物聯網iot技術分析，中國物聯網產業及發展現狀

發布時間：2023-11-27 瀏覽量：43513

物聯網作為一種綜合性的技術，其核心在于實現設備之間的互聯互通。而物聯網的發展離不開各種技術的突破和創新。在iot技術方面，無線通信技術、傳感器技術、云計算技術等都起到了至關重要的作用。

物聯網產業能夠快速發展的一個重要原因是市場需求的不斷增長。隨著社會的進步和人們對生活質量的要求不斷提高，各行各業對物聯網技術的需求也越來越大。比如，智能家居、智能城市、智能交通等領域都成為物聯網產業快速發展的熱點。而在疫情期間，物聯網技術的應用更是被大量推廣，比如無接觸配送、遠程醫療等，這些都為物聯網產業的發展提供了巨大的機遇。

政府的政策支持也是推動物聯網產業快速發展的重要因素。在我國，政府對物聯網產業的支持力度越來越大。出臺了一系列的政策措施，包括財稅優惠政策、技術研發支持政策等，以鼓勵企業加大物聯網技術的研發和推廣應用。這些政策的出臺為物聯網產業提供了良好的發展環境和政策保障，推動了物聯網產業的快速發展。

無源物聯網的研究主要基于以下三種底層技術：

環境能量采集

無源物聯網標簽設備不需要電池或電源線來供電，而是通過捕捉環境中的能量并將其轉換為電能來使用。能量來源包括光能、熱能、動能和射頻等。目前太陽能是最高效的轉換方案，電磁波在單一頻段下能量轉換效率可達50%，但在多頻段復雜場景下僅有1-2%的效率，而溫度差熱能采集需要特定的使用環境，其轉換效率低于10%。

低功耗計算

在無源物聯網終端運行時，可利用的能量有限，因此驅動電路或芯片用于計算的功耗需求不能太高。目前，成熟的應用低功耗計算的MCU芯片通常功耗在微瓦級別。

“反向散射”

無源物聯網終端通常采用低能耗的近距離、低速率通信技術，主要利用反向散射的方式，以反射接收到的射頻信號傳輸數據。

物聯網iot技術分析，中國物聯網產業及發展現狀

圖源OPPO《零功耗通信》報告

在3.0階段，可以進一步利用蜂窩網絡的優勢來拓展通信距離，滿足更大范圍和更復雜場景的組網應用需求，例如資產全生命周期管理。以2021年華為提出的5.5G無源物聯網（PassiveIoT）方案為例，通過蜂窩網絡將RFID技術所支持的場景傳輸距離從10米級別擴大至百米級別，省去了專用的讀寫器，使終端設備可以直接通過蜂窩網關節點進行自我回傳。

這種技術在產業物聯網領域中廣泛應用于工業傳感器、智能交通、智慧物流、智能倉儲、智慧農業、智慧城市、和能源領域等。同時，在消費物聯網領域中，無源物聯網也被廣泛用于智能穿戴、智能家居、醫療護理等領域。

在工業傳感器領域的典型場景中，如要實現工業自動化、環境傳感和安全監控等應用，需要在復雜危險環境中布置大量的傳感器節點。在這個領域，通信設備需要具備低成本、低功耗和微小體積的基本要求。無源物聯網通過能量采集和反向散射等技術，可以延長傳感器節點的生命周期并降低維護成本。

目前廣泛使用的無源物聯網技術包括射頻識別（RFID）、藍牙低功耗（BLE）、近場通訊（NFC）等。這些技術都具有低成本、低功耗、小型化等特點，并且可以廣泛應用于各種物聯網場景。

根據技術成熟度來看，無源物聯網技術可以分為兩大類：一類是以RFID和NFC為代表的成熟應用，另一類是以采集Wi-Fi、藍牙、5G、LoRa等作為能量供電的理論研究路線。

