A detecção de fibra óptica é a base e a chave para concretizar uma rede óptica integrada de sinestesia e computação
22 Feb 2024
O surgimento de novas aplicações impulsionadas pelo 5G/5G-A tem sido contínuo, e o 6G no futuro oferecerá experiências de negócios ainda mais ricas. Entende-se que redes de operadoras baseadas somente em atributos de comunicação são incapazes de atender aos requisitos de aplicação. Assim, a integração profunda de múltiplos sistemas como comunicação, percepção e computação tornou-se uma nova tendência no desenvolvimento tecnológico.
As fibras ópticas possuem funções de transmissão e detecção de informações, tornando as redes de comunicação óptica a pedra angular da infraestrutura computacional. Elas podem estabelecer uma arquitetura de rede óptica colaborativa integrada e eficiente, fornecendo comunicação de grande largura de banda, baixa latência, percepção de status em tempo real e agendamento sob demanda de recursos computacionais. A detecção de fibra óptica, como a tecnologia central da camada de percepção, está gradualmente se tornando um foco de atenção da indústria.
Soluções de tecnologia de detecção de fibra óptica podem ser classificadas em tipos com base em princípios fundamentais, incluindo aqueles baseados em espalhamento de fibra, monitoramento de estado de polarização, interferência óptica e grades de matriz de fibra. Essas soluções utilizam vários parâmetros ópticos (como fase, intensidade, polarização, espectros de transmissão/reflexão, etc.) para detectar parâmetros físicos e ambientais específicos, cada um apresentando características técnicas e escopos de aplicação exclusivos.
Atualmente, cenários de aplicação típicos incluem percepção distribuída, combinando a arquitetura de rede óptica integrada, permitindo percepção e monitoramento em tempo real de alta resolução e alta sensibilidade de vários parâmetros físicos e ambientais. Isso pode ser aplicado em cenários como gerenciamento de operação de cabo óptico, monitoramento de oleodutos e gasodutos, monitoramento de linhas de energia, ambiente geológico e monitoramento de incêndio e alerta precoce, segurança de perímetro, monitoramento de cabo submarino e alerta precoce, entre outros.
De acordo com Wu Bingbing, a intersecção do sensoriamento de fibra óptica com comunicação e computação apresentou novos desafios técnicos e pontos de pesquisa em áreas como sensoriamento de longa distância, interferência de sinal entre sinais de sensoriamento e comunicação, algoritmos de reconhecimento de padrões de eventos e soluções de tecnologia de rede. A indústria está explorando ativamente soluções relevantes.
Em termos de detecção de longa distância, a amplificação de sinal óptico é essencial para aplicações como cabos de comunicação, linhas de transmissão e oleodutos, que frequentemente abrangem centenas de quilômetros. Soluções comuns incluem tecnologias de amplificação de sinal óptico, como amplificadores de fibra Raman (RFA) e amplificadores de bombeamento remoto (ROPA).
Em relação à interferência de sinal entre sinais de detecção e comunicação, a integração da percepção requer o tratamento da interferência causada por efeitos não lineares ao transmitir sinais de comunicação e detecção simultaneamente pela mesma fibra óptica. Técnicas para tratar disso incluem a redução da potência de pico ou interferência de comprimento de onda e tecnologia de pulso chirp.
Em algoritmos de reconhecimento de padrões de eventos, a demanda por classificação e determinação de tipos de eventos levou a desafios em precisão, granularidade e generalidade do reconhecimento de eventos. Algoritmos eficientes são necessários, com métodos convencionais atuais divididos em aprendizado de máquina tradicional e aprendizado profundo, ambos os quais alcançaram bons resultados, com o aprendizado profundo alcançando uma taxa média de reconhecimento de mais de 95%.
