为了保持工厂持续前进的步伐，业界开始着眼于使用高速光纤连接制造设施的想法。透过光纤网路，可以连接远端的制造作业，提升生产最佳化与供应链管理…

机器对机器(M2M)互连以及物联网(Internet of Things;IoT)已经升华成为许多策略技术对话的最前哨了。

业界多家公司正进一步改善其产品设计与元件性能，期望在装置之间建立起无缝且即时的通讯流程。企业高层也热衷于讨论持续传输与自动化分析机器所产生的资讯，如何使我们的生活、工作、游戏、驾车与购物方式转型，以及如何改变我们的家庭、办公室、车辆、购物中心、超级市场、医院、加油站以及每天所经之处的样貌。

随着M2M和IoT形成商业和营运策略，影响了产品的设计，同时也迫使企业重新审视如何收集供应商和客户数据并有效使用，应运而生的一个问题是：企业如何配合IoT所承诺的速度、一致性与可靠性，将所有内部工厂和供应链数据汇整在一起?毕竟，工厂是让许多公司持续经营的命脉，一旦出现任何数据瓶颈都将带来昂贵的代价。

业界中有许多人已经开始意识到这一点，并促成围绕着工业IoT或IIoT的更深层次对话。

为了保持工厂持续前进的步伐，一些对话开始着眼于使用高速光纤连接制造设施的想法。透过光纤网路，可以连接远端的制造操作，其用途包括生产最佳化与供应链管理。

在制造厂中导入高速网路实现M2M通讯与即时监控，并不是什么新的话题。先进的制造及其对于监控主动系统的需求，实现了高速网路，而对于大数据的需求更将此需求推向新的高度。此外，制造商希望网路不仅是单一的设施，而是经常部署在不同的生产据点。这需要一种全新的长距离高速网路。

工业数据正呈指数级增加，未来将需要高速网路以实现无缝、安全与可靠的数据传输(来源：GE)

同时，工业网际网路联盟(IIC)在此发挥领导的作用。这个以通用电气(General Electric;GE)为主导、并获得思科(Cisco)、Accenture与Bayshore Networks支持的组织，目前已经建立了高速网路测试平台。这种新的光纤技术能够达到每秒100Gb的速度，相当于同时下载6,000部高解析影片。

然而，100Gbps的高速M2M如何实现?根据该组织表示，100Gbps的能力可延伸到无线网路边缘，让测试台主导厂商能够透过先进的通讯技术，为移动用户提供更多的数据与分析结果。GE目前正在其全球研究中心(Global Research Center)安装网路;思科提供了所需的基础架构，让网路得以扩展至全国。Accenture与Bayshore Networks则展示电力发电的高速网路基础架构应用。

Bayshore Networks表示，该测试平台使用其IT/OT闸道过滤器将发电机数据转换为标准分析格式，以便与第三方的Accenture Insights Platform分析进行整合。该闸道器负责确保移动中的数据，并将其安全地馈送至分析平台。

GE软体研究副总裁Colin Parris表示：“GE的软体研究重点在于推动大规模系统之间的即时互连，并开发先进复杂的控制系统，以提高产品的性能和效率。”他并强调，“这些高速网路可以在工业网际网路产品与服务之间加速数据移动，以及提高数据量。这种能力将大幅加速在这些领域中所需的进展，而借由IIC联盟展开合作，将有助于推动工业标准。”

高速光纤技术是否将成为IIoT的业界标准，目前还有待观察。但是，无论标准的主导最终落户何处，希望保持竞争力的公司都必须致力于超越其现有的先进技术与自动化。整合能够重塑产品设计、对内与对外供应链活动以及客户互动的大数据(big data)，迟早都将成为讨论话题。

M2M和IoT如何塑造您的制造策略?您打算如何让工厂以大数据分析的语言开启对话?

什么是高速光纤?

