繼Cat.1之后，2021年的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè),，又“喜提”了一個(gè)新的“風(fēng)口”,。

　　這個(gè)“風(fēng)口”的名字，叫做“無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)”,。

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng),，到底是個(gè)啥東東？它和現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之間,，有什么區(qū)別,？它是真的有黑科技？還是資本又在炒作,？

　　通過(guò)本文,，小棗君將帶領(lǐng)大家一探究竟。

　　█ 什么是無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng),，顧名思義,，就是沒(méi)有“源”的物聯(lián)網(wǎng),。

　　“源”，就是電源,、能量源,。

　　搞過(guò)承載網(wǎng)的童鞋，對(duì)“無(wú)源”肯定非常熟悉,。我們常說(shuō)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）,、無(wú)源波分（WDM），都涉及到“無(wú)源”,。

　　說(shuō)白了,，無(wú)源，就是不接外部電源,、不帶電池,。

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，不是網(wǎng)絡(luò)無(wú)源,，而是終端節(jié)點(diǎn)無(wú)源,。

　　也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)沒(méi)啥變化,，而連入網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備,，不帶電源線，也沒(méi)有內(nèi)置電池,。

　　那么，問(wèn)題來(lái)了,。終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備,，有傳感器需要產(chǎn)生數(shù)據(jù)，有芯片需要計(jì)算,，有模組需要收發(fā)信號(hào),。沒(méi)有電源，誰(shuí)來(lái)提供干活的能量呢,？

　　其實(shí),，所謂“無(wú)源”，并不是終端節(jié)點(diǎn)不用電,，而是換了一種獲取電（能量）的方式,。

　　大家應(yīng)該很快會(huì)想到，太陽(yáng)能,，就是一種獲取電（能量）的常用方式,。

　　太陽(yáng)能路燈

　　通過(guò)光伏面板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能,，儲(chǔ)備使用,。

　　除了太陽(yáng)能之外，還有動(dòng)能和熱能。

　　例如,，有的共享單車,，就帶有發(fā)電模塊。你踩踏板的時(shí)候,，就給智能車鎖充了電,。

　　還有一些遙控器，采用按壓式發(fā)電,。你按的時(shí)候,，通過(guò)機(jī)械力產(chǎn)生材料形變，動(dòng)能變成電能,，驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作,。

　　注意！上述所說(shuō)的太陽(yáng)能,、動(dòng)能,、熱能，都不是我們今天“無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)”的討論重點(diǎn),。

　　現(xiàn)在大家熱議的“無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)”,，主要是指基于無(wú)線電磁能量捕捉技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。

　　也就是說(shuō),，是指物聯(lián)網(wǎng)終端通過(guò)采集網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)射過(guò)來(lái)的無(wú)線電波,，捕捉和收集能量的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

　　大家想到了啥,？

　　我覺(jué)得,，很多人一定想到了RFID，也就是Radio Frequency Identification（射頻識(shí)別）,。

　　RFID

　　我們俗稱的電子標(biāo)簽,，就采用了RFID技術(shù)。

　　RFID的原理很簡(jiǎn)單,，當(dāng)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(guò)這點(diǎn)能量，標(biāo)簽發(fā)送信息,，實(shí)現(xiàn)與閱讀器的通信,。

　　除了RFID之外，我還想到了一個(gè)技術(shù),。那就是小米去年推出的隔空無(wú)線充電技術(shù),。

　　當(dāng)時(shí)特別火,，數(shù)米半徑內(nèi)，單設(shè)備5W隔空充電,。

　　其實(shí),，RFID，就是一種無(wú)源物聯(lián)網(wǎng),。

　　現(xiàn)在,，在RFID的基礎(chǔ)上，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)希望進(jìn)一步延伸,，擴(kuò)展基于Wi-Fi,、藍(lán)牙、3G,、4G甚至5G通信技術(shù)的無(wú)源互聯(lián),。

　　█ 無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)挑戰(zhàn)

　　大家都知道，RFID是非常成熟的技術(shù),。RFID之所以能夠正常工作,，最關(guān)鍵一點(diǎn)在于，標(biāo)簽和閱讀器的距離很近,。

　　距離越遠(yuǎn),，電磁能量的密度越低，獲取能量的難度越大,。

　　RFID屬于感應(yīng)耦合,，天線的形狀是線圈，電磁能量的傳送,，是在感應(yīng)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)完成的,，距離很短。

　　線圈

　　Wi-Fi,、藍(lán)牙工作距離遠(yuǎn)大于RFID，3G/4G/5G更遠(yuǎn),。這就不是感應(yīng)場(chǎng),，而是輻射場(chǎng)。

　　輻射場(chǎng)采用的天線技術(shù),，主要是偶極子天線或微帶天線,。想要在輻射場(chǎng)中，借助這些天線完成電磁能量的傳送,，難度極大,。

　　微帶陣列天線

　　在以前，這都是不可想象的事情?，F(xiàn)在,，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,，終端芯片的功耗降低到mW級(jí)甚至更低，再加上能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的不斷升級(jí),，才讓遠(yuǎn)距離通信技術(shù)的能量捕獲和使用成為一種可能性,。

