无线广播区域网在农村的应用

李志强

（南宁市武鸣区两江镇文化体育和广播影视站，广西 南宁 530014）

无线广播区域网在农村的应用

李志强

（南宁市武鸣区两江镇文化体育和广播影视站，广西 南宁 530014）

目前，电视信号已经从传统的模拟转换为数字，越来越多的广播电视频谱资源被释放出来。为了更好地满足通信传输频谱资源，提高频谱的利用效率，为“互联网+”接入服务商和创新应用提供机会，人们通过研究提出了WRAN，该网络在不影响授权用户业务的前提下可以使用广播电视的空闲频谱资源，为广大的偏远地区或广袤的农村提供数据传输功能。WRAN传输的范围高达100 km，能够为农村用户提供数据传输、路由转发功能，包括多个网元节点，比如基站、用户前端设备、服务器、无线路由器等，能够满足农村信息化需求。文章从农村信息化发展的应用需求入手，探讨了WRAN在农村信息化中的组建与设计。

农村；无线区域网；广播；频谱

随着无线通信带宽的大幅度增加，频谱资源变得越来越稀缺，尤其是分布于3 GHz以下的无线电通信频段，这些无线电通信频段很多都被移动通信占用，并且由于数据传输需求增多，许多通信学者不得不再采用链路自适应、多天线、频道复用技术，以便满足日益增长的通信传输需求[1]。无线区域网（Wireless Regional Area Network，WRAN）是一个采用认知无线电技术的网络，能够为独立的、分散的、稀疏的人口区域提供无线宽带接入功能，尤其是地形地貌复杂、经济落后的偏远地区和广阔的农村区域，传输范围可以达到100 km，非视距采用TV广播频带实现数据传输，具有免许可执照频谱功能[2]。WRAN技术能够帮助人们远程接入到栅格计算机站点，目前IEEE经过多年的发展和研究，已经制定了WRAN无线通信协议标准，成立了802.22标准化工作小组，制定了一个包括物理层、传输层、网络层、应用层等比较完整的通信协议方案，提高了WRAN的推广、普及和使用[3]。

1 农村信息化发展应用需求

随着农村电子商务、农业物联网的发展和普及，农村信息化已经得到了极大的普及，不仅仅建立了农村淘宝商城、农业信息网、农产品加工网、农村广播电视网，同时还利用互联网实现了村镇视频监控，提高了农村居民信息化水平。本文通过对农村信息化发展进行研究，发现农村信息化经历了3个关键阶段，分别是网络化阶段、综合化阶段和全程化阶段。农村信息化是指利用各种形式的局域网构建信息高速公路，这样就可以实现农村居民、农业合作社、农村专业协会等信息共享，利用互联网保证农村的生产加工、文化教育、娱乐游戏等物质精神生活[4]。

近年来，农村居民信息化系统经过多年的发展和壮大，已经得到了广泛应用，功能也越来越丰富，涉及了农业产品、土地资源、耕作工具、化肥种子等多业务管理，提高了种子培育、辛劳耕作、施肥管理的自动化、信息化和智能化。农业产品可以利用互联网实现信息发布，能够将农业产品拍照上传、产品交易等服务。土地资源管理可以采集农村土地的位置信息，将这些基础数据与遥感地图结合在一起，拍照保存到数据库中，实现土地资源的可控性管理。耕作工具可以利用传感器实现信息采集，及时对耕作工具进行运行监控，这样就可以实现耕作工具的状态采集、信息加工、维护记录等功能，进一步管理耕作工具内容，具有重要的作用。化肥种子信息管理也可以利用摄像头、传感器等实现化肥种子操作情况管理，帮助农村居民及时获取化肥种子价格，帮助用户做出购买决策，节约农资。总而言之，农村信息化覆盖范围广泛，也是未来互联网应用的重要领域之一，可以实现强大的服务信息操作，进一步实现农村信息的加工处理。

