光通技術在物聯網發展中的應用

胡 睿

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

光通技術主要是運用光波作為傳輸媒介的技術，有效彌補了傳統通信技術存在的缺陷。而物聯網則是運用傳感設備進行物品和網絡的連接，可以最大程度上實現物和物的信息交換，對物品信息進行系統性管理，屬于近年來相關技術進步和完善后出現的新技術類型。雖然光通技術和物聯網的發展時間較短，但是整體發展速度極快，實現兩者的有效結合可以通過服務質量的提升獲取更大的經濟效益。

1 概 述

1.1 光通技術

光通技術主要是把光波當作傳輸信息媒介的一種通信技術，與無線電波通信技術所具備的性能具有一致性[1]。從性質上來說，這種技術屬于電磁波通信技術，但是光波自身的頻率要比無線電波高很多，波長也都比較短，所以在傳播中信息容量非常大。光通技術包含光纖和無線兩方面內容，展現出的主要特性是創造性和滲透性。把它們運用到信號覆蓋或者運輸中，能夠發揮重要的作用。目前，光通技術已經基本上發展至成熟期，再加上靈活性突出，因此被應用到了各個行業。

1.2 物聯網

物聯網主要是通過紅外感應器、GPS 以及射頻識別等信息設備，在遵循相關標準規范的前提下，把生活中的物體和互聯網相互聯系在一起，并通過運輸信息達到智能化識別和監督控制目的的網絡。物聯網中的物體和網絡之間并沒有關系，只是大眾生活里的不同事物在安裝傳感器后，將其和當下的網絡數據信息庫相互聯系在一起，為人們更好地了解這些事物之間的聯系提供了便利。目前，物聯網概念已經產生了一些變化，也得到了很大改進，核心能力在于智能化處理、感知全面以及穩定運輸。

物聯網主要有3 個層次的基本結構，即網絡層、感知層與應用層。其中，網絡層處在感知層和應用層的中間，發揮著關鍵作用，能夠實現長距離傳輸。操作原理為將感知層采集的數據信息全部傳輸到應用層[2]。網絡層中包含有互聯網、有線通信網絡等基本技術。感知層是整個物聯網組織的基層，是物聯網運行的主要支撐，主要進行數據收集和感知。感知層中包含有傳感器系統、FRID 系統等。應用層處在物聯網的最上層，重點是處理和應用各類信息數據。

現階段，在物聯網結構中使用光通技術發揮的作用最顯著。相關研究人員正在嘗試將其引入到互聯網終端，以實現遠距離的互聯網檢測與控制。

2 應 用

2.1 網絡層

在物聯網中，信息傳輸主要通過有線和無線兩種方式。有線方式主要是光纖通信。光纖是光波傳輸的重要載體，通過它進行連接后，相應的信息數據可以迅速在兩個通信節點之間進行傳輸，在提升信息容量方面有很大優勢。同時，因為光纖傳輸速度非常快和抗干擾能力較強，所以可以滿足長距離傳輸的基本要求。這種光纖通信方式不論是在通信安全還是通信能力方面，都要比傳統的電纜更具優勢。

光通技術的實現成本較低，建設難度小，能夠有效滿足物聯網數據傳輸的基本需求。GPRS 網絡的運行時間相對較長，基站覆蓋范圍極為廣泛，同時網絡可靠性比較強，但是其數據傳輸速率較低。為了能夠適應當下的物聯網通信需求，5G 網絡應運而生，不但具有極快的傳輸速率，還具有很強的性能，主要通過正交頻分復用技術與多端口技術實現快速的通信效率。

