La detección por fibra óptica es la base y la clave para lograr una red óptica integrada de sinestesia y computación.
22 Feb 2024
La aparición de nuevas aplicaciones impulsadas por 5G/5G-A ha sido continua y, en el futuro, 6G ofrecerá experiencias comerciales aún más ricas. Se entiende que las redes de operadores basadas únicamente en atributos de comunicación no pueden satisfacer los requisitos de las aplicaciones. Por lo tanto, la integración profunda de múltiples sistemas, como la comunicación, la percepción y la computación, se ha convertido en una nueva tendencia en el desarrollo tecnológico.
Las fibras ópticas poseen funciones de transmisión de información y detección, lo que convierte a las redes de comunicación óptica en la piedra angular de la infraestructura computacional. Pueden establecer una arquitectura de red óptica colaborativa integrada y eficiente, que proporciona comunicación de baja latencia y gran ancho de banda, percepción de estado en tiempo real y programación a demanda de recursos computacionales. La detección por fibra óptica, como tecnología central de la capa de percepción, se está convirtiendo gradualmente en un foco de atención de la industria.
Las soluciones de tecnología de detección de fibra óptica se pueden clasificar en tipos basados en principios fundamentales, incluidos los basados en dispersión de fibra, monitoreo del estado de polarización, interferencia óptica y rejillas de matriz de fibra. Estas soluciones utilizan varios parámetros ópticos (como fase, intensidad, polarización, espectros de transmisión/reflexión, etc.) para detectar parámetros físicos y ambientales específicos, cada uno de los cuales presenta características técnicas y ámbitos de aplicación únicos.
En la actualidad, los escenarios de aplicación típicos incluyen la percepción distribuida, que se adapta a la arquitectura de red óptica integrada, lo que permite la percepción y el monitoreo en tiempo real de alta resolución y alta sensibilidad de diversos parámetros físicos y ambientales. Esto se puede aplicar en escenarios como la gestión de operaciones de cables ópticos, el monitoreo de oleoductos y gasoductos, el monitoreo de líneas eléctricas, el monitoreo y alerta temprana del entorno geológico y de incendios, la seguridad perimetral, el monitoreo y alerta temprana de cables submarinos, entre otros.
Según Wu Bingbing, la intersección de la detección por fibra óptica con la comunicación y la computación ha presentado nuevos desafíos técnicos y puntos críticos de investigación en áreas como la detección a larga distancia, la interferencia de señales entre las señales de detección y comunicación, los algoritmos de reconocimiento de patrones de eventos y las soluciones de tecnología de redes. La industria está explorando activamente soluciones relevantes.
En términos de detección a larga distancia, la amplificación de señales ópticas es esencial para aplicaciones como cables de comunicación, líneas de transmisión y oleoductos, que suelen extenderse cientos de kilómetros. Las soluciones habituales incluyen tecnologías de amplificación de señales ópticas como los amplificadores de fibra Raman (RFA) y los amplificadores de bombeo remoto (ROPA).
En cuanto a la interferencia de señales entre las señales de detección y comunicación, la integración de la percepción requiere abordar la interferencia causada por efectos no lineales cuando se transmiten señales de comunicación y detección simultáneamente a través de la misma fibra óptica. Las técnicas para abordar esto incluyen la reducción de la potencia pico o la interferencia de longitud de onda y la tecnología de pulsos de chirrido.
En los algoritmos de reconocimiento de patrones de eventos, la demanda de clasificar y determinar los tipos de eventos ha generado desafíos en cuanto a precisión, granularidad y generalidad del reconocimiento de eventos. Se necesitan algoritmos eficientes, y los métodos actuales se dividen en aprendizaje automático tradicional y aprendizaje profundo, que han logrado buenos resultados y que han logrado una tasa de reconocimiento promedio de más del 95 % con el aprendizaje profundo.
