前言:

一张蜂窝网络连接千亿级终端,关键点在无源物联网。无源物联网技术确实能够涵盖千亿级物联网节点,针对无源物联网的研究一直持续进行着。

作者 | 方文

图片来源 |  网 络

蜂窝网络上实现无源物联网的必要性

蜂窝网络对于物联网的支持,主要分为3个不同速率档位,即高速物联、中速物联和窄带物联。

其中高速物联主要通过4G Cat．4+和5G eMBB来承载;

中速物联目前主要以来4G Cat．1来承载;

窄带物联主要由NB-IoT来承载。

针对低速物联的NB-IoT,面对的是近百亿级的低功耗物联网节点,中速率和高速率蜂窝网络能够带来的物联网连接规模远低于低速物联连接规模。

因此,依靠这3个不同速率档位的蜂窝网络技术,仅能支撑起100亿级物联网连接。

在以上三类蜂窝物联网基础上,无源物联正是千亿级物联网连接的主要来源。

例如,每年动辄数百亿的服装鞋帽、快递包裹,每个都用类似NB-IoT的方案显然并不现实,需要无源物联网方案。

5G网络也需要持续增强更好地支撑物联,满足未来承载千亿连接的需求。

这就要求5G网络能支撑不同速率档位的物联类型,匹配行业差异化需求。

不过,要在5G这张蜂窝网络上实现对无源物联的支持,就要将5G连接能力扩展到更大范围的物理世界中。

从成熟的RFID标签中得出的启发

物联网从诞生到现在,人们越来越体验到科技让万物互联带来的高效率,RFID电子标签是物联网技术中的一个重要环节,RFID(射频识别)俗称[电子标签]。

它是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,主要的作用就是数据的写入与读取。

它由标签、解读器及数据传输、处理系统组成。根据是否搭载电池,将电子标签分为有源式、无源式两种类型。

无源RFID标签,被称为被动RFID标签,在收到读卡器宣布的微波信号后,可以将部分微波能量转化为直流电供自己作业。

当无源RFID标签靠近RFID读卡器时,无源RFID标签的天线将接收到的电磁波能量转化成电能,激活RFID标签中的芯片,并将RFID芯片中的数据发送出来。

当然,RFID本身有一些局限性,例如传输距离短、对专用读写器的高度依赖等,若能实现蜂窝网络支持无源物联,则将打破这些局限,扩大蜂窝网络对物联网的支持。

无源物联网承载进一步普及产业的使命

无源物联网,即节点自身不配备或不主要依赖电池等电源设备,而是从环境中获取能量,支撑数据的感知、传输和分布式计算。

物联网技术的高速发展,这其中很多设备受环境、成本等因素只能采用电池供电,而且传统射频集成电路的耗电量不低,每年都需要更换电池,造成了较高的维护成本。

因此,为了进一步普及物联网,业界需要超低功耗射频电路。

近年来,业界一直针对无源的物联网技术进行研发和投入。

在未来物联网中,网络节点可以是无源的(battery free),即节点自身不配备或不主要依赖电池等电源设备,而是从环境中获取能量,支撑数据的感知、传输和分布式计算。

在无源传输网络中,节点能量不一定是其自身所固有的。节点之间能够通过无线方式进行能量交换。

节点在传输与计算过程中如何节省能量、提高效率不再是第一核心任务,如何利用节点当前的能量完成尽可能多的传输与计算任务成为首要目标。

无源传感器面临优化的技术问题

无论是有线联接乃至是时而更换的纽扣电池,为传感器供电相对都比较容易。

但是,由于物联网的传感器部署范围远且广,许多不能提供电源、需长期监测、电池不易更换或者易燃易爆等危险场合的应用, 必须采用无源传感器来实现测量。

在无线传感器网络应用中, 由于节点数量多和分布范围大, 电池更换问题也难以解决。

因此, 能够自供能的无源传感器具有广泛的应用前景, 也是目前国内外研究的热点。

无源传感器可以有效解决因使用电池及电源带来的各种问题,但也面临着一些急需改进优化的技术问题。

无源传感器可以有效解决因使用电池及电源带来的各种问题,但也面临着一些急需改进优化的技术问题。

未来,低功耗集成电子技术及先进电源管理的发展将极大地降低微型传感器的功耗;通过新的换能器设计或者新材料的应用将进一步提高能量转换效率和功率几种;集方式结合将提高不同条件下收集能量的能力。

可以预见, 各种功能的无源传感器在物联网时代会在各个领域大显身手。

结尾:暂时落后反而是最大的机会

未来为随着5G的发展,有很多场景与无源化技术匹配。无源物联网可以在现有物联网高速发展的基础上提供独特的性能和优势。不过,技术最终还是服务于需求。

部分资料参考:物联网智库:《彻底抛弃电池,无源物联网会成为下一个爆发点吗?》,镁客网:《推出无源化产品,物联网传感器领域市场前景广阔》,卓信通信:《物联网的未来——无源物联网技术》,传感器技术:《物联网方兴未艾,无源传感器大行其道》

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