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

張慶剛 劉世文

【摘 要】隨著社會的不斷發(fā)展與進步，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人們生活中的重要組成部分。本文作者對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展特征進行了詳細的介紹，并對光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用進行了探討，希望能夠促進我國物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展與壯大。

【關(guān)鍵詞】光通信技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；特征；應(yīng)用

1.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及特征

所謂物聯(lián)網(wǎng)，是指將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理。它其實就是將原本與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，但與我們的生活工作息息相關(guān)的萬事萬物都裝上傳感器，然后與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)連接，讓人們可以更直接地去控制和管理這些事物，以方便我們的生活和促進生產(chǎn)乃至整個社會的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)概念本身也在不斷地演進，涵蓋的范疇也比以前更加豐富。隨著信息與通信技術(shù)的日益發(fā)達，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，預(yù)計將廣泛應(yīng)用于智能交通、能源、環(huán)境保護、政府工作、公共事業(yè)、金融服務(wù)、平安家居、工業(yè)制造、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居、現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)等諸多領(lǐng)域。目前普遍認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)的體系構(gòu)架可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層 3 個層面，并且在每個層面上都有很多種選擇。感知層包括二維碼標(biāo)簽和識讀器、FRID 標(biāo)簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)關(guān)、視頻檢測識別、GPS、M2M（machine to machine）終端等，主要完成識別物體和采集信息的功能。網(wǎng)絡(luò)層包括各類信息通信網(wǎng)絡(luò)，如短距無線通信網(wǎng)、蜂窩無線通信網(wǎng)、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、有線通信網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)信息中心、物聯(lián)網(wǎng)管理中心等，主要完成將感知層獲取的信息進行傳遞和處理的功能。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與各類行業(yè)專業(yè)技術(shù)深度融合，實現(xiàn)各種智能化行業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)廣泛智能化。

物聯(lián)網(wǎng)的核心能力主要包括可靠傳輸、全面感知以及智能處理這三點。其基本特征主要有智能化以及泛在化兩方面。所謂的智能化就是能夠?qū)⑶榫案兄?、各種信息的聚合以及無縫連接處理者幾方面內(nèi)容進行有機結(jié)合，通過末端網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確收集管理對象的各種信息，并且及時的進行分析處理，最后將結(jié)果提供給需要的用戶。而泛在化則是指物聯(lián)網(wǎng)覆蓋應(yīng)該逐步實現(xiàn)無處不在，這樣才能適應(yīng)社會的發(fā)展需求。正是由于上述特點，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景必然非常廣泛。

2.光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用

光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用可以分為三個部分，即網(wǎng)絡(luò)層、感知層以及應(yīng)用層，具體內(nèi)容為：

2.1光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的應(yīng)用

光纖技術(shù)商用化已經(jīng)有30多年了，經(jīng)過這么多年的發(fā)展已經(jīng)逐步成熟。近年來，隨著光纖放大器以及波分復(fù)用技術(shù)的快速發(fā)展，在很大程度上促進了光纖通信技術(shù)容量的擴大以及速度的提高。

在物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展過程中，需要完成各種信號的會聚、接入傳輸并形成全國性的物聯(lián)網(wǎng)，光纖通信將有很大的應(yīng)用前景。不論是移動網(wǎng)還是傳統(tǒng)固定電話網(wǎng)，從長遠發(fā)展趨勢看，最終將走向泛在網(wǎng)。從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的承載需求看，通信網(wǎng)或者說泛在網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展完全能夠承載物聯(lián)網(wǎng)的需求。物聯(lián)網(wǎng)涉及海量的數(shù)據(jù)集合和泛在的網(wǎng)絡(luò)要求，即要求在空間上無所不在、時間上隨時隨地。傳感網(wǎng)所承載的業(yè)務(wù)狀態(tài)多數(shù)是近距離通信，而通信網(wǎng)特別是光纖通信網(wǎng)絡(luò)能承載更高的帶寬，適合長距離傳輸，非常適宜物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展?，F(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)核心層傳送技術(shù)正在向大容量、IP 化和智能化發(fā)展，從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，還應(yīng)更加智能化，包括自動配置、障礙自動診斷和分析、路由自動調(diào)度適配，資源分配更智能化等等。網(wǎng)絡(luò)接入層傳送技術(shù)的發(fā)展趨勢是光接入網(wǎng)絡(luò)。目前各大運營商都已建設(shè) FTTx（光纖接入），它具有 QoS（服務(wù)質(zhì)量）保障和更豐富的接入能力，能夠滿足 M2M 多種高速媒體流傳送需求。與移動通信相比，光通信技術(shù)具有容量大、損耗小、速度快、帶寬高等優(yōu)點，可是其接入?yún)s不是很靈活。而移動通信雖然接入靈活，但是其帶寬卻是有限的。所以，只有將二者進行有效融合，才能推動物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展。

