本文來源智次方·物聯網智庫，轉載請標明來源和出處
5月26日，在智次方·物聯網智庫舉辦的【風起·“無源”勝“有源”——感知無源·智能悠遠】主題直播活動上，上海交通大學RFID與物聯網研究所所長、博士、博士生導師王東、上海交通大學RFID與物聯網研究所博士后張謙、OPPO高級標準研究員徐偉杰、每開創新科技CEO歐陽紅軍四位嘉賓，就無源物聯網技術的發展脈絡和應用前景，以及在“雙碳”目標下的價值進行分享，為今后無源物聯網產業加速商業化驗證提供了豐富經驗。
從近年來物聯網新增的連接節點來看，采用低功耗技術的連接占比最大，因此低功耗物聯網已經成為產業連接的絕對主力。然而當前的某些物聯網通信技術就是低功耗物聯網的終極形態了嗎？顯然不是，隨著物聯網高速的發展，無源物聯網技術作為物聯網發展的一條主要路徑，受到的關注程度在不斷提高。
具體來說，無源物聯網打破了物聯網終端在供電、成本、終端體積以及可持續性方面的眾多限制，為未來物聯網連接數從百億級邁向千億級奠定了基礎。物聯網產業界也很早就已開始了對無源物聯網的研究，除了已經非常成熟的RFID無源物聯網技術之外，對新型無源物聯網商用化的研究也已經提升上了日程。
5月26日，在智次方·物聯網智庫舉辦的【風起·“無源”勝“有源”——感知無源·智能悠遠】主題直播活動上，上海交通大學RFID與物聯網研究所所長、博士、博士生導師王東、上海交通大學RFID與物聯網研究所博士后張謙、OPPO高級標準研究員徐偉杰、每開創新科技CEO歐陽紅軍四位嘉賓，就無源物聯網技術的發展脈絡和應用前景，以及在“雙碳”目標下的價值進行分享，為今后無源物聯網產業加速商業化驗證提供了豐富經驗。
上海交通大學RFID與物聯網研究所所長、博士、博士生導師 王東
上海交通大學RFID與物聯網研究所博士后 張謙
演講主題：《基于RFID的無源感知技術及應用——從RFID識別到RFID感知》
從2003年沃爾瑪宣布采用UHF RFID技術追蹤其供應鏈系統中的商品開始，RFID技術、產業和應用的發展走過了漫長的道路，上海交通大學RFID與物聯網研究所所長、博士、博士生導師王東表示，在近20年的時間里，RFID技術并沒有出現所謂的“井噴”發展，碎片化的長尾市場使整個產業變得越來越“卷”。2022年初，沃爾瑪再次宣布在2020年成功推動UHF RFID標簽應用于零售服裝的基礎上，計劃將RFID的使用擴展到其他零售部門，雖然這一爆炸性的新聞并不能說明RFID技術新一輪的發展熱潮即將涌起，但確為RFID行業注入了一針發展強心劑，值得期待。
王東介紹，國內近二十年RFID應用實踐印證了這樣一個共識，只有在供應鏈各環節（而不是單一環節）通過RFID技術實現實物流轉信息的快速自動識別，進而實現整個供應鏈的可視化，支撐面向政府監管、企業產品溯源、消費者商品防偽等應用場景需求，才能為RFID應用客戶帶來真正的投資回報率。一個代表性的RFID應用是他們團隊和合作伙伴共同推動的基于RFID/NFC的茅臺酒防偽溯源系統，通過在每瓶酒的瓶蓋內置RFID/NFC標簽，可以實現每瓶酒從生產、包裝、出入庫、物流中轉、分銷、專賣店零售以及消費者防偽查詢等整個供應鏈所有事件信息的可視化和可溯源，RFID技術為客戶帶來的價值在這個案例中得到極大提升。該項目的研究成果“基于射頻識別的供應鏈事務數據模型”已經由工信部正式發布為行業標準。
王東表示，RFID應用是一門復雜的工程技術，從標簽天線設計、標簽粘貼位置優化，到RFID讀寫器應用部署和情景匹配，以及應用方案設計，都需要經過設計、優化、仿真分析、應用測試、設計改進的循環往復過程。上海交通大學RFID與物聯網研究所團隊在近20年RFID研發和應用實踐的基礎上，凝練形成了一整套RFID應用工程方法論，建立了國內領先的RFID應用測試環境，幫助RFID系統集成商和客戶完善RFID應用解決方案，迄今已經為物流、制造、石化、煙草、酒類等行業的數百家客戶提供了RFID產品和方案應用測試、上線實施等服務。
