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對于物聯(lián)網(wǎng)世界內(nèi)更大一部分終端和傳感器來說，由于節(jié)點數(shù)量巨大、分布廣泛，導(dǎo)致許多應(yīng)用電池更換困難，或者無法直接靠電池供電，這使得供電受限成為其落地的“攔路虎”，因而必須要采用“無源物聯(lián)網(wǎng)”的形式來實現(xiàn)。
未來，物聯(lián)網(wǎng)將是無處不在的，每一件衣服、每一個包裹、每一把鑰匙……幾乎所有的離線物品都將在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的賦能下實現(xiàn)在線。但與此同時，實現(xiàn)萬物互聯(lián)的過程也給產(chǎn)業(yè)界帶來了不小的挑戰(zhàn)，首當(dāng)其沖的便是供電問題。
對于每一個處于物聯(lián)網(wǎng)世界中的物品而言，電源就像“生命”之于人一樣重要，失去電源也就意味著它的“死亡”。
從這個角度來看，不少物聯(lián)網(wǎng)終端和傳感器都需要通過有線連接或者時而更換的電池來維持其“生命”，但對于物聯(lián)網(wǎng)世界內(nèi)更大一部分終端和傳感器來說，由于節(jié)點數(shù)量巨大、分布廣泛，導(dǎo)致許多應(yīng)用電池更換困難，或者無法直接靠電池供電，這使得供電受限成為其落地的“攔路虎”，因而必須要采用“無源物聯(lián)網(wǎng)”的形式來實現(xiàn)。
什么是無源物聯(lián)網(wǎng)
無源物聯(lián)網(wǎng)顧名思義，就是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中可以是無源（Batter Free）的，即節(jié)點自身不配備或不主要依賴于電池/有線等電源供電。當(dāng)然，無源物聯(lián)網(wǎng)不采用電源形式并不意味著它就不需要用電，它是從環(huán)境中獲取能量，從而支撐起物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的感知、無線的傳輸和分布式的計算。
無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是真正能夠覆蓋千億物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的關(guān)鍵技術(shù)之一，因而產(chǎn)業(yè)界也一直對無源物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)發(fā)展保持著高度關(guān)注。
從技術(shù)角度來看，能量收集并不算一種新事物，業(yè)界早在多年前就開始了對該類技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。對于物聯(lián)網(wǎng)，隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模的應(yīng)用，能量收集技術(shù)作為一種可持續(xù)、綠色環(huán)保的供電方式，也為其發(fā)展提供了可行的解決方案。
雖然能量收集轉(zhuǎn)化成的電能并不多，但對于超低功耗的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點卻也完全足夠。目前，能量收集的來源主要有幾種，包括環(huán)境光、震動、熱量或者射頻等。
不過，由于無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點能量不是其固有的，節(jié)點之間通過無線的方式從環(huán)境中收集能量進行能電轉(zhuǎn)換，因而也就存在一定的局限性，其要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知、無線的傳輸以及分布式的計算，都要受到能量的限制。
具體來看，無源物聯(lián)網(wǎng)包含以下幾個特性：
能量震蕩性。無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的能量不再是單一的由高至低的靜態(tài)變化趨勢，由于能量來自于環(huán)境，其呈現(xiàn)出的將是時高時低的動態(tài)狀態(tài)。
節(jié)點失衡性。無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點中能源獲取存在隨機性和不穩(wěn)定性，整個網(wǎng)絡(luò)中能量分布可能并不均衡，也會導(dǎo)致每個節(jié)點的差異。
