光通技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用

胡 睿

（華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

光通技術(shù)主要是運(yùn)用光波作為傳輸媒介的技術(shù)，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)通信技術(shù)存在的缺陷。而物聯(lián)網(wǎng)則是運(yùn)用傳感設(shè)備進(jìn)行物品和網(wǎng)絡(luò)的連接，可以最大程度上實(shí)現(xiàn)物和物的信息交換，對(duì)物品信息進(jìn)行系統(tǒng)性管理，屬于近年來(lái)相關(guān)技術(shù)進(jìn)步和完善后出現(xiàn)的新技術(shù)類型。雖然光通技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展時(shí)間較短，但是整體發(fā)展速度極快，實(shí)現(xiàn)兩者的有效結(jié)合可以通過(guò)服務(wù)質(zhì)量的提升獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 概 述

1.1 光通技術(shù)

光通技術(shù)主要是把光波當(dāng)作傳輸信息媒介的一種通信技術(shù)，與無(wú)線電波通信技術(shù)所具備的性能具有一致性[1]。從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)屬于電磁波通信技術(shù)，但是光波自身的頻率要比無(wú)線電波高很多，波長(zhǎng)也都比較短，所以在傳播中信息容量非常大。光通技術(shù)包含光纖和無(wú)線兩方面內(nèi)容，展現(xiàn)出的主要特性是創(chuàng)造性和滲透性。把它們運(yùn)用到信號(hào)覆蓋或者運(yùn)輸中，能夠發(fā)揮重要的作用。目前，光通技術(shù)已經(jīng)基本上發(fā)展至成熟期，再加上靈活性突出，因此被應(yīng)用到了各個(gè)行業(yè)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)主要是通過(guò)紅外感應(yīng)器、GPS 以及射頻識(shí)別等信息設(shè)備，在遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，把生活中的物體和互聯(lián)網(wǎng)相互聯(lián)系在一起，并通過(guò)運(yùn)輸信息達(dá)到智能化識(shí)別和監(jiān)督控制目的的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)中的物體和網(wǎng)絡(luò)之間并沒(méi)有關(guān)系，只是大眾生活里的不同事物在安裝傳感器后，將其和當(dāng)下的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息庫(kù)相互聯(lián)系在一起，為人們更好地了解這些事物之間的聯(lián)系提供了便利。目前，物聯(lián)網(wǎng)概念已經(jīng)產(chǎn)生了一些變化，也得到了很大改進(jìn)，核心能力在于智能化處理、感知全面以及穩(wěn)定運(yùn)輸。

物聯(lián)網(wǎng)主要有3 個(gè)層次的基本結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)層、感知層與應(yīng)用層。其中，網(wǎng)絡(luò)層處在感知層和應(yīng)用層的中間，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。操作原理為將感知層采集的數(shù)據(jù)信息全部傳輸?shù)綉?yīng)用層[2]。網(wǎng)絡(luò)層中包含有互聯(lián)網(wǎng)、有線通信網(wǎng)絡(luò)等基本技術(shù)。感知層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)組織的基層，是物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的主要支撐，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和感知。感知層中包含有傳感器系統(tǒng)、FRID 系統(tǒng)等。應(yīng)用層處在物聯(lián)網(wǎng)的最上層，重點(diǎn)是處理和應(yīng)用各類信息數(shù)據(jù)。

現(xiàn)階段，在物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中使用光通技術(shù)發(fā)揮的作用最顯著。相關(guān)研究人員正在嘗試將其引入到互聯(lián)網(wǎng)終端，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的互聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)與控制。

2 應(yīng) 用

2.1 網(wǎng)絡(luò)層

在物聯(lián)網(wǎng)中，信息傳輸主要通過(guò)有線和無(wú)線兩種方式。有線方式主要是光纖通信。光纖是光波傳輸?shù)闹匾d體，通過(guò)它進(jìn)行連接后，相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)可以迅速在兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸，在提升信息容量方面有很大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，因?yàn)楣饫w傳輸速度非?？旌涂垢蓴_能力較強(qiáng)，所以可以滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)幕疽?。這種光纖通信方式不論是在通信安全還是通信能力方面，都要比傳統(tǒng)的電纜更具優(yōu)勢(shì)。

光通技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成本較低，建設(shè)難度小，能夠有效滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘枨?。GPRS 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，基站覆蓋范圍極為廣泛，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)可靠性比較強(qiáng)，但是其數(shù)據(jù)傳輸速率較低。為了能夠適應(yīng)當(dāng)下的物聯(lián)網(wǎng)通信需求，5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，不但具有極快的傳輸速率，還具有很強(qiáng)的性能，主要通過(guò)正交頻分復(fù)用技術(shù)與多端口技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速的通信效率。

