广电5G+智慧农村建设实践

（本文作者：江苏省广电有线信息网络股份有限公司苏州分公司 赵明 ）

智慧农业是高度技术密集的新兴产业，江苏有线苏州分公司深入研究智慧农业和乡村治理需求，将5G技术应用于智慧农业业务；同时，采用5G技术对公司成熟的视频监控和应急广播业务进行重构，应用于智慧乡村治理，提出了一种低成本的广电5G+智慧农村整体解决方案。

1 广电5G+智慧农村建设方案

该方案包含智慧农业和智慧乡村治理两个系统平台。

1.1广电5G+智慧农业

广电5G网络抗干扰能力强，覆盖范围广，利用其进行智慧农业业务数据传输，能大大节省光缆布放成本，缩短施工周期。同时，借助其高带宽的特点，广电5G网络既能满足传感数据等小带宽业务传输，也能支持视频监控等大带宽业务传输。将5G应用于智慧农业数据传输，是智慧农业建设的理想方案。但目前5G网络切片功能还不成熟，且5G模组成本较传统的WiFi、LoRa和ZigBee模组成本高，使用5G网络直接替代传感器网络的经济效益低。因此，综合考虑实施成本、覆盖距离、传输带宽和功耗等关键要素后，我们决定采用5G+LoRa（WiFi）异构网络实现智慧农业数据传输。

苏州广电5G+智慧农业系统架构如图1所示，系统分为感知层、网络层和应用层。

图1 苏州广电5G+智慧农业系统架构图架

感知层主要包括LoRa传感器网络和WiFi网络。LoRa传感器网络，适用于低带宽数据的传输，主要用于农田数据采集和控制信息下发。LoRa传感器网络包含传感器节点和网关节点，采用星型网络架构，能较大的节省功耗，延长传感器节点的电池寿命，减少维护成本；同时，还能缩短数据传输时延，提高数据采集的及时性。传感器节点部署不同类型的传感器，包括温度、湿度、光照、二氧化碳、土壤熵值、土壤湿度等传感器。LoRa网关节点部署有LoRa集中器和5G CPE设备，负责采集数据的上传和控制信息的下发，同时借助5G网络将感知层采集数据回传到应用层，并将应用层下发的控制信息转发给相关传感器节点。WiFi网络实现温室大棚安防监控、温感视频拍摄、病虫害视频监控等大带宽数据采集和传输。WiFi网络包括采集节点和网关节点。采集节点部署视频摄像头、红外摄像头等高带宽数据采集设备，和WiFi模块，负责采集普通视频和红外视频信息，并与网关节点通信，执行网关节点转发的各种指令。网关节点同时部署WiFi AP和5G CPE模块，完成数据中传的功能，借助5G网络将前端采集数据回传到应用层，同时将应用层的控制指令转发给采集节点。

网络层负责感知层数据的上传和应用层信息的下发。网络层采用广电5G网络，借助其广覆盖的特点，能支持大量感知层网关节点的接入，实现农田广覆盖，能大幅减少光缆的布放。同时，借助其大带宽的特点，5G网络除了支持农田环境参数等小带宽数据的回传外，还能支持视频等大带宽业务的回传。

应用层主要负责农田数据的管理和分析。应用层利用公司已有的行业云平台部署智慧农业管理平台。该平台负责感知层网关和传感器节点的管理，并实时收集农田环境参数（包括温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度，土壤湿度、熵值等）和视频监控数据，提供信息查询和呈现功能，为农业科学生产提供数据基础。同时，该平台结合专家数据库和神经网络图像识别技术智能识别作物的生长状况，发现干旱缺水、缺少营养元素或病虫害等现象，及时在管理平台上预警，并通过APP客户端或短信方式将预警信息和处理建议，推送至管理人员和相关农户，实现科学种植。

1.2广电5G+智慧乡村治理

广电5G+智慧乡村治理系统包含平安乡镇视频监控、应急广播和农村人居环境监测三个子系统，系统的整体架构如图2所示。

图2 苏州广电5G+智慧乡村治理系统架构图

平安乡镇视频监控系统，基于网格化管理，结合公司已有的视频监控云平台，实现对乡村全方位安全监控；同时提供信息上报功能，为村民提供自助自救的有效工具。应急广播系统，依托有线电视网络基础设施和5G网络，建立区、乡镇、行政村三级“应急广播”平台，通过与苏州市应急广播调度平台对接，同时满足区、乡镇和行政村的地域性应急信息发布和应急指挥需求，实现全天候、全方位、全时段的预警信息发布。农村人居环境监测系统实现农村空气、水源、土壤、生活垃圾、厕所粪污、生活污水等信息的实时监测，分析各片区农村生态环境改善情况，及时预警生态破坏事件。

