通訊工程碩士畢業論文
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篇1
淺談光通訊技術在物聯網中的應用
中國通訊技術近些年發展十分迅速，尤其電子通訊技術日漸發達，普遍在全國領域內使用。光通訊技術也發展成熟。光通訊技術作為以光波作為傳輸媒介的技術，具有傳輸頻頻寬、容納資訊量大、抵抗電磁干擾能力強等傳播特徵。因此在結構複雜。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後，就被社會各界高度關注，在全球範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
光通訊技術，就是以光波作為傳送資訊媒介的通訊方式。與無線電波通訊技術相同，光通訊技術也屬於電磁波通訊技術，然而光波頻率比無線電波的要高，波長較短，因此傳播時資訊容量更大。光通訊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。在訊號覆蓋與傳播上有著顯著優點。目前中國光通訊技術發展相對成熟，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、鐳射掃描器等資訊感測裝置，依照原定程式協議，將現實中任何物體與網際網路連線，通過資訊交換與通訊，實現智慧化識別、定位、監控、管理物體的網路。物聯網物體本身與網路無關，是人們生產生活中存在的千萬事物，在安裝上感測器之後，與目前網路資料資訊庫連結，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，涵蓋範疇日益豐富。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資訊，通過場景感知，將資訊聚合一起進行無縫連線處理。
尚前，光通訊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。物聯網中光通訊技術主要有：光纖感測、射頻識別、WiFi等近距離無線光通訊技術、還有GPRS、3G、4G 移動通訊技術等長距離無線通訊技術。科研工作者們已經開始著手將光通訊技術引入網際網路終端，實現遠距離的網際網路檢測控制、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、網路層、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，負責獲取物體資訊感知與獲取。我們常見的硬體設施有攝像頭、感測器網路、二維碼標籤和識讀器、視訊檢測標識等。
②網路層位於物聯網技術的中間層次，連線感知層與應用層，完成資料資訊的長距離運輸與管理任務，直接地講就是資訊傳播的橋樑，將感知層獲取採集的資料資訊，傳送到終端應用層。其實現方式就是我們常見的各種通訊網路，如GPRS、3G、4G 行動通訊網路，蜂窩無線通訊網路、有線通訊等方式。
③應用層，是物聯網最上層，主要對資料進行運用，或者進行智慧處理，將具體資料資訊應用在行業當中。其表達方式就是終端顯示器與資料庫等，能夠直接表現資料資訊的平臺。
物聯網的基本結構決定了其對資料資訊的感知、傳輸以及智慧處理的功能。正是物聯網職能、便捷的功能，決定其廣泛的應用前景。
3 光通訊技術在物聯網中的應用現狀
3.1 物聯網感知層的應用
光通訊技術在物聯網感知層上的應用，主要形式是光纖感測技術。在光導纖維與光纖通訊技術的迅猛發展形勢下，光纖感測技術也同步發展起來。它是以光為載體，光纖為煤質傳輸資訊的嶄新感測技術，屬於光子技術領域。光纖感測技術基本工作原理，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。將光纖感測技術與光纖通訊技術結合一起，是構建網路化與矩陣化感測體系的發展方向。光纖寬頻性的特點，可以將多種感測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。
光通訊技術為網際網路感知層資訊採集提供更好的質量保證，連線起物理世界轉向資訊世界的關鍵環節。無線光通訊技術，是光與無線通訊技術的結合物，利用頻率高波長短特徵，其通訊寬頻是WiFi的104 倍，4G 行動通訊的100倍。
光通訊技術在在RFID系統中的運用。光感測與通訊技術在RFID系統上，實現電子標籤與讀寫器兩者近距離無線通訊，準確識別物體上的電子標籤，讀取其中的資料資訊。目前，光感測技術主要讀取無源電子標籤，改變了傳統無線訊號射頻短的不足，提高了RFID系統的感應能力。RFID讀寫器對於光通訊技術應用，是與網際網路網路層的接入當中，建立雙向功能的閘道器裝置，將其與RFID系統相互協作與融合起來，對物品資訊進行實時共享。在實際應用中，利用光通訊技術的RFID系統，很好延長讀寫器與網路層連線距離，將讀寫器直接變成職能終端，更方便地接入行動通訊網路。另外就是，光通訊技術可以感應多個電子標籤，並能防止資訊之間相互衝突，減少資訊干擾，保證資料資訊的安全。
光通訊技術在無線感測網路中的運用。傳統無線網路的感測器隨機分佈，處理單元與通訊單元自行組織。這種不穩定結構只能完成近距離感測、通訊，傳輸距離也比較短。融合光通訊技術之後，可以進行長距離傳輸，距離可以達到100 m。
3.2 物聯網網路層應用
網際網路目前資訊有線通訊方式中，主要就是光纖通訊。以光波為媒介的傳送形式，光纖通訊技術可以容納更多資訊量，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，還是資訊保安方面，都具有無可替代的優勢。並且光通訊技術建設便於鋪設，可以進行現20 THz 的寬頻接入，十分適合物聯網大資料傳輸需求。 GPRS在我國已成熟運營幾十年，網路可靠性高，***覆蓋範圍廣泛，適合物聯網無處不在的網路要求，GPRS資料傳輸速率最高值為115 kbps。採用光通訊技術的3G網路技術可以提供最高2 Mbps資料傳輸速率，為日益增強的物聯網資料業務提供了支援和保障。而4G網路技術的效能更加優越，採用正交頻分復與多埠輸入輸出技術，資料傳輸率高達201 Mbps，寬頻是3G的十倍。光通訊技術大大提高了物聯網資料傳輸能力，大大優化了網路層結構。行動通訊的安全機制，是以人與人之間通訊基礎，在物聯網中進行應用時，大量的資料會造成網路堵塞，資訊保安性降低。光通訊技術建立了多個傳入傳出埠，簽訂物與物、物與人之間的安全協議，並可以根據通訊需要與物聯網特徵增強安全機制。
行動通訊網路是以光通訊技術為核心，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資訊交換與交流。目前，中國已經形成較為成熟的行動通訊網路。物聯網以其作為網路層，可以更好整合社會中任意物品的資訊，減少技術成本，並能保證高效的資訊傳輸率，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裝置中的光通訊技術，可以滿足許多資料請求，並自動包含其中的資料裝置。將GPRS、3G、4G嵌入到M2M裝置中，建立手機終端。這樣就將手機打造成為通訊、感知、資訊處理的職能終端。光通訊技術在將物聯網終端塑造成行動通訊終端上，具有十分重要的作用。他它符合行動通訊網路終端的管理方式，以人與人之間通訊為基礎，在安全協議與多埠通訊資訊處理上效果良好。
在工程建設中，工作人員通過將光感測技術嵌入到裝置中，可以職能處理電網、橋樑、鐵路、建築等資訊，然後再與物聯網進行結合，將多種施工裝置、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徵，與資料信通過光通訊技術在雲端計算平臺中自行處理是分不開的。
4 結 語
光通訊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，光纖感測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。在物聯網規模整合化的發展形勢下，光通訊技術對資料資訊集束處理能力能夠得到更好的適用。人與人之間的通訊，人對物的資訊採集、物與物之間的資訊交換等都可能將是光通訊技術的用武之地。
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