來源 | 鮮棗課堂

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繼Cat.1之后，2021年的物聯網行業，又“喜提”了一個新的“風口”。

這個“風口”的名字，叫做“無源物聯網”。

無源物聯網，到底是個啥東東？它和現有的物聯網技術之間，有什么區別？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。

無源物聯網，顧名思義，就是沒有“源”的物聯網。

“源”，就是電源、能量源。

搞過承載網的童鞋，對“無源”肯定非常熟悉。我們常說的無源光網絡（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。

無源物聯網，不是網絡無源，而是終端節點無源。

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

那么，問題來了。終端節點設備，有傳感器需要產生數據，有芯片需要計算，有模組需要收發信號。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。

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“無源物聯網”的討論重點。

現在大家熱議的“無源物聯網”，主要是指基于無線電磁能量捕捉技術的物聯網。

也就是說，是指物聯網終端通過采集網絡側發射過來的無線電波，捕捉和收集能量的物聯網技術。

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）。

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，標簽發送信息，實現與閱讀器的通信。

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。

當時特別火，數米半徑內，單設備5W隔空充電。

其實，RFID，就是一種無源物聯網。

現在，在RFID的基礎上，無源物聯網希望進一步延伸，擴展基于Wi-Fi、藍牙、3G、4G甚至5G通信技術的無源互聯。

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，是在感應場區域內完成的，距離很短。

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。

微帶陣列天線

在以前，這都是不可想象的事情。現在，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。

無源物聯網，還有幾個典型的特性：

• 能量震蕩性

無源物聯網節點的能量不再是單一的由高至低的靜態變化趨勢，由于能量來自于環境，其呈現出的將是時高時低的動態狀態。

• 節點失衡性

無源物聯網節點中能源獲取存在隨機性和不穩定性，整個網絡中能量分布可能并不均衡，也會導致每個節點的差異。

• 能源受限性

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

• 連接脆弱性

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

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，制約了無源物聯網的應用。

人們基于RFID的成功，產生了對無源物聯網的美好憧憬。

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網應用，還是處于初級階段。

今年新冒出來的幾個無源物聯網明星企業及其研究成果，基本上以NFC和藍牙為主。

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，可以實現無源設備供電和傳輸數據。他們正在研發除了Passive WiFi的無源技術，并進一步將該技術用于LoRa中，實現數百米長距離無源節點傳輸。

至于4G/5G的無源物聯網，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創新產業峰會上，提出了面向5.5G的無源物聯網設想，希望5G網絡能夠實現無源物聯網。

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

無源物聯網為什么會火？

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，蜂窩物聯網的應用場景，分為高速、中速、低速。

“631”結構

低速物聯網的主流技術，是NB-IoT、LoRa等。

在原定的發展規劃，NB-IoT已經算是最“low”的蜂窩物聯網技術了。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，人們發現，想要實現千億級別的物聯網連接，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“無源物聯網”，把物聯網的網，撒得更大。

又加了一級

無源物聯網的最大優勢，就是完全不需要電池。

NB-IoT每10年換一次電池（理想情況下），無源物聯網終身不需要。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，有利于環保。單個電池雖然很小，但千億級的數量規模，環保影響不容小覷。

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，無源物聯網是一個非常不錯的發展思路。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！

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