作者:赵小飞

物联网智库 原创

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导  读

集成了感知、通信、计算能力的低成本小型无源类器件将是未来物联网产业发展的一个重点,它将物联网方案扩展到海量消费品和易耗品中,进一步降低了物联网应用的门槛。

近日,一家名为Wiliot的初创公司宣布获得了由软银愿景基金领投的2亿美元C轮融资。该公司最为典型的产品是一款无源蓝牙低功耗传感器标签,结合云平台实现多个领域应用,其诞生正是为了解决当前物联网进一步规模化发展中传感器的泛在部署、供电、小型化等痛点。

在笔者看来,类似集成了感知、通信、计算能力的低成本小型无源类器件将是未来物联网产业发展的一个重点,它将物联网方案扩展到海量消费品和易耗品中,进一步降低了物联网应用的门槛。

Wiliot为什么会得到巨头的青睐?一枚标签带来的创新

翻开Wiilot的历史,可以发现该公司成立于2017年,截至目前进行了4轮融资,对其投资的机构除了一些专业投资公司外,更是包括高通、三星、AWS、NTT Docomo、Verizon、软银等科技企业,几乎囊括芯片、云服务、运营商等领域的巨头。为什么这些巨头都对这一初创企业很感兴趣?这源于其产品代表了物联网领域未来规模化发展的一个重要方向,而这些巨头希望在这一方向上有所布局。

从Wiilot官网披露信息可以看出,该公司的核心产品是由标签和云平台构成,两者相辅相成。

标签产品命名为Wiliot IoT Pixels,它是一款小型低成本、自供电的蓝牙传感器标签,该标签仅邮票大小,可以贴在任何产品或包装上,感知一系列物理和环境数据,并将信息传输至网关、手机或支持低功耗蓝牙(BLE)的设备上,再发送至Wiliot云平台,云平台的机器学习算法将数据转化为可操作的见解,供各行各业的企业使用。

Wiliot IoT Pixels标签最大的亮点是不需要供电,该标签完成感知、存储和通信的能量来自于收集周围的无线射频能量来为其供电,并使用该能量发送标签唯一标识码的数据以及传感器读数。也正是采用这一设计,该标签不需要电池,因此其尺寸可以设计成邮票大小,并能便捷地粘贴在各种物品之上。引用Wiliot高管的话:“我们时刻被无线射频信号所包围,比如我们有FM收音机、电视,以及不同类型的手机信号,包括2G、3G、4G、5G,我们还使用WiFi、ZigBee控制着智能家居,采用LoRa技术进行远程通信。”这些所有射频信号,都可以作为Wiliot IoT Pixels标签能量的来源,Wiliot IoT Pixels所做的是捕获这些非常微弱的信号,将其“吸收”到标签中进行供电,驱动感知、计算和通信。在很大程度上,这是一款永远不需要主动供电的物联网综合感知设备。

Wiliot IoT Pixels硬件的核心是一款低功耗蓝牙无线MCU,用于提供感知、计算和通信的能力,而且包含了一个自供电管理单元、几个传感器接口、一个安全引擎和用于编程和配置的存储器。其中,其CPU是一款32位的可编程ARM Cortex M0+处理器,工作频率为1MHz,存储器内存为1KB;传感器方面,包括一个精度在1℃以内的温度传感器以及一个传感器数字接口,Wiliot将环境和食品质量传感器集成作为研发方向。

仅仅一款Wiliot IoT Pixels标签还不能成功应用于各行各业,必须与Wiliot的云平台配合使用。Wiliot IoT Pixels中的芯片向云端发送的是经过加密和认证的数据包,云平台提供解密、认证、访问控制和智能传感器处理。Wiliot的云平台有专门的机器学习算法,对于Wiliot IoT Pixels标签的感知数据进行分析,以识别应用场景的趋势和异常事件。

尤其是在传感方面,由于Wiliot IoT Pixels标签体积和厚度很小,无法外挂太多传感器,只有通过标签和云端的配合,才能完成Wiliot所宣称的提供温度、篡改检测、湿度、运动、填充率等核心传感功能的真正感知。

Wiliot在其新闻稿中提到:Wiliot IoT Pixels可以集成到疫苗小瓶、食品包装等中,为供应链带来实时透明度,并使品牌商能够首次了解整个零售渠道的库存水平。它们甚至可以通过一个高度安全、保护隐私的平台了解他们的产品在客户家中的使用情况。

在成本方面,Wiliot IoT Pixel标签与RFID采用了相同的印刷天线技术,可以在邮票大小的传感器卷轴上进行低成本、高吞吐量的生产。从Wiliot布局来看,该公司要将其方案广泛应用于零售、医疗、食品等供应链各个环节,让所有环节都实现在线和可视化。

为什么说Wiliot的做法是创新的突破?

