產(chǎn)業(yè)丨無源物聯(lián)網(wǎng)，會(huì)是下一個(gè)引爆點(diǎn)嗎？

一張蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接千億級終端，關(guān)鍵點(diǎn)在無源物聯(lián)網(wǎng)。無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)確實(shí)能夠涵蓋千億級物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，針對無源物聯(lián)網(wǎng)的研究一直持續(xù)進(jìn)行著。

 
蜂窩網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)的必要性

蜂窩網(wǎng)絡(luò)對于物聯(lián)網(wǎng)的支持，主要分為3個(gè)不同速率檔位，即高速物聯(lián)、中速物聯(lián)和窄帶物聯(lián)。

其中高速物聯(lián)主要通過4G Cat.4+和5G eMBB來承載；

中速物聯(lián)目前主要以來4G Cat.1來承載；

窄帶物聯(lián)主要由NB-IoT來承載。

針對低速物聯(lián)的NB-IoT，面對的是近百億級的低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，中速率和高速率蜂窩網(wǎng)絡(luò)能夠帶來的物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模遠(yuǎn)低于低速物聯(lián)連接規(guī)模。

因此，依靠這3個(gè)不同速率檔位的蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，僅能支撐起100億級物聯(lián)網(wǎng)連接。

在以上三類蜂窩物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，無源物聯(lián)正是千億級物聯(lián)網(wǎng)連接的主要來源。例如，每年動(dòng)輒數(shù)百億的服裝鞋帽、快遞包裹，每個(gè)都用類似NB-IoT的方案顯然并不現(xiàn)實(shí)，需要無源物聯(lián)網(wǎng)方案。

5G網(wǎng)絡(luò)也需要持續(xù)增強(qiáng)更好地支撐物聯(lián)，滿足未來承載千億連接的需求。這就要求5G網(wǎng)絡(luò)能支撐不同速率檔位的物聯(lián)類型，匹配行業(yè)差異化需求。

不過，要在5G這張蜂窩網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)對無源物聯(lián)的支持，就要將5G連接能力擴(kuò)展到更大范圍的物理世界中。

從成熟的RFID標(biāo)簽中得出的啟發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)從誕生到現(xiàn)在，人們越來越體驗(yàn)到科技讓萬物互聯(lián)帶來的高效率，RFID電子標(biāo)簽是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，RFID（射頻識別）俗稱[電子標(biāo)簽]。

它是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，主要的作用就是數(shù)據(jù)的寫入與讀取。

它由標(biāo)簽、解讀器及數(shù)據(jù)傳輸、處理系統(tǒng)組成。根據(jù)是否搭載電池，將電子標(biāo)簽分為有源式、無源式兩種類型。

無源RFID標(biāo)簽，被稱為被動(dòng)RFID標(biāo)簽，在收到讀卡器宣布的微波信號后，可以將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己作業(yè)。

當(dāng)無源RFID標(biāo)簽靠近RFID讀卡器時(shí)，無源RFID標(biāo)簽的天線將接收到的電磁波能量轉(zhuǎn)化成電能，激活RFID標(biāo)簽中的芯片，并將RFID芯片中的數(shù)據(jù)發(fā)送出來。

當(dāng)然，RFID本身有一些局限性，例如傳輸距離短、對專用讀寫器的高度依賴等，若能實(shí)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持無源物聯(lián)，則將打破這些局限，擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)對物聯(lián)網(wǎng)的支持。

無源物聯(lián)網(wǎng)承載進(jìn)一步普及產(chǎn)業(yè)的使命

無源物聯(lián)網(wǎng)，即節(jié)點(diǎn)自身不配備或不主要依賴電池等電源設(shè)備，而是從環(huán)境中獲取能量，支撐數(shù)據(jù)的感知、傳輸和分布式計(jì)算。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，這其中很多設(shè)備受環(huán)境、成本等因素只能采用電池供電，而且傳統(tǒng)射頻集成電路的耗電量不低，每年都需要更換電池，造成了較高的維護(hù)成本。

因此，為了進(jìn)一步普及物聯(lián)網(wǎng)，業(yè)界需要超低功耗射頻電路。

近年來，業(yè)界一直針對無源的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和投入。

在未來物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是無源的（battery free），即節(jié)點(diǎn)自身不配備或不主要依賴電池等電源設(shè)備，而是從環(huán)境中獲取能量，支撐數(shù)據(jù)的感知、傳輸和分布式計(jì)算。

在無源傳輸網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量不一定是其自身所固有的。節(jié)點(diǎn)之間能夠通過無線方式進(jìn)行能量交換。

節(jié)點(diǎn)在傳輸與計(jì)算過程中如何節(jié)省能量、提高效率不再是第一核心任務(wù)，如何利用節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的能量完成盡可能多的傳輸與計(jì)算任務(wù)成為首要目標(biāo)。

無源傳感器面臨優(yōu)化的技術(shù)問題

無論是有線聯(lián)接乃至是時(shí)而更換的紐扣電池，為傳感器供電相對都比較容易。

但是，由于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器部署范圍遠(yuǎn)且廣，許多不能提供電源、需長期監(jiān)測、電池不易更換或者易燃易爆等危險(xiǎn)場合的應(yīng)用， 必須采用無源傳感器來實(shí)現(xiàn)測量。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中， 由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量多和分布范圍大， 電池更換問題也難以解決。

因此， 能夠自供能的無源傳感器具有廣泛的應(yīng)用前景， 也是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

無源傳感器可以有效解決因使用電池及電源帶來的各種問題，但也面臨著一些急需改進(jìn)優(yōu)化的技術(shù)問題。

無源傳感器可以有效解決因使用電池及電源帶來的各種問題，但也面臨著一些急需改進(jìn)優(yōu)化的技術(shù)問題。

未來，低功耗集成電子技術(shù)及先進(jìn)電源管理的發(fā)展將極大地降低微型傳感器的功耗；通過新的換能器設(shè)計(jì)或者新材料的應(yīng)用將進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)換效率和功率幾種；集方式結(jié)合將提高不同條件下收集能量的能力。

可以預(yù)見， 各種功能的無源傳感器在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。

結(jié)尾：暫時(shí)落后反而是最大的機(jī)會(huì)

未來為隨著5G的發(fā)展，有很多場景與無源化技術(shù)匹配。無源物聯(lián)網(wǎng)可以在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的基礎(chǔ)上提供獨(dú)特的性能和優(yōu)勢。不過，技術(shù)最終還是服務(wù)于需求。

作者 | 方文

部分資料參考：

物聯(lián)網(wǎng)智庫：《徹底拋棄電池，無源物聯(lián)網(wǎng)會(huì)成為下一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)嗎？》

鎂客網(wǎng)：《推出無源化產(chǎn)品，物聯(lián)網(wǎng)傳感器領(lǐng)域市場前景廣闊》

卓信通信：《物聯(lián)網(wǎng)的未來——無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》

傳感器技術(shù)：《物聯(lián)網(wǎng)方興未艾，無源傳感器大行其道》