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

王 融

（江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330000）

1 物聯(lián)網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

如圖1所示，物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層3個層次構(gòu)成，為分層結(jié)構(gòu)模型。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)分層

作為物聯(lián)網(wǎng)的最底層組織，感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，其功能為感知與采集數(shù)據(jù)信息。感知層由M2M終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、傳感網(wǎng)絡(luò)以及RFID系統(tǒng)等構(gòu)成，使用M2M終端、傳感器及RFID電子標(biāo)簽采集信息[1]。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層介于感知層和應(yīng)用層之間，功能包括管理和傳輸信息，可以將感知層獲得的數(shù)據(jù)信息利用相應(yīng)的渠道發(fā)送給應(yīng)用層，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層負責(zé)應(yīng)用與處理感知層采集的信息和數(shù)據(jù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)感知層中的光通信技術(shù)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層中的光纖傳感

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)中必不可少的設(shè)備，作用為探知周圍信息。環(huán)境監(jiān)測部門檢測環(huán)境過程中會配備許多傳感器，使用無線傳感技術(shù)獲取周圍環(huán)境狀態(tài)與變化[2,3]。

面對光纖通信與光導(dǎo)纖維技術(shù)的快速發(fā)展，光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)為人們的生活提供了極大便利。該新型傳感技術(shù)的載體是光，媒介是光纖，屬于光子與承載信息傳輸?shù)膶?dǎo)波光子技術(shù)。其原理為光波傳播時，波長、偏振態(tài)、相位及振幅一同轉(zhuǎn)動，在電磁場、位移、壓力以及溫度作用中變化，感知外界的物理量變化情況。

技術(shù)流程為將光源光送入傳感調(diào)節(jié)器，物理量參數(shù)變化后，光特征參量一同變化，產(chǎn)生調(diào)制信號光。利用光纖將光信號傳輸?shù)焦怆娞綔y器，調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換光電，得到被測物理量。利用光纖偏振的特點，測量光纖法拉第旋轉(zhuǎn)角的同時測量電流情況。如果傳感器部分使用的是功能型光線傳感器，那么就可以創(chuàng)建傳感網(wǎng)絡(luò)。與過去所用的傳感器對比，光纖傳感器有著更高的檢測靈敏度。傳輸和傳感中使用光信號，受輻射與電磁干擾影響小，可以用在各種惡劣環(huán)境，不怕電磁、高溫以及高壓的干擾。光纖材質(zhì)體積小、重量輕，且韌性和柔性非常好。使用前按照檢測需求，將傳感器制作成各種各樣的形狀。光纖光柵需要特殊化處理，將其變成能夠探測化學(xué)物質(zhì)的光纖光柵生物化學(xué)傳感器[4]。

傳感器有著廣泛的應(yīng)用，適用范圍非常廣。光纖通信與光纖傳感二者組成陣列化和網(wǎng)絡(luò)化傳感系統(tǒng)，是今后光纖傳感技術(shù)發(fā)展方向[5]。熔接常規(guī)通信光纜與光纖傳感器，可以獲得傳感傳輸功能以及在線特征。光纖具有寬帶特點，故可以使用一根光纖同時測量多個目標(biāo)，因此在物聯(lián)網(wǎng)感知層中使用光纖傳感技術(shù)優(yōu)勢巨大，潛力突出。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)感知層對無線光通信技術(shù)的運用

物聯(lián)網(wǎng)中無線光通信技術(shù)屬于常見技術(shù)，面對技術(shù)的快速發(fā)展，如今感知層已經(jīng)具備了極強的通信實力。人們使用傳感器實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實等各種領(lǐng)域的連接和信息傳遞，傳感網(wǎng)可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的“最后的一公里”。無線通信是現(xiàn)有信息接入領(lǐng)域少有可以真正做到無處不在的接入傳感器的技術(shù)[6,7]。

無線光通信由無線通信與光通信組合得來，光波頻率高于無線電波頻率，波長短于無線電波。無線光的通信帶寬可以達到WiFi的104倍，移動通信的100倍。無線光通信的信息傳輸能力為10～155 Mb/s，所有協(xié)議傳輸都可以使用無線光通信，滿足長距離和短距離的無線通信要求，解決管業(yè)務(wù)接入需求[8]。在無線光通信技術(shù)深入研究的今天，未來物品可以嵌入無線光通信芯片、通信基站以及無線路由器，賦予物品高速無線連接功能。不論在什么環(huán)境，只要擁有光源，就能通信。無線傳感器傳輸通道可以在任何時間、地點與物中傳輸信息。