过去,全球各行业供应链管理得到长足发展,但供应链大量环节并不具备可视化的条件,很多情况下没有任何关于其状态、去向或状况的数据,由于缺乏这些信息,全球供应链的数字化还有很大提升空间。让制造、运输和消费过程中离线的物品现在都在线,这一愿景将在很大程度上改变产品的制造、分销、销售、使用、再利用和回收的方式。

让所有离线的物品都在线,意味着每一个药瓶、每一个包裹、每一件衣服都要具备感知、通信、计算的能力,而这一目标在一些贵重物品中或许可以快速实现,但对于海量廉价、易耗品来说,就需要更加低成本和便捷的方案,尤其是在功耗方面、体积方面。Wiliot正是超着这一方向发展,其计划将标签价格降低至40美分以下。

针对这一方向,或许很多从业者想到的是RFID。RFID经过十多年的发展,其产业链确实已经非常成熟,RFID标签尤其是无源RFID标签价格也非常低,目前已广泛应用于工业、零售、医疗、物流等各个行业。而且,无源RFID标签也无需供电,与读写器配合可以实现能量驱动。近年来,NFC技术以其近场通信的优势,同样是无需供电,在多个行业物联网应用中也发挥了很大作用。

不过,与无源RFID和NFC相比,Wiliot方案有明显的创新突破,笔者认为,主要表现在两个方面:

首先,传感、通信、计算的集成方案,能够自主解决感知数据的问题。

虽然RFID和NFC技术无需人工干预,可以同时识别多个标签,实现资产管理,但无源RFID和NFC标签在一定程度上只是一个数据存储的载体,可以透过无线电波与读写器之间互相传递数据,用来回应识别资料给读写器。

最为关键的是,无源RFID和NFC标签并非感知设备,不能主动感知所管理物品的物理信息。在服装、仓储管理中,往往会用到RFID技术实现物品进出和库存信息管理,但物品的信息是读写器预先写入RFID标签中的,并非其主动感知到的;当物品信息变化后,还需要读写器重新写入RFID标签中。所以说,RFID标签中的物品信息是固定的信息,感知还需要其他专门的手段完成,RFID标签只是被动记录数据,并在需要的时候由读写器读取出来。

而Wiliot已经实现了传感、通信和计算的集成,并不需要读写器写入物品信息,而是实现对物品相关信息的主动感知,真正做到对泛在感知的支持。

近年来,一些从业者和研究人员在探索在无源RFID和NFC标签中集成传感功能。例如,2018年麻省理工学院研发出一款融入传感器功能的RFID 标签,能测量葡萄糖浓度,并将信息转发出来,该团队计划用该RFID标签来感知环境中的化学物质和气体;又如,2019年一份科技杂志上一篇文章在探索将NFC的传感器来测量皮肤温度,以检测早期肿瘤。可见,通过将无源通信标签中集成传感功能是业界一个重点研究的方向,相信与Wiliot一样,也是希望将这一成果广泛应用于海量物联网领域。

其次,通信方式更为灵活,与云端结合实现更强大功能。

即使无源RFID和NFC标签能够实现集成感知功能,但Wiliot的方案在通信方式和云端结合方面有更多创新,使其部署成本更低、功能更多。

上文中介绍过,Wiliot标签可以通过周围无线射频信号实现供电,而其自供电方式具有高度通用性,不仅仅蓝牙射频信号可以作为其能量来源,而且WiFi、蜂窝、LoRa等无线射频信号均可驱动其自供电。相比而言,无源RFID和NFC标签只能通过专门的读写设备和通信技术才能驱动其自供电。我们日常生活中被各种射频信号所包围,Wiliot标签基本上可以随时随地获取供电的来源,但RFID和NFC并不能获取。

在数据回传方面,Wiliot标签由于采用了低功耗蓝牙(BLE)技术,因此主要通过蓝牙传输。不过,无源RFID和NFC需要专业的读写器才能读取到标签中的数据,而Wiliot标签可以和所有蓝牙终端通信,可以是专业的蓝牙网关,也可以是支持BLE的智能手机、平板电脑、智能音箱以及beacon,这些设备均可以读取Wiliot标签感知的数据,并通过这些设备本身的传输通道回传至云端。当读取和回传并不需要专用的读写器时,其灵活性更强。

Wiliot标签中采用128位AES加密,为了保证数据回传的安全。由于Wiliot标签在很多时候只能捕捉微弱信号进行自供电,因此其任务执行需要在短时间内完成。根据Wiliot公司副总裁解释,捕捉信号后形成的能量一部分可以启动处理器,另一部分可以执行检测,更多能量启动加密,而另一部分可以执行数据传输,所有这些传输都可以在不到一秒的时间内发生。一般来说,RFID标签只有在读写器发射来询问的信号时才会响应并传输数据,是一种被动的回传;但Wiliot标签只要能够捕捉到射频信号,即可主动上报感知数据。

Wiliot标签与云平台的结合,能够更好地对感知对象提供洞察和应用,随着云端不断学习和适应,将原始感知数据转化为强大的洞察力和应用开发机会。标签+云平台系统,加上无处不在的各类射频信号以及蓝牙生态,减少了专用读写器的成本,让这一方案部署灵活性大大增加,无怪乎RFID巨头Avery Dennison也加入了对Wiliot投资队伍中。

降低感知成本是物联网无处不在的关键,集成了感知、通信、计算能力的低成本小型无源类器件已成为业界探索的一个重要方向。这个方向面对的领域拥有的物品数量更多,若能从离线转为在线,则快速形成海量物联网连接。例如,2020年我国快递业务量为830亿件,规模以上服装企业服装产量223．7亿件,当前很多快递包裹、服装都有在线的需求,可以看出其规模之大。当这些领域有了合适的感知、通信、计算方案时,物联网的普及率将大大提升。Wiliot的创新是一个起点,期待更多类似方案的问世,让物联网不再是“奢侈”业务,而是能够提供更廉价的成熟方案。