隨著物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)的深入應用,在一些場景中大規(guī)模部署受到環(huán)境、成本、節(jié)能環(huán)保等限制,傳統(tǒng)供電方式無法滿足需求,無源物聯(lián)網(wǎng)成為有效解決方案,也將成為未來5G Advanced和6G技術體系中的重要組成部分。本文通過對無源物聯(lián)網(wǎng)的需求和場景進行研究,分析無源物聯(lián)網(wǎng)核心技術,并梳理了無源物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化創(chuàng)新的進展,系統(tǒng)性總結了當前無源物聯(lián)網(wǎng)的技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,為業(yè)界在這一領域的研究提供參考。
“本文首發(fā)于《中國電信業(yè)》2022年第10期”
0 引言
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術與各行業(yè)深入融合,物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模增長迅速。2020年底,全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)達到113億,首次超越了包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦、臺式電腦以及固定電話在內的非物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù),預計到2025年連接數(shù)將超過270億[1]。
過去10余年,降低終端節(jié)點功耗一直是物聯(lián)網(wǎng)核心研究方向之一,催生了多項創(chuàng)新技術并形成相關標準。在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)領域,第三代移動通信標準化組織(3GPP)針對LTE的優(yōu)化和剪裁,形成了LTE Cat 1、LTE Cat M以及NB-IoT標準,5G R17版本標準中引入了RedCap(縮減能力終端),也是為了降低接入5G網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)終端功耗;在非授權頻譜物聯(lián)網(wǎng)領域,LoRaWAN、Sigfox等標準支撐了大量低功耗終端快速接入,WiFi、藍牙等均開發(fā)低功耗技術來支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,如WiFi聯(lián)盟推出的WiFi Halow標準。
以上各類低功耗的技術和標準,支持海量物聯(lián)網(wǎng)的接入,成為滿足大連接的主力,業(yè)界已經(jīng)形成共識。不過,現(xiàn)有低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術大部分需普通電池或紐扣電池供電,百億級物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點意味著需要消耗百億級電池,這并不符合低碳經(jīng)濟的要求,同時,現(xiàn)有技術無法滿足很多不具備電池供電條件場景的需求,無源物聯(lián)網(wǎng)正是解決這些需求的有效手段。
萬物互聯(lián)的愿景首先需要對物理世界進行有效感知,廣泛部署海量的傳感節(jié)點。在多個行業(yè)應用實踐中,電池供電的有源節(jié)點在大量場景部署時會受到明顯限制,需要免電池的無源物聯(lián)網(wǎng)方案。目前,無源物聯(lián)網(wǎng)的多個場景需求已逐漸清晰,這些場景擁有遠高于現(xiàn)有低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術所能支持的節(jié)點數(shù)。因此,無源物聯(lián)網(wǎng)將成為支撐更大規(guī)模連接的主力。
1.1 有源傳感節(jié)點部署面臨的痛點
當前,大多數(shù)無線傳感節(jié)點是通過電池供給能量,而這些有源傳感節(jié)點面對很多海量部署場景時,其弊端逐漸暴露,多方面痛點制約了物聯(lián)網(wǎng)向著更廣闊場景的擴展。
(1)低碳經(jīng)濟的要求
