科普：到底什么是“无源物联网”

继Cat.1之后，2021年物联网行业喜提新窗口。

这个窗口的名字叫做被动物联网。

被动物联网，是什么它和现有的物联网技术有什么区别真的是黑科技吗还是资本又在炒作

通过这篇文章，小枣君将带领大家一探究竟。

什么是被动物联网。

被动物联网，顾名思义就是没有源头的物联网。

源是指电源和能源。

带托网的童鞋一定很熟悉被动我们经常谈论的无源光网络和无源波分复用都涉及无源

说白了，无源就是没有外接电源，没有电池。

被动物联网不是被动网络，而是被动终端节点。

也就是说，网络没有变化，连接到网络的终端节点设备没有电源线，也没有内置电池。

那么，问题来了对于终端设备，有的传感器需要产生数据，有的芯片需要计算，有的模块需要收发信号没有电源，谁来为工作提供能量

其实所谓被动，就是终端节点不用电，而是改变一种获取电力的方式。

大家应该很快就会认为太阳能是一种常见的获取电能的方式。

太阳能路灯

通过光伏板，太阳能被转换成电能备用。

除了太阳能，还有动能和热能。

例如，一些共享自行车有发电模块当你踩踏板时，你给智能车锁充电

还有一些遥控器使用按压式发电当你按压时，材料受到机械力变形，动能转变为电能驱动设备工作

注意！上述的太阳能，动能，热能，都不是我们今天讨论被动式物联网的重点。

如今的无源物联网主要是基于无线电磁能量捕获技术的物联网。

也就是说，是指物联网终端通过采集网络侧传输的无线电波来捕获和收集能量的物联网技术。

大家都想到了什么。

我想很多人一定想到了RFID，也就是射频识别。

无线射频识别

俗称电子标签，我们已经采用了RFID技术。

RFID的原理很简单当标签靠近阅读器时，它接收阅读器发送的射频信号，产生感应电流并获得能量通过这种能量，标签发送信息，实现与阅读器的通信

除了RFID，我还想到了一个技术那就是小米去年推出的无线充电技术

当时温度极高，在几米的半径范围内，从5W的距离给单个设备充电。

其实RFID是一个被动的物联网。

现在，在RFID的基础上，无源物联网希望进一步扩展基于Wi—Fi，蓝牙，3G，4G甚至5G通信技术的无源互联。

被动物联网的技术挑战。

众所周知，射频识别是一项非常成熟的技术射频识别正常工作的关键是标签和阅读器之间的距离非常近

距离越远，电磁能量密度越低，获取能量越困难。

RFID属于电感耦合，天线的形状为线圈，电磁能量的传输是在短距离的感应场中完成的。

卷

Wi—Fi和蓝牙的工作时间远比RFID长，3G/4G/5G更远这不是感应场，而是辐射场

辐射领域使用的天线技术主要是偶极天线或微带天线利用这些天线在辐射场传输电磁能量是极其困难的

微带阵列天线

在过去，这是不可想象的现在，伴随着半导体技术的发展，终端芯片的功耗降低到兆瓦级甚至更低，伴随着能量转换技术的不断升级，远距离通信技术的能量捕获和利用成为可能

被动物联网，还有几个典型的功能:

能量振荡。

被动物联网节点的能量不再是单一的从高到低的静态变化趋势

节点不平衡

被动物联网节点能量获取存在随机性和不稳定性，整个网络中的能量分布可能不均衡，也会导致各个节点的差异。

能量限制。

被动物联网以不同的方式获取能量，采集到的环境能量很弱，一般在纳瓦到微瓦之间，受节点存储容量的影响。

连接漏洞

被动物联网的网络连通性直接受到各节点能量的影响当一些节点的能量低于一定水平时，这些节点就变成了孤立节点，导致网络断开由于能量的波动性，网络的连通性是脆弱的，间歇性的，很难保持始终连通

大家可以看到，这些都不是好的特点，而是缺点这些缺点制约了被动式物联网的应用

被动物联网的研究进展。

人们基于RFID的成功，为被动物联网创造了美好愿景。

但是，我们仍然需要注意的是，我们在媒体上看到的被动物联网应用还处于初级阶段。

今年又有几个新的被动物联网明星企业，他们的研究成果基本都是基于NFC和蓝牙。

关于Wi—Fi，我看到一篇关于美国华盛顿大学电子工程学院的报道。

他们的研究人员提出，无源器件可以通过射频信号的反射调制技术来供电和传输数据他们正在开发无源WiFi以外的无源技术，并进一步将该技术应用于LoRa，实现数百米的无源节点传输

>至于 4G/5G 的无源物联网，好像是没有看到任何应用。

上个月，华为常务董事，ICT 产品与解决方案总裁汪涛在 5G—Advanced 创新产业峰会上，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。

但是，3GPP 是否会在 R18 中加入无源物联网的内容，目前好像还没有明确的消息。

无源物联网的意义

无源物联网为什么会火。

说白了，还是因为它背后的庞大市场价值。

小枣君之前就和大家说过，蜂窝物联网的应用场景，分为高速，中速，低速。

631结构

低速物联网的主流技术，是 NB—IoT，LoRa 等。

在原定的发展规划，NB—IoT 已经算是最low的蜂窝物联网技术了它的速度最低，功耗最低，成本最低，电池待机时间号称 10 年

结果，人们发现，想要实现千亿级别的物联网连接，NB—IoT 仍然不够。

NB—IoT 对能量的依赖，增加了自身成本，限制了更广泛的普及。

例如，我们可以给中国所有的电表，水表安装 NB—IoT 模组，但是，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 模组吗不可以

所以说，人们就提出了无源物联网，把物联网的网，撒得更大。

又加了一级

无源物联网的最大优势，就是完全不需要电池。

NB—IoT 每 10 年换一次电池，无源物联网终身不需要这不仅减少了换电池的人力成本，也减少了电池组件成本

目前的通用型 UHF RFID 标签，价格可以做到 2—3 毛钱NB—IoT 模组，价格大概是十几块，差距有几十倍

第二，不用电池，有利于环保单个电池虽然很小，但千亿级的数量规模，环保影响不容小觑

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

总而言之，无源物联网是一个非常不错的发展思路可是，想要把这条路真正走通，我们可能还需要很长的时间