在物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展過(guò)程中，亟需實(shí)現(xiàn)各類信號(hào)的匯聚與接入傳輸形成全國(guó)性的物聯(lián)網(wǎng)，這也意味著光通技術(shù)的應(yīng)用廣泛性非常強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)中包含有海量的數(shù)據(jù)集合，且能打破空間方面的局限性。傳感網(wǎng)的業(yè)務(wù)狀態(tài)基本都是近距離通信，而通信網(wǎng)尤其是光纖通信網(wǎng)因?yàn)槟軌虺休d更高的帶寬，因此非常適合運(yùn)用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展方面。在該技術(shù)的支持下，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率得到了快速提升，使得網(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)得到了針對(duì)性的優(yōu)化。比較有代表性的發(fā)展成果為移動(dòng)通信安全，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)之中的通信技術(shù)。但是，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸總量過(guò)大的情況下，信息通道的擁堵現(xiàn)象比較常見(jiàn)，影響到信息的安全性。這種情況下，光通技術(shù)提供了多端口輸入輸出的機(jī)制，通過(guò)簽訂安全協(xié)議，最大程度上保證了通信的安全性。

2.2 感知層

光通技術(shù)中的光纖傳感技術(shù)被運(yùn)用到了物聯(lián)網(wǎng)的感知層。這種技術(shù)是通過(guò)光導(dǎo)纖維與光纖維通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感技術(shù)。它主要以光纖作為核心的傳輸媒介，屬于光子技術(shù)領(lǐng)域。光波在光纖中傳播會(huì)在外界環(huán)境的變化下產(chǎn)生相應(yīng)的物理變化，主要包括有壓力、溫度、電磁場(chǎng)以及位移等。發(fā)揮作用時(shí)，通過(guò)光的吸收、折射與反射效應(yīng)，磁光、電光、聲光以及光的多普勒效應(yīng)等基本原理，使表征光波的特征參量產(chǎn)生變化，如相位、振幅、波長(zhǎng)等，從而通過(guò)兩者之間的相互作用發(fā)揮傳輸功能[3]。不僅如此，光纖自身還具備其他類型的傳感功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵的處理，以便制作出可以探測(cè)各類化學(xué)物質(zhì)的光線光柵化學(xué)傳感器或者是生物化學(xué)類的傳感器。這種光纖傳感器一般可以被運(yùn)用到煤礦的瓦斯泄漏檢測(cè)和航天器氫氣泄漏的檢測(cè)工作中。正是因?yàn)楣饫w這種“傳”“感”兩方面相互融合的優(yōu)勢(shì)，使得它在物聯(lián)網(wǎng)中具有不可匹敵的重要價(jià)值。

將通信技術(shù)與光纖傳感技術(shù)相互結(jié)合在一起，可以建立起一個(gè)矩陣傳感體系，是當(dāng)下感知層網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中能夠發(fā)揮重要作用的傳感體系。因?yàn)楣饫w本身具有很強(qiáng)的寬帶特性，能夠在單個(gè)光纖中集中聯(lián)合運(yùn)用很多傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)的測(cè)量，因此在數(shù)據(jù)采集方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

在物聯(lián)網(wǎng)的感知層中使用該技術(shù)，能夠最大程度上保障信息采集質(zhì)量。無(wú)線光通信技術(shù)是光通技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)通過(guò)相互融合發(fā)展出來(lái)的，頻率高、波長(zhǎng)較短。它的通信寬帶是4G 通信技術(shù)的100 倍，是WiFi 的104 倍。當(dāng)下該技術(shù)主要被運(yùn)用在感知層之中的RFID 系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽的近距離無(wú)線通信，可以有效識(shí)別電子標(biāo)簽中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)源電子標(biāo)簽的讀取[4]。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效彌補(bǔ)無(wú)線信號(hào)射頻過(guò)短的缺陷，從而提升系統(tǒng)的感應(yīng)能力。這一技術(shù)的應(yīng)用可以促進(jìn)與該系統(tǒng)的相互融合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)共享，且能夠同步感應(yīng)到多種不同類型的電子標(biāo)簽，確保其相互之間不產(chǎn)生干擾，高度保障了數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 應(yīng)用層

關(guān)于應(yīng)用層的作用發(fā)揮，在M2M 設(shè)備中光通技術(shù)的使用可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)的處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)備響應(yīng)，使得4G、5G 通信技術(shù)能夠被嵌入M2M 設(shè)備，最終提高終端產(chǎn)品的智能化程度。在該技術(shù)中，智能手機(jī)等智能終端設(shè)備的信息處理能力、通信技術(shù)等得到了一定提升，智能化程度的發(fā)展速度也越來(lái)越快。將光通技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)智能終端，與終端管理的需求相符合，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能終端的進(jìn)一步發(fā)展?，F(xiàn)階段，以該技術(shù)為基礎(chǔ)的移動(dòng)智能終端已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑、路橋、鐵路等各種工程建設(shè)，達(dá)到了通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)整合工程基礎(chǔ)設(shè)施的目的，在提升生產(chǎn)效率和管理效率方面具有優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié) 論

光通技術(shù)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有著極好的發(fā)展前景，能夠進(jìn)一步促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)層次結(jié)構(gòu)的升級(jí)優(yōu)化，最大程度上提升數(shù)據(jù)信息的傳輸效率。例如，在感知層中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的感知，也可以實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的長(zhǎng)距離傳輸；在網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層中，可以有效提升數(shù)據(jù)傳輸效率，保證通信的安全。