器實現信息接入，幫助用戶通過無線介質共享信息，為用戶提供一個效率更高的接入模式。WARN經過多年的研究和普及，目前已經覆蓋油田、礦山、港口、廠區等工業領域，進一步提高了互聯網信息共享。

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

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

[3]陳亮，張華鐸，王康.農村區域無線網絡建設策略分析[J].中國新通信，2015（3）：127-128.

[4]黃廣建.農村區域TD-LTE無線網絡工程覆蓋策略設計[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[J].電視技術，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：農村無線廣播網，鄉鎮有線電視網。