能源受限性。無源物聯(lián)網(wǎng)獲取能量的方式不同，且所采集的環(huán)境能量非常微弱，一般在納瓦（nW）到微瓦（μW）級，且受到節(jié)點蓄電能力的影響。
連接不確定性。無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點連接性受到各節(jié)點能量的影響。
因而，在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點進行核心任務(wù)的過程中，如何節(jié)省能量，提高任務(wù)效率就不再是第一要務(wù)，如何利用節(jié)點當(dāng)前的能量來盡可能完成多的數(shù)據(jù)感知、傳輸、計算任務(wù)才是其首要目標(biāo)。
可以簡單理解，無源物聯(lián)網(wǎng)是一張“以能量為中心，以數(shù)據(jù)為核心”的無線網(wǎng)絡(luò)。
為什么需要無源物聯(lián)網(wǎng)
日前，一家名為Wiliot的初創(chuàng)公司獲得了軟銀愿景基金領(lǐng)投的2億美元C輪融資，讓無源物聯(lián)網(wǎng)的概念再次火了起來。細(xì)扒其背景，我們會發(fā)現(xiàn)這家成立僅4年的公司的投資機構(gòu)不僅有軟銀，還有高通、三星、AWS、NTT Docomo、Verizon等一眾科技巨頭的影子。
那么，為什么他們?nèi)绱丝粗剡@樣一家微不足道的“小企業(yè)”呢？
答案其實很簡單，Wiliot的產(chǎn)品代表了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域未來規(guī)?；l(fā)展的一個重要方向，而這些公司早就盯準(zhǔn)了這塊蛋糕。
眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)主要分為高速物聯(lián)、中速物聯(lián)和窄帶物聯(lián)三個不同的速率檔位，其中大概占比為“10%-30%-60%”的金字塔分布已經(jīng)成為業(yè)界共識。其中高速物聯(lián)主要通過5G eMBB、LTE Cat.4+來承載，中速率檔位主要以LTE Cat.1來承載，最大盤的窄帶物聯(lián)網(wǎng)則是以NB-IoT、Lora來承載。但這些都是基于有源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而實現(xiàn)的。
這些技術(shù)加起來僅僅能夠支撐起一個百億級的物聯(lián)網(wǎng)連接，而接下來要面臨的卻是千億級的物聯(lián)網(wǎng)連接市場的痛點。
一方面，大量物品并不具備配備電池供電的條件。
以往NB-IoT等LPWAN技術(shù)針對的是大量僅僅發(fā)送低頻、小數(shù)據(jù)包但供電不方便的場景，比如水表、氣表、煙感報警器等，但即便如此，通常LPWAN模組中還是會植入一個小型電池來供電，基本可以做到數(shù)年，甚至10年不用更換電池。
但是，還有海量的物品受限于廉價的成本限制，或者本身就不具備電池供電的條件，比如一些快銷品、物流包裹、產(chǎn)品外包裝、倉庫貨物盤點等等。
另一方面，還有很多行業(yè)對其海量廉價物品有管理需求，但受限于產(chǎn)品體積、成本等多重因素限制，采用有源物聯(lián)網(wǎng)的方式也不適合。
以物流行業(yè)為例，數(shù)據(jù)顯示，2020年我國快遞業(yè)務(wù)量為830億件，若實現(xiàn)每個快件的上線用NB-IoT、Lora等技術(shù)顯然是不可行的，必須要更廉價、無源的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)。
因而，從物聯(lián)網(wǎng)連接發(fā)展的趨勢來看，特別當(dāng)面對海量物品“上線”的需求，無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都將是一個主要推動力量。
無源物聯(lián)網(wǎng)進入商用還遠(yuǎn)嗎
無處不在的物聯(lián)網(wǎng)讓一切實現(xiàn)“信息化”，使得人們越來越能體會到萬物互聯(lián)帶來的奇妙和高效，而無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無疑將是把這一體驗帶入深水區(qū)的關(guān)鍵，并且已經(jīng)在某些領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