王東強調，隨著對RFID技術研究的深入，RFID的價值不僅僅是提供“身份識別”能力，RFID讀寫器除了能提供RFID標簽的ID信息外，還能提供標簽返回信號的強度值（RSSI）、相位值（Phase）以及多普勒頻率（Doppler Frequency）等參數，利用這些參數可以實現基于RFID的厘米級精準定位、人動作和行為的感知等，這極大地拓展了RFID應用的范圍和層次，使RFID技術從識別走向感知。一個典型的應用場景是線下服裝零售店，每件服裝中都已經植入了RFID標簽，顧客取下衣服試穿還是在貨架上翻看衣服等不同的行為，都會使讀寫器給出的每件服裝RFID標簽的相位信號發生不同變化，通過信號處理并借助深度學習等AI算法，可以識別出顧客與那件服裝何種動作行為交互，這就可以幫助線下門店收集服裝與消費者的交互數據，為客戶畫像、商品推薦等應用服務提供支持。交大團隊已經在基于RFID的步態識別、工作流識別、呼吸心跳等生理體征識別、手勢識別等方面做了大量研究和實驗驗證測試。
最后王東表示，“RFID作為一種短距離的無線傳輸方式，其未來的技術發展方向之一就是要實現傳輸和感知一體化發展。”
隨后，上海交通大學RFID與物聯網研究所博士后張謙對基于RFID的無源感知原理及應用前景做了進一步的分享。
張謙解釋到，無線信號在空間中傳播時會存在多徑效應，讀寫器和標簽之間，除了有直接路徑信號之外，還有可能會有環境中物體或人等帶來的反射路徑信號，因此標簽返回信號中就包含了周圍環境中的多徑信息，通過分析物理層參數的變化就可以實現對環境中對象行為活動的感知，這就將RFID技術的研究從傳統的自動識別領域拓展到更為廣闊的泛在感知領域，為人機交互和普適計算提供了一種嶄新的技術手段。
RFID標簽低成本、易部署、無源的特性使RFID感知技術可以應用到很多領域。例如在室內定位領域，利用標簽返回信號的變化就可以實現對貼有標簽的物品的定位。他們團隊將合成孔徑技術和深度學習技術相融合，有效地解決了目前RFID定位易受噪聲、多徑、距離等影響的問題，可以將真實場景下的基于RFID的定位精度提升到厘米級。RFID傳統意義上被認為是一種身份標識技術，但是無源感知技術可以讓RFID在用戶不需要攜帶標簽的情況下實現身份識別，他們團隊利用環境中部署的RFID標簽捕捉人的步態信息，實現對用戶的非接觸式身份認證。在活動感知領域，RFID感知技術不僅可以將標簽部署到環境中進行感知，還可以將標簽貼到物品上，通過人與物品交互時引起的信號變化實現感知，例如可以利用服裝上的RFID標簽信號變化感知顧客的行為，通過在工廠或實驗室的儀器設備上部署RFID標簽對操作人員的工作流進行識別。
事實上，除了RFID之外，空間中的無線信號是無處不在的，例如WiFi、4G/5G、超聲波信號等。他們團隊近年來在無線感知領域做了一系列的工作，從RFID感知到基于WiFi、超聲波、毫米波雷達等其他無線信號的感知，再到與傳感器等感知方式相融合的多模態人機交互技術。張謙著重介紹了團隊目前在超聲波感知領域做的一些工作。目前，智能移動設備（手機、智能手表、智能音箱等）上的揚聲器和麥克風都可以收發24KHz以下的聲波信號，而人耳一般只能聽到17KHz以下的頻率，因此在超聲波感知中，智能設備可以通過揚聲器和麥克風發射并接收 17～24KHz 的聲波，通過分析接收信號中蘊含的多徑特征實現對周圍環境的感知。超聲波信號較短的波長（2cm左右）使其可以很好地捕捉人體細粒度的運動。例如，他們團隊通過超聲波信號感知人寫字時的手指運動，實現對用戶的手寫識別以及手寫簽名認證。他們還將超聲波感知應用到唇語識別上，通過端到端的網絡框架既可以識別單詞級別的唇語命令，也可以識別句子級別的唇語命令，使用戶只通過唇語（不發出聲音）就可以與智能設備進行交互。進一步地，他們還通過超聲波感知實現了更具挑戰性的語音增強。針對智能移動設備上的語音交互（語音消息、語音郵箱、語音筆記等）應用在實際場景中面臨的各種噪聲干擾問題，他們利用超聲波捕捉到的唇部動作信息實現語音增強。由于超聲波感知技術完全復用語音交互時使用的揚聲器和麥克風，因此可以以一種非常自然的方式（無需額外設備、無需改變用戶習慣）與語音信號協同工作。他們在高鐵、地鐵、餐廳等嘈雜環境中的現場測試都表明這種增強方法可以有效地去除音頻信號中的環境噪聲。
張謙表示，未來隨著通信技術和人工智能的發展，包括RFID在內的無線感知技術憑借其非接觸、全天候的優點會催生出各種各樣的創新性應用，例如運動監測、位置追蹤、步態識別、摔倒檢測、手勢交互、睡眠監測、飲食管理、情緒識別、生命體征監測等。
OPPO高級標準研究員 徐偉杰
演講主題：《基于環境能量的零功耗物聯網》
當前，MTC、NB-IoT等通信技術作為5G時代使能萬物互融的技術基礎，已經大體實現了低功耗、低成本、大連接，但仍有很多未滿足的物聯網通信需求，如：適應極端工作環境的物聯網、極低成本、極小終端尺寸，以及免維護的物聯網需求。
