廣電5G+智慧農村建設實踐

（本文作者：江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司 趙明 ）

智慧農業(yè)是高度技術密集的新興產業(yè)，江蘇有線蘇州分公司深入研究智慧農業(yè)和鄉(xiāng)村治理需求，將5G技術應用于智慧農業(yè)業(yè)務；同時，采用5G技術對公司成熟的視頻監(jiān)控和應急廣播業(yè)務進行重構，應用于智慧鄉(xiāng)村治理，提出了一種低成本的廣電5G+智慧農村整體解決方案。

1 廣電5G+智慧農村建設方案

該方案包含智慧農業(yè)和智慧鄉(xiāng)村治理兩個系統(tǒng)平臺。

1.1廣電5G+智慧農業(yè)

廣電5G網絡抗干擾能力強，覆蓋范圍廣，利用其進行智慧農業(yè)業(yè)務數據傳輸，能大大節(jié)省光纜布放成本，縮短施工周期。同時，借助其高帶寬的特點，廣電5G網絡既能滿足傳感數據等小帶寬業(yè)務傳輸，也能支持視頻監(jiān)控等大帶寬業(yè)務傳輸。將5G應用于智慧農業(yè)數據傳輸，是智慧農業(yè)建設的理想方案。但目前5G網絡切片功能還不成熟，且5G模組成本較傳統(tǒng)的WiFi、LoRa和ZigBee模組成本高，使用5G網絡直接替代傳感器網絡的經濟效益低。因此，綜合考慮實施成本、覆蓋距離、傳輸帶寬和功耗等關鍵要素后，我們決定采用5G+LoRa（WiFi）異構網絡實現智慧農業(yè)數據傳輸。

蘇州廣電5G+智慧農業(yè)系統(tǒng)架構如圖1所示，系統(tǒng)分為感知層、網絡層和應用層。

圖1 蘇州廣電5G+智慧農業(yè)系統(tǒng)架構圖架

感知層主要包括LoRa傳感器網絡和WiFi網絡。LoRa傳感器網絡，適用于低帶寬數據的傳輸，主要用于農田數據采集和控制信息下發(fā)。LoRa傳感器網絡包含傳感器節(jié)點和網關節(jié)點，采用星型網絡架構，能較大的節(jié)省功耗，延長傳感器節(jié)點的電池壽命，減少維護成本；同時，還能縮短數據傳輸時延，提高數據采集的及時性。傳感器節(jié)點部署不同類型的傳感器，包括溫度、濕度、光照、二氧化碳、土壤熵值、土壤濕度等傳感器。LoRa網關節(jié)點部署有LoRa集中器和5G CPE設備，負責采集數據的上傳和控制信息的下發(fā)，同時借助5G網絡將感知層采集數據回傳到應用層，并將應用層下發(fā)的控制信息轉發(fā)給相關傳感器節(jié)點。WiFi網絡實現溫室大棚安防監(jiān)控、溫感視頻拍攝、病蟲害視頻監(jiān)控等大帶寬數據采集和傳輸。WiFi網絡包括采集節(jié)點和網關節(jié)點。采集節(jié)點部署視頻攝像頭、紅外攝像頭等高帶寬數據采集設備，和WiFi模塊，負責采集普通視頻和紅外視頻信息，并與網關節(jié)點通信，執(zhí)行網關節(jié)點轉發(fā)的各種指令。網關節(jié)點同時部署WiFi AP和5G CPE模塊，完成數據中傳的功能，借助5G網絡將前端采集數據回傳到應用層，同時將應用層的控制指令轉發(fā)給采集節(jié)點。

網絡層負責感知層數據的上傳和應用層信息的下發(fā)。網絡層采用廣電5G網絡，借助其廣覆蓋的特點，能支持大量感知層網關節(jié)點的接入，實現農田廣覆蓋，能大幅減少光纜的布放。同時，借助其大帶寬的特點，5G網絡除了支持農田環(huán)境參數等小帶寬數據的回傳外，還能支持視頻等大帶寬業(yè)務的回傳。

