淺析四網合一與物聯網

丁兆碩　聶建華

摘 要：隨著時代的發展，科技的進步，以傳感器技術、通信技術、信息處理技術為基礎的物聯網技術，繼計算機、互聯網之后掀起第三次科技信息浪潮。本文簡要介紹物聯網和四網合一的相關技術，并討論兩者之間的聯系。

關鍵詞：四網合一；物聯網；PLC；電力復合光纜；FTTH

1 物聯網相關技術

物聯網技術涵蓋多個領域，這些技術往往具有不同的行業標準與應用方向。對物聯網相關的關鍵技術進行歸納和整理，可以將物聯網技術概括為信息感知技術、信息傳輸技術、云運算與服務、管理和安全四大體系。

1.1 信息感知技術

感知識別技術位于物聯網構架的最底層，是物聯網產業化的基礎，它實現對現實世界信息的感知、采集外界信息并轉化為可以傳輸的數據流。主要包括RFID、傳感器網絡、二維碼等。

傳感器網絡是由許多空間上的自動裝置組成，利用傳感器和多跳自組織網絡協議協作實現對區域范圍內信息的監控。但目前傳感器在檢測精度、穩定性、成本、功耗等方面達不到要求，是發展物聯網產業的重要技術難題之一。

1.2 信息傳輸技術

物聯網的產業化需要運用各種有線和無線通信技術，短距離無線通信技術是物聯網應用的重點。物聯網終端一般采用2.4GHz ISM頻段（ITU-R定義，主要開放給工業、科學、醫療三個主要機構使用）進行通信，工作在該頻段上的有無線局域網、藍牙、ZigBee等無線網絡。頻譜空間的擁擠是制約物聯網的大規模實際應用的重要原因之一，切實提升頻譜保障能力是保證物聯網規模化應用的前提。互聯網是物聯網信息傳輸和服務支持的基礎設施，以IPv6為核心通信協議的下一代網絡，為物聯網的發展提供了良好的基礎條件保障。

1.3 云運算與服務

海量數據的處理與運算是物聯網大規模應用后所面臨的重大挑戰之一。云計算（cloud computing）是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，它由一系列可以動態升級和被虛擬化的資源組成。虛擬化、信息存儲與計算能力分布式共享是云計算的核心，是海量信息高效利用的重要保證。

物聯網的發展最終是以應用為目的，物聯網環境下的服務內涵有了革命性發展，如果采用以往的技術和思路必然約束物聯網的發展。應該從引領未來的角度出發，結合各個行業的標準，針對不同的應用需求研究出相應的規范化、通用化服務體系結構。

1.4 管理與安全

物聯網的產業化必然會導致承載業務的多元化、規模化，管理技術是實現物聯網可控、可管理、可運行的先決保證。

物聯網將人們生產生活、社會經濟活動、基礎性設施資源全面架構在全球互聯互通的網絡上，實現理論上的虛擬化，物聯網的開放性、包容性、匿名性的特征必然會有嚴重的安全隱患。因此實現信息網絡安全是物聯網產業化的必要條件，也是物聯網技術成熟的標志。

2 四網合一

2.1 四網合一基本概念

四網合一又稱為三加一技術方案，三表示電話、電視和互聯網三網，一表示電力網。三網合一在世界部分區域已經進入初步運行階段，電力網絡又是世界上最普及、最大、最穩定的有線網絡，因此如果利用現有的電力線網絡搭接電話、電視和物聯網等網絡，無疑會節約構建和運營成本。

2.2 四網合一技術方案

（1）電力線通信（Power Line Communication，簡稱PLC）簡介。電力線通信作為一種寬帶接入技術利用電力線傳輸信號和數據的一種通信方式。在中高壓電網（35kV+）上使用電力載波機利用低頻率（9-490kHz）以低速率傳輸數據，在低壓領域PLC應用于自動抄表、智能家居和負荷控制，其傳輸速率為1200bps甚至更低，故稱為低速PLC。如今低壓電力線通信技術的傳輸速率在1Mbps以上，由于該技術目前主要用于因特網訪問，又稱為電力線上網。

（2）電力線通信的設備和原理。在PLC系統中，通常在配電變壓器低壓輸出端配裝PLC主站，將寬帶信號與電力載波高頻信號進行相互轉換。PLC主站的一邊通過電感耦合聯接電力線路，導入和導出高頻PLC信號；另一邊通過以往的通信方式，如ADSL、Cable Modem和光纖等連接至互聯網。在用戶端，用戶的上網設備通過USB或以太網接口與PLC調制解調器連接，電話機通過RJ-11接口連接調制解調器，調制解調器可以安裝在插座內，也可以在適當的地點安裝中繼器用來放大信號避免信號衰減或干擾過大帶來的失真。

電力線上網采用的調制技術有多載波調制（DMT）、正交頻分復用（OFDM）、擴頻及常規的QPSK，FSK等。OFDM的信道利用率極高，窄帶帶寬也能傳輸大量數據，對抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾能力出色，所以OFDM技術成為電力線上網技術取得突破性進展的重要原因之一。