En las redes colaborativas, el diseño eficaz de soluciones de red es crucial para garantizar la transmisión de la fusión de las señales de percepción y comunicación dentro de la red y la mejora del rendimiento de la percepción mediante el procesamiento colaborativo de señales digitales o recursos computacionales. Las soluciones propuestas incluyen redes de arquitectura basadas en multiplexación por división de longitud de onda y redes de arquitectura basadas en PON, que deben considerar factores como el costo del sistema y el presupuesto del enlace de manera integral. Además, se necesitan consideraciones de diseño a nivel de control unificado.
En cuanto a los productos optoelectrónicos clave para la detección de fibra óptica, estos incluyen principalmente láseres, moduladores, detectores, amplificadores de fibra, filtros de fibra y fibras especiales. Estos dispositivos desempeñan funciones fundamentales en varios aspectos de los sistemas de detección de fibra óptica, como la generación, modulación, detección, amplificación, filtrado y funciones especiales.
Se observa que el desarrollo de productos de dispositivos optoelectrónicos clave para la detección de fibra óptica es relativamente maduro, y muchos fabricantes internacionales tienen capacidades de producción en masa. La mayoría de los fabricantes nacionales también poseen capacidades de producción en masa para productos de dispositivos optoelectrónicos, y solo unos pocos productos tienen capacidades de producción en lotes pequeños. En términos de productos de equipos de detección de fibra óptica, se concentran principalmente en áreas tradicionales como OTDR, DTSS/BOTDR, DAS/DVS, DTS y OFDR. Tanto los niveles nacionales como los internacionales son comparables, con capacidades básicas para la producción en masa/en lotes pequeños. Sin embargo, el nivel de comercialización de COTDR, POTDR, BOTDA y BOCDA es ligeramente inferior, con disparidades entre los niveles de producto nacionales e internacionales, mientras que SOP todavía está en la etapa de investigación y desarrollo.
En conclusión, la integración profunda de los sistemas de comunicación, percepción y computación está impulsando el desarrollo de nuevas tecnologías, ayudando a que la infraestructura de la información avance hacia la inteligencia y la digitalización. La red óptica integrada para la percepción y la computación se encuentra actualmente en la etapa de exploración activa. La tecnología de detección de fibra óptica es la base y la clave para la realización de la red óptica integrada para la percepción y la computación. Para abordar de manera efectiva los problemas y desafíos existentes, todos los sectores de la industria deben colaborar en la investigación de tecnologías clave, los avances en dispositivos centrales, la construcción de sistemas estándar, la integración de múltiples dominios y la seguridad masiva de datos.
Las fibras ópticas poseen funciones de transmisión de información y detección, lo que convierte a las redes de comunicación óptica en la piedra angular de la infraestructura computacional. Pueden establecer una arquitectura de red óptica colaborativa integrada y eficiente, que proporciona comunicación de baja latencia y gran ancho de banda, percepción de estado en tiempo real y programación a demanda de recursos computacionales. La detección por fibra óptica, como tecnología central de la capa de percepción, se está convirtiendo gradualmente en un foco de atención de la industria.
Las soluciones de tecnología de detección de fibra óptica se pueden clasificar en tipos basados en principios fundamentales, incluidos los basados en dispersión de fibra, monitoreo del estado de polarización, interferencia óptica y rejillas de matriz de fibra. Estas soluciones utilizan varios parámetros ópticos (como fase, intensidad, polarización, espectros de transmisión/reflexión, etc.) para detectar parámetros físicos y ambientales específicos, cada uno de los cuales presenta características técnicas y ámbitos de aplicación únicos.
En la actualidad, los escenarios de aplicación típicos incluyen la percepción distribuida, que se adapta a la arquitectura de red óptica integrada, lo que permite la percepción y el monitoreo en tiempo real de alta resolución y alta sensibilidad de diversos parámetros físicos y ambientales. Esto se puede aplicar en escenarios como la gestión de operaciones de cables ópticos, el monitoreo de oleoductos y gasoductos, el monitoreo de líneas eléctricas, el monitoreo y alerta temprana del entorno geológico y de incendios, la seguridad perimetral, el monitoreo y alerta temprana de cables submarinos, entre otros.