應用層主要負責農田數據的管理和分析。應用層利用公司已有的行業(yè)云平臺部署智慧農業(yè)管理平臺。該平臺負責感知層網關和傳感器節(jié)點的管理，并實時收集農田環(huán)境參數（包括溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強度，土壤濕度、熵值等）和視頻監(jiān)控數據，提供信息查詢和呈現功能，為農業(yè)科學生產提供數據基礎。同時，該平臺結合專家數據庫和神經網絡圖像識別技術智能識別作物的生長狀況，發(fā)現干旱缺水、缺少營養(yǎng)元素或病蟲害等現象，及時在管理平臺上預警，并通過APP客戶端或短信方式將預警信息和處理建議，推送至管理人員和相關農戶，實現科學種植。

1.2廣電5G+智慧鄉(xiāng)村治理

廣電5G+智慧鄉(xiāng)村治理系統(tǒng)包含平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控、應急廣播和農村人居環(huán)境監(jiān)測三個子系統(tǒng)，系統(tǒng)的整體架構如圖2所示。

圖2 蘇州廣電5G+智慧鄉(xiāng)村治理系統(tǒng)架構圖

平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，基于網格化管理，結合公司已有的視頻監(jiān)控云平臺，實現對鄉(xiāng)村全方位安全監(jiān)控；同時提供信息上報功能，為村民提供自助自救的有效工具。應急廣播系統(tǒng)，依托有線電視網絡基礎設施和5G網絡，建立區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村三級“應急廣播”平臺，通過與蘇州市應急廣播調度平臺對接，同時滿足區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村的地域性應急信息發(fā)布和應急指揮需求，實現全天候、全方位、全時段的預警信息發(fā)布。農村人居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)實現農村空氣、水源、土壤、生活垃圾、廁所糞污、生活污水等信息的實時監(jiān)測，分析各片區(qū)農村生態(tài)環(huán)境改善情況，及時預警生態(tài)破壞事件。

1.2.1 平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控

平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為業(yè)務接入層、網絡層和平臺層。

業(yè)務接入層主要負責視頻信息的采集和傳送，包括接入節(jié)點和網關節(jié)點。接入節(jié)點部署智能攝像頭和WiFi通信模塊，負責采集相關視頻數據，通過WiFi網絡將相關視頻數據發(fā)送給網關節(jié)點，同時通過WiFi網關接收相關指令信息。網關節(jié)點同時部署有WiFi AP和5G CPE模塊，負責數據的中轉傳輸，將接入節(jié)點采集的信息轉發(fā)給平臺層，同時將平臺層下發(fā)的命令轉發(fā)給接入層。

網絡層主要負責視頻終端與管理平臺和存儲系統(tǒng)的互聯。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控業(yè)務的傳輸網絡層一般采用IP數據專線或EPON網承載，都需要布放光纖至視頻終端設備，建設成本高。該方案中，我們采用5G網絡實現各終端節(jié)點的無線匯聚，通過IP城域網將5G網絡與云平臺互聯，進而實現視頻終端與管理平臺之間的信息交互，大大節(jié)省了光纜部署成本，縮短了建設周期，實現了降本增效。

平臺層分為管理平臺和存儲系統(tǒng)。管理平臺包括資源配置子系統(tǒng)、視頻應用子系統(tǒng)和運維管理子系統(tǒng)。基礎配置子系統(tǒng)主要負責視頻資源管理、告警業(yè)務配置、錄像業(yè)務配置、級聯管理、系統(tǒng)參數配置、操作日志管理等。視頻應用子系統(tǒng)主要實現資源導航、視頻監(jiān)控、視頻預案輪巡、云鏡控制、錄像回放、電視墻管理、網絡對講、智能應用（客流量統(tǒng)計等）、視頻文件應用、報警主機控制、操作日志、信息公告、幫助系統(tǒng)等功能。運維管理子系統(tǒng)主要實現配置管理、資源監(jiān)控、統(tǒng)計分析、告警分析等功能。存儲系統(tǒng)利用蘇州行業(yè)云平臺云存儲系統(tǒng)，采用分布式數據塊存儲技術，采用數據路徑與控制路徑分離的非對稱分布式架構，結合負載均衡與并發(fā)訪問策略，實現在統(tǒng)一命名空間下提供PB級存儲容量及超高聚合帶寬，同時具備高可用、靈活擴展、易管理、易使用等特點。

