一張蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接千億級(jí)終端,關(guān)鍵點(diǎn)在無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)。無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)確實(shí)能夠涵蓋千億級(jí)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn),針對(duì)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的研究一直持續(xù)進(jìn)行著。
蜂窩網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的必要性
蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的支持,主要分為3個(gè)不同速率檔位,即高速物聯(lián)、中速物聯(lián)和窄帶物聯(lián)。
其中高速物聯(lián)主要通過(guò)4G Cat．4+和5G eMBB來(lái)承載;
中速物聯(lián)目前主要以來(lái)4G Cat．1來(lái)承載;
窄帶物聯(lián)主要由NB-IoT來(lái)承載。
針對(duì)低速物聯(lián)的NB-IoT,面對(duì)的是近百億級(jí)的低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn),中速率和高速率蜂窩網(wǎng)絡(luò)能夠帶來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)連接規(guī)模遠(yuǎn)低于低速物聯(lián)連接規(guī)模。
因此,依靠這3個(gè)不同速率檔位的蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù),僅能支撐起100億級(jí)物聯(lián)網(wǎng)連接。
在以上三類(lèi)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上,無(wú)源物聯(lián)正是千億級(jí)物聯(lián)網(wǎng)連接的主要來(lái)源。
例如,每年動(dòng)輒數(shù)百億的服裝鞋帽、快遞包裹,每個(gè)都用類(lèi)似NB-IoT的方案顯然并不現(xiàn)實(shí),需要無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案。
5G網(wǎng)絡(luò)也需要持續(xù)增強(qiáng)更好地支撐物聯(lián),滿足未來(lái)承載千億連接的需求。
這就要求5G網(wǎng)絡(luò)能支撐不同速率檔位的物聯(lián)類(lèi)型,匹配行業(yè)差異化需求。
不過(guò),要在5G這張蜂窩網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)源物聯(lián)的支持,就要將5G連接能力擴(kuò)展到更大范圍的物理世界中。
從成熟的RFID標(biāo)簽中得出的啟發(fā)
物聯(lián)網(wǎng)從誕生到現(xiàn)在,人們?cè)絹?lái)越體驗(yàn)到科技讓萬(wàn)物互聯(lián)帶來(lái)的高效率,RFID電子標(biāo)簽是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),RFID(射頻識(shí)別)俗稱(chēng)[電子標(biāo)簽]。
它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù),主要的作用就是數(shù)據(jù)的寫(xiě)入與讀取。
它由標(biāo)簽、解讀器及數(shù)據(jù)傳輸、處理系統(tǒng)組成。根據(jù)是否搭載電池,將電子標(biāo)簽分為有源式、無(wú)源式兩種類(lèi)型。
無(wú)源RFID標(biāo)簽,被稱(chēng)為被動(dòng)RFID標(biāo)簽,在收到讀卡器宣布的微波信號(hào)后,可以將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己作業(yè)。
當(dāng)無(wú)源RFID標(biāo)簽靠近RFID讀卡器時(shí),無(wú)源RFID標(biāo)簽的天線將接收到的電磁波能量轉(zhuǎn)化成電能,激活RFID標(biāo)簽中的芯片,并將RFID芯片中的數(shù)據(jù)發(fā)送出來(lái)。
當(dāng)然,RFID本身有一些局限性,例如傳輸距離短、對(duì)專(zhuān)用讀寫(xiě)器的高度依賴(lài)等,若能實(shí)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持無(wú)源物聯(lián),則將打破這些局限,擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的支持。
無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)承載進(jìn)一步普及產(chǎn)業(yè)的使命
無(wú)源物聯(lián)網(wǎng),即節(jié)點(diǎn)自身不配備或不主要依賴(lài)電池等電源設(shè)備,而是從環(huán)境中獲取能量,支撐數(shù)據(jù)的感知、傳輸和分布式計(jì)算。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展,這其中很多設(shè)備受環(huán)境、成本等因素只能采用電池供電,而且傳統(tǒng)射頻集成電路的耗電量不低,每年都需要更換電池,造成了較高的維護(hù)成本。
因此,為了進(jìn)一步普及物聯(lián)網(wǎng),業(yè)界需要超低功耗射頻電路。
近年來(lái),業(yè)界一直針對(duì)無(wú)源的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和投入。
在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是無(wú)源的(battery free),即節(jié)點(diǎn)自身不配備或不主要依賴(lài)電池等電源設(shè)備,而是從環(huán)境中獲取能量,支撐數(shù)據(jù)的感知、傳輸和分布式計(jì)算。
在無(wú)源傳輸網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)能量不一定是其自身所固有的。節(jié)點(diǎn)之間能夠通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行能量交換。
節(jié)點(diǎn)在傳輸與計(jì)算過(guò)程中如何節(jié)省能量、提高效率不再是第一核心任務(wù),如何利用節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的能量完成盡可能多的傳輸與計(jì)算任務(wù)成為首要目標(biāo)。
無(wú)源傳感器面臨優(yōu)化的技術(shù)問(wèn)題
無(wú)論是有線聯(lián)接乃至是時(shí)而更換的紐扣電池,為傳感器供電相對(duì)都比較容易。
但是,由于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器部署范圍遠(yuǎn)且廣,許多不能提供電源、需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、電池不易更換或者易燃易爆等危險(xiǎn)場(chǎng)合的應(yīng)用, 必須采用無(wú)源傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中, 由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量多和分布范圍大, 電池更換問(wèn)題也難以解決。
因此, 能夠自供能的無(wú)源傳感器具有廣泛的應(yīng)用前景, 也是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
無(wú)源傳感器可以有效解決因使用電池及電源帶來(lái)的各種問(wèn)題,但也面臨著一些急需改進(jìn)優(yōu)化的技術(shù)問(wèn)題。
無(wú)源傳感器可以有效解決因使用電池及電源帶來(lái)的各種問(wèn)題,但也面臨著一些急需改進(jìn)優(yōu)化的技術(shù)問(wèn)題。
未來(lái),低功耗集成電子技術(shù)及先進(jìn)電源管理的發(fā)展將極大地降低微型傳感器的功耗;通過(guò)新的換能器設(shè)計(jì)或者新材料的應(yīng)用將進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)換效率和功率幾種;集方式結(jié)合將提高不同條件下收集能量的能力。
可以預(yù)見(jiàn), 各種功能的無(wú)源傳感器在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。
暫時(shí)落后反而是最大的機(jī)會(huì)
未來(lái)為隨著5G的發(fā)展,有很多場(chǎng)景與無(wú)源化技術(shù)匹配。無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)可以在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的基礎(chǔ)上提供獨(dú)特的性能和優(yōu)勢(shì)。不過(guò),技術(shù)最終還是服務(wù)于需求。
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