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無源物聯網典型技術路線及對應場景
作者 | 摯物產業研究院2023-01-13

飛英思特無源物聯網技術路線及應用場景

飛英思特科技有限公司專業從事自供能傳感技術的研發與應用,致力于解決物聯網底層設備的供電問題,是全球最早一批將環境能量采集技術實現商業化應用的團隊,也是國內該方向的引領企業之一。

1.技術路線

飛英思特集成環境能量采集技術、微能量管理技術和超低功耗技術,面向難以布線等場景解決其供能需求問題。

環境能量采集技術:飛英思特通過自研的溫差、振動、微光能以及射頻能等采集發電裝置,助益物聯網設備從環境中高效獲取μW級能量并產生電力,使低功耗設備永久在線,能持續感知、處理和傳輸監測數據,徹底擺脫繁瑣布線及電池續航等限制,實現無源無線運行。

微能量管理技術:飛英思特推出的系列微能管理模組支持微光、溫差、振動、射頻多種取能模式。例如,REVOMINDS? FEH610是專為光能設計的微光能管理模組;TEG溫差能管理模組REVOMINDS? FEH710可在±2攝氏度溫差環境下實現取能;復合環境能量管理模組REVOMINDS? FEH620可應用于微光能、射頻能、微動能采集和管理,開發工程師可利用其輕松設計出能夠采集、管理多種能量源的無源無線產品。憑借多能量采集技術,飛英思特可為OEM廠商提供不間斷能量收集的低功耗物聯網終端供電解決方案。

超低功耗技術:飛英思特通過運行于邊緣端的超低功耗深度學習模型訓練生成的超低功耗算法,在滿足邊緣設備正常工作的前提下,能有效降低設備自身工作能耗,大幅延長設備生命周期內的續航時長。

通過運用環境能量采集技術、微能量管理技術以及、微能量采集以及超低功耗技術,飛英思特無源物聯網解決方案可以使單個節點的使用壽命保持在10年以上。

2.應用場景

飛英思特無源物聯網技術解決方案應用場景包括移動定位、管網水表供電以及農業種植等場景。

移動定位:在物流倉儲和大型制造工廠中,定位標簽的應用非常常見,但鑒于被管理對象頻繁移動等原因,定位標簽需時刻在線以保障位置信息的準確性,從而大大加快了電源消耗速度。飛英思特為京東物流倉儲中人員設計了基于自供能工牌的管理系統,工牌通過光伏板將光能轉換為電能維持負載運作,并通過無線通信模塊將工牌的相關數據發送至藍牙網關,進而再計算工牌的位置,把工牌的相關數據和位置信息上傳至后臺。

自來水管網水表供電:自來水管網作為給水系統中重要的組成部分,與之配套的管網水表目前一般采用電池或布線供電,電池供電壽命不長,而布線供電則增加成本。飛英思特為海興電力設計管網水表供能系統,通過在DN50至DN100的自來水管中安裝葉輪和發電機,以微能管理技術為核心利用管網中水流的流動發電,實現了為管網水表自取能式供電,延長了水表的電源壽命。并且不用布線供電,極大節約了成本。

農業種植:由于農業作業環境廣袤,采用布線方式為傳感設備供電十分不便且成本巨大,同時,電池短暫續航及土地污染風險對于管理者也并不友好。飛英思特提供的無源無線傳感器可實時監測農業環境中的各項數據,并發送至后臺或手機APP,協助管理人員建立農作物最優生長環境數據模型。由于無需更換電池,將避免前期繁瑣的部署過程和土壤破壞風險,并實現成本節約。

中國移動無源物聯網技術路線及應用場景

1.技術路線

中國移動把無源物聯網技術路線發展分成三個發展階段:第一階段是以單點式架構為主的無源1.0階段,第二階段是以組網式架構為主的無源2.0階段,第三階段是以蜂窩式架構為主的無源3.0階段。

