賽迪顧問IT新語第8期：無源物聯(lián)網(wǎng)：不接外部電源、不帶電池的物聯(lián)網(wǎng)

第8期總第14期無源物聯(lián)網(wǎng)低成本無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)降低了每個(gè)終端的成本，幾乎不需要維護(hù)。無需內(nèi)置電池情況下，也免去了電池成本。一旦安裝完成，無源傳感器可以長靈活布局此靈活性特點(diǎn)使該技術(shù)在各種應(yīng)用場景中擁有拓展性，拓展了物聯(lián)網(wǎng)可連接設(shè)備數(shù)量的大幅增加，推進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)在感知層實(shí)現(xiàn)概念定義無源物聯(lián)網(wǎng)有別于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)，它利用無源標(biāo)簽和傳感器實(shí)現(xiàn)設(shè)備間通訊的技術(shù)。無源物聯(lián)網(wǎng)的核心優(yōu)勢在于無需內(nèi)置電池、成本低、部署空間靈活等。無源物聯(lián)網(wǎng)通過收集環(huán)境中的微能量，如無線電波能量、熱能、振動(dòng)能等來維持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。該技術(shù)的出現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域是一個(gè)顛覆性改革。由于無需電池的情況下無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過無源射頻識別(RFID)標(biāo)簽就能對物品進(jìn)行識別、根治和管理，所以無源物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)在物流追蹤、環(huán)境監(jiān)測、建筑自動(dòng)化等方面有著重要意義。無源物聯(lián)網(wǎng)概念圖無源物聯(lián)網(wǎng)概念圖管理能量能量管理能量存儲(chǔ)傳感采頭數(shù)據(jù)處理低功耗通信采集供電發(fā)展背景“有源”技術(shù)路線物品受限于空間擺放和靈活分布，難以實(shí)現(xiàn)各種傳統(tǒng)“有源”技術(shù)路線的連接。在千億級萬物智聯(lián)發(fā)展和“雙碳”目標(biāo)的指引下，無源物聯(lián)網(wǎng)成為了該目標(biāo)的主要技術(shù)方案，其特點(diǎn)通過技術(shù)不依賴人工能源，轉(zhuǎn)為自然中獲取能量?，F(xiàn)在無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，不僅產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，技術(shù)路線雖成型但仍處于探索階段，所以該產(chǎn)業(yè)的中下游領(lǐng)域相應(yīng)環(huán)節(jié)的供應(yīng)商數(shù)量較少，但未來發(fā)展空間是巨大的。2024年8月20日第8期總第14期發(fā)展歷程無源物聯(lián)網(wǎng)中最具代表性的RFID技術(shù)源自20世紀(jì)40年代的雷達(dá)技術(shù)。該技術(shù)融合5G基站，提升通信距離與效率并拓展物聯(lián)網(wǎng)邊界，近年來催生出了基于蜂窩的無源物聯(lián)網(wǎng)。2022年，中國移動(dòng)和華為提出了面向5G-A的蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目，為無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的后續(xù)商用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的愈發(fā)成熟，其市場規(guī)模也在不斷擴(kuò)張。專注于開發(fā)無線技術(shù)的以色專注于開發(fā)無線技術(shù)的以色列半導(dǎo)體初創(chuàng)公司W(wǎng)iliot為研發(fā)“無源物聯(lián)網(wǎng)”開始了數(shù)億美元的C輪融資麻省理工學(xué)院自動(dòng)識別實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人“凱文·阿什頓”提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念美國建立的ARPANET是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的先驅(qū)，也是物聯(lián)網(wǎng)的“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”這一年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量首次超過了地球上人口的數(shù)量中國正在加速搶占新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高地“連網(wǎng)冰箱”的數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問整理2024.07技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀無源無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要依靠射頻識別(RFID)、能量收集(EnergyHarvesting)和低功耗傳感技術(shù)，自供電于射頻信號、獲取太陽能等環(huán)境能量，擺脫電池束縛。目前，無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)較為廣泛的用于物流追蹤與管理和環(huán)境監(jiān)測。物流領(lǐng)域，無源RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)貨物實(shí)時(shí)跟蹤管理。環(huán)境監(jiān)測中，無源傳感器部署于極端或難接觸環(huán)境，如大氣、水質(zhì)監(jiān)測，長期工作免維護(hù)，為長期環(huán)境數(shù)據(jù)收集提供便利，推動(dòng)智能化監(jiān)測與管理發(fā)展。無源物聯(lián)網(wǎng)的顛覆性影響無源物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，能源供應(yīng)方式的根本性變革。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備依賴于電池或外接電源來供電，這影響了擺放空間和電池壽命。而無源物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)徹底改變了能源供應(yīng)方式，擺脫了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一直以來對電池和外部電源的依賴，它允許設(shè)備從環(huán)境中捕捉能量來運(yùn)轉(zhuǎn)(如射頻能量、光能、振動(dòng)能等)實(shí)現(xiàn)自我供電。