科普到底什么是无源物联网

　　继 Cat.1 之后，2021 年的物联网行业，又＂喜提＂了一个新的＂风口＂。
　　这个＂风口＂的名字，叫做＂无源物联网＂。
　　无源物联网，到底是个啥东东？它和现有的物联网技术之间，有什么区别？它是真的有黑科技？还是资本又在炒作？
　　通过本文，小枣君将带领大家一探究竟。█ 什么是无源物联网
　　无源物联网，顾名思义，就是没有＂源＂的物联网。
　　＂源＂，就是电源、能量源。
　　搞过承载网的童鞋，对＂无源＂肯定非常熟悉。我们常说的无源光网络（PON）、无源波分（WDM），都涉及到＂无源＂。
　　说白了，无源，就是不接外部电源、不带电池。
　　无源物联网，不是网络无源，而是终端节点无源。
　　也就是说，网络没啥变化，而连入网络的终端节点设备，不带电源线，也没有内置电池。
　　那么，问题来了。终端节点设备，有传感器需要产生数据，有芯片需要计算，有模组需要收发信号。没有电源，谁来提供干活的能量呢？
　　其实，所谓＂无源＂，并不是终端节点不用电，而是换了一种获取电（能量）的方式。
　　大家应该很快会想到，太阳能，就是一种获取电（能量）的常用方式。
　　太阳能路灯
　　通过光伏面板，将太阳能转化成电能，储备使用。
　　除了太阳能之外，还有动能和热能。
　　例如，有的共享单车，就带有发电模块。你踩踏板的时候，就给智能车锁充了电。
　　还有一些遥控器，采用按压式发电。你按的时候，通过机械力产生材料形变，动能变成电能，驱动设备工作。
　　注意！上述所说的太阳能、动能、热能，都不是我们今天＂无源物联网＂的讨论重点。
　　现在大家热议的＂无源物联网＂，主要是指基于无线电磁能量捕捉技术的物联网。
　　也就是说，是指物联网终端通过采集网络侧发射过来的无线电波，捕捉和收集能量的物联网技术。
　　大家想到了啥？
　　我觉得，很多人一定想到了 RFID，也就是 Radio Frequency Identification（射频识别）。
　　RFID
　　我们俗称的电子标签，就采用了 RFID 技术。
　　RFID 的原理很简单，当标签靠近阅读器后，接收阅读器发出的射频信号，产生感应电流，获得能量。通过这点能量，标签发送信息，实现与阅读器的通信。
　　除了 RFID 之外，我还想到了一个技术。那就是小米去年推出的隔空无线充电技术。
　　当时特别火，数米半径内，单设备 5W 隔空充电。
　　其实，RFID，就是一种无源物联网。
　　现在，在 RFID 的基础上，无源物联网希望进一步延伸，扩展基于 Wi-Fi、蓝牙、3G、4G 甚至 5G 通信技术的无源互联。█ 无源物联网的技术挑战
　　大家都知道，RFID 是非常成熟的技术。RFID 之所以能够正常工作，最关键一点在于，标签和阅读器的距离很近。
　　距离越远，电磁能量的密度越低，获取能量的难度越大。
　　RFID 属于感应耦合，天线的形状是线圈，电磁能量的传送，是在感应场区域内完成的，距离很短。
　　线圈
　　Wi-Fi、蓝牙工作距离远大于 RFID，3G/4G/5G 更远。这就不是感应场，而是辐射场。
　　辐射场采用的天线技术，主要是偶极子天线或微带天线。想要在辐射场中，借助这些天线完成电磁能量的传送，难度极大。
　　微带阵列天线
　　在以前，这都是不可想象的事情。现在，随着半导体技术的进步，终端芯片的功耗降低到 mW 级甚至更低，再加上能量转换技术的不断升级，才让远距离通信技术的能量捕获和使用成为一种可能性。
　　无源物联网，还有几个典型的特性：