無源1.0是指以傳統收發一體的RFID為代表的單點式無源物聯網系統,其最大的特點為采用點對點、近距離通信,受制于系統上下行信號自干擾及讀寫器間互干擾問題,此類系統在實際應用中存在距離瓶頸。

無源2.0系統采用組網式架構,通過將前向、反向鏈路分別部署在接收器和激勵器側,實現鏈路解耦,解決自干擾問題,并實現較遠距離的組網,同時支持物品定位功能。無源2.0系統具有可靈活擴展、支持組網部署等特點,可應用于大型倉儲、資產管理等場景中,實現自動化快速盤點和定位。

無源3.0系統是與蜂窩網絡深度融合,基站作為讀寫設備,對無源標簽進行激勵和感知,并借助蜂窩網絡上下行干擾抑制、優化編碼調制方式、實時資源調度等優勢,為標簽提供“全程全網”的連接服務,實現中遠距離、規模化連續覆蓋。

中國移動推進無源物聯網發展的3階段規劃

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來源:中國移動,摯物產業研究院整理

蜂窩式無源3.0系統受到國內外產業的重點關注,國際標準化組織3GPP已于2022年3月啟動基于環境供能的無源物聯研究項目,中國移動在CCSA也成立了《基于蜂窩通信的無源物聯網應用需求研究》項目。

根據不同的激勵和接收主體,無源3.0系統存在兩類主要的空口架構,一是蜂窩基站和標簽直接通信,基站同時支持下行信號激勵和上行數據接收;二是通過中繼設備實現激勵信號發送和/或反向散射信號接收,可滿足區域標簽定點激勵,數據匯總、再加密、統一上報等需求。根據應用場景不同,架構可衍化出多種形式。

2.應用場景

中國移動劃分的無源1.0階段的主要應用場景包括快消品、區域倉儲盤點等;無源2.0階段的主要應用場景包括規模盤存和進出庫盤點等;無源3.0階段的應用場景將進一步豐富,擴展到物流、醫療、糧儲、畜牧、電力、石化和軍工等領域。

根據應用場景和標簽能力的不同,蜂窩無源物聯網的端到端架構可在傳統蜂窩系統的基礎上進行輕量化、便捷化設計和部署,將核心網部分能力下沉至代理節點,通過應用層實現標識管理和鑒權認證等。

無源3.0系統網絡架構圖

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來源:中國移動,摯物產業研究院整理

基于蜂窩無源的全新無源物聯網系統能夠滿足超低功耗、超低成本、“感通”一體、大規模接入、高效盤點等應用需求,拓展支持更加豐富的行業應用,未來有望在物流、倉儲、制造、交通、醫療等行業發揮重要作用。

OPPO無源物聯網技術路線及應用場景

1.技術路線

OPPO倡導的零功耗物聯網主要通過利用無線電波、太陽能、熱能和動能等各種環境能量,實現與5G massive MTC互補,使零功耗、極低成本、更小體積的終端成為可能的無源物聯網技術方案。OPPO主張的零功耗通信系統主要包括三類:基于蜂窩的、基于側行通信的以及基于蜂窩與側行通信混合的零功耗通信系統。

基于蜂窩的零功耗通信系統主要包括的通信方式

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來源:OPPO,摯物產業研究院整理

基于蜂窩的零功耗通信系統可以支持零功耗終端的大規模部署和集中控制,旨在解決點對點、點對多點通信需求的傳統技術(如RFID)的通信距離短、部署成本高、系統效率低等問題。得益于蜂窩網絡在覆蓋和資源利用上的優勢,基于蜂窩的零功耗通信系統可以大范圍、集中式管理網絡中的零功耗終端,極大提高系統效率,節省部署成本。

2.應用場景

OPPO零功耗物聯網鎖定的主要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。

工業傳感網:OPPO構想的工業傳感網主要應用在工業生產過程中,如溫濕度監測、振動監測以及生產線監測等,從而實現工業自動化和智能化管理。以鐵軌測量為例,通過在鐵軌下部署零功耗傳感設備,可以監測和采集鐵軌壓力、溫度和其它信息。另外,相關設備還可以部署在高低溫、移動或旋轉部件、高振動條件以及高濕度等電池無法長久續航的極端環境中。

