光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用探索

鄭超

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光通信技術(shù)的結(jié)合，對(duì)于現(xiàn)代信息發(fā)展具有 重大意義，也是技術(shù)發(fā)展的方向。文章通過認(rèn)識(shí)光通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)，透視物聯(lián)網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)，探索兩個(gè)技術(shù)融合的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，分析光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：光通信技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；寬帶；媒介

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0080-02

中國通信技術(shù)近些年發(fā)展十分迅速，尤其電子通信技術(shù)日漸發(fā)達(dá)，普遍在全國領(lǐng)域內(nèi)使用。光通信技術(shù)也發(fā)展成熟。光通信技術(shù)作為以光波作為傳輸媒介的技術(shù)，具有傳輸頻帶寬、容納信息量大、抵抗電磁干擾能力強(qiáng)等傳播特征。因此在結(jié)構(gòu)復(fù)雜。內(nèi)容龐大的物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中得到很好的運(yùn)用。物聯(lián)網(wǎng)的概念自從提出之后，就被社會(huì)各界高度關(guān)注，在全球范圍內(nèi)翻起了以物聯(lián)網(wǎng)為中心的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)大潮。

1 基本概念

光通信技術(shù)，就是以光波作為傳送信息媒介的通信方式。與無線電波通信技術(shù)相同，光通信技術(shù)也屬于電磁波通信技術(shù)，然而光波頻率比無線電波的要高，波長較短，因此傳播時(shí)信息容量更大。光通信技術(shù)主要有兩種方式：光纖與無線，表現(xiàn)出高度帶動(dòng)性、滲透性與創(chuàng)造性。在信號(hào)覆蓋與傳播上有著顯著優(yōu)點(diǎn)。目前中國光通信技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，以廉價(jià)靈活的傳輸特點(diǎn)，被運(yùn)用到諸多領(lǐng)域內(nèi)。

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，依照原定程序協(xié)議，將現(xiàn)實(shí)中任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接，通過信息交換與通訊，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、監(jiān)控、管理物體的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)物體本身與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，是人們生產(chǎn)生活中存在的千萬事物，在安裝上傳感器之后，與目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息庫鏈接，讓人們直接去認(rèn)識(shí)、管理這些事物。物聯(lián)網(wǎng)的概念隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展，是不斷演變，與概念剛提出時(shí)有了很大改進(jìn)，涵蓋范疇日益豐富。物聯(lián)網(wǎng)核心能力是運(yùn)輸可靠、感知全面以及處理職能化這三個(gè)方面。它可以將識(shí)別的物件信息，通過場景感知，將信息聚合一起進(jìn)行無縫連接處理。

尚前，光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著巨大功能。兩者互相結(jié)合，在工業(yè)、環(huán)境、軍事、醫(yī)療、保健等人們各種日常生活與商務(wù)生產(chǎn)領(lǐng)域體現(xiàn)出優(yōu)越的實(shí)用價(jià)值，造福人類生活。物聯(lián)網(wǎng)中光通信技術(shù)主要有：光纖傳感、射頻識(shí)別、WiFi等近距離無線光通信技術(shù)、還有GPRS、3G、4G 移動(dòng)通信技術(shù)等長距離無線通信技術(shù)?？蒲泄ぷ髡邆円呀?jīng)開始著手將光通信技術(shù)引入互聯(lián)網(wǎng)終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的互聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)控制、維護(hù)管理與正常運(yùn)營。

2 物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定其用途，物聯(lián)網(wǎng)也如此。物聯(lián)網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)模型，決定其工作環(huán)節(jié)依照順序進(jìn)行，逐步實(shí)現(xiàn)每一項(xiàng)技術(shù)功能。現(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)科研者普遍將物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)分為三個(gè)層面：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，每個(gè)層面的主要內(nèi)容，見表1。

①感知層，物聯(lián)網(wǎng)最低層次組織，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)層次，負(fù)責(zé)獲取物體信息感知與獲取。我們常見的硬件設(shè)施有攝像頭、傳感器網(wǎng)絡(luò)、二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、視頻檢測(cè)標(biāo)識(shí)等。

