只需一點(diǎn)小能量就能“撬動(dòng)”互聯(lián)大市場(chǎng)，RFID“捧走”無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)獎(jiǎng)杯

2023年元旦已過(guò)，這將是我們終于走出疫情的第一年。

當(dāng)重要的不確定因素被剔除，此時(shí)正是展望未來(lái)的好時(shí)候：已經(jīng)拉開(kāi)帷幕的2023，有哪些值得把握的產(chǎn)業(yè)新機(jī)會(huì)？

如果我們只把目光限制在未來(lái)的12個(gè)月，也就是2023這一年，那么我們看到的將不僅有5G、Matter、衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣智能等持續(xù)性大趨勢(shì)，也會(huì)看到一些在2022年落地的新機(jī)會(huì)和小趨勢(shì)，即將在2023年開(kāi)花結(jié)果。

“無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)”結(jié)合“泛在式供電”

如何降低物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)的功耗一直是AIoT核心研究方向之一，業(yè)界普遍認(rèn)為集成了感知、通信和計(jì)算能力的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)器件，有望解鎖千億級(jí)的IoT鏈接，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物真正的海量式在線，泛在式互聯(lián)。

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)并非完全不需要供電，而是通過(guò)采集環(huán)境中寥勝于無(wú)的太陽(yáng)能、振動(dòng)能、射頻能和熱能，獲取能量并轉(zhuǎn)化為電能。

以往我們普遍關(guān)注能量的采集和使用端，也就是一些“給點(diǎn)兒能量就燦爛”的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽類(lèi)器件。

然而，環(huán)境能量采集存在著很多技術(shù)挑戰(zhàn)，集中體現(xiàn)在能量微弱和隨機(jī)性明顯，尤其是大部分情況下僅有微瓦級(jí)的能量供應(yīng)，在這樣的條件下驅(qū)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集、通信和計(jì)算的穩(wěn)定工作是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

好在如今，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的能量供應(yīng)端取得了突破。2022年泛在式供電與無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽相結(jié)合的應(yīng)用，率先在澳大利亞某超市中實(shí)現(xiàn)。

這種泛在式供電并不同于我們熟知的Qi無(wú)線充電，它無(wú)需與物體表面接觸，而是隔空實(shí)現(xiàn)數(shù)百乃至數(shù)千個(gè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽的供電。

這項(xiàng)技術(shù)的解鎖意味著我們將在家庭、工業(yè)和零售場(chǎng)景中，看到更多支持隔空無(wú)線供電的設(shè)備。

在澳大利亞的試點(diǎn)超市中，兩家公司緊密配合，實(shí)現(xiàn)了方案的落地。Wiliot提供的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽貼在商品上，實(shí)時(shí)追蹤庫(kù)存和銷(xiāo)售狀態(tài)。Energous提供的泛在式供電設(shè)備安裝在天花板上，為數(shù)百個(gè)標(biāo)簽供電。

通過(guò)與電子墨水屏制造商的合作，這家超市嘗試每天將標(biāo)簽遠(yuǎn)程更新多達(dá)10次，以便能夠靈活調(diào)整商品價(jià)格。


零功耗無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)

助力千億終端互聯(lián)互通

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)最早是在軍事領(lǐng)域應(yīng)用，后逐步滲透到工業(yè)、交通等民用商用領(lǐng)域，隨著新興數(shù)字標(biāo)簽技術(shù)的出現(xiàn)，在RFID的基礎(chǔ)上，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步延伸拓展至 Wi-Fi、藍(lán)牙、UWB、LoRa、5G等蜂窩/非蜂窩技術(shù)的無(wú)源互聯(lián)。無(wú)需電池供電即可聯(lián)網(wǎng)通信，是無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)最大的優(yōu)勢(shì)，憑借極低的部署和維護(hù)成本、靈活多變的應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)成為解決更廣范圍內(nèi)終端供能需求的希望。