（3）電力線通信的優點和缺陷。終端配電網上存在著頻譜范圍很寬的噪聲源，例如開關、電器，計算機，對電力線通信信號影響很大，可以安裝濾波裝置進行濾除。電力網復雜的網絡拓撲結構會引起多徑反射，導致信號的碼間串擾和選擇性衰弱，OFDM技術可以有效解決這一問題。電路的容性負載和阻抗會導致信號的衰減使接收端信號強度不能滿足要求，可以在電路網絡相應位置安裝中繼器放大信號。電力網線阻抗波動劇烈，往往開關一盞燈都將到期整個線路阻抗的變化，這就需要安裝AGC（自動增益控制）電路加以改善。某些無線電設備和高速PLC共用同一頻段，如果發送功率大，電力線就會等同于發射天線而產生電磁污染影響其他設備正常工作，因此需要制定出相應的技術要求進行避免。

（4）光纖到戶簡介。電力復合光纜是將電力線和光纖兩者復合成一種既可以傳輸電能，又可以傳輸電視、電話和互聯網信號的新型導線（Optical Fiber Overhead Wire，OFOW），電力復合光纜接入網也是FTTH的一種解決方案。光電復合公共傳輸系統的實施方案是通過對電力網絡的光纖復合化，把光纖網依托在電力網上，在一定程度減少公共資源的浪費。

（5）光纖到戶的設備與原理。光電復合系統由光路終端（OLT）、無源光纖分路器（POS）、光電網絡節點（ONU）、電力復合光纜線路、光電復合轉換器件、光電復合網絡交換器、光電匯接盒合控制器組成。

光纖復合型架空地線（OPWG）工程是指把光纖架置在高壓輸電線中，用以建成輸電線路的光纖通信網。把10Kv以上電網線路中的B相線路和380V低壓線路的零線都改裝為電力復合型光纖傳輸導線（OFOW），并分別作為公共傳輸網的上行端和中繼線，對220V電力線改造，作為用戶接入網的客戶端。10kVOFOW上位端與110kV以上電壓等級的OPGW或者ADSS、OPPC等系統連接，下位端通過OFOW方式與10kV配電變壓器相連，傳送至變壓器的光纖信號通過光纖路由、交換器分離出來，然后與配電變壓器輸出端的380V光纖復合電力線路由接通，最后通過覆蓋居民小區、事業單位、企業工廠的光電復合網絡傳送至用戶端。在使用VLSI技術和DSP技術實現信息解調后，用戶通過一種特殊的光電復合插頭、光電復合插座獲得電力、電視、、電信和互聯網四種服務。

（6）光纖到戶的缺陷與優點。OFOW導線光電傳輸在同一線纜內完成；光纖通信要能承受電力傳送帶來的負荷溫升（光電傳輸互不干擾）；電纜的耐環境性能、彎曲性、敷設性、阻燃性均要達到相應的規范，以上技術要求決定了光電纜標準高、成本高、維護難等特點。如何降低改造成本成為FTTH推廣首要解決的問題。

光纖到戶方案也有著無可比擬的優點，光電纜具有很好的抗雷電、抗電磁干擾、抗環境腐蝕的特性，系統運行也十分穩定。OFOW的高寬帶利用率，數據傳輸安全性高，傳輸過程中不會產生電磁輻射污染等等，這些優點是PLC無可比擬的。

3 四網合一加速物聯網發展

物聯網中數據傳輸依靠網絡，物聯網中的大多數的應用需要網絡平臺的支持，物聯網中含有數目巨大的節點，因此物聯網的應用依賴于網絡的發展。四網合一成為未來發展的必然趨勢，并且四網合一的最終目的是提高信息產業的總體水平，而物聯網是以虛擬化信息服務為目標，因此四網合一為物聯網的發展提供了切入點。四網合一為物聯網提供一個標準化的平臺，隨著四網合一的不斷推進，物聯網的具體應用將會越來越多，它會逐漸的融入到人們的生產生活之中。物聯網技術將會在信息傳輸、改善民生、降低成本、提高生產率等方面發揮重大作用，我們相信隨著物聯網的推廣、應用和完善我們的生活會越來越美好，物聯網的春天向著我們走來。

4 小結

在未來的十年甚至數十年，物聯網技術必將引領科技浪潮和世界發展。當帶有“智慧”的千百億傳感裝置都能夠接入互聯網時，我們將能可以聽到地球的脈搏。

[參考文獻]

[1]郭創新，高振興，張金江.基于物聯網技術的輸變電設備狀態監測與資產管理[期刊論文].電力科學與技術學報，2010（4）.

[2]李虹.物聯網生產力的變革[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3]姜晨，頡軼萍，徐莎莎.三網融合物聯網的春天[J].《電腦與電信》，2011年，第6期.