從低碳環(huán)保角度看,若未來大部分傳感器節(jié)點都采用電池作為能量源,當能量耗盡后,遺留在環(huán)境中的廢棄電池會對環(huán)境造成污染,因此業(yè)界需要發(fā)展綠色物聯(lián)網(wǎng)技術,支持海量物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點接入的同時,不會造成更高碳排放或污染。
(2)極端環(huán)境部署受限
在大量極端的環(huán)境中,無線傳感網(wǎng)絡的部署具有重要意義,但這些場景往往不適合供電或更換電池,主要包括兩類環(huán)境:一類是人們很難長期活動的場所,如森林、山丘、戰(zhàn)場等場所,對這些場所部署大量無線傳感節(jié)點,將對森林防火、災情監(jiān)測、山體滑坡、敵情偵查等產(chǎn)生至關重要的作用,然而這些場所分布地域廣且往往人跡罕至,無線傳感節(jié)點若采用電池供電,電量耗盡后對其補充能量的成本極高;另一類是相對惡劣的工作環(huán)境,如工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場、高壓電站、鍋爐泵房等監(jiān)測場景,面臨著高空、高溫、高輻射等極端環(huán)境,不利于對傳感節(jié)點進行電池更換。
(3)極低成本的限制
近年來,雖然低功耗廣域網(wǎng)絡(LPWAN)的快速發(fā)展,已經(jīng)大幅降低了節(jié)點成本,但相關模組成本依然在10-20元人民幣區(qū)間,進一步下降的空間非常有限。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用場景的擴展,一些低價值物品的場景也產(chǎn)生了連接的需求,這些場景往往擁有海量的終端,但單個終端的價值并不高,如對物流包裹的追蹤,這就要求傳感和通信模組能夠做到極低成本。在實踐中,需要在保持感知和通信性能基礎上,對原有節(jié)點進行大幅裁剪,減少多個器件的使用,才能實現(xiàn)成本的實質性下降,電池也將成為裁剪的對象。
(4)終端尺寸的限制
在很多場景中,終端尺寸也是制約應用部署的因素。例如,一些植入體內的芯片對尺寸要求非常嚴苛,對電池和其他器件的剪裁能夠明顯減少終端體積;又如,在物流和倉儲管理中,往往需要以標簽的形態(tài)貼在物品上,對標簽厚度的要求使其無法進行電池供電。
這些相應的痛點存在,需要無線傳感節(jié)點在其生命周期內可以滿足免維護、低功耗、低成本、小尺寸、環(huán)保的需求,這些正是無源物聯(lián)網(wǎng)所要解決的問題。
1.2 無源物聯(lián)網(wǎng)主要場景
過去幾年,物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者對物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的三個不同速率檔位分類已形成共識,即高速物聯(lián)、中速物聯(lián)和低速物聯(lián)。其中,高速物聯(lián)主要通過5G eMBB、4G Cat.4+、WiFi 6等技術來承載,中速物聯(lián)目前主要通過4G Cat.1、3G、2G等技術來承載,低速物聯(lián)主要由NB-IoT、LoRaWAN、BLE等技術來承載,不同速率同時也對應不同功耗等級,形成明顯的三大類場景,也面對三類不同量級的物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)。
業(yè)界比較熟悉的低速物聯(lián)標準NB-IoT、LoRaWAN、BLE等可以支撐百億級連接,中速和高速物聯(lián)標準能夠帶來的連接規(guī)模遠低于低速物聯(lián)連接規(guī)模。在以上三類物聯(lián)網(wǎng)場景基礎上,無源物聯(lián)這一類別將成為千億級物聯(lián)網(wǎng)連接場景的主要來源(見圖1)。
圖1 不同分類檔物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模
業(yè)界對無源物聯(lián)網(wǎng)開展了前期探索,一些場景已逐漸明晰,如快消品、物流包裹、產(chǎn)品外包裝、倉庫貨物盤點等需要聯(lián)網(wǎng)的場景,構成了千億級無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的基礎。OPPO研究院發(fā)布的《零功耗通信白皮書》中,總結了無源物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)傳感器網(wǎng)絡、智能交通、智慧物流、智能倉儲、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、能源領域等應用以及面向個人消費者的智能穿戴、智能家居以及醫(yī)療護理等方面的應用。目前,一些企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)小范圍落地,包括物流倉儲管理、藥品追蹤等場景。