物流和倉儲:隨著物流行業的持續增長,企業的倉儲壓力和人力成本壓力日益增加。對物流包裹進行數字化管理,不僅可以進一步提升物流和倉儲管理效率,同時可以節約高額的人力成本。OPPO的零功耗通信技術將通信終端標識貼在包裹或貨物的包裝表面,用于物流信息的獲取和物流全流程的管理,讓倉儲作業更加簡單高效。

智能可穿戴:智能可穿戴產品是繼手機之后,最具規?;瘧脻摿Φ膫€人消費終端之一,目前各種可穿戴設備都已實現無線連接。根據不同產品的功能定位,可以實現健康監測、運動監測、移動感知、移動定位等多場景應用。OPPO的零功耗通信技術的目標是最終擺脫電池限制,實現更長的續航、更加便捷的能源保障和更好的使用體驗。

醫療健康:便攜式醫療設備可以滿足消費者居家健康服務需求,但鑒于醫療監控設備(尤其是人體植入型設備)的特殊性,續航及電源攜帶等問題在很大程度上限制了其應用場景拓展。通過零功耗物聯網技術,可以實現極低功耗工作;同時,無需電池可以縮小體積,有利于實現柔性折疊,且無需擔心液體浸泡等,將助益醫療設備數據實時監測和對健康狀況高效進行數字化管理。

智能家居。在智能家居領域應用零功耗通信技術,可以擺脫復雜的布線,使每個終端都能獨立控制,并實現無需人工能源介入下的長續航在線。

(四)每開創新無源物聯網技術路線及應用場景

1.技術路線

每開創新的“無電物聯網”平臺服務專注于在零功耗或超低功耗環境下,提供微能量抓取及通信的整體解決方案?;趪H標準NFC/BLE通信協議,每開創新通過獨創的射頻能量算法芯片,實現無線射頻取電、瞬間大功率儲電和安全驅動負載。

每開創新的無源技術方案利用帶電的發射端設備對不帶電的接收端進行反向通信和供電。其主要特點和優勢在于:產品的通用性強,適配90%以上主流智能手機或智能設備??蛇M行無電改造,成本低、功耗低、綠色節能,助力企業提質增效。另外,每開創新的無源方案和產品采用國際通用標準,數據安全性強,具備支付級數據安全能力。

2.應用場景

每開創新經過長期積累,目前已整合上游產業核心能力,聚焦自主技術創新,在硬件和軟件層面均已完成標志性工作,已陸續拓展了能源交通、數字包裝、智慧物流、企業辦公、智慧家居、溯源管理等六大行業市場,為多個行業伙伴量產交付無源硬件產品和云芯一體解決方案,助力其推進數字化升級和無電化改造。

能源交通戶外設備管理:針對戶外作業安全防控、設備開箱檢修勞務履職監督等,每開創新設計了無源工業開關解決方案,可滿足戶外設備系統的安全性和防護管理、員工履職追溯等需求。

智慧倉儲及物流:針對從企業到用戶的高凈值貨品物流精細化管理要求,每開創新無源物流解決方案以ESG循環物流要求為標準,有效助益貨運異常監督和貨損降低;同時,每開創新云數字平臺支持與企業云的“云云對接”,為品牌商貨運保駕護航,完成B端到C端的信任交互體驗。

智慧家居和數字辦公:每開創新無源智慧家居解決方案為家庭儲物、居家開關等提供零布線、零供電的智能交互選擇,為未來人居提供零維護成本的交互體驗,以及強延伸性和強連接性的生活體驗。

農產品安全和資產安全管理:每開創新無源溯源方案具備貴重資產溯源識別、倉儲運輸、標簽化管理等功能。通過點對點數據傳輸,用戶“碰一碰”即可了解商品詳情、參與互動、追溯商品路徑等,助益企業提升用戶復購率。

 


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