本文來自微信公眾號(hào)“通信世界”，作者/蓋昊。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各類消費(fèi)終端和行業(yè)領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)已經(jīng)突破144億，我國也于去年成為全球主要經(jīng)濟(jì)體中率先實(shí)現(xiàn)“物超人”的國家。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)和綠色低碳經(jīng)濟(jì)的浪潮之下，未來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣度和深度還將進(jìn)一步拓展，向萬物互聯(lián)加速邁進(jìn)。在此背景下，具有功耗、成本、尺寸等方面優(yōu)勢(shì)的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)再次走進(jìn)公眾視野，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)千億級(jí)物聯(lián)網(wǎng)連接的關(guān)鍵技術(shù)。“產(chǎn)學(xué)研”各界正圍繞技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用積極布局，推動(dòng)新型無源物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展。
無源物聯(lián)網(wǎng)由來已久，正在迸發(fā)全新生機(jī)
無源物聯(lián)網(wǎng)是利用環(huán)境能量采集技術(shù)，將周圍可用的信號(hào)和能量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)自身電路的電能，同時(shí)利用以反向散射為核心的通信模式，實(shí)現(xiàn)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)傳遞信息的技術(shù)。相較于其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，無源物聯(lián)網(wǎng)主要具備4方面優(yōu)勢(shì)。
一是節(jié)能環(huán)保，無源物聯(lián)網(wǎng)通過采集環(huán)境能量維持正常工作，不依賴電源供電，有效降低了碳排放，避免了廢棄電池對(duì)環(huán)境的污染。
二是價(jià)格低廉，無源物聯(lián)網(wǎng)省去了電源和高功耗元器件的成本，目前無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽的價(jià)格已經(jīng)能夠控制在0.2~0.3元的水平，遠(yuǎn)低于NB-IoT、LoRa、BLE等低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的模組價(jià)格，有利于物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的進(jìn)一步大規(guī)模提升。
三是尺寸精簡(jiǎn)，無源物聯(lián)網(wǎng)終端無需為電源等硬件預(yù)留空間，形態(tài)更為輕薄美觀，整體更加便攜且易于部署。
四是廣泛適用，無源物聯(lián)網(wǎng)無需考慮常規(guī)電源對(duì)工作環(huán)境的要求，可在高溫、高輻射、高濕度等極端環(huán)境中正常工作，大大拓寬了應(yīng)用場(chǎng)景。
無源物聯(lián)網(wǎng)并不是一個(gè)新興概念。早在20世紀(jì)40年代，雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步就催生了最具代表性的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——RFID，其主要用于軍事領(lǐng)域。1980年后，RFID開始商用，并于2010年進(jìn)入規(guī)模化推廣階段，產(chǎn)品種類不斷豐富，生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降，至今已發(fā)展成應(yīng)用最為廣泛的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。然而，隨著應(yīng)用需求的升級(jí)，RFID逐漸暴露出通信距離短、讀寫能力弱等“短板”。借此契機(jī)，業(yè)界于近期提出了新型無源物聯(lián)網(wǎng)概念——基于蜂窩的無源物聯(lián)網(wǎng)。
與RFID相比，在終端側(cè)，新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)RFID協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，且將工作頻率更改至蜂窩移動(dòng)通信頻段，因此需要基于全新的芯片和天線打造新型無源標(biāo)簽；在讀寫器側(cè)，新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用5G基站替代傳統(tǒng)一體式讀寫器，基于5G基站更高的發(fā)射功率激勵(lì)新型無源標(biāo)簽，使其能夠在更遠(yuǎn)的距離將感知信息直接回傳至5G網(wǎng)絡(luò)，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)和集中調(diào)度，極大地降低了無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的部署成本。與此同時(shí)，無源物聯(lián)網(wǎng)與5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，還將進(jìn)一步拓展移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的范疇和邊界，助力移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)加速發(fā)展。
無源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍正進(jìn)一步擴(kuò)大
