光通信技術在物聯網中的應用探索

鄭超

摘 要：物聯網技術與光通信技術的結合，對于現代信息發展具有 重大意義，也是技術發展的方向。文章通過認識光通信技術與物聯網，透視物聯網基本結構，探索兩個技術融合的現實應用，分析光通信技術在物聯網技術發展中的現實意義。

關鍵詞：光通信技術；物聯網；寬帶；媒介

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0080-02

中國通信技術近些年發展十分迅速，尤其電子通信技術日漸發達，普遍在全國領域內使用。光通信技術也發展成熟。光通信技術作為以光波作為傳輸媒介的技術，具有傳輸頻帶寬、容納信息量大、抵抗電磁干擾能力強等傳播特征。因此在結構復雜。內容龐大的物聯網當中得到很好的運用。物聯網的概念自從提出之后，就被社會各界高度關注，在全球范圍內翻起了以物聯網為中心的經濟與技術大潮。

1 基本概念

光通信技術，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相同，光通信技術也屬于電磁波通信技術，然而光波頻率比無線電波的要高，波長較短，因此傳播時信息容量更大。光通信技術主要有兩種方式：光纖與無線，表現出高度帶動性、滲透性與創造性。在信號覆蓋與傳播上有著顯著優點。目前中國光通信技術發展相對成熟，以廉價靈活的傳輸特點，被運用到諸多領域內。

物聯網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，依照原定程序協議，將現實中任何物體與互聯網連接，通過信息交換與通訊，實現智能化識別、定位、監控、管理物體的網絡。物聯網物體本身與網絡無關，是人們生產生活中存在的千萬事物，在安裝上傳感器之后，與目前網絡數據信息庫鏈接，讓人們直接去認識、管理這些事物。物聯網的概念隨著社會經濟與科技發展，是不斷演變，與概念剛提出時有了很大改進，涵蓋范疇日益豐富。物聯網核心能力是運輸可靠、感知全面以及處理職能化這三個方面。它可以將識別的物件信息，通過場景感知，將信息聚合一起進行無縫連接處理。

尚前，光通信技術在物聯網結構中發揮著巨大功能。兩者互相結合，在工業、環境、軍事、醫療、保健等人們各種日常生活與商務生產領域體現出優越的實用價值，造福人類生活。物聯網中光通信技術主要有：光纖傳感、射頻識別、WiFi等近距離無線光通信技術、還有GPRS、3G、4G 移動通信技術等長距離無線通信技術。科研工作者們已經開始著手將光通信技術引入互聯網終端，實現遠距離的互聯網檢測控制、維護管理與正常運營。

2 物聯網的基本結構

物質結構決定其用途，物聯網也如此。物聯網的分層結構模型，決定其工作環節依照順序進行，逐步實現每一項技術功能。現在，物聯網科研者普遍將物聯網結構分為三個層面：感知層、網絡層、應用層，每個層面的主要內容，見表1。

①感知層，物聯網最低層次組織，是物聯網技術的基礎層次，負責獲取物體信息感知與獲取。我們常見的硬件設施有攝像頭、傳感器網絡、二維碼標簽和識讀器、視頻檢測標識等。

②網絡層位于物聯網技術的中間層次，連接感知層與應用層，完成數據信息的長距離運輸與管理任務，直接地講就是信息傳播的橋梁，將感知層獲取采集的數據信息，傳送到終端應用層。其實現方式就是我們常見的各種通信網絡，如GPRS、3G、4G 移動通信網絡，蜂窩無線通信網絡、有線通信等方式。

③應用層，是物聯網最上層，主要對數據進行運用，或者進行智能處理，將具體數據信息應用在行業當中。其表達方式就是終端顯示器與數據庫等，能夠直接表現數據信息的平臺。

物聯網的基本結構決定了其對數據信息的感知、傳輸以及智能處理的功能。正是物聯網職能、便捷的功能，決定其廣泛的應用前景。

3 光通信技術在物聯網中的應用現狀

3.1 物聯網感知層的應用

光通信技術在物聯網感知層上的應用，主要形式是光纖傳感技術。在光導纖維與光纖通信技術的迅猛發展形勢下，光纖傳感技術也同步發展起來。它是以光為載體，光纖為煤質傳輸信息的嶄新傳感技術，屬于光子技術領域。光纖傳感技術基本工作原理，是光波在光纖中傳播時，光波主要性質會隨著外界環境變化而產生物理改變。將光纖傳感技術與光纖通信技術結合一起，是構建網絡化與矩陣化傳感體系的發展方向。光纖寬帶性的特點，可以將多種傳感器集中使用在單個光纖中，對多個目標進行測量，因此在物聯網感知層上可以表現明顯優勢。

