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[導讀]繼Cat.1之后,2021年的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè),又“喜提”了一個新的“風口”。這個“風口”的名字,叫做“無源物聯(lián)網(wǎng)”。無源物聯(lián)網(wǎng),到底是個啥東東?它和現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術之間,有什么區(qū)別?它是真的有黑科技?還是資本又在炒作?通過本文,小棗君將帶領大家一探究竟。█什么是無源物聯(lián)網(wǎng)無源物聯(lián)網(wǎng),...

繼Cat.1之后,2021年的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè),又“喜提”了一個新的“風口”。



這個“風口”的名字,叫做無源物聯(lián)網(wǎng)”。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


無源物聯(lián)網(wǎng),到底是個啥東東?它和現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術之間,有什么區(qū)別?它是真的有黑科技?還是資本又在炒作?



通過本文,小棗君將帶領大家一探究竟。




█ 什么是無源物聯(lián)網(wǎng)


無源物聯(lián)網(wǎng),顧名思義,就是沒有“源”的物聯(lián)網(wǎng)。



“源”,就是電源、能量源。



搞過承載網(wǎng)的童鞋,對“無源”肯定非常熟悉。我們常說的無源光網(wǎng)絡(PON)、無源波分(WDM),都涉及到“無源”。



說白了,無源,就是不接外部電源、不帶電池。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


無源物聯(lián)網(wǎng),不是網(wǎng)絡無源,而是終端節(jié)點無源。



也就是說,網(wǎng)絡沒啥變化,而連入網(wǎng)絡的終端節(jié)點設備,不帶電源線,也沒有內置電池。



那么,問題來了。終端節(jié)點設備,有傳感器需要產生數(shù)據(jù),有芯片需要計算,有模組需要收發(fā)信號。沒有電源,誰來提供干活的能量呢?



其實,所謂“無源”,并不是終端節(jié)點不用電,而是換了一種獲取電(能量)的方式



大家應該很快會想到,太陽能,就是一種獲取電(能量)的常用方式。



到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


太陽能路燈


通過光伏面板,將太陽能轉化成電能,儲備使用。



除了太陽能之外,還有動能和熱能。



例如,有的共享單車,就帶有發(fā)電模塊。你踩踏板的時候,就給智能車鎖充了電。



還有一些遙控器,采用按壓式發(fā)電。你按的時候,通過機械力產生材料形變,動能變成電能,驅動設備工作。



注意!上述所說的太陽能、動能、熱能,都不是我們今天“無源物聯(lián)網(wǎng)”的討論重點。



現(xiàn)在大家熱議的“無源物聯(lián)網(wǎng)”,主要是指基于無線電磁能量捕捉技術的物聯(lián)網(wǎng)。




也就是說,是指物聯(lián)網(wǎng)終端通過采集網(wǎng)絡側發(fā)射過來的無線電波,捕捉和收集能量的物聯(lián)網(wǎng)技術。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?



大家想到了啥?



我覺得,很多人一定想到了RFID,也就是Radio Frequency Identification(射頻識別)。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


RFID



我們俗稱的電子標簽,就采用了RFID技術。



RFID的原理很簡單,當標簽靠近閱讀器后,接收閱讀器發(fā)出的射頻信號,產生感應電流,獲得能量。通過這點能量,標簽發(fā)送信息,實現(xiàn)與閱讀器的通信。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?



除了RFID之外,我還想到了一個技術。那就是小米去年推出的隔空無線充電技術。



到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


當時特別火,數(shù)米半徑內,單設備5W隔空充電。



其實,RFID,就是一種無源物聯(lián)網(wǎng)。



現(xiàn)在,在RFID的基礎上,無源物聯(lián)網(wǎng)希望進一步延伸,擴展基于Wi-Fi、藍牙、3G、4G甚至5G通信技術的無源互聯(lián)。



█ 無源物聯(lián)網(wǎng)的技術挑戰(zhàn)


大家都知道,RFID是非常成熟的技術。RFID之所以能夠正常工作,最關鍵一點在于,標簽和閱讀器的距離很近。



距離越遠,電磁能量的密度越低,獲取能量的難度越大。



RFID屬于感應耦合,天線的形狀是線圈,電磁能量的傳送,是在感應場區(qū)域內完成的,距離很短。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


線圈



Wi-Fi、藍牙工作距離遠大于RFID,3G/4G/5G更遠。這就不是感應場,而是輻射場。




輻射場采用的天線技術,主要是偶極子天線或微帶天線。想要在輻射場中,借助這些天線完成電磁能量的傳送,難度極大。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


微帶陣列天線




在以前,這都是不可想象的事情?,F(xiàn)在,隨著半導體技術的進步,終端芯片的功耗降低到mW級甚至更低,再加上能量轉換技術的不斷升級,才讓遠距離通信技術的能量捕獲和使用成為一種可能性。




無源物聯(lián)網(wǎng),還有幾個典型的特性:



  • 能量震蕩性



無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的能量不再是單一的由高至低的靜態(tài)變化趨勢,由于能量來自于環(huán)境,其呈現(xiàn)出的將是時高時低的動態(tài)狀態(tài)。




  • 節(jié)點失衡性



無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點中能源獲取存在隨機性和不穩(wěn)定性,整個網(wǎng)絡中能量分布可能并不均衡,也會導致每個節(jié)點的差異。