2 无线广播区域网在农村信息化中的组建与设计

无线广播区域网在农村信息化普及和使用中，其可以为用户提供互联网接入服务，实现信息加工和处理，接入模式包括两个：（1）将WRAN作为WiFi热点一种回传技术，利用WiFi为用户提供无线互联网接入服务；（2）为每一个用户配置独立的调制解调器，然后连接用户终端设备进入到互联网[5]。无线广播区域网在农村常用组网结构如图1所示。

WRAN网络主要组成设备包括很多，常用设备包括基站、调制解调器、用户终端、无线路由器、数据管理服务中心设备等，同时也需要各类型的网络管理软件，以便能够控制和管理网络。WRAN网络控制与管理系统包括认证与计费系统、鉴权管理系统、无线通信资源管理服务系统、位置服务系统、安全通信传输服务系统等，利用这些系统可以管理WRAN中的节点，控制网络传输速度和服务质量。WRAN技术为用户提供互联网接入服务具有很多优点，其不仅可以利用运营商提供的服务，同时也可以利用广电网络运营商提供的服务。本文作为笔者的研究实践，WRAN使用广播电视频谱资源，利用数字化双向有线电视网络作为传输介质，实现了游戏、金融、高清晰电视等服务。

WRAN的认证与计费系统可以统计用户账号下的流量，按照运营商定好的单价计算用户的费用，将流量转换为便于理解的人民币金额，因此计费系统主要是实现流量费用的转换功能，同时也可以统计用户账号是否存在子账号等，实现合并计费。鉴权管理系统的主要功能是实现接入设备的授权，利用WRAN接入的设备非常多，这些设备系统的操作得到良好的管控，比如用户的传感器接入到系统，此时就需要将传感器的媒体访问控制（Media Access Control，MAC）地址发送给鉴权系统，授权通过之后才能够访问互联网。无线通信资源管理服务系统可以实时跟踪和统计WRAN频谱资源的使用情况，如果发现某些资源带宽存在紧张的情况，为了避免出现拥堵导致用户无法正常访问网络，可以平衡频谱资源的负载，实现信息的加工和服务。位置服务系统可以利用设备自带的重力感应器、北斗导航卫星或全球定位系统（Global Position System，GPS）卫星等进行信息传输和定位，这样就可以更好地帮助广播区域承载的设备进行管理，实现信息的加工和操作。安全通信传输服务系统是指无线广播区域网为了保证用户传输的数据准确以及传输的信息正确，此时就需要采用强大的加密技术保证信道的安全性，这样就可以实现信道的正常传输和通信功能，保证通信良好性、完整性，进一步管控通信传输信道的操作模式准确，避免出现差错。

图1 WRAN网络组网结构

3 结语

WRAN作为频谱资源整合、利用的一种关键技术，其可以采用专业的调制解调器实现信息接入，帮助用户通过无线介质共享信息，为用户提供一个效率更高的接入模式。WARN经过多年的研究和普及，目前已经覆盖油田、矿山、港口、厂区等工业领域，进一步提高了互联网信息共享。

[1]刘英挺，张海林，惠蕾放，等.无线区域网单小区中下行链路的子信道分配[J].北京邮电大学学报，2011（6）：69-72.

[2]刘英挺，李晨曦，张海林，等.WRAN多小区上行链路信道与功率的联合分配[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2012（4）：39-45.

[3]陈亮，张华铎，王康.农村区域无线网络建设策略分析[J].中国新通信，2015（3）：127-128.

[4]黄广建.农村区域TD-LTE无线网络工程覆盖策略设计[J].中国新通信，2016（14）：67-67.

[5]章坚武，赵琪，邹婧媛.基于Radio Environment Map的IEEE802.22 WRAN系统[J].电视技术，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

李志强（1969— ），男，广西南宁人，助理工程师；研究方向：农村无线广播网，乡镇有线电视网。