憑借在能耗、成本、尺寸等方面的優(yōu)勢(shì)，無源物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了較大規(guī)模的應(yīng)用。當(dāng)前，RFID主要應(yīng)用于商超、零售、鞋服行業(yè)，應(yīng)用場(chǎng)景局限于小型室內(nèi)空間，依賴標(biāo)簽與讀寫器的一對(duì)一通信。得益于新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在通信距離、組網(wǎng)規(guī)模、部署成本等方面的優(yōu)化，無源物聯(lián)網(wǎng)正在倉儲(chǔ)物流、電力、交通、畜牧等更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用。
倉儲(chǔ)物流場(chǎng)景具有移動(dòng)范圍廣、包裹數(shù)量多、數(shù)據(jù)讀取頻繁等特點(diǎn)，RFID不能很好滿足倉儲(chǔ)物流的聯(lián)網(wǎng)需求?；谛滦蜔o源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)室外超100米、室內(nèi)超30米的網(wǎng)絡(luò)通信距離，支持大批量貨物的自動(dòng)化讀取。同時(shí)，新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備規(guī)?；M網(wǎng)與精準(zhǔn)定位能力，有利于實(shí)現(xiàn)大型倉庫中貨物精準(zhǔn)查找與快速流轉(zhuǎn)，顯著提升倉儲(chǔ)物流各環(huán)節(jié)的效率，助力實(shí)現(xiàn)智慧倉儲(chǔ)和智慧物流。根據(jù)國家郵政局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年中國快遞業(yè)務(wù)量達(dá)到1105.8億件，同比增長(zhǎng)2.1%，如此龐大的業(yè)務(wù)量使倉儲(chǔ)物流成為最具潛力的新型無源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。
電力場(chǎng)景具有占地面積廣、站點(diǎn)數(shù)量多等特點(diǎn)，一般要求終端網(wǎng)絡(luò)通信距離超過50米，且具備抗電磁干擾能力以及溫濕度、振動(dòng)傳感能力。為此，可將新型無源標(biāo)簽部署于輸電線路、室外電纜等廣域沿線覆蓋區(qū)域，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)場(chǎng)景傳感能力從無到有的突破。同時(shí)，新型無源標(biāo)簽易與多傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、振動(dòng)等多維度感知能力的集成，為智能電力管理降本增效。
交通場(chǎng)景中非機(jī)動(dòng)車數(shù)量龐大、移動(dòng)速度快、移動(dòng)范圍廣，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端通信距離、網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)切換能力均提出較高要求。新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持廣域連續(xù)組網(wǎng)與精準(zhǔn)定位，通過在非機(jī)動(dòng)車中嵌入新型無源標(biāo)簽，交通管理部門可以更加精準(zhǔn)地管理超速行駛、違規(guī)變道、亂停亂放等不良行為，降低交通事故發(fā)生頻率，提升非機(jī)動(dòng)車智能化監(jiān)管效率。
畜牧場(chǎng)景中牲畜數(shù)量多、活動(dòng)范圍廣，且大多位于室外，5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋條件良好。通過將新型無源標(biāo)簽與生物識(shí)別傳感器相結(jié)合，可大范圍地遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)牲畜的數(shù)量、身體狀態(tài)和行為軌跡，極大提高農(nóng)戶工作效率與便利性。新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還有助于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖、收購、加工、運(yùn)輸、銷售等全環(huán)節(jié)信息的實(shí)時(shí)入網(wǎng)、追蹤和查詢，為牲畜疾病防治、有關(guān)部門監(jiān)督管理提供有效依據(jù)，保障現(xiàn)代畜牧業(yè)的健康發(fā)展。
無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
我國積極開展新型無源標(biāo)準(zhǔn)工作
近年來，無源物聯(lián)網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的趨勢(shì)愈發(fā)受到關(guān)注，帶動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究逐步開展。3GPP已將以蜂窩無源為代表的新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入5G-A技術(shù)體系，預(yù)計(jì)在R19版本中將形成首個(gè)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。我國新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從2016年開始進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)階段，當(dāng)前正在加速搶占新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高地。2020年，由中國移動(dòng)牽頭在CCSA主導(dǎo)成立了國內(nèi)首個(gè)新型蜂窩無源技術(shù)研究項(xiàng)目《基于蜂窩通信的無源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求研究》，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)工作已在TC10開展。