1.2.1 平安乡镇视频监控

平安乡镇视频监控系统分为业务接入层、网络层和平台层。

业务接入层主要负责视频信息的采集和传送，包括接入节点和网关节点。接入节点部署智能摄像头和WiFi通信模块，负责采集相关视频数据，通过WiFi网络将相关视频数据发送给网关节点，同时通过WiFi网关接收相关指令信息。网关节点同时部署有WiFi AP和5G CPE模块，负责数据的中转传输，将接入节点采集的信息转发给平台层，同时将平台层下发的命令转发给接入层。

网络层主要负责视频终端与管理平台和存储系统的互联。传统视频监控业务的传输网络层一般采用IP数据专线或EPON网承载，都需要布放光纤至视频终端设备，建设成本高。该方案中，我们采用5G网络实现各终端节点的无线汇聚，通过IP城域网将5G网络与云平台互联，进而实现视频终端与管理平台之间的信息交互，大大节省了光缆部署成本，缩短了建设周期，实现了降本增效。

平台层分为管理平台和存储系统。管理平台包括资源配置子系统、视频应用子系统和运维管理子系统。基础配置子系统主要负责视频资源管理、告警业务配置、录像业务配置、级联管理、系统参数配置、操作日志管理等。视频应用子系统主要实现资源导航、视频监控、视频预案轮巡、云镜控制、录像回放、电视墙管理、网络对讲、智能应用（客流量统计等）、视频文件应用、报警主机控制、操作日志、信息公告、帮助系统等功能。运维管理子系统主要实现配置管理、资源监控、统计分析、告警分析等功能。存储系统利用苏州行业云平台云存储系统，采用分布式数据块存储技术，采用数据路径与控制路径分离的非对称分布式架构，结合负载均衡与并发访问策略，实现在统一命名空间下提供PB级存储容量及超高聚合带宽，同时具备高可用、灵活扩展、易管理、易使用等特点。

1.2.2 应急广播建设方案

应急广播系统分为业务接入层、网络层和平台层。

业务接入层负责应急广播信息的接收、发布和响应，包括终端设备和5G通信模块。终端设备的主要类型有音柱、广播控制台、监听音箱和有线电视终端。音柱配置5G CPE模块，通过5G网络实现与区、镇、村级播控平台的互联，负责接收并播放区、镇、村级播控平台的应急广播信息。有线电视终端通过有线电视网络与区、镇、村级播控平台互联，负责区、镇、村级播控平台的应急信息的接收和播放。广播控制台和监听音箱部署在村级播控中心，通过5G CPE与本村音柱和区、镇、村级应急播控平台互联，实现村级信息发布和监控信息回传。

网络层主要负责应急广播终端的数据回传，和区、镇、村应急广播平台音频流的下发。传统应急广播的传输网络层一般采用IP数据专线或EPON网承载，都需要布放光纤至应急广播终端设备，建设成本高。该方案中采用广电5G网络实现广播业务的承载，在应急广播终端侧配置5G CPE设备即能实现数据回传和业务下发，能充分利用5G高带宽、低时延和广连接的特点，实现大范围多个应急广播终端的接入，大大节省了光缆布放成本，缩短了施工周期。

平台层主要负责资源管理、广播管控、监管监测和系统管理。资源管理模块主要负责媒体资源库管理、终端管理、控制台和区域信息管理等。广播管控模块主要负责实时广播、定时广播、广播回放等管理控制。监管监测模块主要负责监控设备在线状态和监管下发的文字和视频信息。系统管理模块主要负责用户管理、系统日志管理、页面管理和运维数据管理。

1.2.3 农村人居环境监测

环境监测子模块分为业务接入层、网络层和平台层。

业务接入层采用LoRa 无线传感器网络，包含LoRa感知节点和网关节点，感知节点负责采集空气、湿度、光照度等信息，并上报网关节点，同时接收平台层下发的相关控制信息。网关节点同时部署LoRa和5G CPE模块，从感知节点接收采集信息，并通过5G网络将采集信息转发给平台层。

网络层采用广电5G网络，实现采集数据的回传，和广播信息的下发。

平台层在云平台上部署5G+智慧乡村治理管理平台，采用大数据技术将相关环境信息采集入库，同时通过大屏设备或APP呈现相关信息，出现生态环境恶化的情况，能及时预警，并采取相应措施。

2项目实施效果

传统的智慧农田、视频监控和应急广播业务主要采用有线方式进行数据回传，需要大量布放光缆，工程周期长，施工成本高。该方案采用广电5G网络作为数据传输通道，充分利用其高带宽、低时延和广连接的特点，低成本实现了传感数据、视频数据、音频数据和控制指令等传输，在保证传输性能的同时，节省了约80%的光缆布放，同时大大缩短了施工周期，节省了施工费用。

3 结束语

将广电5G应用于智慧农业，利用广电5G 700M网络高带宽、低时延、广连接的特点，采用5G网络实现智慧农业数据传输，能较大的节省光缆布放成本，缩减施工周期，实现降本增效。同时，广电公司利用5G技术对应急广播和视频监控等传统强项业务进行重构，并与智慧农村业务相结合，能提供低成本的智慧农业和智慧乡镇治理整体建设方案，抢占智慧农村行业高地。