“萬物互聯(lián)”是IoT行業(yè)的終極理想，IoT Analytics統(tǒng)計(jì)當(dāng)前全球活躍的IoT終端數(shù)量為123億臺(tái)，預(yù)計(jì)在2025年物聯(lián)網(wǎng)終端突破270億臺(tái)。想要實(shí)現(xiàn)更多數(shù)量的終端互聯(lián)，當(dāng)前僅僅依靠NB-IoT、LoRa等LPWAN技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。面對(duì)復(fù)雜的通信環(huán)境、多變的終端形態(tài)、聯(lián)網(wǎng)通信成本等問題，如何進(jìn)一步提升終端覆蓋率，成為影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。

隨著連接數(shù)量的暴增，物聯(lián)網(wǎng)終端的功耗、信號(hào)抗干擾問題成為技術(shù)突破的重要方向，當(dāng)下自RFID技術(shù)衍生的無源物聯(lián)網(wǎng)概念也火熱起來。無源物聯(lián)網(wǎng)是指IoT終端的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無需外接“能量源”，而采用獲取環(huán)境能量進(jìn)行供能的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這類技術(shù)被視為實(shí)現(xiàn)“千億級(jí)互聯(lián)”愿景的關(guān)鍵。

物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量分布模型

零功耗無源物聯(lián)網(wǎng) 助力千億終端互聯(lián)互通

無源物聯(lián)網(wǎng)最早是在軍事領(lǐng)域應(yīng)用，后逐步滲透到工業(yè)、交通等民用商用領(lǐng)域，隨著新興數(shù)字標(biāo)簽技術(shù)的出現(xiàn)，在RFID的基礎(chǔ)上，無源物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步延伸拓展至 Wi-Fi、藍(lán)牙、UWB、LoRa、5G等蜂窩/非蜂窩技術(shù)的無源互聯(lián)。無需電池供電即可聯(lián)網(wǎng)通信，是無源物聯(lián)網(wǎng)最大的優(yōu)勢(shì)，憑借極低的部署和維護(hù)成本、靈活多變的應(yīng)用場(chǎng)景，無源物聯(lián)網(wǎng)成為解決更廣范圍內(nèi)終端供能需求的希望。

無源物聯(lián)網(wǎng)的研究主要依托這三類底層技術(shù)：

首先是環(huán)境能量采集。無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽側(cè)設(shè)備不依賴電池或電源線供電，而是通過捕捉環(huán)境中的能量，轉(zhuǎn)化為電能使用，能量的來源可包括光能、熱能、動(dòng)能、射頻等。太陽(yáng)能是目前轉(zhuǎn)換效率最高的方案，電磁波在單一頻段下能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到50%，在多頻段的復(fù)雜場(chǎng)景下只有1~2%，溫度差熱能采集對(duì)使用環(huán)境有要求，轉(zhuǎn)化效率低于10%。以下是幾種成熟的能量采集技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)：

其次是低功耗計(jì)算。無源物聯(lián)網(wǎng)終端運(yùn)行時(shí)可利用的能量有限，這決定了驅(qū)動(dòng)電路或芯片用于計(jì)算的功耗需求不能太高，目前成熟應(yīng)用低功耗計(jì)算的MCU芯片一般功耗在 μW 級(jí)別。

最后是依靠低功耗通信——“反向散射”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。無源物聯(lián)網(wǎng)終端往往以低耗能的近距離低速率通信技術(shù)為主，更多依靠反向散射的方式反射接收到的射頻信號(hào)以傳輸數(shù)據(jù)。

反向散射通信原理圖 圖源OPPO《零功耗通信》報(bào)告

當(dāng)前正處于無源技術(shù)革新的關(guān)鍵期，中國(guó)移動(dòng)研究院IoT研究所認(rèn)為無源物聯(lián)技術(shù)演進(jìn)路徑可分為單點(diǎn)式無源1.0、組網(wǎng)式無源2.0、蜂窩式無源3.0三個(gè)階段，傳統(tǒng)RFID應(yīng)用采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)近距離讀寫一體的架構(gòu)，存在較強(qiáng)的自干擾和互干擾問題，主要應(yīng)用在快銷品、倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域。新型組網(wǎng)式無源2.0技術(shù)采取收發(fā)分離式系統(tǒng)，支持組網(wǎng)部署，解決干擾問題提升了接受距離，在一定程度上拓展RFID應(yīng)用場(chǎng)景。