以物流為例,國家郵政局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示,2021年全年,我國快遞業(yè)務量達1083億件,同比增長29.9%,包裹數(shù)量占全球一半以上。通過超低成本的無源物聯(lián)網(wǎng)方案,其中相當比例的包裹可以實現(xiàn)有效追蹤,則這一領域每年就能實現(xiàn)海量連接。
無源物聯(lián)網(wǎng)主要是通過能量采集、反向散射通信、低功耗計算三方面技術來實現(xiàn)。其中,能量采集和反向散射通信是無源物聯(lián)網(wǎng)方案實現(xiàn)的必選技術,部分簡單的方案主要是實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)直接上傳,不一定需要太多計算資源,因此本節(jié)主要討論前兩個技術。
2.1 能量采集技術
無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)并不意味著無需能量供給就能工作,而是基于自供能的設計,形成長期穩(wěn)定的能量來源驅動傳感器節(jié)點感知和通信。自供能主要是通過環(huán)境能量采集技術來實現(xiàn),外界環(huán)境中存在著很多能量來源,能量采集技術將其采集并轉化為可供傳感節(jié)點工作的能量,也滿足低碳經(jīng)濟的要求。主要的能量采集技術包括:
(1)環(huán)境光能采集:太陽能是最為常見的環(huán)境光能,環(huán)境光能量采集技術可以將太陽能轉化為電能,當前太陽能光伏發(fā)電已初具規(guī)模,為未來能源結構變化做出貢獻。當然,環(huán)境光能采集的局限性非常明顯,對光能量收集的強度往往受時間、天氣等外界因素的影響。
(2)振動能量采集:震動能廣泛存在于橋梁、樓宇、車輛、機器、家電等場合,震動能技術可以通過多種方式進行能量轉換,如壓電轉換、靜電轉換和磁電轉換等。其中,靜電轉換方式是借助靜電感應將機械能轉化成電能;壓電轉換方式是通過壓電效應發(fā)電,借助初始的電壓差進行設備供電的能量轉換;磁電轉換方式通過振動使導體切割磁感線產(chǎn)生能量。
(3)熱能采集:熱能轉化一般基于熱電材料的賽貝克效應,根據(jù)兩個不同導體接合處的溫度差而產(chǎn)生電壓。一些可穿戴設備在探索使用熱能采集技術,將人體作為發(fā)熱端,環(huán)境作為冷的一端,高低溫度之間的差值決定產(chǎn)生的能量大小。
(4)射頻能量采集:射頻能采集的能量可以來源于移動通信基站、電視塔、WiFi路由器、微波爐等,我們每天被這些射頻信號包圍,可以隨時作為能量來源。其基本原理是通過電磁感應實現(xiàn)對空間電磁波能量的采集,本質是將射頻能量轉化為直流電壓,以有效地用于對感知節(jié)點負載電路的驅動。
由于環(huán)境本身的特點,各類能量采集技術獲得的能量密度差別很大,以下為典型場景下四類環(huán)境能量的密度[2]。
環(huán)境能量采集存在著很多技術挑戰(zhàn),集中體現(xiàn)在能量微弱和隨機性明顯,尤其是大部分情況下僅有微瓦級的能量供應,在這樣的條件下驅動傳感器數(shù)據(jù)采集、通信和計算的穩(wěn)定工作是一項巨大的挑戰(zhàn)。因此,除了采集外,也需要對這些微弱能量進行有效管理,一般來說,能量采集系統(tǒng)的基本模塊包括三部分[3]:
換能部分:能量轉換器件從不同環(huán)境來源中獲取能量并轉化為電能,如熱電裝置轉化熱能、壓電元件轉化振動動能等;
電源管理部分:電源管理電路通常由穩(wěn)壓器組成,根據(jù)系統(tǒng)的要求對微弱能量進行管理;
能量儲存部分:轉換的能量可以直接為感知節(jié)點供電,也可以被存儲到能量存儲單元中供將來使用,有利于持續(xù)性為感知節(jié)點供電。
其中,射頻能量雖然能量密度低,但由于傳感節(jié)點數(shù)據(jù)需要借助射頻傳輸,借助環(huán)境射頻信號,可以同時解決能量獲取和信號傳輸調制兩個功能,因此成為無源物聯(lián)網(wǎng)研究的重點。射頻能量采集研究經(jīng)歷了多年的探索,射頻能量的強度、能量轉換效率、供能穩(wěn)定性、系統(tǒng)兼容性等一直是其設計中最關注的問題,也給射頻能量采集帶來諸多挑戰(zhàn)。
2.2 反向散射通信技術