 在低损耗传输窗口，光纤具有25 THz的带宽，其传输容量是非常巨大的。到90年代初，光纤通信系统的传输速率限制在几十Gbit/s，远远低于25 THz的容量，这是因为光信号的传输有两个重要的限制因素：损耗和色散。由于损耗的存在，必须每隔50～100 km对光信号进行中继放大；色散使光脉冲展宽，脉冲之间产生干扰，限制了码速率的提高。此外由于超高速信号的产生、传输、恢复的限制，单信道传输速率不可能很高。  自1990年以来，有几项具有突破性的技术逐渐成熟：(1)EDFA（掺铒光纤放大器）减小了光纤损耗的限制，能在很宽的波长范围内提供高增益；(2)WDM（波分复用）可以在一根光纤中传输多路不同波长的信号；(3)色散管理可以在一定程度上解决信号传输过程中色散和非线性的限制。这些新技术使光通信的速率极大的提高，从图1可以看出光纤通信的飞速发展。相对于实验室研究，商用系统增长也很快，预计到2001、2002年1 Tbit/s的系统可以商用化。 

实现超高速光纤通信主要有以下几种方式：光频域复用，光时域复用，采用特殊的光脉冲，采用特殊的编码方式使相同码元携带更多的信息。本文简单介绍这几种方式的基本原理、优点、关键技术及受限制因素。 

1 频域复用?WDM（波分复用）、DWDM（密集波分复用） 、FDM（频分复用） 

  光频域复用就是使不同的光载波在频率上分开。WDM、DWDM、FDM三种传输方式在基本原理上是相同的，只是波长之间的间隔不同，因而有不同的结构特点。在80年代末期，采用FDM－相干检测的相干光通信一度成为研究的热点，但其苛刻的实现条件，如光源的稳频等使其难以在现有的器件水平下得到发展。自掺铒光纤放大器问世以来，光通信的格局发生了巨大变化。EDFA改变了传统的光－电－光中继方式，它可以同时放大一根光纤中的多路光信号，使光中继的成本大大降低，可使一根光纤中传输的信息量极大增加，解决了传输中的损耗问题。WDM中光波的波长间隔比较大，实现容易，因此迅速实用化。  WDM的关键技术有：  (1) 器件及设备。在WDM中有多个光载波，必须有频率稳定、多波长的光源；波长复用解复用器；宽带增益平坦的EDFA，稳定的可调谐滤波器，大规模开关阵列，波长转换器，光交叉连接设备（OXC），光分插复用设备（OADM）等。  (2) 长距离传输中的管理。包括减小光传输中的色散，使各波长的色散相等，减小非线性的影响等。  (3) WDM组网。包括网络结构和资源分配、维护控制。主要研究WDM网络体系结构，在未来通信网中所处的位置；波长分配，路由选择算法；全光网络的运营维护管理、可重构性、可扩展性等问题。  目前，WDM主要应用于点到点的通信系统中，长距离传输的限制因素有：  (1) 光信噪比SNR。在长距离传输中EDFA的级联使ASE（放大的自发辐射）噪声累积，降低了光信噪比。可以通过减小两放大器之间的距离或改善放大器的噪声指数以改善SNR。  (2) 四波混频（FWM）。在光纤中，两个或多个不同波长同向传输的信号相互混合（FWM）会产生其他频率的信号，当信道间距相等时这种寄生的边模将引起信道串扰，当色散接近零时FWM的影响最大。为减少FWM，必须避免采用零色散波长接近WDM信号波长的光纤。在长距离WDM系统中，广泛采用非零色散位移光纤1.55 μm 的色散值一般为1～4 ps/(km/nm)。避免FWM还可采用不等间隔的WDM信道，由于FMW产生在相等的信道间隔处，所以这种方法不能抑制FWM的产生，但却可以减少它对其他信道的影响。  (3) 色散及色散斜率。色散使光信号发生畸变，产生信号畸变有两种原因，一是发射机的寄生啁啾与色散的混合效应，另一种是光纤中的克尔效应与色散的混合，即光纤的非线性效应。为了减少信号变形的影响，应使信号波长处的色散为零，但这与减少四波混频的要求相矛盾。为了解决这一矛盾，可以采用色散管理技术，使传输中采用的光纤的色散值正负交替，系统总的色散为零。色散斜率（或高次色散）使WDM不同信道的色散不同，使系统性能下降。假设WDM信号带宽为10 nm，传输距离10000 km，色散斜率为0.07ps/(km/nm) ，经过传输各信道累积的色散差可达7000 ps/nm 。减小色散斜率的方法有：在接收端加入色散均衡设备进行补偿，在系统中进行色散补偿，如采用光纤布拉格光栅色散补偿器等。 光纤接入,光通信,光网络,光缆接入光纤接入,光通信,光网络,光缆接入 

