赛迪顾问IT新语第8期：无源物联网：不接外部电源、不带电池的物联网

第8期总第14期无源物联网低成本无源物联网技术降低了每个终端的成本，几乎不需要维护。无需内置电池情况下，也免去了电池成本。一旦安装完成，无源传感器可以长灵活布局此灵活性特点使该技术在各种应用场景中拥有拓展性，拓展了物联网可连接设备数量的大幅增加，推进了物联网在感知层实现概念定义无源物联网有别于传统物联网，它利用无源标签和传感器实现设备间通讯的技术。无源物联网的核心优势在于无需内置电池、成本低、部署空间灵活等。无源物联网通过收集环境中的微能量，如无线电波能量、热能、振动能等来维持设备的正常运转。该技术的出现在物联网领域是一个颠覆性改革。由于无需电池的情况下无源物联网技术通过无源射频识别(RFID)标签就能对物品进行识别、根治和管理，所以无源物联网的出现在物流追踪、环境监测、建筑自动化等方面有着重要意义。无源物联网概念图无源物联网概念图管理能量能量管理能量存储传感采头数据处理低功耗通信采集供电发展背景“有源”技术路线物品受限于空间摆放和灵活分布，难以实现各种传统“有源”技术路线的连接。在千亿级万物智联发展和“双碳”目标的指引下，无源物联网成为了该目标的主要技术方案，其特点通过技术不依赖人工能源，转为自然中获取能量。现在无源物联网产业还处于发展初期，不仅产业规模小，技术路线虽成型但仍处于探索阶段，所以该产业的中下游领域相应环节的供应商数量较少，但未来发展空间是巨大的。2024年8月20日第8期总第14期发展历程无源物联网中最具代表性的RFID技术源自20世纪40年代的雷达技术。该技术融合5G基站，提升通信距离与效率并拓展物联网边界，近年来催生出了基于蜂窝的无源物联网。2022年，中国移动和华为提出了面向5G-A的蜂窝无源物联网研究项目，为无源物联网技术的后续商用打下坚实基础。随着无源物联网技术发展的愈发成熟，其市场规模也在不断扩张。专注于开发无线技术的以色专注于开发无线技术的以色列半导体初创公司Wiliot为研发“无源物联网”开始了数亿美元的C轮融资麻省理工学院自动识别实验室负责人“凯文·阿什顿”提出了物联网的概念美国建立的ARPANET是现代互联网的先驱，也是物联网的“网络基础”这一年物联网设备数量首次超过了地球上人口的数量中国正在加速抢占新型无源物联网技术标准高地“连网冰箱”的数据来源：赛迪顾问整理2024.07技术和应用现状无源无线物联网技术主要依靠射频识别(RFID)、能量收集(EnergyHarvesting)和低功耗传感技术，自供电于射频信号、获取太阳能等环境能量，摆脱电池束缚。目前，无源物联网技术较为广泛的用于物流追踪与管理和环境监测。物流领域，无源RFID标签实现货物实时跟踪管理。环境监测中，无源传感器部署于极端或难接触环境，如大气、水质监测，长期工作免维护，为长期环境数据收集提供便利，推动智能化监测与管理发展。无源物联网的颠覆性影响无源物联网的出现，能源供应方式的根本性变革。传统物联网设备依赖于电池或外接电源来供电，这影响了摆放空间和电池寿命。而无源物联网的出现彻底改变了能源供应方式，摆脱了物联网设备一直以来对电池和外部电源的依赖，它允许设备从环境中捕捉能量来运转(如射频能量、光能、振动能等)实现自我供电。这种能源供应方式的变革，不仅减少了供电方面的成本和维护，并使无源设备更容易部署在难以触及的极端或偏远环境中。由此可见，这项技术的出现颠覆了传统物联网的限制，使得物联网设通信模式的创新，和设备尺寸的突破。传统物联网设备依赖主动通信，需持续向基站或云端发送数据，能耗较高且设计复杂。而无源物联网技术采用了反向散射通信，通过调制反射射频信号传输数据，摆脱了依赖电池、电源以及相应成本。因该技术无需内置电池或复杂电源管理，设计变得简化，最终设备形态与尺寸实现飞跃，变得轻薄小巧，易于嵌入各类物体中，这大大推动了“物物相连”愿景的实现。这一突破拓宽了其应用范围，从智能家居到工业监测，再到智慧城市等多个领域，均能见到无源物联网设备的身影，为物联网技术的普及与深化应用开辟了新路径。32024年8月20日第8期总第14期无源物联网新理念的应用场景桥梁和隧道探测：在桥梁与隧道的结构健康监测方面，无源物联网技术扮演着至关重要的角色。通过在桥梁和隧道的关键结构位置部署无需外接电源的物联网设备，实现了对应力状态、振动情况、位移变化及环境温度等关键参数的持续监控。无源物联网巧妙地利用周围环境中的能量自给自足，从而保证了长期且稳定的监测能力。监测数据实时传输至监控中心，使工程师能够迅速识别潜在的安全隐患，并视情况采取任何措施，从而有效保障桥梁与隧道的运行安全与结构稳定。地铁与轨道交通：当前的地铁与轨道交通领域，无源物联网技术得到了广泛的应用。该技术通过在轨道、列车以及基础设施的核心位置部署无源物联网，实现了对轨道条件、车辆运行状态及周围环境的精准监测。无源物联网无需外接电池供电，而是巧妙地利用周围环境中的能量自给自足，有效降低了维护的频次与成本。借助该技术采集的数据，轨道交通运营方能够迅速洞察系统状态，及时应对潜在问题，从而显著提升了轨道交通系统的安全性与可靠性。这种智能化的监测方式不仅优化了运营效率，也为乘客带来了更加安全、顺畅的出行环境。智慧仓储管理：仓储场景下，无源物联网技术以特制标签记录、保存、更新货物信息，依赖通信技术实现秒级批量数据处理。面对海量数据交换需求，在通信资源管理上面临挑战。而设计上，无源物联网确保了快速识别无源节点，规划有序数据传输流程，避免数据冲突与干扰。通过优化通信资源管理，保障仓储管理系统高效稳定运行，实现货物信息的即时更新与精准管理，提升整体仓储效率与服务质量。2024年8月20日第8期总第14期4技术发展面临的挑战无源物联网在能量收集与转换效率上存在技术限制。无源物联网设备依赖于环境中的自然能源(如光、振动、热等)作为动力源，然而能量转换的过程普遍存在转换效率低下的问题，并且高度依赖于外部环境条件，导致性能不稳定。因此，提升能源采集效率并确保设备能在各种环境条件下稳定持续地运行，是当前无源物联网亟待解决的关键难题。另一方面，由于能量采集技术的这一瓶颈直接制约了无源物联网设备的能量储存能力，使得其储能容量相对有限。这一限制进而影响了设备的连续工作时长和整体可靠性，成为了制约其广泛应用与发展的另一重要因素。无源物联网在通信距离与传输速度上存在技术限制。无源物联网设备在通信距离上存在明显的局限性。当应用场景需要跨越较长距离进行数据传输时，无源物联网设备的性能表现可能会大打折扣，难以满足远距离通信的需求。另一方面，传输速率的局限也不容忽视，受限于设备的能量供应，无源物联网设备在数据传输速度