光通信技术在物联网中的应用

徐梓元

（上海电力大学，上海 201306）

1 光通信技术与物联网的基本内涵

1.1 光通信技术

光通信技术，顾名思义，就是在传送信息的过程当中，以光波作为媒介，实现高效的信息交互。光通信技术与无线电波通信技术的工作原理类似，在实践当中都属于电磁波类别的通信技术。然而光波与无线电波相比波长较短，且频率较高。由于光波具备上述特点，在传播的过程当中信息容量更大，效果更加明显。光通信技术主要有两种形式，分别为无线与光纤。在实践当中，通常会表现出带动性、渗透性以及创造性等优势，大幅度提高了信号传播效率。就当前的情况而言，我国光通信技术的发展具备灵活性与经济性等特点，值得被推广以及广泛应用。

1.2 物联网

一般而言，物联网技术当中可以利用全球定位系统、红外感应器等各种类型的传感设备，连接物品和网络，实现高效的信息的交互。在此基础上，通过对相关智能化技术的应用，实现针对物品的定位与监测功能，从而提高对物品的管理效率。其实，物联网中的“物体”本身与网络没有任何关联，只是生活工作当中存在的各种事物。而如果在“物体”上安装传感器，则可以让物体与网络数据信息库进行有效连接，人们则能通过网络实现对物体的直接控制与管理。物联网这个概念并不是一成不变的，而是随着科技的发展与社会的进步不断演变，当前物联网的概念比刚提出时的概念更加丰富、更加深刻，所涉及的领域也愈加广泛。通过实践可以看出，通过对物件信息的识别与场景感知，将信息进行有效整合，提高处理效率。

1.3 光通信技术与物联网的联合应用

就当前的情况而言，在物联网当中运用光通信技术，能够充分发挥二者自身的优势。具体而言，可以医疗、工业、环境、军事等行业当中都会展现其应用价值，为人们的生活带来更多的便利。当前的物联网当中主要应用的光通信技术有光纤传感、射频识别等近距离无线光通信技术，还有GPRS等长距离无线通信技术等，这些技术的有效应用也促进了社会的发展。相关研究工作者也将工作重点放到了如何将光通信技术引入互联网的终端，从而实现远程的互联网控制与检测，提高对物体运营管理的效率，确保物体能够得到有效的应用。

2 光通信系统的架构

光通信系统的基本架构是点对点系统，而当前人们的工作当中，对于通信容量的需求呈现逐年增长的趋势，因而光多输入多输出系统的发展也十分迅速。一般而言，当前的点对点可见光系统主要由两部分构成，分别是发射与接收。第一，在发射方面，发射还可以被分为光学部分与电学部分，光学部分当中包含光学天线以及发射机光学芯片；电学部分主要包括发射机驱动电路和信号处理电路。光学与电学部分之间的光电子器件就是可见光通信系统的发射机。当信号经过处理之后，可以通过发光二极管实现强度调制，从而将电信号转化为光信号。第二，在接收方面，接收方面也可以被分为光学部分与电学部分。其中，光学部分所采用的探测器芯片为雪崩光电二极管和光电二极管，在实践当中，将更多的光学信息聚集在探测器芯片上。而电学部分则需要将光信号转化为电信号，通过调制、解码之后，再恢复原始的发送信号。值得注意的是，可见光从理论上来讲存在较大的通信容量，但是由于信号处理算法、发射接收机材料器件的限制，并不能达到非常理想的效果。为此，还需要加强对光通信系统架构的研究，通过有效的研究，针对光通信系统进行不断的完善，从而达到较为理想的应用效果。

3 在物联网中光通信技术的应用

3.1 感知层当中应用光通信技术的方式

物联网当中的感知层处于整个结构当中的最低位置，作为最基础的部分，其主要功能就是数据的感知和与采集。在感知层当中，所应用的是光线传感技术，与传统的传感技术相较，光线传感技术的应用效果更好，优势更加明显，具体而言，主要体现在以下两点。第一，在光纤当中，需要有效应用光波，从物理方面而言，光波的传播非常容易被周边环境所影响，在此期间，光波的波长、相位等表征量都会发生相应的变化，进而通过信息的变化感知到物理量的变化。第二，一般而言，光纤处理自身就具备一定的特殊性，可以通过对光栅的调整，衍生出更多的生物物质、化学物质的探测器与传感器。