OPPO高級標準研究員徐偉杰表示，零功耗物聯網有望成為賦能萬物互融的重要抓手，通過使用環境能量，如：無線電波，太陽能，熱能，動能等，可以與現有的5G massive MTC形成良好互補，使得零功耗、極低成本、更小體積的終端成為可能。對于零功耗物聯網來說，現在的典型應用場景包括工業生產與檢測、智能物流與倉儲、智能家居等。
同時，他還介紹了三種零功耗物聯網系統，如：基于蜂窩或基于側行通信的零功耗物聯網系統，以及二者混合的零功耗物聯網系統。
此外，徐偉杰還表示，現在的零功耗物聯網設計面臨著諸多挑戰，包括終端極小的體積和極低的成本要求、多樣化工作環境下的能量采集、極端的工作環境通信要求、通信安全等問題。
面對這些設計挑戰，如今也有一系列關鍵技術來應對。在面對極低復雜度的通信技術要求時，可以采用ASK/FSK等低復雜度調制技術和反向散射通信等低功耗傳輸技術；在能量采集時，可以因地制宜、削峰填谷、開源節流；甚至還有具備簡化的連接管理、輕量級安全機制、簡化的網絡架構等特點的輕量化協議。
最后，徐偉杰表示，OPPO自去年5月開始，已經向國際標準化組織3GPP遞交提案，建議研究零功耗物聯網通信技術，該項目于今年2月成功立項，且OPPO為項目的報告人。還在業內首先發布了《零功耗通信》中/英文白皮書，并取得了廣泛好評。未來，OPPO將持續關注零功耗物聯網，并繼續投入精力研發相關技術。
每開創新科技CEO 歐陽紅軍
演講主題：《無源技術如何助力企業在“雙碳”下變革 》
自上世紀90年代第一個瀏覽器產生之后，IoT設備也開始出現；到了2000年左右的移動互聯網時代，LG公司宣布進入互聯網冰箱領域，寶馬公司于次年發布了聯網駕駛產品；而在2003年，“物聯網”一詞開始被廣泛接受，RFID也開始被零售商大規模使用。
經過了多年的發展，人們已經走進萬物互聯的時代，以物品接入為驅動的物聯網，會以更大的規模爆發。同時，在可持續發展和“雙碳”的目標之下，支持低功耗或者零功耗的物聯網設備，將迎來更大的發展空間。
對此，每開創新科技CEO歐陽紅軍表示，每開創新科技提出了“微能源抓取及通信解決方案”，通過自研的射頻能量算法芯片，實現射頻無線取電，在接觸瞬間吸收發射端能量，轉化成大功率儲電，以進行安全驅動負載，解放電池電量的約束，為智能開關的新功能擴展帶來更多發展機遇 。
目前，該技術方案主要用于無源鎖具、無源開關等產品場景。每開和行業合作伙伴一起，已經推出了基于每開無源NFC技術的消費級掛鎖、柜鎖、箱包鎖、智能門鎖等產品，以及工業級的設備管理鎖具；和物流箱合作伙伴推出了流箱鎖產品；和電子紙行業合作伙伴推出了無源NFC標簽產品。在這些產品的實際應用中，用戶只需將手機靠近芯片位置，通過APP、小程序等應用完成寫入和解鎖的過程，即可完成數據寫入和解鎖的過程，目前已經適配市面上90%以上的主流手機機型。針對工業、能源、交通等場景，也可通過定制讀卡器的方式完成交互。
同時，每開創新科技還擁有自有的SaaS平臺，可以實現設備及交互的實時管理，通過芯片記錄設備ID、通過數據部署實現交互數據回傳，助力企業全面數字化升級。
據歐陽紅軍介紹，目前，每開創新科技已在無源NFC/BLE技術及解決方案領域完成多項重大突破，并已通過無電開關、無電包裝、無電顯示、無電測量等應用場景，為智能家居、能源通信、醫藥物流等行業300家客戶提供軟硬件一體化服務。
（工業級場景解決方案）
最后，歐陽紅軍還表示，“無電”方案具有安全、高效、降本、環保等行業應用價值。每開創新科技近十年一直在微能源通信領域進行深刻的探索和實踐，團隊曾在16年研發的BLE+GPRS雙通信共享單車鎖模組累計三年出貨達到3000萬臺；目前其獨有的無源NFC大功率能量算法引擎在空中交通、資產安全、交互追蹤、信任交付等需求的應用特點備受認同，已簽約應用于無電智能箱包達百萬級的出貨量。未來，每開創新科技將繼續在微能源通信領域深耕，做出更優質的產品，服務更多的行業伙伴。
寫在最后
直播的最后，四位嘉賓與線上的數百位觀眾進行了深入互動，就無源物聯網在具體案例和應用中挑戰和難點、關于無線感知技術的應用探討，以及對無源物聯網技術研究中存在的困難再次進行了解答和分析。毫無疑問，無源物聯網作為物聯網發展中的一條主要路徑，在逐漸成熟的過程中還有更多創新的價值等待我們去解鎖和挖掘！