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，還有幾個(gè)典型的特性：

　　能量震蕩性

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的能量不再是單一的由高至低的靜態(tài)變化趨勢(shì),，由于能量來(lái)自于環(huán)境,，其呈現(xiàn)出的將是時(shí)高時(shí)低的動(dòng)態(tài)狀態(tài)。

　　節(jié)點(diǎn)失衡性

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中能源獲取存在隨機(jī)性和不穩(wěn)定性,，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中能量分布可能并不均衡,，也會(huì)導(dǎo)致每個(gè)節(jié)點(diǎn)的差異。

　　能源受限性

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)獲取能量的方式不同,，且所采集的環(huán)境能量非常微弱,，一般在納瓦（nW）到微瓦（μW）級(jí)，且受到節(jié)點(diǎn)蓄電能力的影響,。

　　連接脆弱性

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連通性直接受各節(jié)點(diǎn)能量的影響,。當(dāng)某些節(jié)點(diǎn)的能量低于一定程度時(shí)，這些節(jié)點(diǎn)則成為孤立節(jié)點(diǎn),，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不連通,。由于能量的震蕩性，網(wǎng)絡(luò)的連通性是脆弱的,，時(shí)斷時(shí)續(xù),，難以保持一直連通。

　　大家都看出來(lái)了,，這些都不是什么好特性,，都是缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn),，制約了無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,。

　　█ 無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的研究進(jìn)展

　　人們基于RFID的成功，產(chǎn)生了對(duì)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的美好憧憬,。

　　但是,，我們?nèi)孕枳⒁獾剑壳拔覀冊(cè)诿襟w上可以看到的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,，還是處于初級(jí)階段,。

　　今年新冒出來(lái)的幾個(gè)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)明星企業(yè)及其研究成果，基本上以NFC和藍(lán)牙為主,。

　　關(guān)于Wi-Fi的,，目前看到一篇關(guān)于“美國(guó)華盛頓大學(xué)電子工程學(xué)院”的報(bào)道。

　　他們的研究人員提出,，通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)的反射調(diào)制技術(shù),，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)源設(shè)備供電和傳輸數(shù)據(jù),。他們正在研發(fā)除了Passive WiFi的無(wú)源技術(shù)，并進(jìn)一步將該技術(shù)用于LoRa中,，實(shí)現(xiàn)數(shù)百米長(zhǎng)距離無(wú)源節(jié)點(diǎn)傳輸,。

　　至于4G/5G的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，好像是沒(méi)有看到任何應(yīng)用,。

　　上個(gè)月,，華為常務(wù)董事、ICT產(chǎn)品與解決方案總裁汪濤在5G-Advanced創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上,，提出了面向5.5G的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)想,，希望5G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)。

　　但是,，3GPP是否會(huì)在R18中加入無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容,，目前好像還沒(méi)有明確的消息。

　　█ 無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的意義

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)為什么會(huì)火,？

　　說(shuō)白了,，還是因?yàn)樗澈蟮凝嫶笫袌?chǎng)價(jià)值。

　　小棗君之前就和大家說(shuō)過(guò),，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景,，分為高速、中速,、低速,。

　　“631”結(jié)構(gòu)

　　低速物聯(lián)網(wǎng)的主流技術(shù)，是NB-IoT,、LoRa等,。

　　在原定的發(fā)展規(guī)劃，NB-IoT已經(jīng)算是最“l(fā)ow”的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)了,。它的速度最低,，功耗最低、成本最低,，電池待機(jī)時(shí)間號(hào)稱10年,。

　　結(jié)果，人們發(fā)現(xiàn),，想要實(shí)現(xiàn)千億級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)連接，NB-IoT仍然不夠,。

　　NB-IoT對(duì)能量（電池）的依賴,，增加了自身成本，限制了更廣泛的普及,。

　　例如,，我們可以給中國(guó)所有的電表,、水表安裝NB-IoT模組，但是,，我們可以給所有的衣服,、所有的商品、所有的快遞包裹安裝NB-IoT模組嗎,？不可以,。

　　所以說(shuō)，人們就提出了“無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)”,，把物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng),，撒得更大。

　　又加了一級(jí)

　　無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的最大優(yōu)勢(shì),，就是完全不需要電池,。

　　NB-IoT每10年換一次電池（理想情況下），無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)終身不需要,。這不僅減少了換電池的人力成本,，也減少了電池組件成本。

　　目前的通用型UHF RFID標(biāo)簽,，價(jià)格可以做到2-3毛錢,。NB-IoT模組，價(jià)格大概是十幾塊,，差距有幾十倍,。

　　第二，不用電池,，有利于環(huán)保,。單個(gè)電池雖然很小，但千億級(jí)的數(shù)量規(guī)模,，環(huán)保影響不容小覷,。

　　第三，沒(méi)有電池,，終端的體積可以進(jìn)一步縮小,。例如像RFID那樣，就是一個(gè)小貼片,，將大大有利于終端設(shè)計(jì),。

　　總而言之，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)非常不錯(cuò)的發(fā)展思路,。然而,，想要把這條路真正走通，我們可能還需要很長(zhǎng)的時(shí)間,。

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