藍(lán)牙和WiFi陣營(yíng)已加速，基于5G無源物聯(lián)網(wǎng)的商用還需多久？

作者：趙小飛，物聯(lián)網(wǎng)智庫 原創(chuàng)

近日，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP RAN102次會(huì)議結(jié)束，會(huì)議上通過了多項(xiàng)研究項(xiàng)目（SI）立項(xiàng)，其中包括無源物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目“Study on solutions for Ambient IoT (Internet of Things) in NR”，成為R19階段在無線接入層面上無源物聯(lián)網(wǎng)的核心議題，為5G網(wǎng)絡(luò)引入無源物聯(lián)網(wǎng)打下基礎(chǔ)?？梢钥闯觯?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1545823.html">蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無源物聯(lián)距離形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還有一段距離，而基于藍(lán)牙、WiFi等其他技術(shù)陣營(yíng)則在無源物聯(lián)方面加快推進(jìn)，期待實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃?。

R19階段依然是研究項(xiàng)目，基于蜂窩的無源物聯(lián)商用還需時(shí)日

本次3GPP RAN102次會(huì)議通過的無源物聯(lián)網(wǎng)立項(xiàng)預(yù)期在5G R19階段版本中發(fā)布，該SI項(xiàng)目建立在R18階段無線接入網(wǎng)技術(shù)組（TSG RAN）的研究課題之上，并參考了業(yè)務(wù)與系統(tǒng)技術(shù)組（TSG SA）立項(xiàng)的研究課題。

此前，在5G R18階段，相關(guān)機(jī)構(gòu)就在無線接入網(wǎng)技術(shù)組立項(xiàng)了名為“Study on Ambient IoT (Internet of Things) in RAN”的研究課題，隨著R18階段標(biāo)準(zhǔn)化的工作接近尾聲，這一課題最終形成了編號(hào)為3GPP TR 38.848的技術(shù)報(bào)告，作為R18階段無線接入技術(shù)組無源物聯(lián)網(wǎng)的核心成果。

TR 38.848技術(shù)報(bào)告對(duì)無源物聯(lián)網(wǎng)的部署場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>結(jié)構(gòu)、設(shè)備類別、接入網(wǎng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入研究，例如根據(jù)基站、終端和中繼設(shè)備的在室內(nèi)外所處位置規(guī)劃了5類場(chǎng)景部署場(chǎng)景，形成4中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也對(duì)設(shè)備功耗、設(shè)備復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、體驗(yàn)速率、數(shù)據(jù)包大小、時(shí)延、定位精度、連接密度、移動(dòng)速度等指標(biāo)設(shè)定了相應(yīng)目標(biāo)，為在蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無源終端的應(yīng)用提供參考。

此前，3GPP業(yè)務(wù)與系統(tǒng)技術(shù)組（TSG SA）也推動(dòng)了無源物聯(lián)網(wǎng)研究課題（SI）立項(xiàng)，名為“Study on Ambient power-enabled Internet of Things”，多家機(jī)構(gòu)進(jìn)行持續(xù)研究，形成了編號(hào)為3GPP TR 22.840的技術(shù)報(bào)告，將作為R19階段的無源物聯(lián)網(wǎng)的重要成果。

TR 22.840技術(shù)報(bào)告重點(diǎn)研究了無源物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，列出了物流、倉(cāng)儲(chǔ)、制造、智慧家庭、港口、機(jī)場(chǎng)、智慧農(nóng)業(yè)、森林防火、畜牧、健康監(jiān)測(cè)等30個(gè)領(lǐng)域中無源物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用的場(chǎng)景，并對(duì)設(shè)備限制、流量場(chǎng)景需求進(jìn)行研究。

有了TR 38.848、TR 22.840等前期研究的基礎(chǔ)，R19階段的無源物聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)推進(jìn)未決事項(xiàng)，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)基于蜂窩的無源物聯(lián)網(wǎng)的商用。不過，從目前來看，不論是在無線接入技術(shù)組（TSG RAN），還是在業(yè)務(wù)與系統(tǒng)技術(shù)組（TSG SA），R19階段針對(duì)無源物聯(lián)網(wǎng)的都是以研究課題項(xiàng)目來立項(xiàng)的，這對(duì)于基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)商用還有一定距離。

根據(jù)3GPP的工作模式，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作可以分為兩個(gè)階段：SI（Study?Item，技術(shù)可行性研究階段) 和 WI（Work?Item，技術(shù)規(guī)范編寫階段）。

SI階段主要以研究的形式確定系統(tǒng)的基本框架，并進(jìn)行主要的候選技術(shù)選擇，以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的可行性進(jìn)行判斷。

