本文來源：物聯(lián)傳媒

本文作者：市大媽

都說這是一個萬物互聯(lián)時代，這些終端“上線”、“聊天”便不是難題，但真的世間萬物都能接入網(wǎng)絡嗎？

這顯然是不能的！快遞包裹、服裝等很多都有在線管理的需求，但它們，目前沒有資格申請加入群聊。

這是為什么？

我們知道，每一個在線的物件，必須要有電力的支持才能支撐它們完成“群聊”（數(shù)據(jù)的采集、傳輸及計算等）的過程。

如今，隨著無源物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展讓這類物件加入網(wǎng)絡世界變成可能。

什么是無源物聯(lián)網(wǎng)？

所謂無源物聯(lián)網(wǎng)，就是沒有“源”的物聯(lián)網(wǎng)，這個“源”指的是電源、能量源。

現(xiàn)在備受關注的“無源物聯(lián)網(wǎng)”，本質(zhì)上是終端節(jié)點無源，它們不帶電源線、沒有內(nèi)置電池，而是從環(huán)境中獲取能源，比如，基于無線電磁能量捕捉技術的物聯(lián)網(wǎng)，無源物聯(lián)網(wǎng)終端通過采集網(wǎng)絡側(cè)發(fā)射過來的無線電波，捕捉和收集能量，從而以完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸和分布式計算。

事實上，無源物聯(lián)網(wǎng)早幾年就已經(jīng)被提出。從現(xiàn)有的資料上看，最早可以追溯到2014年，國家自然科學基金正式啟動了“無源感知網(wǎng)絡基礎理論與關鍵技術”重點項目，資助金額350萬元，希望在傳感方向走出更新、更現(xiàn)實的道路。

只是，早些年，很多人都覺得無源物聯(lián)網(wǎng)是無稽之談。那為什么現(xiàn)在就覺得有可行性了呢？

因為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(zhuǎn)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進入現(xiàn)實。

為什么需要無源物聯(lián)網(wǎng)？

現(xiàn)實生活中，我們習慣了電的存在，對有源與無源產(chǎn)品感受不到強烈的區(qū)別。但是，對于每一個處于物聯(lián)網(wǎng)世界中的物件而言，電源是不可或缺的，它之于物聯(lián)網(wǎng)終端就像空氣、水之于人類。

人類可以不費吹灰之力就擁有空氣，但是物聯(lián)網(wǎng)終端卻不一定能有電源。

一方面，由于成本制約或產(chǎn)品體積等原因使得物件本身不具備電池供電的條件。

另一方面，有上線需求的物件受限于其分布廣泛、需靈活移動等因素，導致許多應用終端電池更換困難或無法直接靠電池供電。

從物聯(lián)網(wǎng)連接發(fā)展的趨勢來看，特別當面對海量物件“上線”的需求，必須要采用“無源”的形式來實現(xiàn)，因而無源物聯(lián)網(wǎng)技術都將是一個主要推動力量。

關于無源物聯(lián)網(wǎng)，其能量來源可以是光、4G、5G信號等，甚至物體形變都能產(chǎn)生微能量從而被利用，因此無源物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)方式可以劃分為以下三種：

第一種是采集太陽能供電；

第二種是按壓式發(fā)電；

第三種是無線電波能量轉(zhuǎn)換，通過采集周圍環(huán)境中的RFID、NFC、藍牙、4G，5G、WiFi等無線電波能量，并將其轉(zhuǎn)換成電能。這也是無源物聯(lián)網(wǎng)最受關注的方式，因為一個正常工作的物聯(lián)網(wǎng)設備要正常運作，除獲取工作能量之外，還需將數(shù)據(jù)通過無線電信號進行傳輸。借助這種方式，無源物聯(lián)網(wǎng)終端既可以獲取能量，也可以傳輸信號，同時成本、尺寸等都可做到很低，一舉多得。

我們見過哪些無源物聯(lián)網(wǎng)應用？

幾年來，無源物聯(lián)網(wǎng)一直默默發(fā)展，而最近又一次得到業(yè)界的關注，被稱為是繼Cat.1之后，2021年的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)又一個新的“風口”。

