光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

徐梓元

（上海電力大學(xué)，上海 201306）

1 光通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的基本內(nèi)涵

1.1 光通信技術(shù)

光通信技術(shù)，顧名思義，就是在傳送信息的過程當(dāng)中，以光波作為媒介，實(shí)現(xiàn)高效的信息交互。光通信技術(shù)與無線電波通信技術(shù)的工作原理類似，在實(shí)踐當(dāng)中都屬于電磁波類別的通信技術(shù)。然而光波與無線電波相比波長較短，且頻率較高。由于光波具備上述特點(diǎn)，在傳播的過程當(dāng)中信息容量更大，效果更加明顯。光通信技術(shù)主要有兩種形式，分別為無線與光纖。在實(shí)踐當(dāng)中，通常會(huì)表現(xiàn)出帶動(dòng)性、滲透性以及創(chuàng)造性等優(yōu)勢，大幅度提高了信號傳播效率。就當(dāng)前的情況而言，我國光通信技術(shù)的發(fā)展具備靈活性與經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，值得被推廣以及廣泛應(yīng)用。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

一般而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當(dāng)中可以利用全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器等各種類型的傳感設(shè)備，連接物品和網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高效的信息的交互。在此基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)智能化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)針對物品的定位與監(jiān)測功能，從而提高對物品的管理效率。其實(shí)，物聯(lián)網(wǎng)中的“物體”本身與網(wǎng)絡(luò)沒有任何關(guān)聯(lián)，只是生活工作當(dāng)中存在的各種事物。而如果在“物體”上安裝傳感器，則可以讓物體與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息庫進(jìn)行有效連接，人們則能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對物體的直接控制與管理。物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念并不是一成不變的，而是隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步不斷演變，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的概念比剛提出時(shí)的概念更加豐富、更加深刻，所涉及的領(lǐng)域也愈加廣泛。通過實(shí)踐可以看出，通過對物件信息的識別與場景感知，將信息進(jìn)行有效整合，提高處理效率。

1.3 光通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)合應(yīng)用

就當(dāng)前的情況而言，在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中運(yùn)用光通信技術(shù)，能夠充分發(fā)揮二者自身的優(yōu)勢。具體而言，可以醫(yī)療、工業(yè)、環(huán)境、軍事等行業(yè)當(dāng)中都會(huì)展現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值，為人們的生活帶來更多的便利。當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中主要應(yīng)用的光通信技術(shù)有光纖傳感、射頻識別等近距離無線光通信技術(shù)，還有GPRS等長距離無線通信技術(shù)等，這些技術(shù)的有效應(yīng)用也促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展。相關(guān)研究工作者也將工作重點(diǎn)放到了如何將光通信技術(shù)引入互聯(lián)網(wǎng)的終端，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的互聯(lián)網(wǎng)控制與檢測，提高對物體運(yùn)營管理的效率，確保物體能夠得到有效的應(yīng)用。

2 光通信系統(tǒng)的架構(gòu)

光通信系統(tǒng)的基本架構(gòu)是點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)，而當(dāng)前人們的工作當(dāng)中，對于通信容量的需求呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，因而光多輸入多輸出系統(tǒng)的發(fā)展也十分迅速。一般而言，當(dāng)前的點(diǎn)對點(diǎn)可見光系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，分別是發(fā)射與接收。第一，在發(fā)射方面，發(fā)射還可以被分為光學(xué)部分與電學(xué)部分，光學(xué)部分當(dāng)中包含光學(xué)天線以及發(fā)射機(jī)光學(xué)芯片；電學(xué)部分主要包括發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和信號處理電路。光學(xué)與電學(xué)部分之間的光電子器件就是可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)。當(dāng)信號經(jīng)過處理之后，可以通過發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制，從而將電信號轉(zhuǎn)化為光信號。第二，在接收方面，接收方面也可以被分為光學(xué)部分與電學(xué)部分。其中，光學(xué)部分所采用的探測器芯片為雪崩光電二極管和光電二極管，在實(shí)踐當(dāng)中，將更多的光學(xué)信息聚集在探測器芯片上。而電學(xué)部分則需要將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過調(diào)制、解碼之后，再恢復(fù)原始的發(fā)送信號。值得注意的是，可見光從理論上來講存在較大的通信容量，但是由于信號處理算法、發(fā)射接收機(jī)材料器件的限制，并不能達(dá)到非常理想的效果。為此，還需要加強(qiáng)對光通信系統(tǒng)架構(gòu)的研究，通過有效的研究，針對光通信系統(tǒng)進(jìn)行不斷的完善，從而達(dá)到較為理想的應(yīng)用效果。

3 在物聯(lián)網(wǎng)中光通信技術(shù)的應(yīng)用

3.1 感知層當(dāng)中應(yīng)用光通信技術(shù)的方式

物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的感知層處于整個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的最低位置，作為最基礎(chǔ)的部分，其主要功能就是數(shù)據(jù)的感知和與采集。在感知層當(dāng)中，所應(yīng)用的是光線傳感技術(shù)，與傳統(tǒng)的傳感技術(shù)相較，光線傳感技術(shù)的應(yīng)用效果更好，優(yōu)勢更加明顯，具體而言，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。第一，在光纖當(dāng)中，需要有效應(yīng)用光波，從物理方面而言，光波的傳播非常容易被周邊環(huán)境所影響，在此期間，光波的波長、相位等表征量都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而通過信息的變化感知到物理量的變化。第二，一般而言，光纖處理自身就具備一定的特殊性，可以通過對光柵的調(diào)整，衍生出更多的生物物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)的探測器與傳感器。