Según Wu Bingbing, la intersección de la detección por fibra óptica con la comunicación y la computación ha presentado nuevos desafíos técnicos y puntos críticos de investigación en áreas como la detección a larga distancia, la interferencia de señales entre las señales de detección y comunicación, los algoritmos de reconocimiento de patrones de eventos y las soluciones de tecnología de redes. La industria está explorando activamente soluciones relevantes.
En términos de detección a larga distancia, la amplificación de señales ópticas es esencial para aplicaciones como cables de comunicación, líneas de transmisión y oleoductos, que suelen extenderse cientos de kilómetros. Las soluciones habituales incluyen tecnologías de amplificación de señales ópticas como los amplificadores de fibra Raman (RFA) y los amplificadores de bombeo remoto (ROPA).
En cuanto a la interferencia de señales entre las señales de detección y comunicación, la integración de la percepción requiere abordar la interferencia causada por efectos no lineales cuando se transmiten señales de comunicación y detección simultáneamente a través de la misma fibra óptica. Las técnicas para abordar esto incluyen la reducción de la potencia pico o la interferencia de longitud de onda y la tecnología de pulsos de chirrido.
En los algoritmos de reconocimiento de patrones de eventos, la demanda de clasificar y determinar los tipos de eventos ha generado desafíos en cuanto a precisión, granularidad y generalidad del reconocimiento de eventos. Se necesitan algoritmos eficientes, y los métodos actuales se dividen en aprendizaje automático tradicional y aprendizaje profundo, que han logrado buenos resultados y que han logrado una tasa de reconocimiento promedio de más del 95 % con el aprendizaje profundo.
En las redes colaborativas, el diseño eficaz de soluciones de red es crucial para garantizar la transmisión de la fusión de las señales de percepción y comunicación dentro de la red y la mejora del rendimiento de la percepción mediante el procesamiento colaborativo de señales digitales o recursos computacionales. Las soluciones propuestas incluyen redes de arquitectura basadas en multiplexación por división de longitud de onda y redes de arquitectura basadas en PON, que deben considerar factores como el costo del sistema y el presupuesto del enlace de manera integral. Además, se necesitan consideraciones de diseño a nivel de control unificado.
En cuanto a los productos optoelectrónicos clave para la detección de fibra óptica, estos incluyen principalmente láseres, moduladores, detectores, amplificadores de fibra, filtros de fibra y fibras especiales. Estos dispositivos desempeñan funciones fundamentales en varios aspectos de los sistemas de detección de fibra óptica, como la generación, modulación, detección, amplificación, filtrado y funciones especiales.
Se observa que el desarrollo de productos de dispositivos optoelectrónicos clave para la detección de fibra óptica es relativamente maduro, y muchos fabricantes internacionales tienen capacidades de producción en masa. La mayoría de los fabricantes nacionales también poseen capacidades de producción en masa para productos de dispositivos optoelectrónicos, y solo unos pocos productos tienen capacidades de producción en lotes pequeños. En términos de productos de equipos de detección de fibra óptica, se concentran principalmente en áreas tradicionales como OTDR, DTSS/BOTDR, DAS/DVS, DTS y OFDR. Tanto los niveles nacionales como los internacionales son comparables, con capacidades básicas para la producción en masa/en lotes pequeños. Sin embargo, el nivel de comercialización de COTDR, POTDR, BOTDA y BOCDA es ligeramente inferior, con disparidades entre los niveles de producto nacionales e internacionales, mientras que SOP todavía está en la etapa de investigación y desarrollo.
En conclusión, la integración profunda de los sistemas de comunicación, percepción y computación está impulsando el desarrollo de nuevas tecnologías, ayudando a que la infraestructura de la información avance hacia la inteligencia y la digitalización. La red óptica integrada para la percepción y la computación se encuentra actualmente en la etapa de exploración activa. La tecnología de detección de fibra óptica es la base y la clave para la realización de la red óptica integrada para la percepción y la computación. Para abordar de manera efectiva los problemas y desafíos existentes, todos los sectores de la industria deben colaborar en la investigación de tecnologías clave, los avances en dispositivos centrales, la construcción de sistemas estándar, la integración de múltiples dominios y la seguridad masiva de datos.