2.2光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)感知層的應(yīng)用

光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的另一個領(lǐng)域就是感知層，其關(guān)鍵就是光纖傳感技術(shù)。隨著科學(xué)發(fā)展水平的不斷進步，傳統(tǒng)的單點檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)，而且逐步走向了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，其應(yīng)用前景非常廣闊。

光纖傳感技術(shù)與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比，其優(yōu)勢在于光纖本身的物理特性。光波在光纖中傳播時，在外界因素如溫度、壓力、位移、電磁場、轉(zhuǎn)動等的作用下，通過光的反射、折射和吸收效應(yīng)，光學(xué)多普勒效應(yīng)，聲光、電光、磁光、彈光效應(yīng)和光聲效應(yīng)等原理，使表征光波的特征參量，如振幅、相位、偏振態(tài)、波長等，直接或間接地發(fā)生變化，因而可以將光纖作為敏感元件來探測各種物理量，這就是光纖傳感器的基本原理。此外，光纖還有多種衍生傳感功能。利用該特性，通過對光纖光柵進行特殊處理，可制成探測各種化學(xué)物質(zhì)的光纖光柵化學(xué)和生物化學(xué)傳感器。與普通光纖光柵相比，長周期光柵對光纖包層外材料的折射率變化更敏感，將光纖光柵涂上特殊的活性涂覆層，可測量低濃度的目標(biāo)分子。此類光纖傳感器可用于航天器的氫氣漏泄檢測、煤礦中的瓦斯檢測等。而光纖本身又是光波的傳輸媒質(zhì)，這種“傳“”感”合一的特征所帶來的優(yōu)勢，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中將無可匹敵。不論是基于瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射原理的分布式光纖傳感器，還是基于雙光束干涉的光纖傳感干涉儀，其光纖傳感臂上的每一點既是敏感點又是傳輸介質(zhì)。而基于多光束干涉的準(zhǔn)分布式光纖 Fabry-Perot 傳感器、近年來發(fā)展迅速的光纖光柵傳感器，兩者也均是光纖本身的一個集成部分。此類光纖傳感器與常規(guī)光纖可熔接，形成低插入損耗連接，具有在線（inline）特征和優(yōu)勢，與光纖傳輸有天然的兼容性，可以替代傳統(tǒng)分立和薄膜型光無源器件，從而為全光通信系統(tǒng)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)提供了巨大的靈活性。

2.3光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的應(yīng)用

在今后的發(fā)展過程中可以將物聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)進行深度融合，這樣就可以促進行業(yè)的智能化管理。如果把光纖傳感器嵌入或裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、大壩、供水系統(tǒng)、油氣管道等各種重大工程設(shè)施中，通過光纜連接后可以形成廣域光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，再通過與無線物聯(lián)網(wǎng)的組合，與互聯(lián)網(wǎng)的組合，可以實現(xiàn)各種設(shè)備、機器、基礎(chǔ)設(shè)施等物理系統(tǒng)的整合。在此基礎(chǔ)上，通過物聯(lián)網(wǎng)信息中心管理中心功能強大的云計算平臺，對海量數(shù)據(jù)進行存儲、分析處理與決策，完成從信息到知識，再到控制指揮的智能演化，就可使人類更加精細、更加動態(tài)地管理生產(chǎn)、生活的方方面面，達到“智慧”狀態(tài)，進一步提高資源利用效率，提高人類生產(chǎn)力水平，促進人類與自然的和諧發(fā)展。

3.結(jié)束語

綜上所述，隨著人們生活水平的不斷提高，對互聯(lián)網(wǎng)的需求也在不斷提高，這就給物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提出了更高的要求，為了能夠適應(yīng)社會的發(fā)展需求，就要不斷的發(fā)展與創(chuàng)新。光通信技術(shù)具有容量大、速度快、可以在線傳輸?shù)忍卣?，如果將其與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，必然會促進網(wǎng)絡(luò)功能的進一步發(fā)展。

【參考文獻】

[1]成冠峰.淺談物聯(lián)網(wǎng)及光纖傳感器在其中的應(yīng)用[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2011，02：38-40.

[2]王磊.光通信技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢探討[J].科技傳播，2011，04：27-29.

[3]王斌.關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用前景的研究[J].信息與電腦（理論版），2011，02：18-20.