3.2 網(wǎng)路層當(dāng)中應(yīng)用光通信技術(shù)的方式

物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的網(wǎng)路層處于整個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的中間處，能夠有效連接感知層和應(yīng)用層，便于二者的信息交互，具備承上啟下的功能。換言之，網(wǎng)路層能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的收集，并將其傳送給最上層的應(yīng)用層當(dāng)中。就當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)而言，會(huì)涉及大量的數(shù)據(jù)傳輸，對網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力與承載能力都有著較高的要求。為了實(shí)現(xiàn)更加高效的信息傳輸，確保數(shù)據(jù)信息的時(shí)效性，就需要將無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)層主體，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高效、準(zhǔn)確交互，不斷強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用效果，提高性能。值得注意的是，我國當(dāng)前所應(yīng)用的無線通信技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，在實(shí)踐當(dāng)中可以看到，物聯(lián)網(wǎng)可以直接使用通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)基層，為物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施與安排提供更多的便利條件，與此同時(shí)，還可以滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程當(dāng)中節(jié)約成本的需求。由此可見，基于光通信技術(shù)，我國的物聯(lián)網(wǎng)未來會(huì)有更大的發(fā)展空間，展現(xiàn)更多的功能，實(shí)現(xiàn)更多的可能性。

3.3 應(yīng)用層當(dāng)中應(yīng)用光通信技術(shù)的方式

物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用層處于結(jié)構(gòu)的頂端位置，應(yīng)用層能夠?qū)Ω兄獙铀鶄鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理和應(yīng)用。如果將光通信技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)處理終端當(dāng)中，既可以強(qiáng)化數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果，也可以提高數(shù)據(jù)信息的處理效率。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在工作當(dāng)中都可以實(shí)現(xiàn)人與物、物與物、物與人的信息交互，也能夠通過管理水平的提升，推動(dòng)各行業(yè)的信息化甚至是智能化的發(fā)展。值得注意的是，如果在實(shí)體設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)置中安裝光纖傳感系統(tǒng)，那么信息數(shù)據(jù)就可以形成一個(gè)較為完善的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，再通過云計(jì)算等技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，對不同終端設(shè)備進(jìn)行更加精細(xì)化、便捷化的管理。

3.4 水下可見光通信

當(dāng)前，5G的發(fā)展較為迅速，水下的可見光通信也可以實(shí)現(xiàn)。具體而言，光通信技術(shù)的出現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)陸上與水下的有效溝通，通過通信網(wǎng)絡(luò)的建立，形成較為完整的系統(tǒng)，水下機(jī)器人、傳感器等都可以進(jìn)行較為自由的水下活動(dòng)，通過水下信息的收集，實(shí)現(xiàn)對水下信息的分析與處理。從當(dāng)前的發(fā)展情況而言，較為常見的水下通信手段微波通信與聲波通信。然而，微波信號在海水當(dāng)中的衰減非常大，趨膚深度只有厘米級別。聲波通信在海水當(dāng)中的穿透力較強(qiáng)，但是通信寬帶太低。由此可見，兩種通信手段無法實(shí)現(xiàn)高速率、遠(yuǎn)距離的水下探測，而水下無線光通信能夠?qū)崿F(xiàn)以上目標(biāo)，因而發(fā)展的速度較快。具體而言，第一，水下環(huán)境相較陸上而言更加復(fù)雜，散射等現(xiàn)象都會(huì)影響到水下的通信效果，如果不做處理，水下可見光通信則無法發(fā)揮作用。第二，在應(yīng)用期間所使用的光通信器件的種類很多，且十分復(fù)雜，從紫外波段、可見光波段到紅外波段，其跨度也非常大。第三，水下的通信節(jié)點(diǎn)會(huì)涉及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用，在實(shí)踐當(dāng)中可以看出，不同類型的連續(xù)或者非連續(xù)性的干擾都會(huì)影響到信息的傳輸速度。由此可見，在水下環(huán)境當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到大視場角的接收問題，提高接受效果，使得水下可見光通信能夠充分發(fā)揮作用。第四，由于多方因素的影響，很多速率高、距離長的水下無線通信大部分還處于研發(fā)的狀態(tài)，未來將會(huì)面臨更多的研究挑戰(zhàn)。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)十分常見，然而，在實(shí)踐當(dāng)中暴露出了很多的缺點(diǎn)。為了盡快適應(yīng)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，則需要有效應(yīng)用光通信技術(shù)，不斷提高物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)乃俣扰c數(shù)據(jù)處理的效率，充分體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)效性這一特點(diǎn)。同時(shí)，為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，還需要強(qiáng)化對于光通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中應(yīng)用的研究強(qiáng)度，讓光通信技術(shù)成為物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的有力技術(shù)支撐，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)社會(huì)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展。