光通信技术在物联网中的应用探讨

2020-04-26王融

通信电源技术 2020年23期

关键词：光通信传感光纤

王融

（江西省邮电规划设计院有限公司，江西南昌 330000）

1 物联网基本结构

如图1所示，物联网由感知层、网络层以及应用层3个层次构成，为分层结构模型。

图1 物联网分层

作为物联网的最底层组织，感知层是物联网的基础，其功能为感知与采集数据信息。感知层由M2M终端、网关设备、传感网络以及RFID系统等构成，使用M2M终端、传感器及RFID电子标签采集信息[1]。物联网的网络层介于感知层和应用层之间，功能包括管理和传输信息，可以将感知层获得的数据信息利用相应的渠道发送给应用层，物联网的应用层负责应用与处理感知层采集的信息和数据。

2 物联网感知层中的光通信技术

2.1 物联网感知层中的光纤传感

传感器是物联网中必不可少的设备，作用为探知周围信息。环境监测部门检测环境过程中会配备许多传感器，使用无线传感技术获取周围环境状态与变化[2,3]。

面对光纤通信与光导纤维技术的快速发展，光纤传感技术的出现为人们的生活提供了极大便利。该新型传感技术的载体是光，媒介是光纤，属于光子与承载信息传输的导波光子技术。其原理为光波传播时，波长、偏振态、相位及振幅一同转动，在电磁场、位移、压力以及温度作用中变化，感知外界的物理量变化情况。

技术流程为将光源光送入传感调节器，物理量参数变化后，光特征参量一同变化，产生调制信号光。利用光纤将光信号传输到光电探测器，调节与转换光电，得到被测物理量。利用光纤偏振的特点，测量光纤法拉第旋转角的同时测量电流情况。如果传感器部分使用的是功能型光线传感器，那么就可以创建传感网络。与过去所用的传感器对比，光纤传感器有着更高的检测灵敏度。传输和传感中使用光信号，受辐射与电磁干扰影响小，可以用在各种恶劣环境，不怕电磁、高温以及高压的干扰。光纤材质体积小、重量轻，且韧性和柔性非常好。使用前按照检测需求，将传感器制作成各种各样的形状。光纤光栅需要特殊化处理，将其变成能够探测化学物质的光纤光栅生物化学传感器[4]。

传感器有着广泛的应用，适用范围非常广。光纤通信与光纤传感二者组成阵列化和网络化传感系统，是今后光纤传感技术发展方向[5]。熔接常规通信光缆与光纤传感器，可以获得传感传输功能以及在线特征。光纤具有宽带特点，故可以使用一根光纤同时测量多个目标，因此在物联网感知层中使用光纤传感技术优势巨大，潜力突出。

2.2 物联网感知层对无线光通信技术的运用

物联网中无线光通信技术属于常见技术，面对技术的快速发展，如今感知层已经具备了极强的通信实力。人们使用传感器实现虚拟与现实等各种领域的连接和信息传递，传感网可以实现物联网的“最后的一公里”。无线通信是现有信息接入领域少有可以真正做到无处不在的接入传感器的技术[6,7]。

无线光通信由无线通信与光通信组合得来，光波频率高于无线电波频率，波长短于无线电波。无线光的通信带宽可以达到WiFi的104倍，移动通信的100倍。无线光通信的信息传输能力为10～155 Mb/s，所有协议传输都可以使用无线光通信，满足长距离和短距离的无线通信要求，解决管业务接入需求[8]。在无线光通信技术深入研究的今天，未来物品可以嵌入无线光通信芯片、通信基站以及无线路由器，赋予物品高速无线连接功能。不论在什么环境，只要拥有光源，就能通信。无线传感器传输通道可以在任何时间、地点与物中传输信息。

自智慧地球理念出现后，全球表现出极高关注度，社会各界认为光通信技术属于信息革命。物联网的定义是利用所有无线网络重新构建全球互联网系统，实现信息的无缝连接与交换。如果能够有效整合已经比较成熟的光通信网络和物联网，那么便可以进一步推动物联网发展，让全世界各地的移动网络连入互联网[9]。物联网数据传输中，光通信技术能量传输效果非常显著，能够优化网络层结构。移动通信核心为人与人互动，该过程产生庞大数据，容易引起网络阻塞问题，影响网络安全。光通信技术可以增加大量新的传入传出端口，保障信息安全。

3 物联网网络层中的光通信技术

物联网网络层使用传感器获取信息，光发射机端使用电信号控制光电管发光强度，在电信号起伏变化的同时，光强度同样也会起伏变化。承载电信号变化的信息光被传送到光接收机，之后在发射端逆变换，使用光敏元器件将光强变化还原成电信号幅值变化。光强变化不仅仅是强度方面的差异，同时还包括变化快慢等，此外光强变化信息中还包括电信号频率[10,11]。

网络层使用有线网络和无线网络将所搜集的数据信息发送到物联网应用层。当前有线通信主要使用光纤通信，不受电磁干扰且容量较大，适合长距离的传输，能够实现20 THz宽带接入，传输大数据的时候效果非常显著。有线连接受环境和线路部署等因素限制，无法在任意地点与时间随意接入。无线通信的接入条件比较灵活，但是因为带宽对其有着明显限制，所以导致其信息仍旧无法高效率传播。

4 物联网应用层中的光通信技术

当前光通信技术在M2M设备中得到了广泛使用，能够满足数据请求，涵盖众多数据设备。M2M设备中嵌入通信模块，并创设手机终端，完成信息处理。靠着光通信支持，物联网可以被应用于移动终端进行管理，和移动通信网络终端管理有着良好的契合条件[12]。M2M技术在安全协议和信息处理层面中使用效果非常好。工程建设中使用光传感技术能够智能化管理信息，利用物联网与各种基础设备和机器整合系统，在物联网中规划和配置光纤通信能够为生活和生产提供便利，成本的控制效果非常好。

某科技咨询公司在物联网中使用光通信技术时，构建物联网平台解决各种问题。传统层有着许多弊端，包括传感器设备各自工作，种类繁多，设计时对接业务难度比较大。因为设备多，所以需要消耗非常多的人力，且落地周期长，程序十分复杂[13]。科技公司可以兼容多种传感器，有着丰富的API接口，可以快速集成系统。使用各种场景满足快速响应需要，使用多协议组网应对各种使用环境。该公司应用实时监测系统，在有异常的时候能够及时报警，保障信息使用者的信息安全。智慧安防应用中，使用入侵检测、出入记录与远程开关锁，使用大屏幕让使用者随时随掌握全局情况，分析场景消耗，站在IoT角度建模场景可视化展示场景。此外，设备管理根据场景设置相应情景面板，灵活设置联动策略，完成设备状态联动感知和自我调控。

5 物联网无线终端

未来社会，无线移动终端必然是研究趋势，物联网同样如此[14]。M2M如今已经成为常态化技术，其构成如图2所示。

图2 M2M的示意图

该设备能够回答各种数据请求，技术重点是机器和机器无线通信，实现方式为在M2M设备加入可以用于通信的模块，使其拥有可以和网络互动的通信能力。人们在手机中安装芯片，手机也可以处理与感知信息，甚至成为通信的智能终端[15]。物联网必须满足移动通信网络终端的管理方式，今后还需要制定统一模式，从而发挥物联网最大价值。