物聯網本著萬物皆可入網的思想,以實現萬物互聯作為最終目標,已幫助數以億計的設備實現互聯互通。然而,隨著市場規模的蓬勃增長,設備的供能、續航等問題正在成為物聯網發展的新挑戰。可以說,如何實現低功耗、低成本、長生命周期的網絡已成為物聯網下一階段亟待突破的關鍵。
在此背景下,低功耗物聯雙從2010年左右開始萌芽,經過十多年的發展,形成工以BLE、LoRa、NB-IoT、RedCap等為代表的一系列成熟的低功耗物聯網技術。其中,BLE是低功耗藍牙技術,與經典藍牙保持連接的工作模式不同,BLE 采用“睡眠-喚醒”模式節能,具有易用性、集成性等特點,廣泛應用于各類智能終端中。LoRa是遠距離無線電技術,定義了三種不同的終端工作模式以降低功耗,具有多節點,廣域連接等特點,適用于物聯網報警,燃氣無線抄表等場景。NB-IoT是低功耗窄帶物聯網技術,相比 LoRa,其使用授權頻段,干擾相對較少,具有高可靠性、高安全性特點。RedCap是輕量級的5G物聯網技術,能夠滿足可穿戴設備、工業無線傳感器等對網絡能力的需求介于eMBB、uRLLC和mMTC之間的場景需求。
上述低功耗物聯網技術雖然以實現物聯網終端低功耗、大連接為愿景,但隨著技術的不斷迭代,一方面,低功耗終端在成本、尺寸等方面逐漸出現瓶頸,在面對食品溯源、商品流通等對單品跟蹤管理需求高的應用場景時不具備明顯優勢。另一方面,受制于常規電源的工作環境,此類低功耗終端無法在高溫、超低溫、高濕、高輻射等嚴苛的通信環境中正常工作,應用場景受限。
為解決上述問題,無源物聯網開始走上產業舞臺,并于近兩年逐漸成為關注熱點。無源物聯網是利用環境能量采集技術,將周圍可利用的信號與能量轉化為可驅動自身電路的電能,同時利用以反向散射為核心的通偏模式,實現向目標節點傳遞信息的技術。其最顯著的特征是完全不依賴傳統電池供電,能夠很好地解決低功耗物聯網發展過程中的瓶頸問題,是下一代物聯網發展的關鍵技術。
圖1 物聯網連接規模分布金字塔
物聯網連接規模分布金字塔如圖 1 所示。其中,金字塔頂端是以 5G NR、LTE 為代表的高速物聯網,目前主要應用于高清視頻傳輸、AGV 集群控制等對時延及帶寬要求高的場景;第二部分是以 RedCap 為代表的中速物聯網,可支持工業傳感器、可穿戴設備、監控攝像頭等用例,實現十億級連接;第三部分是以 BLE、LoRa、NB-IoT 為代表的低速物聯網,面向視頻監控、工業無線傳感器網絡等場景,可以實現更低終端復雜度的信息采集,支持百億級連接規模;金字塔基石是以 RFID、蜂窩反向散射通信等為代表的無源物聯網,因其在終端功耗、尺寸以及成本等方面具有顯著優勢,可廣泛應用于資產管理領域,創造物聯網千億級市場的突破。