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的研究主要依托這三類(lèi)底層技術(shù)：

首先是環(huán)境能量采集。無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽側(cè)設(shè)備不依賴電池或電源線供電，而是通過(guò)捕捉環(huán)境中的能量，轉(zhuǎn)化為電能使用，能量的來(lái)源可包括光能、熱能、動(dòng)能、射頻等。太陽(yáng)能是目前轉(zhuǎn)換效率最高的方案，電磁波在單一頻段下能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到50%，在多頻段的復(fù)雜場(chǎng)景下只有1~2%，溫度差熱能采集對(duì)使用環(huán)境有要求，轉(zhuǎn)化效率低于10%。以下是幾種成熟的能量采集技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)：

其次是低功耗計(jì)算。無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)終端運(yùn)行時(shí)可利用的能量有限，這決定了驅(qū)動(dòng)電路或芯片用于計(jì)算的功耗需求不能太高，目前成熟應(yīng)用低功耗計(jì)算的MCU芯片一般功耗在 μW 級(jí)別。

最后是依靠低功耗通信——“反向散射”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)終端往往以低耗能的近距離低速率通信技術(shù)為主，更多依靠反向散射的方式反射接收到的射頻信號(hào)以傳輸數(shù)據(jù)。

當(dāng)前正處于無(wú)源技術(shù)革新的關(guān)鍵期，中國(guó)移動(dòng)研究院IoT研究所認(rèn)為無(wú)源物聯(lián)技術(shù)演進(jìn)路徑可分為單點(diǎn)式無(wú)源1.0、組網(wǎng)式無(wú)源2.0、蜂窩式無(wú)源3.0三個(gè)階段，傳統(tǒng)RFID應(yīng)用采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)近距離讀寫(xiě)一體的架構(gòu)，存在較強(qiáng)的自干擾和互干擾問(wèn)題，主要應(yīng)用在快銷(xiāo)品、倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域。新型組網(wǎng)式無(wú)源2.0技術(shù)采取收發(fā)分離式系統(tǒng)，支持組網(wǎng)部署，解決干擾問(wèn)題提升了接受距離，在一定程度上拓展RFID應(yīng)用場(chǎng)景。

在3.0階段,可以進(jìn)一步發(fā)揮蜂窩網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，利用基站拓展通信距離，為更大范圍和更復(fù)雜場(chǎng)景的組網(wǎng)應(yīng)用需求，如資產(chǎn)全生命周期管理提供可能。如2021年華為提出5.5G無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)Passive IoT的方案構(gòu)想，通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)將RFID支持的場(chǎng)景傳輸距離由10米級(jí)擴(kuò)大至百米級(jí)別，砍掉專(zhuān)用的讀寫(xiě)器，使終端向蜂窩網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自我回傳。

憑借零功耗、小體積等優(yōu)勢(shì)，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)可以在工業(yè)傳感器、智能交通、智慧物流、智能倉(cāng)儲(chǔ)、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、能源領(lǐng)域等產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域以及智能穿戴、智能家居、醫(yī)療護(hù)理等消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。


RFID借勢(shì)興起，千億市場(chǎng)待開(kāi)發(fā)

RFID并不是一項(xiàng)新技術(shù)，但RFID無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)卻是一個(gè)新詞。

在最近的1年多的時(shí)間里，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)這一概念被一批做藍(lán)牙、UWB、甚至是5G的企業(yè)給帶火了，因?yàn)樗啾扔谟性次锫?lián)網(wǎng)而言，有更大的連接數(shù)量想象空間。

從上面的模型圖中可以看到，業(yè)界對(duì)于無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的連接預(yù)期是千億級(jí)的量。

事實(shí)上，這并不夸張，因?yàn)樽鳛闊o(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種，RFID已經(jīng)被廣泛使用。

根據(jù)AIoT星圖研究院最新的調(diào)研結(jié)果，在2021年度，僅UHF RFID的全球出貨量就到達(dá)了230億左右，而加上低頻與高頻的量，每年的全球無(wú)源RFID的總出貨量接近300億。

隨著RFID標(biāo)簽成本的進(jìn)一步降低，目前在物流快遞、商超零售、醫(yī)療耗材、圖書(shū)檔案、防偽溯源等量非常大的應(yīng)用領(lǐng)域在快速普及RFID電子標(biāo)簽，每年千億級(jí)的量并不是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)。

為什么是RFID將會(huì)成為時(shí)代的答案?