從環(huán)境獲取的能量可驅動感知節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸和無線通信,當前主流的低功耗物聯(lián)網(wǎng)通信芯片(如BLE、LoRa、NB-IoT)的收發(fā)功耗都在數(shù)十毫瓦甚至數(shù)百毫瓦級別,而環(huán)境能量采集獲取能量僅有微瓦級,無法驅動這些類型節(jié)點工作,因此需要全新的無線通信技術,使通信能耗下降至數(shù)十微瓦甚至十微瓦以下,目前主流的方式采用反向散射通信技術。
反向散射通信是利用射頻信號反向散射原理,設計出極低功耗的調制與傳輸技術。反向散射通信最早由Stockman提出[4],由于射頻信號到達物體表面時一部分會被反射,而發(fā)送節(jié)點按照擬發(fā)送信息調整接收天線和阻抗之間的匹配,增強對入射射頻信號的反射,并將自身獲取的感知數(shù)據(jù)調制到該反射信號上,完成對數(shù)據(jù)的發(fā)送。這一過程類似于反光鏡,相對于其他通信技術,反向散射通信無需復雜的射頻結構,減少功率放大器、高精度晶振、雙工器、高精度濾波器等器件使用,也不需要復雜的基帶處理[5],因此,能夠簡化終端設計,大幅降低終端節(jié)點成本。
反向散射通信已經(jīng)廣泛應用于RIFD(射頻識別)系統(tǒng)中,形成很多規(guī)?;逃玫陌咐F涔ぷ髟硎墙邮諜C(一般為RFID閱讀器)發(fā)送射頻激勵信號,激活無源節(jié)點(一般為RFID電子標簽),電子標簽利用反向散射通信將自身信息調制到該射頻信號上,閱讀器接收到無源電子標簽的反射信號并進行解調,實現(xiàn)信息傳輸(見圖2)。
不過,以RFID為代表的傳統(tǒng)反向散射通信技術存在多方面的不足,集中表現(xiàn)在:一方面,射頻激勵信號源和接收機位于同一設備中,導致發(fā)射和接收自干擾而限制通信距離;另一方面,該系統(tǒng)需要專用的射頻激勵信號來源,限制了無源物聯(lián)網(wǎng)部署的區(qū)域和場景。因此,業(yè)界提出了環(huán)境反向散射通信技術[6],即利用周邊環(huán)境中廣泛存在的射頻信號,如蜂窩基站、WiFi路由器、電視塔等作為射頻信號來源,向無源節(jié)點發(fā)送激勵信號,結合射頻能量采集技術,無源節(jié)點可以從環(huán)境射頻信號源獲取足夠能量,完成數(shù)據(jù)調制并主動向接收機發(fā)送信號(見圖3)。通過這一設計,能夠顯著降低干擾和功耗,大幅提升通信距離。
雖然環(huán)境反向散射通信是無源物聯(lián)網(wǎng)最為理想的通信技術,但仍然存在諸多技術挑戰(zhàn),限制其大規(guī)模應用。這些挑戰(zhàn)包括更加輕量級的調制和編碼技術、更高效的多址方式、更靈活的資源管理方式、更輕量協(xié)議棧、更輕量安全管理機制以及簡化的網(wǎng)絡架構等,每一項挑戰(zhàn)都需要投入大量資源進行研發(fā)和工程化試驗[5]。
以靈活的資源管理方式為例,無源物聯(lián)網(wǎng)面向的很多場景典型特點是傳感器節(jié)點的海量、密集部署,例如在倉儲環(huán)境中,大量的貨物需要頻繁在一個固定倉庫進行儲存、盤點,產(chǎn)生海量倉儲信息,一般會將無源物聯(lián)網(wǎng)標簽貼在包裹或貨物上面,便于記錄、保存、更新貨物的信息。在這一場景下,智慧倉儲管理要求通信技術支持批量讀取、寫入標簽數(shù)據(jù)的能力,如在數(shù)秒內完成數(shù)千乃至上萬節(jié)點數(shù)據(jù)讀取上報,這種短時間、小范圍內海量終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?,對通信資源管理能力形成巨大壓力。資源管理設計中,一方面必須考慮所有無源節(jié)點身份如何快速識別,另一方面必須考慮節(jié)點數(shù)據(jù)在有限信道的有序傳輸,從而避免數(shù)據(jù)碰撞和干擾。當前,NB-IoT、LTE Cat M等成熟的物聯(lián)網(wǎng)通信技術無法支持這一要求,因此要求無源物聯(lián)網(wǎng)在能源供給非常有限的前提下,變革資源管理方式。
2.3 低功耗計算技術
由于無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點需要在終端側進行簡單的資源管理、控制、編碼以及加密,因此也需要極低功耗的計算技術。這一領域主要集中在低功耗計算芯片的研究上,而低功耗計算芯片已形成階段性成果,具備很多成熟方案。例如,目前一些成熟的低功耗MCU(微控制單元)和傳感器芯片能夠達到微瓦級別的能耗,能夠為無源物聯(lián)網(wǎng)提供支持,相應的無源物聯(lián)網(wǎng)技術方案廠商也在低功耗計算領域深入研發(fā),進一步降低計算的功耗。