RFID

無源物聯網（RFID）是將RFID技術應用于物聯網中的一種新型方式。該技術可以實現對物品的無線識別和追蹤，并能夠與其他設備進行數據交換和通信。與傳統物聯網系統相比，基于RFID的無源物聯網具有更低的功耗和更長的傳輸距離，同時可以支持更多的設備連接。此外，RFID技術還能夠提供更高的安全性和數據隱私保護，為物聯網應用提供更可靠的基礎。無論是在物流管理、智能交通還是智能家居等領域，基于RFID的無源物聯網都有著廣闊的應用前景。

RFID技術是一種無源物聯網技術，我們非常熟悉且廣泛應用。其原理很簡單，當RFID標簽靠近閱讀器時，標簽接收閱讀器發送的射頻信號并產生感應電流，從而獲取能量。通過利用獲得的能量，標簽通過內置的天線發送信息，實現與閱讀器之間的通信。

RFID技術是無源物聯網的核心技術，廣泛應用于倉儲物流、智能零售、智能制造、服裝管理、智慧醫療、航空運輸等需要識別和管理的眾多行業，這些行業中的數量龐大的物理設備都可以成為千億物聯網的節點。根據AIoT星圖研究院的統計與分析，僅UHFRFID在2021年的全球出貨量約為230億，加上低頻和高頻RFID，全球無源RFID的總出貨量接近300億。

由于成本優勢，RFID技術是當前千億級無源物聯網技術的最佳解決方案。然而，它在數據傳輸和存儲量方面存在局限性，同時與藍牙、NFC、5G技術和手機互動性相比較差。因此，在不同的應用場景中，需要結合其他無源物聯網技術來滿足需求。

NFC

近場通信技術（NFC）是一種高頻無線通信技術，可以在短距離內實現設備之間的非接觸式數據交換。它與RFID技術有所不同，NFC采用高集成度的單體芯片，價格相對較高，主要應用于安全性要求較高的信息傳輸場景，例如交通、門禁和手機支付等功能。

WIFI

2016年，美國華盛頓大學的研究團隊開發了一項名為PassiveWi-Fi的技術。這項技術可以在消耗更少電量的情況下，無源節點傳輸1Mbps和11Mbps的數據，分別僅需14.5μW和59.2μW的電量。此外，PassiveWi-Fi還具備30米的回傳距離，并且在一定程度上具備穿墻的能力。

這個方案的設計原理與RFID芯片相似，使用射頻信號的反射通信技術。當附近的Wi-Fi路由器發射較高功率的射頻信號時，無源物聯網節點會吸收射頻信號，并調制天線的反射系數，從而將傳感器信息傳遞出去。

5G/6G蜂窩網絡

物聯網iot技術分析，中國物聯網產業及發展現狀

華為ICT總裁汪濤認為，目前大量的物聯網應用都是基于無源連接的。通過網絡化技術來提升無源物聯的識別率、覆蓋范圍和定位精度，是5G網絡未來的創新方向。蜂窩信號是環境中最常見的無線射頻信號之一。實現無源連接面臨兩個核心難題，第一個是如何獲取能量，另一個是如何實現長距離的回傳。特別是后者，保持高效通信的難度更大。無源終端通過各種途徑獲得的能量非常微弱，回傳的路徑過長，信號衰減速度很快。

目前在實驗室階段最先進的技術已經能夠在180米范圍內收集特定頻段的5G射頻能量，獲得約6μW的電力。

LoRa和NB-IoT

LoRa、NB-IoT等低功耗廣域網終端的核心技術之一就是低功耗，而對功耗的研究則朝著無源化的方向發展。

日本村田公司與Nowi公司在2021年合作推出了一款無電池LoRa方案參考平臺。該平臺采用了村田的LoRa模塊和Nowi的能量采集電源管理（PMIC）芯片為設備提供能量。此類無源方案通常需要模組廠商和能源芯片企業進行定制合作，推出兼容LoRa/NB-IoT模組的模塊，并通過線性擴頻技術提升回傳能力。同時，這種方案還能夠利用反射調制系統來實現永久供能。