上述提到的Wiliot公司，其核心產(chǎn)品為一款小型低成本、自供電的藍(lán)牙傳感器標(biāo)簽。標(biāo)簽僅郵票大小，可以貼在任何產(chǎn)品或包裝上，感知一系列物理和環(huán)境數(shù)據(jù)，并將信息傳輸至網(wǎng)關(guān)、手機或支持低功耗藍(lán)牙（BLE）的設(shè)備上，再發(fā)送至Wiliot云平臺。
在Wiliot的新聞稿中，其聲稱Wiliot IoT Pixels可以集成到疫苗小瓶、食品包裝等中，為供應(yīng)鏈帶來實時透明度，并使品牌商能夠首次了解整個零售渠道的庫存水平。它們甚至可以通過一個高度安全、保護隱私的平臺了解他們的產(chǎn)品在客戶那里的使用情況。
從Wiliot布局來看，這家公司還要將其方案廣泛應(yīng)用于零售、醫(yī)療、食品等供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)，讓所有環(huán)節(jié)都實現(xiàn)在線和可視化。
而在國內(nèi)，也有一家企業(yè)——啟緯智芯提出了基于射頻能量采集技術(shù)實現(xiàn)電子產(chǎn)品“無源化”、“無電池化”的方案。他們面向消費類市場推出了一款無源小吊牌產(chǎn)品，是傳統(tǒng)吊牌和掛飾電子化、信息化后的形態(tài)。當(dāng)用戶想要將自己創(chuàng)作的作品或者任意圖片“投射”到這款小吊牌的屏幕上時，用戶通過NFC就能向其供電，然后利用手機APP連接操作，隨后將物件靠近手機，小屏幕上就會顯示出投影的照片。
除此之外，啟緯智芯還與客戶合作有無源化智能鎖，使用無源化智能鎖不需要指紋或者密碼，只要用手機靠一下就可以刷開鎖。同樣，無源化智能鎖也不需要電池，通過NFC能在戶外苛刻環(huán)境中近乎永久地工作。
另外，成立于2019年的成都飛英思特科技有限公司在2020年9月完成了初代產(chǎn)品開發(fā)，采用其核心技術(shù)無源+超低功耗邊緣智能，推出了用于感知建筑、智慧電力、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)的專業(yè)解決方案。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(wù)線。
據(jù)了解，成都飛英思特科技旗下的智能硬件產(chǎn)品包括了自供能無線開關(guān)、無源無線智能煙感、無源室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測節(jié)點（溫濕度/CO/CO2）、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。
另一家成立于2020年7月的鋮月科技，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?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。
據(jù)新聞稿介紹，鋮月科技的產(chǎn)品主要是基于自主研發(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。
不僅如此，上個月，華為常務(wù)董事、ICT產(chǎn)品與解決方案總裁汪濤在一次公開演講中，還提出了面向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，自此開啟對5G無源物聯(lián)網(wǎng)的探索。
結(jié)尾
總而言之，在方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)推進過程中，“無源化”一定是重要方向之一，無論是基于藍(lán)牙、WiFi、Lora，還是基于蜂窩的NB-IoT，甚至5G，都與之產(chǎn)生了交集，當(dāng)然，在技術(shù)的融合過程中還需要經(jīng)歷一定的過程，并在業(yè)界形成認(rèn)可。
參考資料：
1.《徹底拋棄電池，5G支持無源物聯(lián)網(wǎng)，比NB-IoT影響更廣泛的技術(shù)要來了？》，物聯(lián)網(wǎng)智庫
2.《遠(yuǎn)低于NB-IoT功耗，無源物聯(lián)網(wǎng)才是實現(xiàn)千億級IoT連接的“殺器”！》，物聯(lián)網(wǎng)智庫
3.《深度解析無源物聯(lián)網(wǎng)，它距離千億級的目標(biāo)還有多遠(yuǎn)？》，物聯(lián)傳媒
4.《啟緯智芯周若谷：無源化開啟產(chǎn)品“新玩法”，物聯(lián)網(wǎng)傳感器領(lǐng)域市場前景廣闊 | 鎂客請講》，鎂客網(wǎng)