WI階段分為Stage2、Stage3兩個(gè)子階段，其中，Stage2主要通過對(duì)SI階段中初步討論的系統(tǒng)框架進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)進(jìn)一步完善技術(shù)細(xì)節(jié)，該階段規(guī)范并不能夠直接用于設(shè)備開發(fā)，而是對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)總體描述，僅是一個(gè)參考規(guī)范，根據(jù)Stage2形成的初步設(shè)計(jì)，進(jìn)一步驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能；Stage3主要是確定具體的流程、算法及參數(shù)等。

SI完成后會(huì)輸出技術(shù)報(bào)告（TR, Technical Report），WI則輸出技術(shù)規(guī)范（TS, Technical Specification），一個(gè)重要的課題通常會(huì)先經(jīng)過SI研究階段，然后再進(jìn)入WI階段的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作。

目前無源物聯(lián)網(wǎng)在R19階段依然是以SI的形式立項(xiàng)，未進(jìn)入技術(shù)規(guī)范編寫階段，可見基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)很多方向仍然未達(dá)成業(yè)界共識(shí)。由于基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)面臨著非常復(fù)雜的環(huán)境，在非常嚴(yán)苛的條件下還要考慮到室內(nèi)、室外、固定、移動(dòng)等各種不同情況，一些候選技術(shù)還在探討中，標(biāo)準(zhǔn)化的可行性還需要進(jìn)一步評(píng)估。

3GPP R19標(biāo)準(zhǔn)將于明年開始啟動(dòng)，在2025年后半年凍結(jié)。無源物聯(lián)網(wǎng)作為R19中的SI課題，不會(huì)隨著R19凍結(jié)形成可進(jìn)行商用參考的技術(shù)規(guī)范。因此，基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)商用還需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間，未來在R19階段的研究取得預(yù)期成果后，或許R20階段會(huì)迎來無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的問世，R20作為5G Advanced最后一個(gè)版本，屆時(shí)無源物聯(lián)網(wǎng)補(bǔ)齊了5G Advanced承諾的功能模塊，趕上5G標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的“末班車”，實(shí)現(xiàn)3GPP陣營(yíng)無源物聯(lián)網(wǎng)的商用。

藍(lán)牙和WiFi陣營(yíng)無源物聯(lián)網(wǎng)也在加速

本月初，無源物聯(lián)網(wǎng)廠商WilioT的高管在接受媒體采訪時(shí)表示，如果3GPP陣營(yíng)希望在5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)其“大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)”的承諾，那么推動(dòng)無源物聯(lián)網(wǎng)就應(yīng)該是3GPP陣營(yíng)的一項(xiàng)緊迫任務(wù)，并持續(xù)以低廉的價(jià)格推出相關(guān)設(shè)備，應(yīng)用在全球供應(yīng)鏈中。然而，WilioT認(rèn)為，沒有3GPP，無源物聯(lián)網(wǎng)依然能夠?qū)崿F(xiàn)，WilioT通過藍(lán)牙已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無源物聯(lián)網(wǎng)的商用。

WilioT是基于藍(lán)牙技術(shù)無源物聯(lián)網(wǎng)陣營(yíng)的典型代表。該公司最為典型的產(chǎn)品是一款無源藍(lán)牙低功耗傳感器標(biāo)簽，結(jié)合云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用，這一標(biāo)簽命名為Wiliot IoT Pixels，它是一款小型低成本、自供電的藍(lán)牙傳感器標(biāo)簽，僅郵票大小，可以貼在任何產(chǎn)品或包裝上，感知一系列物理和環(huán)境數(shù)據(jù)，并將信息傳輸至網(wǎng)關(guān)、手機(jī)或支持低功耗藍(lán)牙（BLE）的設(shè)備上，再發(fā)送至Wiliot云平臺(tái)。標(biāo)簽的能量來自于收集周圍的無線射頻能量來為其供電，并使用該能量發(fā)送標(biāo)簽唯一標(biāo)識(shí)碼的數(shù)據(jù)以及傳感器讀數(shù)。也正是采用這一設(shè)計(jì)，該標(biāo)簽不需要電池，因此其尺寸可以設(shè)計(jì)成郵票大小，并能便捷地粘貼在各種物品之上。

藍(lán)牙聯(lián)盟在推動(dòng)基于藍(lán)牙技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，WilioT是其中的主力，在WilioT的帶動(dòng)下，目前全球已出現(xiàn)多家借助藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廠商。WilioT的藍(lán)牙無源物聯(lián)標(biāo)簽售價(jià)大約為每個(gè)10美分，到2024年出貨量能夠達(dá)到1億個(gè)。由于目前基于藍(lán)牙的無源物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)率先商用，預(yù)計(jì)未來將是無源物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)陣營(yíng)。

