物流和供應鏈追蹤是物聯網的一個重要應用場景,隨著全球化和產業分工的不斷細化,物流和供應鏈發展迅速,市場研究機構Statista跟蹤數據顯示,2021年全球包裹運輸數量達到1579億件,中國快遞包裹數量為1083億件,占全球份額為68%。在這些包裹鐘,相當一部分物品需要持續、實時的在線追蹤,尤其是一些貴重物品、重要藥品疫苗、關鍵資產和設備等,面對定位追蹤應用的物聯網廠商不斷涌現,力爭在快速發展的物流和供應鏈領域實現規模化部署。其中,智能標簽作為便攜、低成本的方式,受到越來越多的物流和供應鏈客戶所青睞,也是大量物聯網廠商關注的重點。
智能標簽可以粘貼在貨物包裝上,相對于傳統標簽,智能標簽集成了通信、感知的功能,能將貨物實時位置、狀態采集并傳輸至管理后臺,實現持續追蹤。同時,隨著各方面技術的進步,智能標簽可以通過打印形式生產出來,更便于在各類追蹤場景使用。市場研究機構ABI Research數據顯示,到2028年智能標簽出貨量將達到5.81億。近年來,追蹤定位的智能標簽已形成多種形式,根據通信距離的不同,形成短距離智能標簽和廣域智能標簽兩種大類。其中,短距離的智能標簽已有很多成熟的形態,而廣域智能標簽則是基于蜂窩物聯網通信研發的標簽,目前還在小范圍應用中。
藍牙智能標簽成為短距離智能標簽的典型代表
過去十多年,智能標簽主要由RFID來驅動,目前RFID標簽成本已非常低,而且已形成每年數百億的出貨量。然而,由于RFID天然的一些不足,業界不斷探索新的智能標簽技術,藍牙標簽成為一個重要方向。
提起藍牙智能標簽,很多從業者都會推薦Wiliot這家公司。Wiliot將其標簽產品命名為Wiliot IoT Pixels,它是一款小型低成本、自供電的藍牙傳感器標簽,該標簽僅郵票大小,可以貼在任何產品或包裝上,感知一系列物理和環境數據,并將信息傳輸至網關、手機或支持低功耗藍牙(BLE)的設備上,再發送至Wiliot云平臺,云平臺的機器學習算法將數據轉化為可操作的見解,供各行各業的企業使用。
Wiliot IoT Pixels標簽一大亮點是不需要供電,該標簽完成感知、存儲和通信的能量來自于收集周圍的無線射頻能量來為其供電,并使用該能量發送標簽唯一標識碼的數據以及傳感器讀數。也正是采用這一設計,該標簽不需要電池,因此其尺寸可以設計成郵票大小,并能便捷地粘貼在各種物品之上。
Wiliot IoT Pixels硬件的核心是一款低功耗藍牙無線MCU,用于提供感知、計算和通信的能力,而且包含了一個自供電管理單元、幾個傳感器接口、一個安全引擎和用于編程和配置的存儲器。其中,其CPU是一款32位的可編程ARM Cortex M0+處理器,工作頻率位1MHz,存儲器內存位1KB;傳感器方面,包括一個精度在1℃以內的溫度傳感器以及一個傳感器數字接口,Wiliot將環境和食品質量傳感器集成作為研發方向。
在成本方面Wiliot IoT Pixel標簽與RFID采用了相同的印刷電路技術,可以在郵票大小的傳感器卷軸上進行低成本、高吞吐量的生產。根據Wiliot官網信息,這一標簽成本為10-75美分。從Wiliot布局來看,該公司要將其方案廣泛應用于零售、醫療、食品等供應鏈各個環節,讓所有環節都實現在線和可視化。
與RFID相比,這一藍牙標簽可以在很大程度上減少專用手持讀寫器的束縛,而且具備傳感、通信、計算集成化功能,實現對物品相關信息的主動感知。目前,海外已有多家廠商推出類似于Wiliot的藍牙智能標簽產品,例如一家名為Reelables的廠商推出藍牙打印標簽,在供應鏈多個場景應用,同時,藍牙聯盟也在大力推動藍牙標簽在零售、物流領域的應用。目前,基于低功耗藍牙的智能標簽已經在多個領域形成一定規模,隨著成本的降低,其規模將進一步擴大。
不同陣營發力,廣域網絡智能標簽備受關注
相對于基于藍牙等短距離通信,廣域物聯網能夠實現更大范圍物流和供應鏈物品實時追蹤。廣域物聯網標簽的工程化難度更高,近年來很多廠商開展布局,但還未形成規模化應用。不過,由于廣域網絡具有廣度和深度覆蓋的優勢,關注這一領域的廠商越來越多,當然,廣域網絡智能標簽規模化應用還需打破很多壁壘。
廣域物聯網網絡已形成蜂窩和非蜂窩兩大陣營,這兩大陣營在智能標簽方面都有多年的探索。
早在2017年,Sigfox就推出了類似的智能標簽產品,是一款名為Admiral Ivory的廉價模組,目標價格僅約為0.2美元,這款模組可用于大量一次性使用的產品中,尤其是一些“用完可丟棄”的產品。Sigfox曾在一次大會上展示了這一產品的應用,即在牛皮紙信封中貼上該標簽,當信封被打開時,就會觸發模組向后臺發送一條文字消息,再實時發送給管理人手機,及時跟蹤信封的位置和情況。不過,隨著Sigfox后來破產并被收購,這一智能標簽產品再無新的消息。
