光通技术在物联网发展中的应用

2020-01-07胡睿

通信电源技术 2020年4期

胡睿

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

光通技术主要是运用光波作为传输媒介的技术，有效弥补了传统通信技术存在的缺陷。而物联网则是运用传感设备进行物品和网络的连接，可以最大程度上实现物和物的信息交换，对物品信息进行系统性管理，属于近年来相关技术进步和完善后出现的新技术类型。虽然光通技术和物联网的发展时间较短，但是整体发展速度极快，实现两者的有效结合可以通过服务质量的提升获取更大的经济效益。

1 概述

1.1 光通技术

光通技术主要是把光波当作传输信息媒介的一种通信技术，与无线电波通信技术所具备的性能具有一致性[1]。从性质上来说，这种技术属于电磁波通信技术，但是光波自身的频率要比无线电波高很多，波长也都比较短，所以在传播中信息容量非常大。光通技术包含光纤和无线两方面内容，展现出的主要特性是创造性和渗透性。把它们运用到信号覆盖或者运输中，能够发挥重要的作用。目前，光通技术已经基本上发展至成熟期，再加上灵活性突出，因此被应用到了各个行业。

1.2 物联网

物联网主要是通过红外感应器、GPS 以及射频识别等信息设备，在遵循相关标准规范的前提下，把生活中的物体和互联网相互联系在一起，并通过运输信息达到智能化识别和监督控制目的的网络。物联网中的物体和网络之间并没有关系，只是大众生活里的不同事物在安装传感器后，将其和当下的网络数据信息库相互联系在一起，为人们更好地了解这些事物之间的联系提供了便利。目前，物联网概念已经产生了一些变化，也得到了很大改进，核心能力在于智能化处理、感知全面以及稳定运输。

物联网主要有3 个层次的基本结构，即网络层、感知层与应用层。其中，网络层处在感知层和应用层的中间，发挥着关键作用，能够实现长距离传输。操作原理为将感知层采集的数据信息全部传输到应用层[2]。网络层中包含有互联网、有线通信网络等基本技术。感知层是整个物联网组织的基层，是物联网运行的主要支撑，主要进行数据收集和感知。感知层中包含有传感器系统、FRID 系统等。应用层处在物联网的最上层，重点是处理和应用各类信息数据。

现阶段，在物联网结构中使用光通技术发挥的作用最显著。相关研究人员正在尝试将其引入到互联网终端，以实现远距离的互联网检测与控制。

2 应用

2.1 网络层

在物联网中，信息传输主要通过有线和无线两种方式。有线方式主要是光纤通信。光纤是光波传输的重要载体，通过它进行连接后，相应的信息数据可以迅速在两个通信节点之间进行传输，在提升信息容量方面有很大优势。同时，因为光纤传输速度非常快和抗干扰能力较强，所以可以满足长距离传输的基本要求。这种光纤通信方式不论是在通信安全还是通信能力方面，都要比传统的电缆更具优势。

光通技术的实现成本较低，建设难度小，能够有效满足物联网数据传输的基本需求。GPRS 网络的运行时间相对较长，基站覆盖范围极为广泛，同时网络可靠性比较强，但是其数据传输速率较低。为了能够适应当下的物联网通信需求，5G 网络应运而生，不但具有极快的传输速率，还具有很强的性能，主要通过正交频分复用技术与多端口技术实现快速的通信效率。

在物联网的不断发展过程中，亟需实现各类信号的汇聚与接入传输形成全国性的物联网，这也意味着光通技术的应用广泛性非常强。物联网中包含有海量的数据集合，且能打破空间方面的局限性。传感网的业务状态基本都是近距离通信，而通信网尤其是光纤通信网因为能够承载更高的带宽，因此非常适合运用于物联网应用的拓展方面。在该技术的支持下，物联网数据传输速率得到了快速提升，使得网络层的结构得到了针对性的优化。比较有代表性的发展成果为移动通信安全，已经成为物联网之中的通信技术。但是，当数据传输总量过大的情况下，信息通道的拥堵现象比较常见，影响到信息的安全性。这种情况下，光通技术提供了多端口输入输出的机制，通过签订安全协议，最大程度上保证了通信的安全性。

2.2 感知层

光通技术中的光纤传感技术被运用到了物联网的感知层。这种技术是通过光导纤维与光纤维通信技术发展起来的一种新型传感技术。它主要以光纤作为核心的传输媒介，属于光子技术领域。光波在光纤中传播会在外界环境的变化下产生相应的物理变化，主要包括有压力、温度、电磁场以及位移等。发挥作用时，通过光的吸收、折射与反射效应，磁光、电光、声光以及光的多普勒效应等基本原理，使表征光波的特征参量产生变化，如相位、振幅、波长等，从而通过两者之间的相互作用发挥传输功能[3]。不仅如此，光纤自身还具备其他类型的传感功能，可以实现对光栅的处理，以便制作出可以探测各类化学物质的光线光栅化学传感器或者是生物化学类的传感器。这种光纤传感器一般可以被运用到煤矿的瓦斯泄漏检测和航天器氢气泄漏的检测工作中。正是因为光纤这种“传”“感”两方面相互融合的优势，使得它在物联网中具有不可匹敌的重要价值。

将通信技术与光纤传感技术相互结合在一起，可以建立起一个矩阵传感体系，是当下感知层网络发展中能够发挥重要作用的传感体系。因为光纤本身具有很强的宽带特性，能够在单个光纤中集中联合运用很多传感器，实现对多个目标的测量，因此在数据采集方面具有很大优势。

在物联网的感知层中使用该技术，能够最大程度上保障信息采集质量。无线光通信技术是光通技术和无线通信技术通过相互融合发展出来的，频率高、波长较短。它的通信宽带是4G 通信技术的100 倍，是WiFi 的104 倍。当下该技术主要被运用在感知层之中的RFID 系统中，实现了读写器和电子标签的近距离无线通信，可以有效识别电子标签中的各项数据信息，还能够实现对无源电子标签的读取[4]。通过这项技术的应用，能够有效弥补无线信号射频过短的缺陷，从而提升系统的感应能力。这一技术的应用可以促进与该系统的相互融合，实现了数据信息的实时共享，且能够同步感应到多种不同类型的电子标签，确保其相互之间不产生干扰，高度保障了数据的安全性和稳定性。

2.3 应用层

关于应用层的作用发挥，在M2M 设备中光通技术的使用可以实现多个数据的处理，并进行数据设备响应，使得4G、5G 通信技术能够被嵌入M2M 设备，最终提高终端产品的智能化程度。在该技术中，智能手机等智能终端设备的信息处理能力、通信技术等得到了一定提升，智能化程度的发展速度也越来越快。将光通技术应用于网络智能终端，与终端管理的需求相符合，能够实现网络智能终端的进一步发展。现阶段，以该技术为基础的移动智能终端已经被广泛应用于建筑、路桥、铁路等各种工程建设，达到了通过物联网整合工程基础设施的目的，在提升生产效率和管理效率方面具有优势。