嚴格來說,RFID是無源物聯(lián)網(wǎng)其中一個技術方向,也是截至目前商業(yè)化最為成果的無源物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)態(tài)。不過,RFID存在的嚴重依賴專門閱讀器、有效通信距離短等短板,使其應用場景非常受限?;诃h(huán)境能量收集和環(huán)境反向散射技術的系統(tǒng)是未來無源物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心方向,各類無源物聯(lián)網(wǎng)領域的典型企業(yè)也主要是在這兩個方向上進行創(chuàng)新和商業(yè)化。
3.1 環(huán)境能量采集:芯片化提供通用供能模塊
環(huán)境能量采集技術已有多年的商用化歷程,目前這一領域多家代表性的企業(yè)均通過芯片化的形式將其環(huán)境能量采集技術封裝起來,形成通用的供能模塊,為各類無源感知節(jié)點提供能源收集、儲存、管理的功能。
近兩年,能量采集技術的創(chuàng)新逐漸得到國內外市場的認可。例如,國內一家名為飛英思特的廠商在環(huán)境能量采集技術上進行創(chuàng)新,推出多款微能管理模塊產(chǎn)品,可以對微光能、射頻能量、壓電、溫差能進行采集、轉換、管理,為無源節(jié)點解決能量來源;海外也有多家典型企業(yè),如Atmosic公司核心技術為受控能量收集,并基于藍牙5平臺,開發(fā)出超低功耗無源藍牙芯片;另一家名為Wiliot的廠商,借助射頻能量采集技術,將自供電管理單元與超低功耗藍牙MCU和傳感器接口集成到一個芯片上,借助其能量轉化和管理的效率,該芯片還配備存儲器和安全加密引擎,形成一款具備感知、計算和通信功能的無源物聯(lián)網(wǎng)器件。
在部分需要電池供電的場景,這一通用供能模塊的方案一定程度上替代了傳統(tǒng)的電池,給這些場景帶來了永久供電的方案,大幅降低維護成本,延長了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點生命周期。例如,荷蘭一家名為Nowi的半導體廠商推出的能量采集芯片就與多家物聯(lián)網(wǎng)芯片廠商NB-IoT解決方案合作,形成自供電NB-IoT平臺,通過其環(huán)境能量采集芯片為NB-IoT傳輸提供無限期的能量來源。
3.2 環(huán)境反向散射通信:從局域通信向廣域通信擴展
相比于環(huán)境能量收集技術,環(huán)境反向散射通信技術的商用化進程相對緩慢,目前有部分初步商業(yè)化。隨著無源物聯(lián)網(wǎng)需求增加和相關技術的突破,環(huán)境反向散射通信從最初的僅有米級的局域通信距離,向著百米級甚至公里級的廣域通信距離擴展。近年來的技術探索主要包括:
(1)基于WiFi的反向散射通信
美國華盛頓大學電子工程學院的研究人員在2016年研發(fā)出一種全新的WiFi技術,稱之為Passive WiFi[7]。該技術基于反向散射通信,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)點傳輸速率為1Mbps和11Mbps的數(shù)據(jù)時,所消耗的電量分別僅為14.5μW和59.2μW,只有正常WiFi節(jié)點電量消耗的萬分之一,而且能夠實現(xiàn)30米的回傳距離,甚至有一定的穿墻能力。
(2)基于LoRa的反向散射通信
同樣是美國華盛頓大學電子工程學院的研究團隊,在一篇論文中闡述了其將反射調制技術擴展到遠距離傳輸?shù)南到y(tǒng)中[8],研究人員利用了LoRa信號高靈敏度和擴頻編碼技術,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的反射調制系統(tǒng)。在測試中,研究人員成功的從射頻源和接收器之間相隔475米的任何位置實現(xiàn)無源節(jié)點反射調制并回傳傳感器信息。若將無源節(jié)點與射頻源置于同一位置時,接收器最遠可部署在2.8公里處,實現(xiàn)了遠距離的傳輸。在這個過程中,節(jié)點消耗的電量僅為10μW級別,研究人員估計大規(guī)模使用后每一節(jié)點標簽的成本僅為10-20美分。
(3)基于蜂窩網(wǎng)絡的反向散射通信
5G Advanced和6G系列技術中,無源物聯(lián)網(wǎng)已明確為其中方向之一。在5G和6G大規(guī)模蜂窩基礎設施部署的基礎上,無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點擁有大量射頻來源,支持無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點大規(guī)模部署和集中控制。