這與各類通信技術的快速發(fā)展不無關系。如今，無源物聯(lián)網(wǎng)進一步延伸，擴展基于藍牙、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT、5G通信技術的無源互聯(lián)。下圖中關于未來高中低速物聯(lián)網(wǎng)連接需求的模型在業(yè)界是非常典型的模型。

我們知道，LPWAN的出現(xiàn)正式開啟了電池供電物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化發(fā)展的時代，解決了數(shù)百億連接規(guī)模的低功耗物聯(lián)網(wǎng)市場需求，而數(shù)千億無源物聯(lián)網(wǎng)的痛點成為了接下來需要解決的問題。對于無源物聯(lián)網(wǎng)的關注也就隨之開始。于是，上圖的模型便發(fā)生了改變。

日常生活中，我們被各種無線電信號包圍著，通過這些信號所能收集的能量雖然非常微量，但對于大量無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的工作來說已經(jīng)足夠，而且可借助信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。

可以說，無源物聯(lián)網(wǎng)技術正在拓展物聯(lián)網(wǎng)連接“金字塔”的底座。那么，在這個物聯(lián)網(wǎng)連接金字塔的底座中，有哪些應用呢？

• 基于RFID的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

目前， RFID技術是我們最為熟悉、應用最廣泛的無源物聯(lián)網(wǎng)技術，其原理非常簡單。當RFID標簽靠近閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，產(chǎn)生感應電流，獲得能量。通過收集的這點能量，標簽發(fā)送信息，實現(xiàn)與閱讀器的通信。

目前，這種方案的無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品出貨量已達到每年數(shù)百億的級別。NFC作為高頻RFID的一種，該技術在智能手機中幾乎成為標配，也可視為是一個典型的無源物聯(lián)網(wǎng)技術應用。

• 基于藍牙的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

無源藍牙低功耗傳感器標簽無需供電，也可完成感知、存儲和通信，該標簽通過收集周圍的無線射頻能量來為其供電，并借助這些能量發(fā)送標簽唯一標識碼的數(shù)據(jù)以及傳感器讀數(shù)。一家名為Wiliot的初創(chuàng)公司，其產(chǎn)品正是一款無源藍牙低功耗傳感器標簽，因為不需要外加電池，因此該產(chǎn)品的尺寸僅是郵票大小，能便捷地粘貼在各種物品之上。

• 基于WiFi的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

該方案的原理是利用射頻信號的后向反射通信技術，當附近WiFi路由器發(fā)射功率相對較高的射頻信號后，無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點吸收射頻信號并調(diào)制天線反射系數(shù)，將傳感器信息傳遞出去。

這一技術早在2016年，美國華盛頓大學電子工程學院的研究人員就已研發(fā)出，稱之為Passive WiFi。Passive WiFi無源節(jié)點傳輸1Mbps和11Mbps所消耗的電量分別僅為14.5μW和59.2μW，能夠?qū)崿F(xiàn)30米的回傳距離，甚至有一定的穿墻能力。

• 基于LoRa的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

2017年，美國華盛頓大學電子工程學院的研究人員采用線性擴頻技術，提升無源標簽回傳能力，并與商用的LoRa設備兼容，形成基于LoRa的反射調(diào)制系統(tǒng)。在測試中，研究人員成功地從射頻源和接收器之間相隔475米的任何位置可以實現(xiàn)無源節(jié)點反射調(diào)制，成功回傳傳感器信息；將無源節(jié)點與射頻源位于同一位置時，接收器最遠可達2.8公里。

• 基于5G的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

通過5G蜂窩網(wǎng)絡支持無源物聯(lián)，一個難點是無源終端節(jié)點如何獲取能量，另一個難點在于如何實現(xiàn)長距離回傳，尤其是后者的難度更大。因為無源終端通過各種方式獲得的能量是非常微弱的，回傳路徑過長，信號會快速衰減。目前在實驗室階段最先進的技術，已經(jīng)可以做到在180米的范圍內(nèi)，收集特定頻段的5G射頻能量，采集到約6μW的電力。