②網(wǎng)絡(luò)層位于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中間層次，連接感知層與應(yīng)用層，完成數(shù)據(jù)信息的長距離運(yùn)輸與管理任務(wù)，直接地講就是信息傳播的橋梁，將感知層獲取采集的數(shù)據(jù)信息，傳送到終端應(yīng)用層。其實(shí)現(xiàn)方式就是我們常見的各種通信網(wǎng)絡(luò)，如GPRS、3G、4G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)、有線通信等方式。

③應(yīng)用層，是物聯(lián)網(wǎng)最上層，主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)用，或者進(jìn)行智能處理，將具體數(shù)據(jù)信息應(yīng)用在行業(yè)當(dāng)中。其表達(dá)方式就是終端顯示器與數(shù)據(jù)庫等，能夠直接表現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的平臺(tái)。

物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)決定了其對(duì)數(shù)據(jù)信息的感知、傳輸以及智能處理的功能。正是物聯(lián)網(wǎng)職能、便捷的功能，決定其廣泛的應(yīng)用前景。

3 光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層的應(yīng)用

光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)感知層上的應(yīng)用，主要形式是光纖傳感技術(shù)。在光導(dǎo)纖維與光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展形勢(shì)下，光纖傳感技術(shù)也同步發(fā)展起來。它是以光為載體，光纖為煤質(zhì)傳輸信息的嶄新傳感技術(shù)，屬于光子技術(shù)領(lǐng)域。光纖傳感技術(shù)基本工作原理，是光波在光纖中傳播時(shí)，光波主要性質(zhì)會(huì)隨著外界環(huán)境變化而產(chǎn)生物理改變。將光纖傳感技術(shù)與光纖通信技術(shù)結(jié)合一起，是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化與矩陣化傳感體系的發(fā)展方向。光纖寬帶性的特點(diǎn)，可以將多種傳感器集中使用在單個(gè)光纖中，對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，因此在物聯(lián)網(wǎng)感知層上可以表現(xiàn)明顯優(yōu)勢(shì)。

光通信技術(shù)為互聯(lián)網(wǎng)感知層信息采集提供更好的質(zhì)量保證，連接起物理世界轉(zhuǎn)向信息世界的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。無線光通信技術(shù)，是光與無線通信技術(shù)的結(jié)合物，利用頻率高波長短特征，其通信寬帶是WiFi的104 倍，4G 移動(dòng)通信的100倍。

光通信技術(shù)在在RFID系統(tǒng)中的運(yùn)用。光傳感與通信技術(shù)在RFID系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽與讀寫器兩者近距離無線通信，準(zhǔn)確識(shí)別物體上的電子標(biāo)簽，讀取其中的數(shù)據(jù)信息。目前，光傳感技術(shù)主要讀取無源電子標(biāo)簽，改變了傳統(tǒng)無線信號(hào)射頻短的不足，提高了RFID系統(tǒng)的感應(yīng)能力。RFID讀寫器對(duì)于光通信技術(shù)應(yīng)用，是與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的接入當(dāng)中，創(chuàng)建雙向功能的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將其與RFID系統(tǒng)相互協(xié)作與融合起來，對(duì)物品信息進(jìn)行實(shí)時(shí)共享。在實(shí)際應(yīng)用中，利用光通信技術(shù)的RFID系統(tǒng)，很好延長讀寫器與網(wǎng)絡(luò)層連接距離，將讀寫器直接變成職能終端，更方便地接入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。另外就是，光通信技術(shù)可以感應(yīng)多個(gè)電子標(biāo)簽，并能防止信息之間相互沖突，減少信息干擾，保證數(shù)據(jù)信息的安全。

光通信技術(shù)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的傳感器隨機(jī)分布，處理單元與通信單元自行組織。這種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)只能完成近距離傳感、通信，傳輸距離也比較短。融合光通信技術(shù)之后，可以進(jìn)行長距離傳輸，距離可以達(dá)到100 m。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用