在物聯網的不斷發展過程中，亟需實現各類信號的匯聚與接入傳輸形成全國性的物聯網，這也意味著光通技術的應用廣泛性非常強。物聯網中包含有海量的數據集合，且能打破空間方面的局限性。傳感網的業務狀態基本都是近距離通信，而通信網尤其是光纖通信網因為能夠承載更高的帶寬，因此非常適合運用于物聯網應用的拓展方面。在該技術的支持下，物聯網數據傳輸速率得到了快速提升，使得網絡層的結構得到了針對性的優化。比較有代表性的發展成果為移動通信安全，已經成為物聯網之中的通信技術。但是，當數據傳輸總量過大的情況下，信息通道的擁堵現象比較常見，影響到信息的安全性。這種情況下，光通技術提供了多端口輸入輸出的機制，通過簽訂安全協議，最大程度上保證了通信的安全性。

2.2 感知層

光通技術中的光纖傳感技術被運用到了物聯網的感知層。這種技術是通過光導纖維與光纖維通信技術發展起來的一種新型傳感技術。它主要以光纖作為核心的傳輸媒介，屬于光子技術領域。光波在光纖中傳播會在外界環境的變化下產生相應的物理變化，主要包括有壓力、溫度、電磁場以及位移等。發揮作用時，通過光的吸收、折射與反射效應，磁光、電光、聲光以及光的多普勒效應等基本原理，使表征光波的特征參量產生變化，如相位、振幅、波長等，從而通過兩者之間的相互作用發揮傳輸功能[3]。不僅如此，光纖自身還具備其他類型的傳感功能，可以實現對光柵的處理，以便制作出可以探測各類化學物質的光線光柵化學傳感器或者是生物化學類的傳感器。這種光纖傳感器一般可以被運用到煤礦的瓦斯泄漏檢測和航天器氫氣泄漏的檢測工作中。正是因為光纖這種“傳”“感”兩方面相互融合的優勢，使得它在物聯網中具有不可匹敵的重要價值。

將通信技術與光纖傳感技術相互結合在一起，可以建立起一個矩陣傳感體系，是當下感知層網絡發展中能夠發揮重要作用的傳感體系。因為光纖本身具有很強的寬帶特性，能夠在單個光纖中集中聯合運用很多傳感器，實現對多個目標的測量，因此在數據采集方面具有很大優勢。

在物聯網的感知層中使用該技術，能夠最大程度上保障信息采集質量。無線光通信技術是光通技術和無線通信技術通過相互融合發展出來的，頻率高、波長較短。它的通信寬帶是4G 通信技術的100 倍，是WiFi 的104 倍。當下該技術主要被運用在感知層之中的RFID 系統中，實現了讀寫器和電子標簽的近距離無線通信，可以有效識別電子標簽中的各項數據信息，還能夠實現對無源電子標簽的讀取[4]。通過這項技術的應用，能夠有效彌補無線信號射頻過短的缺陷，從而提升系統的感應能力。這一技術的應用可以促進與該系統的相互融合，實現了數據信息的實時共享，且能夠同步感應到多種不同類型的電子標簽，確保其相互之間不產生干擾，高度保障了數據的安全性和穩定性。

2.3 應用層

關于應用層的作用發揮，在M2M 設備中光通技術的使用可以實現多個數據的處理，并進行數據設備響應，使得4G、5G 通信技術能夠被嵌入M2M 設備，最終提高終端產品的智能化程度。在該技術中，智能手機等智能終端設備的信息處理能力、通信技術等得到了一定提升，智能化程度的發展速度也越來越快。將光通技術應用于網絡智能終端，與終端管理的需求相符合，能夠實現網絡智能終端的進一步發展。現階段，以該技術為基礎的移動智能終端已經被廣泛應用于建筑、路橋、鐵路等各種工程建設，達到了通過物聯網整合工程基礎設施的目的，在提升生產效率和管理效率方面具有優勢。

3 結 論

光通技術在整個物聯網應用中有著極好的發展前景，能夠進一步促進物聯網各個層次結構的升級優化，最大程度上提升數據信息的傳輸效率。例如，在感知層中能夠實現對數據信息的感知，也可以實現采集數據的長距離傳輸；在網絡層與應用層中，可以有效提升數據傳輸效率，保證通信的安全。