WiFi陣營(yíng)也高度關(guān)注無源物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，知名國(guó)際化組織IEEE也在推進(jìn)無源物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。去年，IEEE 802.11工作組決定設(shè)立環(huán)境能量興趣組（AMBIENT POWER TOPIC INTEREST GROUP, AMP TIG），推動(dòng)技術(shù)報(bào)告的編寫，描述基于802.11技術(shù)的環(huán)境能量支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備場(chǎng)景，以及研究802.11無線局域網(wǎng)環(huán)境下無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備技術(shù)需求等。

這個(gè)小組的成員大部分是中國(guó)企業(yè)的專家，定期召開研討會(huì)，并形成基于WLAN的環(huán)境能量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備技術(shù)報(bào)告，研究了WiFi環(huán)境下智能制造、數(shù)據(jù)中心、物流倉(cāng)儲(chǔ)、智慧家庭、智慧農(nóng)業(yè)、室內(nèi)定位、智能電網(wǎng)、食品供應(yīng)鏈等無源物聯(lián)網(wǎng)用例，提出了設(shè)備的功能性能要求等。

除了標(biāo)準(zhǔn)化工作外，一些機(jī)構(gòu)已經(jīng)在推動(dòng)商用化。筆者曾在《無處不在的WiFi設(shè)備，成為千億無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的天然基礎(chǔ)》一文中研究了基于WiFi的無源物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展，尤其是采用WiFi實(shí)現(xiàn)反向散射通信實(shí)現(xiàn)多個(gè)無源場(chǎng)景應(yīng)用。

在理論研究向工程化轉(zhuǎn)化方面，海內(nèi)外多個(gè)研究機(jī)構(gòu)針對(duì)WiFi反向散射通信系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其具備工程化可能。例如，美國(guó)華盛頓大學(xué)電子工程學(xué)院的研究人員在2016年研發(fā)出名為Passive WiFi的系統(tǒng)。該技術(shù)基于反向散射通信，當(dāng)附近WiFi路由器發(fā)射功率相對(duì)較高的射頻信號(hào)后，無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)吸收射頻信號(hào)并調(diào)制天線反射系數(shù)，將傳感器信息傳遞出去。Passive WiFi無源節(jié)點(diǎn)傳輸速率為1Mbps和11Mbps的數(shù)據(jù)時(shí)，所消耗的電量分別僅為14.5μW和59.2μW，這只有正常WiFi節(jié)點(diǎn)電量消耗的萬分之一，而且能夠?qū)崿F(xiàn)30米的回傳距離，甚至有一定的穿墻能力。

在商用化方面，部分企業(yè)已開展先行先試。例如，加拿大初創(chuàng)公司Haila今年8月對(duì)外披露其在WiFi反向散射通信領(lǐng)域的進(jìn)展。該公司是一家低功耗芯片廠商，近期已開始向業(yè)界提供基于WiFi反向散射通信芯片IP授權(quán)和技術(shù)合作。目前，該公司核心產(chǎn)品為定制化的無源反向散射通信ASIC產(chǎn)品。這一產(chǎn)品可以描述為一款1Mbps、采用2.4GHz ISM頻段的WiFi反向散射通信前端IP，整個(gè)產(chǎn)品中包括一個(gè)反向散射模塊、一個(gè)電源管理單元以及一個(gè)專門的Haila核，為WiFi反向散射通信提供賦能。

實(shí)際上，早在2021年第二季度，Haila就完成了首款芯片的流片，該芯片搭載了其他器件形成一個(gè)參考設(shè)計(jì)，包括了溫度、濕度和壓力傳感器，并進(jìn)行有效測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。不過，雖然WiFi設(shè)備廣泛存在于生產(chǎn)生活中，但基于WiFi的反向散射通信商用還存在一些壁壘，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)還沒形成，真正形成規(guī)?；€需要時(shí)日。

寫在最后

無源物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值已得到廣泛認(rèn)可，3GPP陣營(yíng)、藍(lán)牙陣營(yíng)、WiFi陣營(yíng)等不同技術(shù)路線均加入其中。不過，在筆者看來，不論哪種陣營(yíng)，規(guī)?；纳逃眠€是需要首先形成業(yè)界廣泛認(rèn)可的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，才能支撐千億物聯(lián)的愿景。

當(dāng)然，相對(duì)于3GPP陣營(yíng)，藍(lán)牙、WiFi或者其他新的技術(shù)路線陣營(yíng)面對(duì)的場(chǎng)景環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，工作模式也相對(duì)靈活，在一些企業(yè)積極推動(dòng)下，或許能夠快速形成事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，支持基于該技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)快速規(guī)模商用。由于需要考慮和平衡更多復(fù)雜問題，也許未來3GPP陣營(yíng)的無源物聯(lián)網(wǎng)商用時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于其他陣營(yíng)。