2 光时域复用—OTDM 

OTDM（光时分复用）与电时分复用（ETDM）相似，只是将复用技术移到光频上。通过时分复用使光纤中的码速率极大提高。OTDM相对于WDM有很多优点，其频带利用率很高，由于WDM信道之间必须有一定的保护频带，使WDM系统的频带利用率不可能很高，而OTDM采用超短光脉冲，单信道最高速率可达640 Gbit/s，可以充分利用频带资源。由于传输只采用一个载波，OTDM系统可在光频上直接进行信号处理，控制管理非常方便。  OTDM的关键技术有：超短光脉冲的产生技术，时分复用解复用技术，同步和时钟提取技术，超高速光脉冲的传输和测量技术。  在高速TDM传输中，光脉冲宽度必须小于比特率的时隙；脉冲的谱宽应尽量窄，由于信号的谱宽决定了由色散限制的传输距离，最好采用变换极限光脉冲；为了保证各分级结构的时钟同步，必须有一个主振荡器产生同步时钟；脉冲产生要稳定，重复性好。产生光脉冲的方法有：增益开关半导体激光器，分布反馈半导体激光器炖电吸收调制器组合光源、半导体锁模激光器、光纤锁 模激光器．NTT公司的640 Gbit/s的OTDM传输实验就是采用环形光纤锁模激光器。  利用光纤非线性现象，如光克尔效应、四波混频（FWM）、XPM（交叉相位调制）等可以制作光开关，OTDM中的解复用技术就基于光开关的基础上。由于电子瓶颈的限制，在超过100 Gbit/s的传输中实现超高速的时分复用解复用，必须采用全光开关代替电开关。  由于OTDM采用超短光脉冲进行传输，使OTDM受到以下因素的限制：长距离传输中色散包括偏振模色散，对超短光脉冲的传输限制，使这种脉冲传输的距离有限；器件的不成熟，当传输速率达到20 Gbit/s，已接近半导体技术及微电子工艺的极限，必须开发出新的、成本可以接收的器件。 

3 特殊的脉冲—光孤子（Soliton） 

  孤立波或光孤子是一种在传输过程中形状和速度均不改变脉冲状的波，一些孤立波在相互碰撞后保持各自原来的形状和速度，好象是些粒子，所以也称孤立子。在光纤中，光孤立子的产生是光纤中的色散和非线性效应共同作用的结果。由于光孤子脉冲波形在传输过程中保持不变，减小了光纤色散对光纤传输速率及传输距离的限制，可以大大提高光纤通信的传输速率。同时，利用光孤子可以实现频分复用、时分复用及双向传输。也就是说以上讨论的WDM及OTDM技术中可以利用光孤子来传输。由SPM产生的相移和由色散产生的相移周期性地相互抵消，使脉冲在频域和时域均不展宽， 

4 采用特殊的方式使相同码元携带更多的信息—光CDMA 光纤接入,光通信,光网络,光缆接入光纤接入,光通信,光网络,光缆接入 

CDMA是基于WDM和TDM之上的一种多路存取方式。它可以使相同带宽和比特率的光信号携带更多的信息。光纤CDMA（OCDMA）中的每一位数据都被一个序列编码，每个用户都有一个单独的序列。OCDMA适合于多用户操作，它的主要限制因素是用户间的干扰。OCDMA适合于突发业务系统，可在光领域完成网络功能处理，比如选择地址和路由。利用光处理和异步传输的优势和突发环境业务下的多用户接入能力，OCDMA在LAN应用方面显示出明显优势。

超高速光纤通信系统

  基于不同的资源、编码方式和探测器可以组成不同的OCDMA系统。OCDMA有相干和非相干处理两类，根据编码方法又可分为时域和频域两类。基于非相干处理（光强）和宽带非相干资源的实现是较简单的，但相干处理可以将多接入用户间的互相干扰减少到零。  在非相干时域处理系统中，多用户间的干扰是影响系统性能的主要因素。非相干系统的地址码之间是伪正交的，比如光正交码（OOC）和素数码。自相关有一峰值、互相关不为零。因为互相关不为零，解码器解码时，其他用户就会对信号产生干扰，当突发用户集中时，就有很高的误码率。现在一般在解码器端用硬件限幅器减小干扰。采用如图2所示的结构，可以明显的改善系统的性能。在采用P等于5的素数码时，突发用户数不大时误码率可达到10－5，而在使用码长为500，码重为2的光正交码时，误码率可达到10－13。 

