北郵谷志群：通感融合是實(shí)現(xiàn)通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)重要階段

3月27日消息（苡臻）今日，由CIOE中國(guó)光博會(huì)與C114通信網(wǎng)聯(lián)合舉辦的“第五屆光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”線上研討會(huì)——“光纖智能傳感技術(shù)專場(chǎng)”順利召開。會(huì)議邀請(qǐng)了業(yè)界專家代表，聚焦通感一體化架構(gòu)創(chuàng)新、光纖傳感前沿技術(shù)及行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，助力實(shí)現(xiàn)通信與感知功能的深度融合，共同推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)智能化升級(jí)和光纖傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

會(huì)上，北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院副教授谷志群發(fā)表題為“通感融合賦能光傳輸網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)智能感知”的主題演講，從三方面深入剖析了光纖智能傳感技術(shù)在當(dāng)下及未來(lái)的關(guān)鍵作用、發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景。她表示，光纖感知和通信融合使光通信網(wǎng)絡(luò)具有多維感知和泛在通信能力，是實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)智能化的重要手段。通感融合賦能光網(wǎng)絡(luò)與人工智能技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)的智能感知與分析，能有效提升網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量和運(yùn)維效率。

光纖通感融合發(fā)展需求

谷志群指出，從智慧城市發(fā)展需求來(lái)看，目前正朝著多場(chǎng)景增強(qiáng)感知和智能化管理方向發(fā)展。智能感知是為城市智慧化發(fā)展提供監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)智能交通、智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)等提供準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)信息。

近年來(lái)，隨著新興業(yè)務(wù)和新技術(shù)的涌現(xiàn)，在AI的驅(qū)動(dòng)下，光網(wǎng)絡(luò)朝著智能化、通感算一體化發(fā)展。通感融合將光纖傳感與光通信結(jié)合，實(shí)現(xiàn)通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)。僅依靠本地傳統(tǒng)傳感系統(tǒng)，難以滿足目前智能化光網(wǎng)絡(luò)對(duì)感知的需求。由于光通信網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榫哂懈邘?、長(zhǎng)距離、低時(shí)延和高可靠的數(shù)據(jù)傳輸能力，可為光纖通感融合提供有效的基礎(chǔ)。

谷志群表示，隨著網(wǎng)絡(luò)對(duì)可靠性要求逐漸的增加，光網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知尤為重要，尤其是在光纜安全保障和專線業(yè)務(wù)運(yùn)維方面，光纖的通信和智能感知融合，可為光網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知提供重要的實(shí)現(xiàn)途徑。

光纖通感融合關(guān)鍵技術(shù)

技術(shù)方面，光纖通感融合關(guān)鍵技術(shù)有分布式傳感技術(shù)，即利用光纖作為信號(hào)的傳輸介質(zhì)和傳感單元，通過檢測(cè)光纖中光信號(hào)的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)等參量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線外部參量的連續(xù)分布式測(cè)量。從原理上來(lái)說，主要分為基于布里淵散射、基于瑞利散射、基于拉曼散射三類。特點(diǎn)主要包括單端操作、長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)、高空間分辨率、多參量測(cè)量等。

但分布式光纖傳感技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)：一是超長(zhǎng)傳輸距離與功率之間的均衡；二是光纖通感融合通信信號(hào)和感知信號(hào)之間存在干擾；三是風(fēng)險(xiǎn)事件特征差異性較大，影響感知識(shí)別精度。

通常采用基于人工智能等智能數(shù)據(jù)處理方式。對(duì)于傳感事件標(biāo)注數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、學(xué)習(xí)，分析挖掘事件的特性和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高精度的識(shí)別感知。智能處理通常是指將光信號(hào)屬性，例如強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)等輸入到智能算法模型當(dāng)中，通過深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等智能算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的降噪、分類、預(yù)測(cè)。

光纖智能感知在光網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知中應(yīng)用

隨著光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模呈爆炸式增長(zhǎng)，有效的光纖傳感管理方案是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的必要條件。例如，挖掘、汽車行駛等光纖風(fēng)險(xiǎn)事件可能導(dǎo)致光纖斷線或信號(hào)質(zhì)量惡化，嚴(yán)重威脅光網(wǎng)絡(luò)可靠性。

谷志群表示，人工智能技術(shù)的出現(xiàn)為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別定位問題提供了新的解決思路。

例如，基于φ-OTDR的風(fēng)險(xiǎn)感知，可通過對(duì)相干瑞利散射光信號(hào)進(jìn)行特征提取，經(jīng)過機(jī)器學(xué)習(xí)分類算法進(jìn)行訓(xùn)練，可對(duì)外界擾動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，極大程度上可以減輕運(yùn)維壓力，提高維護(hù)的效率。

通過兩個(gè)研究案例介紹了光纖智能感知在光網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知中的應(yīng)用。1）基于注意力機(jī)制的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與定位算法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光纜風(fēng)險(xiǎn)的智能識(shí)別和高精度定位；2）同溝同纜的智能識(shí)別，可以有效降低定位誤差。其中用到CNN、注意力機(jī)制和垂直邊緣檢測(cè)等算法，對(duì)其實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行介紹。

演講最后，她總結(jié)道，通感融合是實(shí)現(xiàn)通感算一體化光網(wǎng)絡(luò)的重要階段，光纖傳智能傳感技術(shù)為光纖的通感融合提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要呈現(xiàn)三方面：通感算一體化的發(fā)展，提升網(wǎng)絡(luò)效率；器件靈敏度與精度的提升，提高測(cè)量性能，滿足高精度感知需求；人工智能技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效處理與分析。

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