浅析四网合一与物联网

丁兆硕　聂建华

摘 要：随着时代的发展，科技的进步，以传感器技术、通信技术、信息处理技术为基础的物联网技术，继计算机、互联网之后掀起第三次科技信息浪潮。本文简要介绍物联网和四网合一的相关技术，并讨论两者之间的联系。

关键词：四网合一；物联网；PLC；电力复合光缆；FTTH

1 物联网相关技术

物联网技术涵盖多个领域，这些技术往往具有不同的行业标准与应用方向。对物联网相关的关键技术进行归纳和整理，可以将物联网技术概括为信息感知技术、信息传输技术、云运算与服务、管理和安全四大体系。

1.1 信息感知技术

感知识别技术位于物联网构架的最底层，是物联网产业化的基础，它实现对现实世界信息的感知、采集外界信息并转化为可以传输的数据流。主要包括RFID、传感器网络、二维码等。

传感器网络是由许多空间上的自动装置组成，利用传感器和多跳自组织网络协议协作实现对区域范围内信息的监控。但目前传感器在检测精度、稳定性、成本、功耗等方面达不到要求，是发展物联网产业的重要技术难题之一。

1.2 信息传输技术

物联网的产业化需要运用各种有线和无线通信技术，短距离无线通信技术是物联网应用的重点。物联网终端一般采用2.4GHz ISM频段（ITU-R定义，主要开放给工业、科学、医疗三个主要机构使用）进行通信，工作在该频段上的有无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络。频谱空间的拥挤是制约物联网的大规模实际应用的重要原因之一，切实提升频谱保障能力是保证物联网规模化应用的前提。互联网是物联网信息传输和服务支持的基础设施，以IPv6为核心通信协议的下一代网络，为物联网的发展提供了良好的基础条件保障。

1.3 云运算与服务

海量数据的处理与运算是物联网大规模应用后所面临的重大挑战之一。云计算（cloud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，它由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成。虚拟化、信息存储与计算能力分布式共享是云计算的核心，是海量信息高效利用的重要保证。

物联网的发展最终是以应用为目的，物联网环境下的服务内涵有了革命性发展，如果采用以往的技术和思路必然约束物联网的发展。应该从引领未来的角度出发，结合各个行业的标准，针对不同的应用需求研究出相应的规范化、通用化服务体系结构。

1.4 管理与安全

物联网的产业化必然会导致承载业务的多元化、规模化，管理技术是实现物联网可控、可管理、可运行的先决保证。

物联网将人们生产生活、社会经济活动、基础性设施资源全面架构在全球互联互通的网络上，实现理论上的虚拟化，物联网的开放性、包容性、匿名性的特征必然会有严重的安全隐患。因此实现信息网络安全是物联网产业化的必要条件，也是物联网技术成熟的标志。

2 四网合一

2.1 四网合一基本概念

四网合一又称为三加一技术方案，三表示电话、电视和互联网三网，一表示电力网。三网合一在世界部分区域已经进入初步运行阶段，电力网络又是世界上最普及、最大、最稳定的有线网络，因此如果利用现有的电力线网络搭接电话、电视和物联网等网络，无疑会节约构建和运营成本。

2.2 四网合一技术方案

（1）电力线通信（Power Line Communication，简称PLC）简介。电力线通信作为一种宽带接入技术利用电力线传输信号和数据的一种通信方式。在中高压电网（35kV+）上使用电力载波机利用低频率（9-490kHz）以低速率传输数据，在低压领域PLC应用于自动抄表、智能家居和负荷控制，其传输速率为1200bps甚至更低，故称为低速PLC。如今低压电力线通信技术的传输速率在1Mbps以上，由于该技术目前主要用于因特网访问，又称为电力线上网。

（2）电力线通信的设备和原理。在PLC系统中，通常在配电变压器低压输出端配装PLC主站，将宽带信号与电力载波高频信号进行相互转换。PLC主站的一边通过电感耦合联接电力线路，导入和导出高频PLC信号；另一边通过以往的通信方式，如ADSL、Cable Modem和光纤等连接至互联网。在用户端，用户的上网设备通过USB或以太网接口与PLC调制解调器连接，电话机通过RJ-11接口连接调制解调器，调制解调器可以安装在插座内，也可以在适当的地点安装中继器用来放大信号避免信号衰减或干扰过大带来的失真。

电力线上网采用的调制技术有多载波调制（DMT）、正交频分复用（OFDM）、扩频及常规的QPSK，FSK等。OFDM的信道利用率极高，窄带带宽也能传输大量数据，对抗频率选择性衰落和窄带干扰能力出色，所以OFDM技术成为电力线上网技术取得突破性进展的重要原因之一。