2018年,Semtech推出了LoRa Tag的追蹤、身份識別標簽的參考設計,用于嵌入一些定位追蹤類設備中,當某個事件觸發時可以通過LoRa網絡將數據上報,或者進行周期性的傳輸。此前,Semtech曾投資了一家擁有全新電池技術的創業公司Imprint Energy,Imprint Energy擁有超薄的柔性印刷式電池技術,其產品很好的支持了LoRa Tag的設想。不過,基于LoRa的智能標簽目前也為形成規模化應用,可能是受限于LoRa模組體積、成本等因素,超薄的智能標簽還有一定難度,體積相對大的LoRa跟蹤器則應用更多。
也是在2018年,國內低功耗廣域網絡廠商縱行科技推出一款ZETag廣域傳感標簽,其厚度不足3mm。ZETag使其追蹤類應用從耐用品拓展至易耗品,縱行科技認為該標簽能夠被廣泛應用于工業、物流、健康、醫藥等諸多有著源源不斷穩定需求的領域。隨后數年中,縱行科技與順豐、菜鳥、京東物流等物流類廠商深度合作,該標簽也廣泛應用于這些物流場景中。
而在蜂窩物聯網陣營,對于智能標簽的探索也比較多,其中不乏全球知名巨頭。
2020年,知名運營商沃達豐宣布和知名制藥公司拜爾合作推出一款可打印的基于NB-IoT的智能標簽,另外,芯片廠商ARM、索尼半導體和模組制造商Murata也看中智能標簽的前景,加入這一合作中。這一智能標簽融合了iSIM功能,并將NB-IoT通信模組、印刷電池、微處理器、天線、調制解調器以及幾個傳感器共同集成到一張打印標簽上,可見所有的器件都需要超薄的厚度。其中,沃達豐提供參考設計,ARM負責整體藍圖,索尼半導體設計芯片,Murata設計模組。拜耳制藥將各方聚集在一起,打印這一標簽,并像貼郵票一樣將其貼在從倉庫發出的貨物包裝上。
沃達豐的一位高管對此給出高度評價,他認為這是實現“大規模”物聯網的重要基礎,而其成本為幾歐元,打破了資產追蹤應用成本的天花板,讓這一領域不在僅限于高價值商品,給資產追蹤開辟新的市場。
2021年,美國運營商AT&T聯合索尼半導體發布了智能追蹤標簽的計劃,這一標簽是基于AT&T的LTE-M網絡,實現對運輸中物品位置的感知。該標簽采用索尼半導體ALT1250芯片,這一芯片支持LTE-M和NB-IoT,也可選衛星連接,其體積僅為100mm2。AT&T認為,RFID追蹤無法實現物品信息實時上云,而這一智能標簽可以實現實時追蹤,該標簽可以廣泛應用于藥品、物流、零售等行業,例如可以幫助制藥商跟蹤敏感藥品,傳感器近乎實時地監控溫度,以滿足監管要求,并在貨物被異動時發出警報。
今年年初,荷蘭物聯網標簽廠商SODAQ與英國物聯網解決方案廠商Pod Group以及漢莎工業解決方案公司合作,使用集成調制解調器和印刷電池的智能標簽提供全球包裹跟蹤。從表面看,該智能標簽本身與任何其他打印的運輸標簽一樣。然而,在其表面之下,是一個可回收的印刷堿性電池驅動的電子設備,包括溫度和震動傳感器,以及一款LTE-M的蜂窩調制解調器。這一標簽的尺寸厚度僅為0.08英寸,但其可以提供六個月的電量,在此期間可以進行多次位置和傳感器查詢。標簽本身是通過用剪刀剪下一個明顯標記的角來激活的,而且這一標簽可以重復使用。
今年2月份,高通公司宣布推出物聯網平臺Qualcomm Aware,該平臺從一個場景切入,重點聚焦供應鏈物流。根據高通對Qualcomm Aware平臺的描述,伴隨該平臺推出的還有多款開發者終端,主要是不同等級的物流追蹤器、傳感器、標簽產品,支持供應鏈物流多個場景的感知,Qualcomm Aware平臺首批合作伙伴中的最終用戶場景也大部分為物流追蹤需求。其中,高通也發布了Qualcomm Aware配對的標簽產品QSL110,該產品也是一款打印標簽,包含柔性電池、調制解調器和傳感器,厚度僅2mm,一次性使用,通過NB-IoT網絡定期向平臺上報跟蹤物品的信息。
可以看出,目前蜂窩物聯網陣營的智能標簽都是基于NB-IoT和LTE-M網絡。基于蜂窩物聯網的智能標簽還在不斷演進中,未來,基于蜂窩物聯網的智能標簽需要進一步降低模組尺寸和成本,并進一步提升供能技術。其中,在供能技術方面,無源物聯網持續發展,通過電源管理技術,已出現借助電源管理模塊支持NB-IoT模組工作的方案,能夠實現NB-IoT永久免供電,或許這一方向也將成為下一步智能標簽的主要研究內容。