  • 能源受限性



無源物聯(lián)網(wǎng)獲取能量的方式不同,且所采集的環(huán)境能量非常微弱,一般在納瓦(nW)到微瓦(μW)級,且受到節(jié)點蓄電能力的影響。




  • 連接脆弱性




無源物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡連通性直接受各節(jié)點能量的影響。當某些節(jié)點的能量低于一定程度時,這些節(jié)點則成為孤立節(jié)點,導致網(wǎng)絡不連通。于能量的震蕩性,網(wǎng)絡的連通性是脆弱的,時斷時續(xù),以保持一直連通。



大家都看出來了,這些都不是什么好特性,都是缺點。這些缺點,制約了無源物聯(lián)網(wǎng)的應用。




█ 無源物聯(lián)網(wǎng)的研究進展


人們基于RFID的成功,產生了對無源物聯(lián)網(wǎng)的美好憧憬。




但是,我們仍需注意到,目前我們在媒體上可以看到的無源物聯(lián)網(wǎng)應用,還是處于初級階段。



今年新冒出來的幾個無源物聯(lián)網(wǎng)明星企業(yè)及其研究成果,基本上以NFC和藍牙為主。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


關于Wi-Fi的,目前看到一篇關于“美國華盛頓大學電子工程學院”的報道。




他們的研究人員提出,通過對射頻信號的反射調制技術,可以實現(xiàn)無源設備供電和傳輸數(shù)據(jù)。他們正在研發(fā)除了Passive WiFi的無源技術,并進一步將該技術用于LoRa中,實現(xiàn)數(shù)百米長距離無源節(jié)點傳輸。



至于4G/5G的無源物聯(lián)網(wǎng),好像是沒有看到任何應用。



上個月,華為常務董事、ICT產品與解決方案總裁汪濤在5G-Advanced創(chuàng)新產業(yè)峰會上,提出了面向5.5G的無源物聯(lián)網(wǎng)設想,希望5G網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)。



但是,3GPP是否會在R18中加入無源物聯(lián)網(wǎng)的內容,目前好像還沒有明確的消息。



█ 無源物聯(lián)網(wǎng)的意義


無源物聯(lián)網(wǎng)為什么會火?



說白了,還是因為它背后的龐大市場價值。



小棗君之前就和大家說過,蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應用場景,分為高速、中速、低速。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


“631”結構



低速物聯(lián)網(wǎng)的主流技術,是NB-IoT、LoRa等。



在原定的發(fā)展規(guī)劃,NB-IoT已經算是最“l(fā)ow”的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術了。它的速度最低,功耗最低、成本最低,電池待機時間號稱10年。



結果,人們發(fā)現(xiàn),想要實現(xiàn)千億級別的物聯(lián)網(wǎng)連接,NB-IoT仍然不夠。



NB-IoT對能量(電池)的依賴,增加了自身成本,限制了更廣泛的普及。



例如,我們可以給中國所有的電表、水表安裝NB-IoT模組,但是,我們可以給所有的衣服、所有的商品、所有的快遞包裹安裝NB-IoT模組嗎?不可以。



所以說,人們就提出了“無源物聯(lián)網(wǎng)”,把物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng),撒得更大。




到底什么是“無源物聯(lián)網(wǎng)”?


又加了一級



無源物聯(lián)網(wǎng)的最大優(yōu)勢,就是完全不需要電池。




NB-IoT每10年換一次電池(理想情況下),無源物聯(lián)網(wǎng)終身不需要。這不僅減少了換電池的人力成本,也減少了電池組件成本。




目前的通用型UHF RFID標簽,價格可以做到2-3毛錢。NB-IoT模組,價格大概是十幾塊,差距有幾十倍。



第二,不用電池,有利于環(huán)保。單個電池雖然很小,但千億級的數(shù)量規(guī)模,環(huán)保影響不容小覷。



第三,沒有電池,終端的體積可以進一步縮小。例如像RFID那樣,就是一個小貼片,將大大有利于終端設計。




總而言之,無源物聯(lián)網(wǎng)是一個非常不錯的發(fā)展思路。然而,想要把這條路真正走通,我們可能還需要很長的時間
。



以上就是今天文章的全部內容,感謝大家的耐心觀看!






參考文獻:
1.《徹底拋棄電池,5G支持無源物聯(lián)網(wǎng),比NB-IoT影響更廣泛的技術要來了?》,物聯(lián)網(wǎng)智庫2.《遠低于NB-IoT功耗,無源物聯(lián)網(wǎng)才是實現(xiàn)千億級IoT連接的“殺器”!》,物聯(lián)網(wǎng)智庫3.《深度解析無源物聯(lián)網(wǎng),它距離千億級的目標還有多遠?》,物聯(lián)傳媒4.《啟緯智芯周若谷:無源化開啟產品“新玩法”,物聯(lián)網(wǎng)傳感器領域市場前景廣闊 | 鎂客請講》,鎂客網(wǎng)5.《物聯(lián)網(wǎng)方興未艾,無源傳感器大行其道》,傳感器技術6.《物聯(lián)網(wǎng)的未來——無源物聯(lián)網(wǎng)技術》,卓信通信


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