1.2.2 應急廣播建設方案

應急廣播系統(tǒng)分為業(yè)務接入層、網絡層和平臺層。

業(yè)務接入層負責應急廣播信息的接收、發(fā)布和響應，包括終端設備和5G通信模塊。終端設備的主要類型有音柱、廣播控制臺、監(jiān)聽音箱和有線電視終端。音柱配置5G CPE模塊，通過5G網絡實現與區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺的互聯，負責接收并播放區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺的應急廣播信息。有線電視終端通過有線電視網絡與區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺互聯，負責區(qū)、鎮(zhèn)、村級播控平臺的應急信息的接收和播放。廣播控制臺和監(jiān)聽音箱部署在村級播控中心，通過5G CPE與本村音柱和區(qū)、鎮(zhèn)、村級應急播控平臺互聯，實現村級信息發(fā)布和監(jiān)控信息回傳。

網絡層主要負責應急廣播終端的數據回傳，和區(qū)、鎮(zhèn)、村應急廣播平臺音頻流的下發(fā)。傳統(tǒng)應急廣播的傳輸網絡層一般采用IP數據專線或EPON網承載，都需要布放光纖至應急廣播終端設備，建設成本高。該方案中采用廣電5G網絡實現廣播業(yè)務的承載，在應急廣播終端側配置5G CPE設備即能實現數據回傳和業(yè)務下發(fā)，能充分利用5G高帶寬、低時延和廣連接的特點，實現大范圍多個應急廣播終端的接入，大大節(jié)省了光纜布放成本，縮短了施工周期。

平臺層主要負責資源管理、廣播管控、監(jiān)管監(jiān)測和系統(tǒng)管理。資源管理模塊主要負責媒體資源庫管理、終端管理、控制臺和區(qū)域信息管理等。廣播管控模塊主要負責實時廣播、定時廣播、廣播回放等管理控制。監(jiān)管監(jiān)測模塊主要負責監(jiān)控設備在線狀態(tài)和監(jiān)管下發(fā)的文字和視頻信息。系統(tǒng)管理模塊主要負責用戶管理、系統(tǒng)日志管理、頁面管理和運維數據管理。

1.2.3 農村人居環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測子模塊分為業(yè)務接入層、網絡層和平臺層。

業(yè)務接入層采用LoRa 無線傳感器網絡，包含LoRa感知節(jié)點和網關節(jié)點，感知節(jié)點負責采集空氣、濕度、光照度等信息，并上報網關節(jié)點，同時接收平臺層下發(fā)的相關控制信息。網關節(jié)點同時部署LoRa和5G CPE模塊，從感知節(jié)點接收采集信息，并通過5G網絡將采集信息轉發(fā)給平臺層。

網絡層采用廣電5G網絡，實現采集數據的回傳，和廣播信息的下發(fā)。

平臺層在云平臺上部署5G+智慧鄉(xiāng)村治理管理平臺，采用大數據技術將相關環(huán)境信息采集入庫，同時通過大屏設備或APP呈現相關信息，出現生態(tài)環(huán)境惡化的情況，能及時預警，并采取相應措施。

2項目實施效果

傳統(tǒng)的智慧農田、視頻監(jiān)控和應急廣播業(yè)務主要采用有線方式進行數據回傳，需要大量布放光纜，工程周期長，施工成本高。該方案采用廣電5G網絡作為數據傳輸通道，充分利用其高帶寬、低時延和廣連接的特點，低成本實現了傳感數據、視頻數據、音頻數據和控制指令等傳輸，在保證傳輸性能的同時，節(jié)省了約80%的光纜布放，同時大大縮短了施工周期，節(jié)省了施工費用。

3 結束語

將廣電5G應用于智慧農業(yè)，利用廣電5G 700M網絡高帶寬、低時延、廣連接的特點，采用5G網絡實現智慧農業(yè)數據傳輸，能較大的節(jié)省光纜布放成本，縮減施工周期，實現降本增效。同時，廣電公司利用5G技術對應急廣播和視頻監(jiān)控等傳統(tǒng)強項業(yè)務進行重構，并與智慧農村業(yè)務相結合，能提供低成本的智慧農業(yè)和智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)治理整體建設方案，搶占智慧農村行業(yè)高地。