這種能源供應(yīng)方式的變革，不僅減少了供電方面的成本和維護(hù)，并使無源設(shè)備更容易部署在難以觸及的極端或偏遠(yuǎn)環(huán)境中。由此可見，這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的限制，使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)通信模式的創(chuàng)新，和設(shè)備尺寸的突破。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備依賴主動(dòng)通信，需持續(xù)向基站或云端發(fā)送數(shù)據(jù)，能耗較高且設(shè)計(jì)復(fù)雜。而無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用了反向散射通信，通過調(diào)制反射射頻信號傳輸數(shù)據(jù)，擺脫了依賴電池、電源以及相應(yīng)成本。因該技術(shù)無需內(nèi)置電池或復(fù)雜電源管理，設(shè)計(jì)變得簡化，最終設(shè)備形態(tài)與尺寸實(shí)現(xiàn)飛躍，變得輕薄小巧，易于嵌入各類物體中，這大大推動(dòng)了“物物相連”愿景的實(shí)現(xiàn)。這一突破拓寬了其應(yīng)用范圍，從智能家居到工業(yè)監(jiān)測，再到智慧城市等多個(gè)領(lǐng)域，均能見到無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的身影，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與深化應(yīng)用開辟了新路徑。32024年8月20日第8期總第14期無源物聯(lián)網(wǎng)新理念的應(yīng)用場景橋梁和隧道探測：在橋梁與隧道的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方面，無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。通過在橋梁和隧道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)位置部署無需外接電源的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對應(yīng)力狀態(tài)、振動(dòng)情況、位移變化及環(huán)境溫度等關(guān)鍵參數(shù)的持續(xù)監(jiān)控。無源物聯(lián)網(wǎng)巧妙地利用周圍環(huán)境中的能量自給自足，從而保證了長期且穩(wěn)定的監(jiān)測能力。監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，使工程師能夠迅速識別潛在的安全隱患，并視情況采取任何措施，從而有效保障橋梁與隧道的運(yùn)行安全與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。地鐵與軌道交通：當(dāng)前的地鐵與軌道交通領(lǐng)域，無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)通過在軌道、列車以及基礎(chǔ)設(shè)施的核心位置部署無源物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對軌道條件、車輛運(yùn)行狀態(tài)及周圍環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)測。無源物聯(lián)網(wǎng)無需外接電池供電，而是巧妙地利用周圍環(huán)境中的能量自給自足，有效降低了維護(hù)的頻次與成本。借助該技術(shù)采集的數(shù)據(jù)，軌道交通運(yùn)營方能夠迅速洞察系統(tǒng)狀態(tài)，及時(shí)應(yīng)對潛在問題，從而顯著提升了軌道交通系統(tǒng)的安全性與可靠性。這種智能化的監(jiān)測方式不僅優(yōu)化了運(yùn)營效率，也為乘客帶來了更加安全、順暢的出行環(huán)境。智慧倉儲(chǔ)管理：倉儲(chǔ)場景下，無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以特制標(biāo)簽記錄、保存、更新貨物信息，依賴通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)秒級批量數(shù)據(jù)處理。面對海量數(shù)據(jù)交換需求，在通信資源管理上面臨挑戰(zhàn)。而設(shè)計(jì)上，無源物聯(lián)網(wǎng)確保了快速識別無源節(jié)點(diǎn)，規(guī)劃有序數(shù)據(jù)傳輸流程，避免數(shù)據(jù)沖突與干擾。通過優(yōu)化通信資源管理，保障倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)貨物信息的即時(shí)更新與精準(zhǔn)管理，提升整體倉儲(chǔ)效率與服務(wù)質(zhì)量。2024年8月20日第8期總第14期4技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)無源物聯(lián)網(wǎng)在能量收集與轉(zhuǎn)換效率上存在技術(shù)限制。無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備依賴于環(huán)境中的自然能源(如光、振動(dòng)、熱等)作為動(dòng)力源，然而能量轉(zhuǎn)換的過程普遍存在轉(zhuǎn)換效率低下的問題，并且高度依賴于外部環(huán)境條件，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定。因此，提升能源采集效率并確保設(shè)備能在各種環(huán)境條件下穩(wěn)定持續(xù)地運(yùn)行，是當(dāng)前無源物聯(lián)網(wǎng)亟待解決的關(guān)鍵難題。另一方面，由于能量采集技術(shù)的這一瓶頸直接制約了無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的能量儲(chǔ)存能力，使得其儲(chǔ)能容量相對有限。這一限制進(jìn)而影響了設(shè)備的連續(xù)工作時(shí)長和整體可靠性，成為了制約其廣泛應(yīng)用與發(fā)展的另一重要因素。無源物聯(lián)網(wǎng)在通信距離與傳輸速度上存在技術(shù)限制。無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在通信距離上存在明顯的局限性。當(dāng)應(yīng)用場景需要跨越較長距離進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的性能表現(xiàn)可能會(huì)大打折扣，難以滿足遠(yuǎn)距離通信的需求。另一方面，傳輸速率的局限也不容忽視，受限于設(shè)備的能量供應(yīng)，無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸速度