在3.0階段,可以進(jìn)一步發(fā)揮蜂窩網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，利用基站拓展通信距離，為更大范圍和更復(fù)雜場(chǎng)景的組網(wǎng)應(yīng)用需求，如資產(chǎn)全生命周期管理提供可能。如2021年華為提出5.5G無源物聯(lián)網(wǎng)Passive IoT的方案構(gòu)想，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)將RFID支持的場(chǎng)景傳輸距離由10米級(jí)擴(kuò)大至百米級(jí)別，砍掉專用的讀寫器，使終端向蜂窩網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自我回傳。

憑借零功耗、小體積等優(yōu)勢(shì)，無源物聯(lián)網(wǎng)可以在工業(yè)傳感器、智能交通、智慧物流、智能倉(cāng)儲(chǔ)、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、能源領(lǐng)域等產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域以及智能穿戴、智能家居、醫(yī)療護(hù)理等消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

典型場(chǎng)景如工業(yè)傳感器領(lǐng)域要實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境傳感、安全監(jiān)控等場(chǎng)景應(yīng)用，需要在復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境布置大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，成本低、功耗低、體積微小是該領(lǐng)域?qū)νㄐ旁O(shè)備的基本要求，無源物聯(lián)網(wǎng)可以通過能量采集和反向散射等技術(shù)，延長(zhǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的生命周期，降低維護(hù)成本。

又如物流倉(cāng)儲(chǔ)、商超零售行業(yè)要對(duì)海量非昂貴物品進(jìn)行智能管理，給物品賦予聯(lián)網(wǎng)通信的能力。當(dāng)前如零售類標(biāo)簽的成本已低至三毛錢，物流類標(biāo)簽有望降低至一毛錢左右。在頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)景中使用無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以節(jié)省大量的硬件成本、供電成本與人力管理成本，顯著提高物流與倉(cāng)儲(chǔ)管理效率。

在服裝吊牌中安裝的RFID標(biāo)簽 圖源：優(yōu)衣庫(kù)

各大無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：RFID獨(dú)占百億，關(guān)聯(lián)技術(shù)方興未艾

從技術(shù)成熟度上看，無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可分為以RFID、NFC為代表的成熟應(yīng)用，與以采集Wi-Fi、藍(lán)牙、5G、LoRa等為能量供電的理論研究路線兩大類。

基于RFID的無源物聯(lián)網(wǎng)：

RFID技術(shù)是我們最為熟悉、應(yīng)用最廣泛的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其原理非常簡(jiǎn)單。當(dāng)RFID標(biāo)簽靠近閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，獲得能量。通過收集的能量，標(biāo)簽通過內(nèi)置天線發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)與閱讀器的通信。

作為無源物聯(lián)網(wǎng)底層核心技術(shù)，RFID技術(shù)應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)物流、智慧零售、智能制造、服裝管理、智慧醫(yī)療、航空運(yùn)輸?shù)刃枰R(shí)別管理的千百行業(yè)，這些數(shù)量龐大的物理終端都可以成為千億物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋節(jié)點(diǎn)。根據(jù)AIoT星圖研究院統(tǒng)計(jì)分析，在2021年，僅UHF RFID的全球出貨量就到達(dá)了230億左右，加上低頻和高頻，全球當(dāng)年無源RFID的總出貨量接近300億。

憑借成本優(yōu)勢(shì)，RFID是千億級(jí)無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當(dāng)下的最優(yōu)解決方案，但也存在傳輸數(shù)據(jù)儲(chǔ)存數(shù)量小、相比藍(lán)牙、NFC、5G技術(shù)和手機(jī)互動(dòng)性差的局限性。在不同的場(chǎng)景需要結(jié)合其他的無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滿足應(yīng)用空間。