自智慧地球理念出現(xiàn)后，全球表現(xiàn)出極高關(guān)注度，社會各界認為光通信技術(shù)屬于信息革命。物聯(lián)網(wǎng)的定義是利用所有無線網(wǎng)絡(luò)重新構(gòu)建全球互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的無縫連接與交換。如果能夠有效整合已經(jīng)比較成熟的光通信網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)，那么便可以進一步推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，讓全世界各地的移動網(wǎng)絡(luò)連入互聯(lián)網(wǎng)[9]。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中，光通信技術(shù)能量傳輸效果非常顯著，能夠優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)。移動通信核心為人與人互動，該過程產(chǎn)生龐大數(shù)據(jù)，容易引起網(wǎng)絡(luò)阻塞問題，影響網(wǎng)絡(luò)安全。光通信技術(shù)可以增加大量新的傳入傳出端口，保障信息安全。

3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層中的光通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層使用傳感器獲取信息，光發(fā)射機端使用電信號控制光電管發(fā)光強度，在電信號起伏變化的同時，光強度同樣也會起伏變化。承載電信號變化的信息光被傳送到光接收機，之后在發(fā)射端逆變換，使用光敏元器件將光強變化還原成電信號幅值變化。光強變化不僅僅是強度方面的差異，同時還包括變化快慢等，此外光強變化信息中還包括電信號頻率[10,11]。

網(wǎng)絡(luò)層使用有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)將所搜集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層。當(dāng)前有線通信主要使用光纖通信，不受電磁干擾且容量較大，適合長距離的傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)20 THz寬帶接入，傳輸大數(shù)據(jù)的時候效果非常顯著。有線連接受環(huán)境和線路部署等因素限制，無法在任意地點與時間隨意接入。無線通信的接入條件比較靈活，但是因為帶寬對其有著明顯限制，所以導(dǎo)致其信息仍舊無法高效率傳播。

4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層中的光通信技術(shù)

當(dāng)前光通信技術(shù)在M2M設(shè)備中得到了廣泛使用，能夠滿足數(shù)據(jù)請求，涵蓋眾多數(shù)據(jù)設(shè)備。M2M設(shè)備中嵌入通信模塊，并創(chuàng)設(shè)手機終端，完成信息處理。靠著光通信支持，物聯(lián)網(wǎng)可以被應(yīng)用于移動終端進行管理，和移動通信網(wǎng)絡(luò)終端管理有著良好的契合條件[12]。M2M技術(shù)在安全協(xié)議和信息處理層面中使用效果非常好。工程建設(shè)中使用光傳感技術(shù)能夠智能化管理信息，利用物聯(lián)網(wǎng)與各種基礎(chǔ)設(shè)備和機器整合系統(tǒng)，在物聯(lián)網(wǎng)中規(guī)劃和配置光纖通信能夠為生活和生產(chǎn)提供便利，成本的控制效果非常好。

某科技咨詢公司在物聯(lián)網(wǎng)中使用光通信技術(shù)時，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)平臺解決各種問題。傳統(tǒng)層有著許多弊端，包括傳感器設(shè)備各自工作，種類繁多，設(shè)計時對接業(yè)務(wù)難度比較大。因為設(shè)備多，所以需要消耗非常多的人力，且落地周期長，程序十分復(fù)雜[13]。科技公司可以兼容多種傳感器，有著豐富的API接口，可以快速集成系統(tǒng)。使用各種場景滿足快速響應(yīng)需要，使用多協(xié)議組網(wǎng)應(yīng)對各種使用環(huán)境。該公司應(yīng)用實時監(jiān)測系統(tǒng)，在有異常的時候能夠及時報警，保障信息使用者的信息安全。智慧安防應(yīng)用中，使用入侵檢測、出入記錄與遠程開關(guān)鎖，使用大屏幕讓使用者隨時隨掌握全局情況，分析場景消耗，站在IoT角度建模場景可視化展示場景。此外，設(shè)備管理根據(jù)場景設(shè)置相應(yīng)情景面板，靈活設(shè)置聯(lián)動策略，完成設(shè)備狀態(tài)聯(lián)動感知和自我調(diào)控。

5 物聯(lián)網(wǎng)無線終端

未來社會，無線移動終端必然是研究趨勢，物聯(lián)網(wǎng)同樣如此[14]。M2M如今已經(jīng)成為常態(tài)化技術(shù)，其構(gòu)成如圖2所示。

圖2 M2M的示意圖

該設(shè)備能夠回答各種數(shù)據(jù)請求，技術(shù)重點是機器和機器無線通信，實現(xiàn)方式為在M2M設(shè)備加入可以用于通信的模塊，使其擁有可以和網(wǎng)絡(luò)互動的通信能力。人們在手機中安裝芯片，手機也可以處理與感知信息，甚至成為通信的智能終端[15]。物聯(lián)網(wǎng)必須滿足移動通信網(wǎng)絡(luò)終端的管理方式，今后還需要制定統(tǒng)一模式，從而發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)最大價值。

6 結(jié) 論

未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必然會實現(xiàn)光通信與光纖傳感器的統(tǒng)一，依靠二者的結(jié)合采集各種信息為人們提供各種服務(wù)。光通信的優(yōu)勢可以滿足未來物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸需求，在移動通信網(wǎng)的支持下實時傳輸信息，實現(xiàn)人與人、人與物以及物與物的信息傳遞。