（3）电力线通信的优点和缺陷。终端配电网上存在着频谱范围很宽的噪声源，例如开关、电器，计算机，对电力线通信信号影响很大，可以安装滤波装置进行滤除。电力网复杂的网络拓扑结构会引起多径反射，导致信号的码间串扰和选择性衰弱，OFDM技术可以有效解决这一问题。电路的容性负载和阻抗会导致信号的衰减使接收端信号强度不能满足要求，可以在电路网络相应位置安装中继器放大信号。电力网线阻抗波动剧烈，往往开关一盏灯都将到期整个线路阻抗的变化，这就需要安装AGC（自动增益控制）电路加以改善。某些无线电设备和高速PLC共用同一频段，如果发送功率大，电力线就会等同于发射天线而产生电磁污染影响其他设备正常工作，因此需要制定出相应的技术要求进行避免。

（4）光纤到户简介。电力复合光缆是将电力线和光纤两者复合成一种既可以传输电能，又可以传输电视、电话和互联网信号的新型导线（Optical Fiber Overhead Wire，OFOW），电力复合光缆接入网也是FTTH的一种解决方案。光电复合公共传输系统的实施方案是通过对电力网络的光纤复合化，把光纤网依托在电力网上，在一定程度减少公共资源的浪费。

（5）光纤到户的设备与原理。光电复合系统由光路终端（OLT）、无源光纤分路器（POS）、光电网络节点（ONU）、电力复合光缆线路、光电复合转换器件、光电复合网络交换器、光电汇接盒合控制器组成。

光纤复合型架空地线（OPWG）工程是指把光纤架置在高压输电线中，用以建成输电线路的光纤通信网。把10Kv以上电网线路中的B相线路和380V低压线路的零线都改装为电力复合型光纤传输导线（OFOW），并分别作为公共传输网的上行端和中继线，对220V电力线改造，作为用户接入网的客户端。10kVOFOW上位端与110kV以上电压等级的OPGW或者ADSS、OPPC等系统连接，下位端通过OFOW方式与10kV配电变压器相连，传送至变压器的光纤信号通过光纤路由、交换器分离出来，然后与配电变压器输出端的380V光纤复合电力线路由接通，最后通过覆盖居民小区、事业单位、企业工厂的光电复合网络传送至用户端。在使用VLSI技术和DSP技术实现信息解调后，用户通过一种特殊的光电复合插头、光电复合插座获得电力、电视、、电信和互联网四种服务。

（6）光纤到户的缺陷与优点。OFOW导线光电传输在同一线缆内完成；光纤通信要能承受电力传送带来的负荷温升（光电传输互不干扰）；电缆的耐环境性能、弯曲性、敷设性、阻燃性均要达到相应的规范，以上技术要求决定了光电缆标准高、成本高、维护难等特点。如何降低改造成本成为FTTH推广首要解决的问题。

光纤到户方案也有着无可比拟的优点，光电缆具有很好的抗雷电、抗电磁干扰、抗环境腐蚀的特性，系统运行也十分稳定。OFOW的高宽带利用率，数据传输安全性高，传输过程中不会产生电磁辐射污染等等，这些优点是PLC无可比拟的。

3 四网合一加速物联网发展

物联网中数据传输依靠网络，物联网中的大多数的应用需要网络平台的支持，物联网中含有数目巨大的节点，因此物联网的应用依赖于网络的发展。四网合一成为未来发展的必然趋势，并且四网合一的最终目的是提高信息产业的总体水平，而物联网是以虚拟化信息服务为目标，因此四网合一为物联网的发展提供了切入点。四网合一为物联网提供一个标准化的平台，随着四网合一的不断推进，物联网的具体应用将会越来越多，它会逐渐的融入到人们的生产生活之中。物联网技术将会在信息传输、改善民生、降低成本、提高生产率等方面发挥重大作用，我们相信随着物联网的推广、应用和完善我们的生活会越来越美好，物联网的春天向着我们走来。

4 小结

在未来的十年甚至数十年，物联网技术必将引领科技浪潮和世界发展。当带有“智慧”的千百亿传感装置都能够接入互联网时，我们将能可以听到地球的脉搏。

[参考文献]

[1]郭创新，高振兴，张金江.基于物联网技术的输变电设备状态监测与资产管理[期刊论文].电力科学与技术学报，2010（4）.

[2]李虹.物联网生产力的变革[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]姜晨，颉轶萍，徐莎莎.三网融合物联网的春天[J].《电脑与电信》，2011年，第6期.