2021年9月,3GPP RAN#93e全會期間討論了R18版本的候選課題,其中無源物聯(lián)網(wǎng)就被多家代表提出。2021年12月召開的3GPP RAN#94e全會上,與會相關代表對無源物聯(lián)網(wǎng)關注點和技術反向進行多輪深入討論[9],其中反向散射通信就是重要候選技術。當前,業(yè)界對6G的愿景、技術和場景討論中,無源物聯(lián)網(wǎng)被認為是6G時代的典型場景,反向散射技術為實現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)提供了可能[10],而反向散射通信技術也與6G的很多候選技術融合,構建綠色節(jié)能的下一代通信網(wǎng)絡[5]。
3.3 無源物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新和商用發(fā)展思考
近期,國內產(chǎn)學研各界對無源物聯(lián)網(wǎng)的關注達到了一個新高度,組織了多場研討會。綜合近期動態(tài),不難發(fā)現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)形成了以下趨勢:一是需求不斷提升,此前廣泛應用RFID的領域,對于擺脫讀寫器、提升傳輸距離的新型無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)充滿期待,其他相關領域也高度關注,在物流、倉儲、醫(yī)療、工業(yè)等行業(yè)形成潛在市場;二是融合性技術應用快速發(fā)展,根據(jù)不同場景和環(huán)境條件,相關企業(yè)和研究人員設計多種靈活性技術組合,形成低成本、高效支持無源物聯(lián)網(wǎng)部署,如根據(jù)不同環(huán)境條件,靈活調節(jié)能量采集技術和通信距離的方案;三是不同組織開始爭奪技術主動權,在3GPP RAN全會討論中,多個代表提出3GPP陣營現(xiàn)有的技術無法支持無源物聯(lián)網(wǎng)的愿景,需要進一步增強3GPP陣營在該領域的技術和標準輸出,形成對其他技術組織的競爭優(yōu)勢。
面對新型無源物聯(lián)網(wǎng)帶來的廣闊市場前景,我國產(chǎn)業(yè)界應及時布局,持續(xù)提升我國在該領域的實力。第一,積極進行前沿技術研發(fā),聚焦當前無源物聯(lián)網(wǎng)商用中面臨的主要技術難點,進行技術攻關,并積極參與3GPP等國際組織的標準制定,形成技術和標準的“中國力量”;第二,積極推進政產(chǎn)學研合作,擴大無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài),尤其是在無源物聯(lián)網(wǎng)芯片、讀寫設備、控制平臺等環(huán)節(jié)增加自主創(chuàng)新企業(yè)數(shù)量和比例,擺脫傳統(tǒng)RFID產(chǎn)業(yè)以代工為主的局面;第三,發(fā)揮中國廣闊市場優(yōu)勢,充分挖掘潛力,推進規(guī)?;痉稇茫鹘y(tǒng)有源方案進行部分替代。
4 結語
降低節(jié)點功耗一直以來是物聯(lián)網(wǎng)領域最關心的話題之一,無源物聯(lián)網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點擺脫電池依賴、實現(xiàn)持續(xù)供能提供新的思路。本文從有源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點在海量連接部署中存在的短板出發(fā),分析多個領域對無源物聯(lián)網(wǎng)的需求、場景和連接規(guī)模,并重點對環(huán)境能量采集技術和反向散射通信技術等無源物聯(lián)網(wǎng)核心技術進行研究,在此基礎上整理了當前產(chǎn)業(yè)界對無源物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新和商業(yè)化的進程。無源物聯(lián)網(wǎng)雖然目前仍處于商用初級階段,但這一領域已受到高度關注,隨著5G Advanced和6G研究的進展,無源物聯(lián)網(wǎng)將成為支撐千億級連接規(guī)模的核心技術。
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