光通信技術為互聯網感知層信息采集提供更好的質量保證，連接起物理世界轉向信息世界的關鍵環節。無線光通信技術，是光與無線通信技術的結合物，利用頻率高波長短特征，其通信寬帶是WiFi的104 倍，4G 移動通信的100倍。

光通信技術在在RFID系統中的運用。光傳感與通信技術在RFID系統上，實現電子標簽與讀寫器兩者近距離無線通信，準確識別物體上的電子標簽，讀取其中的數據信息。目前，光傳感技術主要讀取無源電子標簽，改變了傳統無線信號射頻短的不足，提高了RFID系統的感應能力。RFID讀寫器對于光通信技術應用，是與互聯網網絡層的接入當中，創建雙向功能的網關設備，將其與RFID系統相互協作與融合起來，對物品信息進行實時共享。在實際應用中，利用光通信技術的RFID系統，很好延長讀寫器與網絡層連接距離，將讀寫器直接變成職能終端，更方便地接入移動通信網絡。另外就是，光通信技術可以感應多個電子標簽，并能防止信息之間相互沖突，減少信息干擾，保證數據信息的安全。

光通信技術在無線傳感網絡中的運用。傳統無線網絡的傳感器隨機分布，處理單元與通信單元自行組織。這種不穩定結構只能完成近距離傳感、通信，傳輸距離也比較短。融合光通信技術之后，可以進行長距離傳輸，距離可以達到100 m。

3.2 物聯網網絡層應用

互聯網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，光纖通信技術可以容納更多信息量，實現快速傳播不受干擾，還可以進行長距離傳輸。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勢。并且光通信技術建設便于鋪設，可以進行現20 THz 的寬帶接入，十分適合物聯網大數據傳輸需求。

GPRS在我國已成熟運營幾十年，網絡可靠性高，基站覆蓋范圍廣泛，適合物聯網無處不在的網絡要求，GPRS數據傳輸速率最高值為115 kbps。采用光通信技術的3G網絡技術可以提供最高2 Mbps數據傳輸速率，為日益增強的物聯網數據業務提供了支持和保障。而4G網絡技術的性能更加優越，采用正交頻分復與多端口輸入輸出技術，數據傳輸率高達201 Mbps，寬帶是3G的十倍。光通信技術大大提高了物聯網數據傳輸能力，大大優化了網絡層結構。移動通信的安全機制，是以人與人之間通信基礎，在物聯網中進行應用時，大量的數據會造成網絡堵塞，信息安全性降低。光通信技術創建了多個傳入傳出端口，簽訂物與物、物與人之間的安全協議，并可以根據通信需要與物聯網特征增強安全機制。

移動通信網絡是以光通信技術為核心，在人與人、物與人、人與自然之間可以實現任意時間與地點的信息交換與交流。目前，中國已經形成較為成熟的移動通信網絡。物聯網以其作為網絡層，可以更好整合社會中任意物品的信息，減少技術成本，并能保證高效的信息傳輸率，為開發移動物聯網創造了優良的技術條件。

3.3 物聯網無線終端應用

M2M設備中的光通信技術，可以滿足許多數據請求，并自動包含其中的數據設備。將GPRS、3G、4G嵌入到M2M設備中，創建手機終端。這樣就將手機打造成為通信、感知、信息處理的職能終端。光通信技術在將物聯網終端塑造成移動通信終端上，具有十分重要的作用。他它符合移動通信網絡終端的管理方式，以人與人之間通信為基礎，在安全協議與多端口通信信息處理上效果良好。

在工程建設中，工作人員通過將光傳感技術嵌入到設備中，可以職能處理電網、橋梁、鐵路、建筑等信息，然后再與物聯網進行結合，將多種施工設備、機器與基礎設施等物理系統進行合理整合。讓施工的大小細節，在物聯網中得到科學規劃與配置，節約建設成本，管理生產生活。物聯網變現出的職能化特征，與數據信通過光通信技術在云計算平臺中自行處理是分不開的。

4 結 語

光通信技術在物聯網中的運用，不僅僅是過去幾年的發展形勢，也是未來發展方向。據科學家統計計算，光纖傳感器可以同時測量七十多個物理量，因此將其用在工程檢測、犯罪偵查、防偽識別等方面仍然很大空間。在物聯網規模集成化的發展形勢下，光通信技術對數據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的用武之地。

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