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到底‘di’什么是“无源物联网‘wang’”?

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本文来自微信民众号:鲜枣课堂(ID:xzclasscom),作者:小枣君,头图来自:unsplash


继Cat.1之后,2021年的物联网行业,又“喜提”了一个新〖xin〗的“风口”。


这个“风口”的名字,叫做“无源物联网”(Passive IoT)


无源物联网,到底是个啥东东?它和现有的物联网手艺之间,有什么区别?它是真的有黑《hei》科技?照样资源又在炒作?


一、什么是无源物联网


无源物联网,顾名思义,就是没有“源”的物联网。


“源”,就是电源、能量源。


搞‘gao’过承载网的童鞋,对“无源”一定异常熟悉。我们常说的无源光网络(PON)、无源波分(WDM),都涉及到“无源”。


说白了,无源,就是不接外部电源、不带电池。



无源物联网,不是网络无源,而是终端节点无源


也就是说,网络没啥转变,而连入网络的终端节点装备,不带电源线,也没有内置电池。


那么,问题来了。终端节点装备,有传感器需要发生数(shu)据,有芯片需要盘算,有模组需要收发信号。没有电源,谁来提供干活的能量呢?


着实,所谓“无源”,并〖bing〗不是终端节点不用电,而是换了一种获取电(能量)的方


人人应“ying”该很快会想到,太阳能,就是一种获取电(能量)的常用方式。


通过光伏面板,将太阳能转化成电能,贮备使用。


除了太阳能之外,尚有动能和热能。


例如,有的共享单车,就带有发电模块。你踩踏板的时刻,就给智能车锁充了“liao”电。


尚有一些遥控器,接纳按压式发电。你按的时刻,通过‘guo’机械力发生质料形变,动能酿成电能,驱动装备事情。


注重!上述所说的太阳能、动能、热能,都不是我们今天“无源物联网”的讨论重点。


现在人人热议的“无源物联网”,主要是指基于无线电磁能量捕捉手艺【yi】的物联网


也就是说,是指物联网终端通过采集网络侧发射过来的无线电波,捕捉和网络能量的物联网手艺。



人人想到了啥?


我以为,许多人一定想到了RFID,也就是Radio Frequency Identification(射频识别)


RFID


我们俗称的电子标签,就接纳了RFID手艺。


RFID的原理很简朴,当标签靠近阅读器后,吸收阅读器发出的射频信号(hao),发生感应电流,获得能量。通过这点能量,标签发送信息,实现与阅读器的通讯。



除了RFID之外,我还想到了一个手艺。那就是小米去年推出的隔空无线充电手艺。



那时稀奇火,数米半径内,单装备5W隔空充(chong)电。


着实,RFID,就是一种无源物联网。


现在,在RFID的基础上,无源物联网希望进一步延伸,扩展基于Wi-Fi、蓝牙、3G、4G甚至5G通讯手艺的无源互联。


二、无源物联网的手艺挑战


人人都知道,RFID是异常成熟的手艺。RFID之以是能够正常事情,最要害一点在《zai》于,标签和阅读器的距离很近。


距离越远,电磁能量的密度越低,获取能量的难度越大。


RFID属于感应耦合(he),天线的形状是线圈,电磁能量的传送,是在感应场区域内完成的,距离(li)很短。


线圈


Wi-Fi、蓝牙事情距离远大于RFID,3G/4G/5G更远。这就不是感应场,而是辐射场。


辐射场接纳的天线手艺,主要是偶极《ji》子天线或微带天线。想要在辐射“she”场中,借助这些天线完成电磁能量的传送,难度极大。


微带阵列天线


在以前,这都是不能想象的事情。现在,随着 zhuo[半导体手艺的提高,终端芯片的功耗降低到mW级甚至更低,再加上能量转换手艺的不停升级,才让远距离通讯手艺的能量捕捉和使用成为一种可能性

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无源物联「lian」网,尚有几个典型的特征:


