光传感与光互连技术 连接万物互联的生命线

7/13/2015,近日，主题为“创新改变世界”的2015中国“互联网+”创新大会·河北峰会召开，与会各界专家针对“互联网+”创新创业、“互联网+”高端制造、“互联网+”教育、“互联网+”智慧医疗等问题进行了广泛而深入的讨论。
    其中，上海交通大学讲席教授、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室主任、“千人计划”国家特聘专家何祖源所作题为“支撑“互联网+”的光传感与光互连”的主题报告引发广泛关注。
    何祖源认为“互联网+”一定要与实体经济相融合，与物理的真实空间相连接，为此需要一系列的技术支撑，其中光传感和光互连是两项基本的支撑技术，只有协同发展才能全面实现“互联网+”的创新战略。
    光传感：实现万物互联的神经网
    “万物互联的物联网给‘互联网+’展开了广泛想象空间，物联网的快速发展，也需要产业链的各个环节共同努力，建设共赢的生态系统。”何祖源告诉记者，互联网要落地，要能和实体经济加起来，就必须把互联网这个信息空间和物理的真实空间结合起来，中间最重要的接口就是各种各样的传感器和传感网。
    而物联网在产业和基础设施方面的发展则依赖于光纤传感网的广泛应用。
    据介绍，这种在20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的技术，是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术，对于在产业界和基础设施中的大规模应用来说，起着举足轻重的作用。
    为了更清晰地阐明光纤传感技术的应用价值，何祖源以管线管网的安全监测为例，作了比较形象的解释。他说：“各种各样的管线管网就是城市的生命线，比如电力管网、油气管网、通信管网、公铁路网等等。这些看似司空见惯的管网，在为大众生活提供便利的同时，也存在一定的风险，因为它们非常复杂，也非常脆弱，容易受到灾害的影响，而且一旦发生问题它们本身也可能引发灾害。”
    如果在这样一些管线管网当中，运用光纤传感网，则可以实现对异常事件的定位和告警，可以精确地监测事故发生的时间和地点。
    “这是因为光纤传感网具有体积小、稳定性好、可植入材料中、高灵敏度、大带宽、抗电磁干扰、耐环境等特点，特别是它具有易于实现大规模、密集、多点分布式测量的显著优势。”何祖源介绍，这种技术可应用于各种管线管网的防护和周界安防警戒等。
    让互联网更加普遍深刻地影响到生活
    “光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了很多行业多年来一直存在的技术难题。”何祖源告诉记者，目前人们在各个领域对光纤传感器进行了深入研究，使光纤传感技术获得了飞速发展，并已经在各行各业取得了广泛的应用，例如油气工业、电力工业、土木建筑、航空航天、高速铁路、安全防范等。
    记者了解到，何祖源和其团队已经开发出一款分布式光纤振动传感器产品，它的监测长度是50公里，分辨率是10米，具有对各种事件分类识别的功能，在主要的性能指标方面都处于国内领先地位。
    针对“互联网+”光纤传感网的应用，何祖源分析说，该应用将来会形成一个包括用户层、传感层、传输层和数据服务层的框架。比如桥梁、隧道、管线等用户的状态信息，首先可以通过一个一个的局域传感网被获取到，然后通过传输网络，传送到云端数据中心，接下来经过一系列不同专业的数据分析服务，把分析结果反馈给用户。
    在这样一个互联网和传感技术的融合当中，物联网、云计算、大数据等等概念或者技术统统得到了体现。如果能够把这些技术进行充分的应用和开发，光纤传感网可以成为智慧城市、智慧中国、乃至智慧地球的光纤神经网，让互联网更加普遍而深刻地影响到人们的生活。


              智慧城市和大数据中的光纤传感网

南明光纤100G QSFP有源光缆在2015年国际光纤通信大会作动态演示
    光互连：顺应“光化”潮流的生命线
    如果说光传感是支撑万物互联的神经网，那么光互连则是支撑万物互联的生命线。
    我们知道，宽带互联网一方面依赖于宽带高速骨干网，另一方面则依赖于大容量的数据中心，而数据中心中所需要的是短距离的大容量的密集数据交换和传输。
    利用铜线的传统的电互连已经难以满足数据中心当中高速大容量数据传输和交换的需求。那么在大容量的数据中心，如何来满足这样高速的短距离密集数据交换和传输呢？
    何祖源介绍，目前被科学界广泛认同的就是使用有源光缆（AOC）。有源光缆（AOC）的应用领域首先是数据中心和高性能计算机，两者都要用到大量的相互连接的服务器（计算单元）、路由器（交换单元）和存储器（存储单元），“以世界排名前列的天河计算机为例，它有着千千万万的计算单元和交换单元，需要高速低能耗的互连，而AOC可以很好地满足这些需求。”
    随着大数据时代的来临和应用场景的不断开发，AOC将成为超宽带互连的主要形式，其市场也将逐渐壮大。
    因为从技术发展大背景来看，从通信到互连的世界，正在形成一个“光化”的潮流：由长距离骨干网，到接入网，光纤到户，再到局域网和机架间的连接，这已经是光的世界；而从机器间、电路板间、再到集成电路芯片间，也逐渐由电连接变为光互连。
    而在这股“光化”的潮流中，有源光缆（AOC）凭借其高传输速率、低能源消耗，高安装密度、低信号串扰，长连接距离、短时间延迟，抗电磁干扰等突出优势，将在机架间、机器间和电路板间的互连中扮演越来越重要的角色。
    真正让互联网与创新创业深度融合
    “有源光缆（AOC）另外一个应用领域是影像和消费电子市场。”何祖源说道，4K、8K超高分辨率影像正在逐渐走入人们的生活，这些产品及其应用涉及海量数据的传送，也需要光互连技术的支撑。
    超高分辨率家庭影院应用对有源光缆（AOC）来说也是一个很大的机会，而另一个与视频相关的应用——数字标牌也具备相当大的潜力，这是因为数字标牌的安装应用在过去数年呈指数式增长。
    据了解，何祖源以团队名义和四方通信合资成立南明光纤，这一举动也被业界称为产学研结合、技术同资本结合的一次新的尝试。南明光纤自成立以来，通过自主研发和吸收国外先进技术，成功开发了一系列具有自主知识产权的光互连技术和产品，其中40G和56G的QSFP+规格AOC产品已经通过国际标准机构的认证，并实现了批量生产，同时开发成功了具有世界最高传输速率的100G QSFP+规格AOC产品。今年3月在美国洛杉矶举行的国际光纤通信大会（OFC）展览会上，全球共有三家厂商动态演示了100G QSFP+规格AOC产品，南明光纤是其中唯一一家来自中国的厂商。
    “一个“互联网+”万众创新的风暴已经来临，这是未来中国科技的机会所在，也是中国光通信和光传感技术和产业发展的机会所在。”何祖源认为，围绕着“互联网+”这个中心，今后将大力发展光传感和光互连这两个强有力的支撑技术，为实施“互联网+”基础设施建设、“互联网+”产业升级改造、“互联网+”安全等一系列创新发展贡献力量，真正让互联网与创新创业深度融合、协同增效。