本文來源：物聯(lián)傳媒

本文作者：市大媽

都說這是一個(gè)萬物互聯(lián)時(shí)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(luò)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(qǐng)加入群聊。

這是為什么？

我們知道，每一個(gè)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(jì)算等）的過程。

如今，隨著無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展讓這類物件加入網(wǎng)絡(luò)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(gè)“源”指的是電源、能量源。

現(xiàn)在備受關(guān)注的“無源物聯(lián)網(wǎng)”，本質(zhì)上是終端節(jié)點(diǎn)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(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，無源物聯(lián)網(wǎng)終端通過采集網(wǎng)絡(luò)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(jì)算。

事實(shí)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(xué)基金正式啟動(dòng)了“無源感知網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”重點(diǎn)項(xiàng)目，資助金額350萬元，希望在傳感方向走出更新、更現(xiàn)實(shí)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?yàn)殡S著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，終端芯片的功耗降低到mW級(jí)甚至更低，再加上能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的不斷升級(jí)，才讓遠(yuǎn)距離通信技術(shù)的能量捕獲和使用進(jìn)入現(xiàn)實(shí)。

為什么需要無源物聯(lián)網(wǎng)？

現(xiàn)實(shí)生活中，我們習(xí)慣了電的存在，對(duì)有源與無源產(chǎn)品感受不到強(qiáng)烈的區(qū)別。但是，對(duì)于每一個(gè)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(fèi)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(dòng)等因素，導(dǎo)致許多應(yīng)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(shì)來看，特別當(dāng)面對(duì)海量物件“上線”的需求，必須要采用“無源”的形式來實(shí)現(xiàn)，因而無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都將是一個(gè)主要推動(dòng)力量。

關(guān)于無源物聯(lián)網(wǎng)，其能量來源可以是光、4G、5G信號(hào)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(shí)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(lán)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(guān)注的方式，因?yàn)橐粋€(gè)正常工作的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要正常運(yùn)作，除獲取工作能量之外，還需將數(shù)據(jù)通過無線電信號(hào)進(jìn)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(hào)，同時(shí)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(yīng)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(guān)注，被稱為是繼Cat.1之后，2021年的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)又一個(gè)新的“風(fēng)口”。

這與各類通信技術(shù)的快速發(fā)展不無關(guān)系。如今，無源物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步延伸，擴(kuò)展基于藍(lán)牙、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT、5G通信技術(shù)的無源互聯(lián)。下圖中關(guān)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(shí)代，解決了數(shù)百億連接規(guī)模的低功耗物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需求，而數(shù)千億無源物聯(lián)網(wǎng)的痛點(diǎn)成為了接下來需要解決的問題。對(duì)于無源物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)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(hào)包圍著，通過這些信號(hào)所能收集的能量雖然非常微量，但對(duì)于大量無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的工作來說已經(jīng)足夠，而且可借助信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回傳。

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

• 基于RFID的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

目前， RFID技術(shù)是我們最為熟悉、應(yīng)用最廣泛的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其原理非常簡單。當(dāng)RFID標(biāo)簽靠近閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，獲得能量。通過收集的這點(diǎn)能量，標(biāo)簽發(fā)送信息，實(shí)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(dá)到每年數(shù)百億的級(jí)別。NFC作為高頻RFID的一種，該技術(shù)在智能手機(jī)中幾乎成為標(biāo)配，也可視為是一個(gè)典型的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。

• 基于藍(lán)牙的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

無源藍(lán)牙低功耗傳感器標(biāo)簽無需供電，也可完成感知、存儲(chǔ)和通信，該標(biāo)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(biāo)簽唯一標(biāo)識(shí)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(lán)牙低功耗傳感器標(biāo)簽，因?yàn)椴恍枰饧与姵?，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(hào)的后向反射通信技術(shù)，當(dāng)附近WiFi路由器發(fā)射功率相對(duì)較高的射頻信號(hào)后，無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)吸收射頻信號(hào)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(shù)早在2016年，美國華盛頓大學(xué)電子工程學(xué)院的研究人員就已研發(fā)出，稱之為Passive WiFi。Passive WiFi無源節(jié)點(diǎn)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(xué)電子工程學(xué)院的研究人員采用線性擴(kuò)頻技術(shù)，提升無源標(biāo)簽回傳能力，并與商用的LoRa設(shè)備兼容，形成基于LoRa的反射調(diào)制系統(tǒng)。在測(cè)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(shí)現(xiàn)無源節(jié)點(diǎn)反射調(diào)制，成功回傳傳感器信息；將無源節(jié)點(diǎn)與射頻源位于同一位置時(shí)，接收器最遠(yuǎn)可達(dá)2.8公里。

• 基于5G的無源物聯(lián)網(wǎng)

  
  

通過5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持無源物聯(lián)，一個(gè)難點(diǎn)是無源終端節(jié)點(diǎn)如何獲取能量，另一個(gè)難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)長距離回傳，尤其是后者的難度更大。因?yàn)闊o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(hào)會(huì)快速衰減。目前在實(shí)驗(yàn)室階段最先進(jìn)的技術(shù)，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(guān)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(diǎn)中能源獲取存的隨機(jī)性等原因，導(dǎo)致無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連接相對(duì)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(yīng)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(yīng)用最為廣泛且成熟的無源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因此相關(guān)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(shù)在無源物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用相對(duì)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(shù)	產(chǎn)品介紹
華為	提出了面向5.5G的無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)想，希望5G網(wǎng)絡(luò)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(guān)信息
飛英思特	核心技術(shù)無源 超低功耗邊緣智能	無線開關(guān)、無源無線智能煙感、無源室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、無源室外微納節(jié)點(diǎn)（溫濕度、氣體監(jiān)測(cè)、光照度）、TEG工業(yè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、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(gè)場(chǎng)景下展開試點(diǎn)，并且還針對(duì)在線上電商平臺(tái)布局了針對(duì)C端消費(fèi)電子產(chǎn)品的業(yè)務(wù)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(dòng)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(gè)品類、40款智能家居產(chǎn)品的量產(chǎn)，包括無電池?zé)o線開關(guān)、通斷器、門鈴搭配門鈴接收器，SOS按鍵搭配安防網(wǎng)關(guān)、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(lán)牙信號(hào)的能量，為傳感器供能	無源藍(lán)牙傳感器標(biāo)簽，標(biāo)簽的成本在10美分左右，并且用打印機(jī)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(shù)方面發(fā)力。其中，前者是在藍(lán)牙5平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)超低功耗射頻功能；第二項(xiàng)技術(shù)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(shí)最大限度減少設(shè)備和系統(tǒng)對(duì)電池電源的依賴。	目前有兩款藍(lán)牙芯片產(chǎn)品，其中其M3系列產(chǎn)品綜合應(yīng)用這三大技術(shù)，支持無電池狀態(tài)下的運(yùn)行。目前，該公司產(chǎn)品已用于醫(yī)療、穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。

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

~END~