光通信技術在物聯網中的應用

徐梓元

（上海電力大學，上海 201306）

1 光通信技術與物聯網的基本內涵

1.1 光通信技術

光通信技術，顧名思義，就是在傳送信息的過程當中，以光波作為媒介，實現高效的信息交互。光通信技術與無線電波通信技術的工作原理類似，在實踐當中都屬于電磁波類別的通信技術。然而光波與無線電波相比波長較短，且頻率較高。由于光波具備上述特點，在傳播的過程當中信息容量更大，效果更加明顯。光通信技術主要有兩種形式，分別為無線與光纖。在實踐當中，通常會表現出帶動性、滲透性以及創造性等優勢，大幅度提高了信號傳播效率。就當前的情況而言，我國光通信技術的發展具備靈活性與經濟性等特點，值得被推廣以及廣泛應用。

1.2 物聯網

一般而言，物聯網技術當中可以利用全球定位系統、紅外感應器等各種類型的傳感設備，連接物品和網絡，實現高效的信息的交互。在此基礎上，通過對相關智能化技術的應用，實現針對物品的定位與監測功能，從而提高對物品的管理效率。其實，物聯網中的“物體”本身與網絡沒有任何關聯，只是生活工作當中存在的各種事物。而如果在“物體”上安裝傳感器，則可以讓物體與網絡數據信息庫進行有效連接，人們則能通過網絡實現對物體的直接控制與管理。物聯網這個概念并不是一成不變的，而是隨著科技的發展與社會的進步不斷演變，當前物聯網的概念比剛提出時的概念更加豐富、更加深刻，所涉及的領域也愈加廣泛。通過實踐可以看出，通過對物件信息的識別與場景感知，將信息進行有效整合，提高處理效率。

1.3 光通信技術與物聯網的聯合應用

就當前的情況而言，在物聯網當中運用光通信技術，能夠充分發揮二者自身的優勢。具體而言，可以醫療、工業、環境、軍事等行業當中都會展現其應用價值，為人們的生活帶來更多的便利。當前的物聯網當中主要應用的光通信技術有光纖傳感、射頻識別等近距離無線光通信技術，還有GPRS等長距離無線通信技術等，這些技術的有效應用也促進了社會的發展。相關研究工作者也將工作重點放到了如何將光通信技術引入互聯網的終端，從而實現遠程的互聯網控制與檢測，提高對物體運營管理的效率，確保物體能夠得到有效的應用。

2 光通信系統的架構

光通信系統的基本架構是點對點系統，而當前人們的工作當中，對于通信容量的需求呈現逐年增長的趨勢，因而光多輸入多輸出系統的發展也十分迅速。一般而言，當前的點對點可見光系統主要由兩部分構成，分別是發射與接收。第一，在發射方面，發射還可以被分為光學部分與電學部分，光學部分當中包含光學天線以及發射機光學芯片；電學部分主要包括發射機驅動電路和信號處理電路。光學與電學部分之間的光電子器件就是可見光通信系統的發射機。當信號經過處理之后，可以通過發光二極管實現強度調制，從而將電信號轉化為光信號。第二，在接收方面，接收方面也可以被分為光學部分與電學部分。其中，光學部分所采用的探測器芯片為雪崩光電二極管和光電二極管，在實踐當中，將更多的光學信息聚集在探測器芯片上。而電學部分則需要將光信號轉化為電信號，通過調制、解碼之后，再恢復原始的發送信號。值得注意的是，可見光從理論上來講存在較大的通信容量，但是由于信號處理算法、發射接收機材料器件的限制，并不能達到非常理想的效果。為此，還需要加強對光通信系統架構的研究，通過有效的研究，針對光通信系統進行不斷的完善，從而達到較為理想的應用效果。

3 在物聯網中光通信技術的應用

3.1 感知層當中應用光通信技術的方式

物聯網當中的感知層處于整個結構當中的最低位置，作為最基礎的部分，其主要功能就是數據的感知和與采集。在感知層當中，所應用的是光線傳感技術，與傳統的傳感技術相較，光線傳感技術的應用效果更好，優勢更加明顯，具體而言，主要體現在以下兩點。第一，在光纖當中，需要有效應用光波，從物理方面而言，光波的傳播非常容易被周邊環境所影響，在此期間，光波的波長、相位等表征量都會發生相應的變化，進而通過信息的變化感知到物理量的變化。第二，一般而言，光纖處理自身就具備一定的特殊性，可以通過對光柵的調整，衍生出更多的生物物質、化學物質的探測器與傳感器。