2021年，由OPPO牽頭，中國移動(dòng)、華為、中興、vivo等公司參與的《基于環(huán)境能量的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》研究項(xiàng)目在3GPP SA1開展。2022年，中國移動(dòng)和華為在3GPP RAN提出了面向5G-A的蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目，開啟了蜂窩無源的國際化標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)程。同年，全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)物聯(lián)網(wǎng)分技術(shù)委員會(huì)在前期RFID標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，成立新型超低功耗物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合特設(shè)組，開始推動(dòng)新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。
我國加速引領(lǐng)新型無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新
目前，全球新型無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)整體處于起步階段，我國企業(yè)正積極引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。2022年，中國移動(dòng)推出新型無源物聯(lián)產(chǎn)品“e百靈”，單個(gè)設(shè)備的識(shí)別標(biāo)簽距離突破100米，同時(shí)支持多設(shè)備的連續(xù)組網(wǎng)，可用于中大型室內(nèi)場(chǎng)景的物品、資產(chǎn)、人員綜合管理。今年年初，智匯芯聯(lián)基于自研的Pegasus系列無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽芯片，成功實(shí)現(xiàn)世界首次無源物聯(lián)網(wǎng)芯片與5G基站的通信聯(lián)調(diào)，為新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的后續(xù)商用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
無源物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景及建議
通過分析無源物聯(lián)網(wǎng)的歷史沿革與發(fā)展現(xiàn)狀，不難看出無源物聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展遵循以下趨勢(shì)。一是技術(shù)能力持續(xù)演進(jìn)，無源物聯(lián)網(wǎng)正朝著通信距離提升和讀寫能力增強(qiáng)的方向迭代升級(jí)；二是標(biāo)準(zhǔn)體系更加完善，新型無源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空中接口協(xié)議及測(cè)試、安全等標(biāo)準(zhǔn)的全面覆蓋正在加速；三是產(chǎn)業(yè)能力持續(xù)提升，企業(yè)不斷推出性能更優(yōu)、價(jià)格更低的新型無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品；四是應(yīng)用需求快速增長(zhǎng)，新型無源物聯(lián)網(wǎng)在倉儲(chǔ)物流、電力、交通、畜牧等行業(yè)的應(yīng)用日漸拓展。
在發(fā)展過程中，上述各方面也不免存在相應(yīng)挑戰(zhàn)。技術(shù)上，能量成為限制性能提升的重要因素，影響無源物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步普及；標(biāo)準(zhǔn)上，各國積極入局新型無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定，競(jìng)爭(zhēng)壓力與日俱增；產(chǎn)業(yè)上，地緣政治、芯片短缺等因素將對(duì)無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展帶來負(fù)面影響；應(yīng)用上，目前距離千億物聯(lián)道阻且長(zhǎng)，需持續(xù)轉(zhuǎn)化存量、挖掘增量。
為充分把握無源物聯(lián)網(wǎng)的新一輪增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，建議我國提前做好戰(zhàn)略布局，不斷增強(qiáng)在這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。
第一，應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)攻關(guān)，解決無源物聯(lián)網(wǎng)在能量受限條件下的通信距離增強(qiáng)、覆蓋能力提升、感知能力集成等難題。
第二，應(yīng)加快標(biāo)準(zhǔn)研制，快速形成端到端的新型無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，向國際標(biāo)準(zhǔn)組織輸出具有國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提升在國際上的引領(lǐng)作用和主導(dǎo)地位。
第三，應(yīng)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，加大對(duì)無源物聯(lián)網(wǎng)芯片、天線等核心元器件的研發(fā)投入，加快推出新型無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和解決方案。第四，應(yīng)促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新，加強(qiáng)無源物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)秀案例推廣和企業(yè)宣傳，按需對(duì)已部署的有源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案進(jìn)行替換，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、治理智能化、生活智慧化。