　　能量震荡性
　　无源物联网节点的能量不再是单一的由高至低的静态变化趋势，由于能量来自于环境，其呈现出的将是时高时低的动态状态。
　　节点失衡性
　　无源物联网节点中能源获取存在随机性和不稳定性，整个网络中能量分布可能并不均衡，也会导致每个节点的差异。
　　能源受限性
　　无源物联网获取能量的方式不同，且所采集的环境能量非常微弱，一般在纳瓦（nW）到微瓦（μW）级，且受到节点蓄电能力的影响。
　　连接脆弱性
　　无源物联网的网络连通性直接受各节点能量的影响。当某些节点的能量低于一定程度时，这些节点则成为孤立节点，导致网络不连通。由于能量的震荡性，网络的连通性是脆弱的，时断时续，难以保持一直连通。
　　大家都看出来了，这些都不是什么好特性，都是缺点。这些缺点，制约了无源物联网的应用。█ 无源物联网的研究进展
　　人们基于 RFID 的成功，产生了对无源物联网的美好憧憬。
　　但是，我们仍需注意到，目前我们在媒体上可以看到的无源物联网应用，还是处于初级阶段。
　　今年新冒出来的几个无源物联网明星企业及其研究成果，基本上以 NFC 和蓝牙为主。
　　关于 Wi-Fi 的，目前看到一篇关于＂美国华盛顿大学电子工程学院＂的报道。
　　他们的研究人员提出，通过对射频信号的反射调制技术，可以实现无源设备供电和传输数据。他们正在研发除了 Passive WiFi 的无源技术，并进一步将该技术用于 LoRa 中，实现数百米长距离无源节点传输。
　　至于 4G/5G 的无源物联网，好像是没有看到任何应用。
　　上个月，华为常务董事、ICT 产品与解决方案总裁汪涛在 5G-Advanced 创新产业峰会上，提出了面向 5.5G 的无源物联网设想，希望 5G 网络能够实现无源物联网。
　　但是，3GPP 是否会在 R18 中加入无源物联网的内容，目前好像还没有明确的消息。█ 无源物联网的意义
　　无源物联网为什么会火？
　　说白了，还是因为它背后的庞大市场价值。
　　小枣君之前就和大家说过，蜂窝物联网的应用场景，分为高速、中速、低速。
　　＂631＂结构
　　低速物联网的主流技术，是 NB-IoT、LoRa 等。
　　在原定的发展规划，NB-IoT 已经算是最＂low＂的蜂窝物联网技术了。它的速度最低，功耗最低、成本最低，电池待机时间号称 10 年。
　　结果，人们发现，想要实现千亿级别的物联网连接，NB-IoT 仍然不够。
　　NB-IoT 对能量（电池）的依赖，增加了自身成本，限制了更广泛的普及。
　　例如，我们可以给中国所有的电表、水表安装 NB-IoT 模组，但是，我们可以给所有的衣服、所有的商品、所有的快递包裹安装 NB-IoT 模组吗？不可以。
　　所以说，人们就提出了＂无源物联网＂，把物联网的网，撒得更大。
　　又加了一级
　　无源物联网的最大优势，就是完全不需要电池。
　　NB-IoT 每 10 年换一次电池（理想情况下），无源物联网终身不需要。这不仅减少了换电池的人力成本，也减少了电池组件成本。
　　目前的通用型 UHF RFID 标签，价格可以做到 2-3 毛钱。NB-IoT 模组，价格大概是十几块，差距有几十倍。
　　第二，不用电池，有利于环保。单个电池虽然很小，但千亿级的数量规模，环保影响不容小觑。
　　第三，没有电池，终端的体积可以进一步缩小。例如像 RFID 那样，就是一个小贴片，将大大有利于终端设计。
　　总而言之，无源物联网是一个非常不错的发展思路。然而，想要把这条路真正走通，我们可能还需要很长的时间。