  世界各国都斥巨资研究超高速光纤通信系统，已报道的实验系统的传输速率已超过3 Tbit/s量级，表1列出了世界各国几年来比较有特点的实验系统。 

日期  公司  系统  实现方式  传输速率  传输距离  关键技术 

1997.11  Japan(KDD)  WDM  50×10.66Gbit/s  500  1655  采用增益平坦的 

1997.12  Japan(KDD)  WDM  40×2.5Gbit/s  100  12000  采用宽带、增益平坦、低噪声、988泵浦的 

1998  Japan(NTT)  OTDM     640  60  用色散管理技术抑制脉冲展宽、解复用器件为无走离的 

1998.1  France  (Alcatel)  WDM  32×10  320  采用双级增益平坦的,不需要功率予均衡和单信道色散补偿 

1998.11  UK  OTDM  单信道  40  509  采用普通光纤、色散管理全部采及无源技术,可使普通光纤很容易升级到40 

1998.12  USA  Soliton  单信道  20  20000  采用色散管理技术、在脉冲碰撞后没有变形 

1998.12  Sweden  Soliton  8×10Gbit/s时分复用  80  172  在已经铺设的光纤上进行实验 

1998.2  U.S.A(Corning)  DWDM  32×10Gbit/s  320  450  采用和光纤,在高光功率下没有任何非线性疚,且在收发端没有采取任何色散补偿措施 

1998.8  Japan(KDD)  Soliton  单信道  40  8600  周期色散补偿,在传输线中没有任何有源控制 

1999.1  Japan(NTT)  WDM  25×10Gbit/s  250  9288  脉冲、在线高次色散管理 

1999.1  Japan(NTT)  Soliton  单信道  80  10000  在线同步调制可抑制偏振模色散、采用色散管理技术 

1999.2  Japan(KDD)  WDM  32×10.66Gbit/s  340  6054  大芯光纤和DSF的混和光纤传输，低非线性 

1999.3  U.S.A(Lucent)  WDM  25×40Gbit/s  1000  342  采用40信号,3中断,增益平坦的和普通的相结合 

  光纤通信系统的飞速发展，使超高速的数据传输成为可能。在未来的传输系统中，必然是多种技术并存，光WDM、OTDM、孤子、CDMA都将占据一定的地位。在LAN中，OTDM和CDMA都显示出其优越性。光时分复用和波分复用相结合在长距离传输中是比较有吸引力的方式，既可提高单信道的码速率和每赫兹的频带利用率，又可充分利用光纤的巨大带宽资源。而在WDM 和OTDM中，都可以采用孤子来传输，同时利用CDMA技术使相同的码流携带的信息成倍提高。由于新技术的不断涌现，对光纤的巨大带宽的充分利用已成为指日可待的事。

智能工厂

智能工厂，就是利用各种现代化的技术，实现工厂的办公、管理及生产自动化，达到加强及规范企业管理、减少工作失误、堵塞各种漏洞、提高工作效率、进行安全生产、提供决策参考、加强外界联系、拓宽国际市场的目的。中渊科技C4TA智慧工厂，专做这方面的软件开发。中渊C4TA智慧工厂动态管理系统可以动态的掌握订单情况、进度情况、在制品情况、包括用工、用料、的成本变化，可快速响应客户需求，帮助企业实现端到端的服务，从消费者到制造者。重点解决企业在制造过程中的不协调、不同步、不一致导致的大量人力、物力、财力的浪费问题，更重要的是解决企业针对多种类、小批量订单响应客户速度慢的问题，帮助企业实现端到端（消费者到生产者）的商业模式。

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理和服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。其本质是人机有效交互。

在智能工厂里，人、机器和资源如同在一个社交网络里自然地相互沟通协作，生产出来的智能产品能够理解自己被制造的细节以及将如何使用，能够回答"哪组参数被用来处理我"、"我应该被传送到哪里"等问题。同时，智能辅助系统将从执行例行任务中解放出来，使他们能够专注于创新；灵活的工作组织能够帮助工人把生活和工作实现更好地结合，个体顾客的需求将得到满足。