  • 能量震荡性


无源物联网节点的能量不再是单一的‘de’由高至低的静态转变趋势,由于能量来自于环境,其出现出的将是时高时低的动态状态。


  • 节点失衡性


无源“yuan”物联网节点中能源获取存在随机性和不稳固性,整个网络中能量漫衍可能并不平衡,也会导致每个节点的差异。


  • 能源受限性


无源物联网获取能量的方式差异,且所采集的环境能量异常微弱,一样平常在纳瓦(nW)到微瓦(W)级,且受到节点蓄电能力的影响。


  • 毗邻懦弱性


无源物联网的网络连通性直接受各节点能量的影响。当某些节点的能量低于一定水平时,这些节点则成为伶仃节点,导致网络不连通。由于能量的震荡性,网络的连通性是懦弱的,时断时续,难以保持一直连通。


人人都看出来了,这些都不是什么好特征,都是瑕玷。这些瑕玷,制约了无源物联网的应用。


三、无源『yuan』物联网的研究希望


人们基于RFID的乐成,发生了对无源物联网的美妙憧憬。


然则,我们仍需注重到,现在我们在媒体上可以看到的无源物联网应用,照样处于低级阶段。


今年新冒出来 lai[的几个无源物联网(wang)明星企业及其研究功效,基本上以NFC和蓝牙为主。



关于Wi-Fi的,现在看到一篇关于“美国华盛顿大学电子工程学院”的报道。


他们的研究职员提出,通过对射频信号的反射调制手艺,可以实现无源装备供电和传输数据。他们正在研发除了Passive WiFi的无源手艺,并进一步 bu[将该手艺用于LoRa中,实现数百(bai)米长距离无源节点传输。


至于4G/5G的无源物联网,似乎是没有看到任何应用。


上个月,华为常 chang[务董事、ICT产物与解决方案总裁汪涛在5G-Advanced创新产业『ye』峰会上,提出了面向5.5G的无源物联网设想,希望5G网络能够实现无源物联网。


然则,3GPP是否会在R18中加入无源物联网的{de}内容,现在似乎还没有明确的新闻。


四、无源物联网的意义


源物联网为什么会〖hui〗火?


说白了,照样由于它背后的重大市场价值。


小枣君之前就和人人说过,蜂窝物联网的应用场景,分为高速、中速、低速。


“631”结构


低速物联网的主流手艺,是NB-IoT、LoRa等。


在原定的生长计划,NB-IoT已经算是最“low”的蜂窝物联网手艺了。它的速率最低,功耗最低、成本最低,电池待机时间号称10年。


效果,人们发现,想要实现千『qian』亿级其余物联网毗邻,NB-IoT仍然不够。


NB-IoT对能量(电池)的“de”依赖,增添了自身成本{ben},限『xian』制了更普遍的普及。


例如,我们可以给中国所有的电表、水表安装 zhuang[NB-IoT模组,然则,我们可以给所有的衣服、所有的商品、所有的快递包裹安装NB-IoT模组吗?不能以。


以是说,人们就提出了“无源物联网”,把{ba}物联网的网,撒得更大。


又加了一级


无源物联网的最大优势,就是完『wan』全不需要电池。


NB-IoT每10年换一次电池(理想情形下),无源物联网终身不需要。这不仅削减了换电池的人力成本,也削减了电池组件成本。


现在的通用型UHF RFID标签,价钱可以做到2-3毛钱。NB-IoT模组,价钱也许是十几块,差距有几十倍。


第二,不用电【dian】池,有利于环保。单个电池虽然很小,但千亿级的数『shu』目规模,环保影响不“bu”容小觑。


第三,没有电池,终端的体积可以进一步缩小。例如(ru)像RFID那样,就是一个小贴片,将大大有利于终端设计。


总而言之,无源物联网是一个异常不错的生长思绪。然而,想要把这条路真正走通,我们可能还需要很长的时间。


参考文献:

1.《彻底甩掉电池,5G支持无源物联网,比NB-IoT影响更普遍〖bian〗的手艺要来了?》,物联网智库

2.《远低于NB-IoT功耗,无源物联网才是实现千亿级IoT毗邻的“杀器”!》,物联网智库

3.《深度剖析无源物{wu}联网,它距离千亿级的目的尚有多远?》,物联传媒

4.《启纬智芯周若谷:无源化开启产物“新玩法”,物联网传感器领域市场远景广漠 | 镁客请讲》,镁客网

5.《物联网如日中天,无源传感器大行其道》,传感器手艺

6.《物联网的未来——无源物联网手艺》,卓信通讯


本文来自微信民众号:鲜枣课堂(ID:xzclasscom),作者:小枣君

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