國內(nèi)外無源物聯(lián)網(wǎng)的布局

目前，關于無源物聯(lián)網(wǎng)的研究尚屬早期，來自于環(huán)境的能量的微弱及不穩(wěn)定、節(jié)點中能源獲取存的隨機性等原因，導致無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點連接相對脆弱，難以保持持續(xù)連通，這些都制約了無源物聯(lián)網(wǎng)的應用。

盡管如此，國內(nèi)外仍有一大批的企業(yè)正在努力。正如前文所提，RFID是目前應用最為廣泛且成熟的無源物聯(lián)網(wǎng)應用，因此相關企業(yè)的布局可以參考《IOTE 2021深圳站展商全揭秘， 600 “靚仔們”在如何布局物聯(lián)網(wǎng)》。

RFID以外的技術在無源物聯(lián)網(wǎng)中的應用相對小眾，以下表格整理了目前可查詢到資料的部分企業(yè)的情況：

公司	技術	產(chǎn)品介紹
華為	提出了面向5.5G的無源物聯(lián)網(wǎng)設想，希望5G網(wǎng)絡能將無源物聯(lián)網(wǎng)納入其中，5G無源物聯(lián)網(wǎng)的探索開始。	暫無相關信息
飛英思特	核心技術無源 超低功耗邊緣智能	無線開關、無源無線智能煙感、無源室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測節(jié)點、無源室外微納節(jié)點（溫濕度、氣體監(jiān)測、光照度）、TEG工業(yè)監(jiān)測節(jié)點、自供能AI攝像頭等。這些產(chǎn)品目前已在成都及周邊地區(qū)的園區(qū)、酒店、工廠等多個場景下展開試點，并且還針對在線上電商平臺布局了針對C端消費電子產(chǎn)品的業(yè)務線。
鋮月科技	基于自主研發(fā)的依托 ALLN 協(xié)議，通過采集環(huán)境及人體活動中的聲、光、熱、力等各種形式的能量，將其轉(zhuǎn)化為電能，為低功耗電子產(chǎn)品或系統(tǒng)供電 ( 如傳感器、控制器等 ) ，從而能讓產(chǎn)品及系統(tǒng) " 永久 " 使用。	主要生產(chǎn)智能照明、智能電工等智能家居產(chǎn)品，并提供智能全屋方案。目前擁有智能家庭、智能照明、智能電工以及智能安防這四大產(chǎn)品線，已經(jīng)完成涵蓋20個品類、40款智能家居產(chǎn)品的量產(chǎn)，包括無電池無線開關、通斷器、門鈴搭配門鈴接收器，SOS按鍵搭配安防網(wǎng)關、弱光版的門窗磁、溫濕度傳感器等品類。
Wiliot	通過微型天線，收集環(huán)境中藍牙信號的能量，為傳感器供能	無源藍牙傳感器標簽，標簽的成本在10美分左右，并且用打印機就能生產(chǎn)。
Atmosic	公司宣稱在超低功耗射頻、射頻喚醒和受控能量收集三大技術方面發(fā)力。其中，前者是在藍牙5平臺上實現(xiàn)超低功耗射頻功能；第二項技術是為射頻提供輕度休眠模式和深度休眠模式兩套感知系統(tǒng)；后者目的是保證功能穩(wěn)定可用，同時最大限度減少設備和系統(tǒng)對電池電源的依賴。	目前有兩款藍牙芯片產(chǎn)品，其中其M3系列產(chǎn)品綜合應用這三大技術，支持無電池狀態(tài)下的運行。目前，該公司產(chǎn)品已用于醫(yī)療、穿戴設備等領域。

隨著各類通信技術的發(fā)展，無源物聯(lián)網(wǎng)確實再次引起業(yè)界的高度關注，但是未來能走到哪里還是個未知數(shù)，就讓我們拭目以待吧。

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