Em redes colaborativas, o design eficaz de soluções de rede é crucial para garantir a transmissão de fusão de sinais de percepção e comunicação dentro da rede e o aprimoramento do desempenho de percepção por meio de processamento de sinal digital colaborativo ou recursos computacionais. As soluções propostas incluem redes de arquitetura baseadas em multiplexação por divisão de comprimento de onda e redes de arquitetura baseadas em PON, que precisam considerar fatores como custo do sistema e orçamento de link de forma abrangente. Além disso, considerações de design são necessárias no nível de controle unificado.
Em relação aos principais produtos de dispositivos optoeletrônicos para detecção de fibra óptica, estes incluem principalmente lasers, moduladores, detectores, amplificadores de fibra, filtros de fibra e fibras especiais. Esses dispositivos desempenham papéis críticos em vários aspectos dos sistemas de detecção de fibra óptica, como geração, modulação, detecção, amplificação, filtragem e funções especiais.
Note-se que o desenvolvimento de produtos de dispositivos optoeletrônicos essenciais para detecção de fibra óptica é relativamente maduro, com muitos fabricantes internacionais tendo capacidades de produção em massa. A maioria dos fabricantes nacionais também possui capacidades de produção em massa para produtos de dispositivos optoeletrônicos, com apenas alguns produtos tendo capacidades de produção em pequenos lotes. Em termos de produtos de equipamentos de detecção de fibra óptica, eles estão concentrados principalmente em áreas tradicionais como OTDR, DTSS/BOTDR, DAS/DVS, DTS e OFDR. Os níveis nacional e internacional são comparáveis, com capacidades básicas para produção em massa/pequenos lotes. No entanto, o nível de comercialização de COTDR, POTDR, BOTDA e BOCDA é ligeiramente menor, com disparidades entre os níveis de produtos nacionais e internacionais, enquanto o SOP ainda está em estágio de pesquisa e desenvolvimento.
Concluindo, a profunda integração de sistemas de comunicação, percepção e computação está impulsionando o desenvolvimento de novas tecnologias, ajudando a infraestrutura de informação a se mover em direção à inteligência e digitalização. A rede óptica integrada para percepção e computação está atualmente no estágio de exploração quente. A tecnologia de detecção de fibra óptica é a base e a chave para concretizar a rede óptica integrada para percepção e computação. Para abordar efetivamente os problemas e desafios existentes, todos os setores da indústria precisam colaborar em pesquisas de tecnologia-chave, avanços em dispositivos essenciais, construção de sistemas padrão, integração multidomínio e segurança de dados massiva.
As fibras ópticas possuem funções de transmissão e detecção de informações, tornando as redes de comunicação óptica a pedra angular da infraestrutura computacional. Elas podem estabelecer uma arquitetura de rede óptica colaborativa integrada e eficiente, fornecendo comunicação de grande largura de banda, baixa latência, percepção de status em tempo real e agendamento sob demanda de recursos computacionais. A detecção de fibra óptica, como a tecnologia central da camada de percepção, está gradualmente se tornando um foco de atenção da indústria.
Soluções de tecnologia de detecção de fibra óptica podem ser classificadas em tipos com base em princípios fundamentais, incluindo aqueles baseados em espalhamento de fibra, monitoramento de estado de polarização, interferência óptica e grades de matriz de fibra. Essas soluções utilizam vários parâmetros ópticos (como fase, intensidade, polarização, espectros de transmissão/reflexão, etc.) para detectar parâmetros físicos e ambientais específicos, cada um apresentando características técnicas e escopos de aplicação exclusivos.
Atualmente, cenários de aplicação típicos incluem percepção distribuída, combinando a arquitetura de rede óptica integrada, permitindo percepção e monitoramento em tempo real de alta resolução e alta sensibilidade de vários parâmetros físicos e ambientais. Isso pode ser aplicado em cenários como gerenciamento de operação de cabo óptico, monitoramento de oleodutos e gasodutos, monitoramento de linhas de energia, ambiente geológico e monitoramento de incêndio e alerta precoce, segurança de perímetro, monitoramento de cabo submarino e alerta precoce, entre outros.