無(wú)線傳輸技術(shù)有很多，為什么RFID會(huì)是時(shí)代的答案?

要評(píng)判一個(gè)無(wú)源無(wú)線電技術(shù)的優(yōu)劣，主要有兩個(gè)指標(biāo)，第一個(gè)指標(biāo)是工作的距離，工作距離越遠(yuǎn)，適用的場(chǎng)景就越廣;第二個(gè)指標(biāo)就是成本，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)適用的場(chǎng)景就是低成本，誰(shuí)的成本更低，誰(shuí)就更有優(yōu)勢(shì)。

1、相較于其他的無(wú)線技術(shù)，無(wú)源RFID可以傳輸?shù)酶h(yuǎn)

無(wú)線電波無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案想要獲得較遠(yuǎn)的傳輸距離，對(duì)相應(yīng)產(chǎn)品有兩個(gè)層面的要求。

第一，是從無(wú)線電波中吸取能量的效率要高。

從無(wú)線電波中吸取能量有近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)之分。近場(chǎng)能量傳輸主要是通過(guò)線圈的電感耦合，傳輸距離很近，比如說(shuō)NFC就是采用這種方式，一般工作距離只有幾厘米。

而遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸為微波輻射系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域(輻射場(chǎng))中完成。常見(jiàn)的通信技術(shù)比如UHF RFID、藍(lán)牙、Wi-Fi等都是在遠(yuǎn)場(chǎng)中完成能量傳輸。

第二，就是芯片的工作電流要足夠低

標(biāo)簽芯片的工作電流越低，相應(yīng)的工作距離也會(huì)越遠(yuǎn)。在實(shí)際的應(yīng)用中，會(huì)通過(guò)加電容的方式儲(chǔ)存電量，在應(yīng)用的時(shí)候通過(guò)電容放電以達(dá)到芯片的工作要求，也可以擴(kuò)大芯片的工作距離，但這針對(duì)的是低頻次數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)景。

通過(guò)上述兩個(gè)維度的篩選，可以很直觀地得出一個(gè)結(jié)論，那就是RFID是最優(yōu)秀的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2、RFID的成本優(yōu)勢(shì)明顯

目前RFID的標(biāo)簽使用量每年已有數(shù)百億，龐大的規(guī)模刺激標(biāo)簽的成本價(jià)格在逐漸降低，以UHF RFID標(biāo)簽為例，目前在鞋服零售這類(lèi)大批量通用市場(chǎng)上，它的市場(chǎng)售價(jià)穩(wěn)定在2-3毛人民幣，并且有繼續(xù)下降的趨勢(shì)，而市場(chǎng)上備受關(guān)注的快遞物流包裹場(chǎng)景中，對(duì)于電子標(biāo)簽的成本價(jià)要求是1毛以內(nèi)，這并不是一個(gè)不可達(dá)到的目標(biāo)。

而相比之下，wifi、藍(lán)牙、UWB等其他的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，一顆芯片的成本都要幾塊到幾十塊，即便是為了適應(yīng)無(wú)源場(chǎng)景而進(jìn)行功能的簡(jiǎn)化與成本低的優(yōu)化，也很難達(dá)到RFID的水平。

所以，從成本上來(lái)說(shuō)，RFID是未來(lái)千億級(jí)低成本IoT連接方案的正確答案。