3.2 网路层当中应用光通信技术的方式

物联网当中的网路层处于整个结构当中的中间处，能够有效连接感知层和应用层，便于二者的信息交互，具备承上启下的功能。换言之，网路层能够实现数据的收集，并将其传送给最上层的应用层当中。就当前的物联网状态而言，会涉及大量的数据传输，对网络的传输能力与承载能力都有着较高的要求。为了实现更加高效的信息传输，确保数据信息的时效性，就需要将无线通信网络设置为网络层主体，实现信息数据的高效、准确交互，不断强化物联网的应用效果，提高性能。值得注意的是，我国当前所应用的无线通信技术的应用已经相当广泛，在实践当中可以看到，物联网可以直接使用通信网络系统作为网络基层，为物联网的设施与安排提供更多的便利条件，与此同时，还可以满足物联网应用过程当中节约成本的需求。由此可见，基于光通信技术，我国的物联网未来会有更大的发展空间，展现更多的功能，实现更多的可能性。

3.3 应用层当中应用光通信技术的方式

物联网当中的应用层处于结构的顶端位置，应用层能够对感知层所传输的数据进行收集、处理和应用。如果将光通信技术应用到各个处理终端当中，既可以强化数据的应用效果，也可以提高数据信息的处理效率。随着物联网技术的快速发展，在工作当中都可以实现人与物、物与物、物与人的信息交互，也能够通过管理水平的提升，推动各行业的信息化甚至是智能化的发展。值得注意的是，如果在实体设备和基础设置中安装光纤传感系统，那么信息数据就可以形成一个较为完善的光纤传感网络，再通过云计算等技术的相关应用，对不同终端设备进行更加精细化、便捷化的管理。

3.4 水下可见光通信

当前，5G的发展较为迅速，水下的可见光通信也可以实现。具体而言，光通信技术的出现，能够实现陆上与水下的有效沟通，通过通信网络的建立，形成较为完整的系统，水下机器人、传感器等都可以进行较为自由的水下活动，通过水下信息的收集，实现对水下信息的分析与处理。从当前的发展情况而言，较为常见的水下通信手段微波通信与声波通信。然而，微波信号在海水当中的衰减非常大，趋肤深度只有厘米级别。声波通信在海水当中的穿透力较强，但是通信宽带太低。由此可见，两种通信手段无法实现高速率、远距离的水下探测，而水下无线光通信能够实现以上目标，因而发展的速度较快。具体而言，第一，水下环境相较陆上而言更加复杂，散射等现象都会影响到水下的通信效果，如果不做处理，水下可见光通信则无法发挥作用。第二，在应用期间所使用的光通信器件的种类很多，且十分复杂，从紫外波段、可见光波段到红外波段，其跨度也非常大。第三，水下的通信节点会涉及运动目标的应用，在实践当中可以看出，不同类型的连续或者非连续性的干扰都会影响到信息的传输速度。由此可见，在水下环境当中，应当充分考虑到大视场角的接收问题，提高接受效果，使得水下可见光通信能够充分发挥作用。第四，由于多方因素的影响，很多速率高、距离长的水下无线通信大部分还处于研发的状态，未来将会面临更多的研究挑战。

4 结束语

现阶段，物联网当中的应用已经十分常见，然而，在实践当中暴露出了很多的缺点。为了尽快适应当前的技术发展水平，则需要有效应用光通信技术，不断提高物联网信息传输的速度与数据处理的效率，充分体现物联网时效性这一特点。同时，为了适应时代的发展，还需要强化对于光通信技术在物联网当中应用的研究强度，让光通信技术成为物联网当中的有力技术支撑，促进物联网的进一步发展，进而推动整个社会各个行业的发展。