光通信技術在物聯網中的應用探討

王 融

（江西省郵電規劃設計院有限公司，江西 南昌 330000）

1 物聯網基本結構

如圖1所示，物聯網由感知層、網絡層以及應用層3個層次構成，為分層結構模型。

圖1 物聯網分層

作為物聯網的最底層組織，感知層是物聯網的基礎，其功能為感知與采集數據信息。感知層由M2M終端、網關設備、傳感網絡以及RFID系統等構成，使用M2M終端、傳感器及RFID電子標簽采集信息[1]。物聯網的網絡層介于感知層和應用層之間，功能包括管理和傳輸信息，可以將感知層獲得的數據信息利用相應的渠道發送給應用層，物聯網的應用層負責應用與處理感知層采集的信息和數據。

2 物聯網感知層中的光通信技術

2.1 物聯網感知層中的光纖傳感

傳感器是物聯網中必不可少的設備，作用為探知周圍信息。環境監測部門檢測環境過程中會配備許多傳感器，使用無線傳感技術獲取周圍環境狀態與變化[2,3]。

面對光纖通信與光導纖維技術的快速發展，光纖傳感技術的出現為人們的生活提供了極大便利。該新型傳感技術的載體是光，媒介是光纖，屬于光子與承載信息傳輸的導波光子技術。其原理為光波傳播時，波長、偏振態、相位及振幅一同轉動，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。

技術流程為將光源光送入傳感調節器，物理量參數變化后，光特征參量一同變化，產生調制信號光。利用光纖將光信號傳輸到光電探測器，調節與轉換光電，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，那么就可以創建傳感網絡。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境，不怕電磁、高溫以及高壓的干擾。光纖材質體積小、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物質的光纖光柵生物化學傳感器[4]。

傳感器有著廣泛的應用，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絡化傳感系統，是今后光纖傳感技術發展方向[5]。熔接常規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，因此在物聯網感知層中使用光纖傳感技術優勢巨大，潛力突出。

2.2 物聯網感知層對無線光通信技術的運用

物聯網中無線光通信技術屬于常見技術，面對技術的快速發展，如今感知層已經具備了極強的通信實力。人們使用傳感器實現虛擬與現實等各種領域的連接和信息傳遞，傳感網可以實現物聯網的“最后的一公里”。無線通信是現有信息接入領域少有可以真正做到無處不在的接入傳感器的技術[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，解決管業務接入需求[8]。在無線光通信技術深入研究的今天，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后，全球表現出極高關注度，社會各界認為光通信技術屬于信息革命。物聯網的定義是利用所有無線網絡重新構建全球互聯網系統，實現信息的無縫連接與交換。如果能夠有效整合已經比較成熟的光通信網絡和物聯網，那么便可以進一步推動物聯網發展，讓全世界各地的移動網絡連入互聯網[9]。物聯網數據傳輸中，光通信技術能量傳輸效果非常顯著，能夠優化網絡層結構。移動通信核心為人與人互動，該過程產生龐大數據，容易引起網絡阻塞問題，影響網絡安全。光通信技術可以增加大量新的傳入傳出端口，保障信息安全。

3 物聯網網絡層中的光通信技術

物聯網網絡層使用傳感器獲取信息，光發射機端使用電信號控制光電管發光強度，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]。

網絡層使用有線網絡和無線網絡將所搜集的數據信息發送到物聯網應用層。當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，能夠實現20 THz寬帶接入，傳輸大數據的時候效果非常顯著。有線連接受環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，所以導致其信息仍舊無法高效率傳播。

4 物聯網應用層中的光通信技術

當前光通信技術在M2M設備中得到了廣泛使用，能夠滿足數據請求，涵蓋眾多數據設備。M2M設備中嵌入通信模塊，并創設手機終端，完成信息處理。靠著光通信支持，物聯網可以被應用于移動終端進行管理，和移動通信網絡終端管理有著良好的契合條件[12]。M2M技術在安全協議和信息處理層面中使用效果非常好。工程建設中使用光傳感技術能夠智能化管理信息，利用物聯網與各種基礎設備和機器整合系統，在物聯網中規劃和配置光纖通信能夠為生活和生產提供便利，成本的控制效果非常好。

某科技咨詢公司在物聯網中使用光通信技術時，構建物聯網平臺解決各種問題。傳統層有著許多弊端，包括傳感器設備各自工作，種類繁多，設計時對接業務難度比較大。因為設備多，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。使用各種場景滿足快速響應需要，使用多協議組網應對各種使用環境。該公司應用實時監測系統，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。智慧安防應用中，使用入侵檢測、出入記錄與遠程開關鎖，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，設備管理根據場景設置相應情景面板，靈活設置聯動策略，完成設備狀態聯動感知和自我調控。

5 物聯網無線終端

未來社會，無線移動終端必然是研究趨勢，物聯網同樣如此[14]。M2M如今已經成為常態化技術，其構成如圖2所示。

圖2 M2M的示意圖

該設備能夠回答各種數據請求，技術重點是機器和機器無線通信，實現方式為在M2M設備加入可以用于通信的模塊，使其擁有可以和網絡互動的通信能力。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]。物聯網必須滿足移動通信網絡終端的管理方式，今后還需要制定統一模式，從而發揮物聯網最大價值。

6 結 論

未來物聯網的發展必然會實現光通信與光纖傳感器的統一，依靠二者的結合采集各種信息為人們提供各種服務。光通信的優勢可以滿足未來物聯網大數據傳輸需求，在移動通信網的支持下實時傳輸信息，實現人與人、人與物以及物與物的信息傳遞。