一張蜂窩網(wǎng)絡連接千億級終端，關鍵點在無源物聯(lián)網(wǎng)。無源物聯(lián)網(wǎng)技術確實能夠涵蓋千億級物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，針對無源物聯(lián)網(wǎng)的研究一直持續(xù)進行著。

 
蜂窩網(wǎng)絡上實現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)的必要性

蜂窩網(wǎng)絡對于物聯(lián)網(wǎng)的支持，主要分為3個不同速率檔位，即高速物聯(lián)、中速物聯(lián)和窄帶物聯(lián)。

其中高速物聯(lián)主要通過4G Cat.4+和5G eMBB來承載；

中速物聯(lián)目前主要以來4G Cat.1來承載；

窄帶物聯(lián)主要由NB-IoT來承載。

針對低速物聯(lián)的NB-IoT，面對的是近百億級的低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，中速率和高速率蜂窩網(wǎng)絡能夠帶來的物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模遠低于低速物聯(lián)連接規(guī)模。

因此，依靠這3個不同速率檔位的蜂窩網(wǎng)絡技術，僅能支撐起100億級物聯(lián)網(wǎng)連接。

在以上三類蜂窩物聯(lián)網(wǎng)基礎上，無源物聯(lián)正是千億級物聯(lián)網(wǎng)連接的主要來源。例如，每年動輒數(shù)百億的服裝鞋帽、快遞包裹，每個都用類似NB-IoT的方案顯然并不現(xiàn)實，需要無源物聯(lián)網(wǎng)方案。

5G網(wǎng)絡也需要持續(xù)增強更好地支撐物聯(lián)，滿足未來承載千億連接的需求。這就要求5G網(wǎng)絡能支撐不同速率檔位的物聯(lián)類型，匹配行業(yè)差異化需求。

不過，要在5G這張蜂窩網(wǎng)絡上實現(xiàn)對無源物聯(lián)的支持，就要將5G連接能力擴展到更大范圍的物理世界中。

從成熟的RFID標簽中得出的啟發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)從誕生到現(xiàn)在，人們越來越體驗到科技讓萬物互聯(lián)帶來的高效率，RFID電子標簽是物聯(lián)網(wǎng)技術中的一個重要環(huán)節(jié)，RFID（射頻識別）俗稱[電子標簽]。

它是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，主要的作用就是數(shù)據(jù)的寫入與讀取。

它由標簽、解讀器及數(shù)據(jù)傳輸、處理系統(tǒng)組成。根據(jù)是否搭載電池，將電子標簽分為有源式、無源式兩種類型。

無源RFID標簽，被稱為被動RFID標簽，在收到讀卡器宣布的微波信號后，可以將部分微波能量轉化為直流電供自己作業(yè)。

當無源RFID標簽靠近RFID讀卡器時，無源RFID標簽的天線將接收到的電磁波能量轉化成電能，激活RFID標簽中的芯片，并將RFID芯片中的數(shù)據(jù)發(fā)送出來。

當然，RFID本身有一些局限性，例如傳輸距離短、對專用讀寫器的高度依賴等，若能實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡支持無源物聯(lián)，則將打破這些局限，擴大蜂窩網(wǎng)絡對物聯(lián)網(wǎng)的支持。

無源物聯(lián)網(wǎng)承載進一步普及產(chǎn)業(yè)的使命

無源物聯(lián)網(wǎng)，即節(jié)點自身不配備或不主要依賴電池等電源設備，而是從環(huán)境中獲取能量，支撐數(shù)據(jù)的感知、傳輸和分布式計算。

物聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，這其中很多設備受環(huán)境、成本等因素只能采用電池供電，而且傳統(tǒng)射頻集成電路的耗電量不低，每年都需要更換電池，造成了較高的維護成本。

因此，為了進一步普及物聯(lián)網(wǎng)，業(yè)界需要超低功耗射頻電路。

近年來，業(yè)界一直針對無源的物聯(lián)網(wǎng)技術進行研發(fā)和投入。

在未來物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡節(jié)點可以是無源的（battery free），即節(jié)點自身不配備或不主要依賴電池等電源設備，而是從環(huán)境中獲取能量，支撐數(shù)據(jù)的感知、傳輸和分布式計算。

在無源傳輸網(wǎng)絡中，節(jié)點能量不一定是其自身所固有的。節(jié)點之間能夠通過無線方式進行能量交換。

節(jié)點在傳輸與計算過程中如何節(jié)省能量、提高效率不再是第一核心任務，如何利用節(jié)點當前的能量完成盡可能多的傳輸與計算任務成為首要目標。

無源傳感器面臨優(yōu)化的技術問題

無論是有線聯(lián)接乃至是時而更換的紐扣電池，為傳感器供電相對都比較容易。

但是，由于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器部署范圍遠且廣，許多不能提供電源、需長期監(jiān)測、電池不易更換或者易燃易爆等危險場合的應用， 必須采用無源傳感器來實現(xiàn)測量。

在無線傳感器網(wǎng)絡應用中， 由于節(jié)點數(shù)量多和分布范圍大， 電池更換問題也難以解決。

因此， 能夠自供能的無源傳感器具有廣泛的應用前景， 也是目前國內外研究的熱點。

無源傳感器可以有效解決因使用電池及電源帶來的各種問題，但也面臨著一些急需改進優(yōu)化的技術問題。

無源傳感器可以有效解決因使用電池及電源帶來的各種問題，但也面臨著一些急需改進優(yōu)化的技術問題。

未來，低功耗集成電子技術及先進電源管理的發(fā)展將極大地降低微型傳感器的功耗；通過新的換能器設計或者新材料的應用將進一步提高能量轉換效率和功率幾種；集方式結合將提高不同條件下收集能量的能力。

可以預見， 各種功能的無源傳感器在物聯(lián)網(wǎng)時代會在各個領域大顯身手。

結尾：暫時落后反而是最大的機會

未來為隨著5G的發(fā)展，有很多場景與無源化技術匹配。無源物聯(lián)網(wǎng)可以在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的基礎上提供獨特的性能和優(yōu)勢。不過，技術最終還是服務于需求。

作者 | 方文

部分資料參考：

物聯(lián)網(wǎng)智庫：《徹底拋棄電池，無源物聯(lián)網(wǎng)會成為下一個爆發(fā)點嗎？》

鎂客網(wǎng)：《推出無源化產(chǎn)品，物聯(lián)網(wǎng)傳感器領域市場前景廣闊》

卓信通信：《物聯(lián)網(wǎng)的未來——無源物聯(lián)網(wǎng)技術》

傳感器技術：《物聯(lián)網(wǎng)方興未艾，無源傳感器大行其道》