De acordo com Wu Bingbing, a intersecção do sensoriamento de fibra óptica com comunicação e computação apresentou novos desafios técnicos e pontos de pesquisa em áreas como sensoriamento de longa distância, interferência de sinal entre sinais de sensoriamento e comunicação, algoritmos de reconhecimento de padrões de eventos e soluções de tecnologia de rede. A indústria está explorando ativamente soluções relevantes.
Em termos de detecção de longa distância, a amplificação de sinal óptico é essencial para aplicações como cabos de comunicação, linhas de transmissão e oleodutos, que frequentemente abrangem centenas de quilômetros. Soluções comuns incluem tecnologias de amplificação de sinal óptico, como amplificadores de fibra Raman (RFA) e amplificadores de bombeamento remoto (ROPA).
Em relação à interferência de sinal entre sinais de detecção e comunicação, a integração da percepção requer o tratamento da interferência causada por efeitos não lineares ao transmitir sinais de comunicação e detecção simultaneamente pela mesma fibra óptica. Técnicas para tratar disso incluem a redução da potência de pico ou interferência de comprimento de onda e tecnologia de pulso chirp.
Em algoritmos de reconhecimento de padrões de eventos, a demanda por classificação e determinação de tipos de eventos levou a desafios em precisão, granularidade e generalidade do reconhecimento de eventos. Algoritmos eficientes são necessários, com métodos convencionais atuais divididos em aprendizado de máquina tradicional e aprendizado profundo, ambos os quais alcançaram bons resultados, com o aprendizado profundo alcançando uma taxa média de reconhecimento de mais de 95%.
Em redes colaborativas, o design eficaz de soluções de rede é crucial para garantir a transmissão de fusão de sinais de percepção e comunicação dentro da rede e o aprimoramento do desempenho de percepção por meio de processamento de sinal digital colaborativo ou recursos computacionais. As soluções propostas incluem redes de arquitetura baseadas em multiplexação por divisão de comprimento de onda e redes de arquitetura baseadas em PON, que precisam considerar fatores como custo do sistema e orçamento de link de forma abrangente. Além disso, considerações de design são necessárias no nível de controle unificado.
Em relação aos principais produtos de dispositivos optoeletrônicos para detecção de fibra óptica, estes incluem principalmente lasers, moduladores, detectores, amplificadores de fibra, filtros de fibra e fibras especiais. Esses dispositivos desempenham papéis críticos em vários aspectos dos sistemas de detecção de fibra óptica, como geração, modulação, detecção, amplificação, filtragem e funções especiais.
Note-se que o desenvolvimento de produtos de dispositivos optoeletrônicos essenciais para detecção de fibra óptica é relativamente maduro, com muitos fabricantes internacionais tendo capacidades de produção em massa. A maioria dos fabricantes nacionais também possui capacidades de produção em massa para produtos de dispositivos optoeletrônicos, com apenas alguns produtos tendo capacidades de produção em pequenos lotes. Em termos de produtos de equipamentos de detecção de fibra óptica, eles estão concentrados principalmente em áreas tradicionais como OTDR, DTSS/BOTDR, DAS/DVS, DTS e OFDR. Os níveis nacional e internacional são comparáveis, com capacidades básicas para produção em massa/pequenos lotes. No entanto, o nível de comercialização de COTDR, POTDR, BOTDA e BOCDA é ligeiramente menor, com disparidades entre os níveis de produtos nacionais e internacionais, enquanto o SOP ainda está em estágio de pesquisa e desenvolvimento.
Concluindo, a profunda integração de sistemas de comunicação, percepção e computação está impulsionando o desenvolvimento de novas tecnologias, ajudando a infraestrutura de informação a se mover em direção à inteligência e digitalização. A rede óptica integrada para percepção e computação está atualmente no estágio de exploração quente. A tecnologia de detecção de fibra óptica é a base e a chave para concretizar a rede óptica integrada para percepção e computação. Para abordar efetivamente os problemas e desafios existentes, todos os setores da indústria precisam colaborar em pesquisas de tecnologia-chave, avanços em dispositivos essenciais, construção de sistemas padrão, integração multidomínio e segurança de dados massiva.