3.2 網路層當中應用光通信技術的方式

物聯網當中的網路層處于整個結構當中的中間處，能夠有效連接感知層和應用層，便于二者的信息交互，具備承上啟下的功能。換言之，網路層能夠實現數據的收集，并將其傳送給最上層的應用層當中。就當前的物聯網狀態而言，會涉及大量的數據傳輸，對網絡的傳輸能力與承載能力都有著較高的要求。為了實現更加高效的信息傳輸，確保數據信息的時效性，就需要將無線通信網絡設置為網絡層主體，實現信息數據的高效、準確交互，不斷強化物聯網的應用效果，提高性能。值得注意的是，我國當前所應用的無線通信技術的應用已經相當廣泛，在實踐當中可以看到，物聯網可以直接使用通信網絡系統作為網絡基層，為物聯網的設施與安排提供更多的便利條件，與此同時，還可以滿足物聯網應用過程當中節約成本的需求。由此可見，基于光通信技術，我國的物聯網未來會有更大的發展空間，展現更多的功能，實現更多的可能性。

3.3 應用層當中應用光通信技術的方式

物聯網當中的應用層處于結構的頂端位置，應用層能夠對感知層所傳輸的數據進行收集、處理和應用。如果將光通信技術應用到各個處理終端當中，既可以強化數據的應用效果，也可以提高數據信息的處理效率。隨著物聯網技術的快速發展，在工作當中都可以實現人與物、物與物、物與人的信息交互，也能夠通過管理水平的提升，推動各行業的信息化甚至是智能化的發展。值得注意的是，如果在實體設備和基礎設置中安裝光纖傳感系統，那么信息數據就可以形成一個較為完善的光纖傳感網絡，再通過云計算等技術的相關應用，對不同終端設備進行更加精細化、便捷化的管理。

3.4 水下可見光通信

當前，5G的發展較為迅速，水下的可見光通信也可以實現。具體而言，光通信技術的出現，能夠實現陸上與水下的有效溝通，通過通信網絡的建立，形成較為完整的系統，水下機器人、傳感器等都可以進行較為自由的水下活動，通過水下信息的收集，實現對水下信息的分析與處理。從當前的發展情況而言，較為常見的水下通信手段微波通信與聲波通信。然而，微波信號在海水當中的衰減非常大，趨膚深度只有厘米級別。聲波通信在海水當中的穿透力較強，但是通信寬帶太低。由此可見，兩種通信手段無法實現高速率、遠距離的水下探測，而水下無線光通信能夠實現以上目標，因而發展的速度較快。具體而言，第一，水下環境相較陸上而言更加復雜，散射等現象都會影響到水下的通信效果，如果不做處理，水下可見光通信則無法發揮作用。第二，在應用期間所使用的光通信器件的種類很多，且十分復雜，從紫外波段、可見光波段到紅外波段，其跨度也非常大。第三，水下的通信節點會涉及運動目標的應用，在實踐當中可以看出，不同類型的連續或者非連續性的干擾都會影響到信息的傳輸速度。由此可見，在水下環境當中，應當充分考慮到大視場角的接收問題，提高接受效果，使得水下可見光通信能夠充分發揮作用。第四，由于多方因素的影響，很多速率高、距離長的水下無線通信大部分還處于研發的狀態，未來將會面臨更多的研究挑戰。

4 結束語

現階段，物聯網當中的應用已經十分常見，然而，在實踐當中暴露出了很多的缺點。為了盡快適應當前的技術發展水平，則需要有效應用光通信技術，不斷提高物聯網信息傳輸的速度與數據處理的效率，充分體現物聯網時效性這一特點。同時，為了適應時代的發展，還需要強化對于光通信技術在物聯網當中應用的研究強度，讓光通信技術成為物聯網當中的有力技術支撐，促進物聯網的進一步發展，進而推動整個社會各個行業的發展。