互聯(lián)網(wǎng)目前信息有線通信方式中，主要就是光纖通信。以光波為媒介的傳送形式，光纖通信技術(shù)可以容納更多信息量，實(shí)現(xiàn)快速傳播不受干擾，還可以進(jìn)行長距離傳輸。無論是傳輸速度距離，還是信息安全方面，都具有無可替代的優(yōu)勢(shì)。并且光通信技術(shù)建設(shè)便于鋪設(shè)，可以進(jìn)行現(xiàn)20 THz 的寬帶接入，十分適合物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸需求。

GPRS在我國已成熟運(yùn)營幾十年，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，基站覆蓋范圍廣泛，適合物聯(lián)網(wǎng)無處不在的網(wǎng)絡(luò)要求，GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率最高值為115 kbps。采用光通信技術(shù)的3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以提供最高2 Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率，為日益增強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了支持和保障。而4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的性能更加優(yōu)越，采用正交頻分復(fù)與多端口輸入輸出技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)201 Mbps，寬帶是3G的十倍。光通信技術(shù)大大提高了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸能力，大大優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)。移動(dòng)通信的安全機(jī)制，是以人與人之間通信基礎(chǔ)，在物聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，大量的數(shù)據(jù)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，信息安全性降低。光通信技術(shù)創(chuàng)建了多個(gè)傳入傳出端口，簽訂物與物、物與人之間的安全協(xié)議，并可以根據(jù)通信需要與物聯(lián)網(wǎng)特征增強(qiáng)安全機(jī)制。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是以光通信技術(shù)為核心，在人與人、物與人、人與自然之間可以實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間與地點(diǎn)的信息交換與交流。目前，中國已經(jīng)形成較為成熟的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)以其作為網(wǎng)絡(luò)層，可以更好整合社會(huì)中任意物品的信息，減少技術(shù)成本，并能保證高效的信息傳輸率，為開發(fā)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了優(yōu)良的技術(shù)條件。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)無線終端應(yīng)用

M2M設(shè)備中的光通信技術(shù)，可以滿足許多數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并自動(dòng)包含其中的數(shù)據(jù)設(shè)備。將GPRS、3G、4G嵌入到M2M設(shè)備中，創(chuàng)建手機(jī)終端。這樣就將手機(jī)打造成為通信、感知、信息處理的職能終端。光通信技術(shù)在將物聯(lián)網(wǎng)終端塑造成移動(dòng)通信終端上，具有十分重要的作用。他它符合移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)終端的管理方式，以人與人之間通信為基礎(chǔ)，在安全協(xié)議與多端口通信信息處理上效果良好。

在工程建設(shè)中，工作人員通過將光傳感技術(shù)嵌入到設(shè)備中，可以職能處理電網(wǎng)、橋梁、鐵路、建筑等信息，然后再與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合，將多種施工設(shè)備、機(jī)器與基礎(chǔ)設(shè)施等物理系統(tǒng)進(jìn)行合理整合。讓施工的大小細(xì)節(jié)，在物聯(lián)網(wǎng)中得到科學(xué)規(guī)劃與配置，節(jié)約建設(shè)成本，管理生產(chǎn)生活。物聯(lián)網(wǎng)變現(xiàn)出的職能化特征，與數(shù)據(jù)信通過光通信技術(shù)在云計(jì)算平臺(tái)中自行處理是分不開的。

4 結(jié) 語

光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用，不僅僅是過去幾年的發(fā)展形勢(shì)，也是未來發(fā)展方向。據(jù)科學(xué)家統(tǒng)計(jì)計(jì)算，光纖傳感器可以同時(shí)測(cè)量七十多個(gè)物理量，因此將其用在工程檢測(cè)、犯罪偵查、防偽識(shí)別等方面仍然很大空間。在物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模集成化的發(fā)展形勢(shì)下，光通信技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息集束處理能力能夠得到更好的適用。人與人之間的通信，人對(duì)物的信息采集、物與物之間的信息交換等都可能將是光通信技術(shù)的用武之地。

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