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无源物联网典型技术路线及对应场景
作者 | 挚物产业研究院2023-01-13

飞英思特无源物联网技术路线及应用场景

飞英思特科技有限公司专业从事自供能传感技术的研发与应用,致力于解决物联网底层设备的供电问题,是全球最早一批将环境能量采集技术实现商业化应用的团队,也是国内该方向的引领企业之一。

1.技术路线

飞英思特集成环境能量采集技术、微能量管理技术和超低功耗技术,面向难以布线等场景解决其供能需求问题。

环境能量采集技术:飞英思特通过自研的温差、振动、微光能以及射频能等采集发电装置,助益物联网设备从环境中高效获取μW级能量并产生电力,使低功耗设备永久在线,能持续感知、处理和传输监测数据,彻底摆脱繁琐布线及电池续航等限制,实现无源无线运行。

微能量管理技术:飞英思特推出的系列微能管理模组支持微光、温差、振动、射频多种取能模式。例如,REVOMINDS? FEH610是专为光能设计的微光能管理模组;TEG温差能管理模组REVOMINDS? FEH710可在±2摄氏度温差环境下实现取能;复合环境能量管理模组REVOMINDS? FEH620可应用于微光能、射频能、微动能采集和管理,开发工程师可利用其轻松设计出能够采集、管理多种能量源的无源无线产品。凭借多能量采集技术,飞英思特可为OEM厂商提供不间断能量收集的低功耗物联网终端供电解决方案。

超低功耗技术:飞英思特通过运行于边缘端的超低功耗深度学习模型训练生成的超低功耗算法,在满足边缘设备正常工作的前提下,能有效降低设备自身工作能耗,大幅延长设备生命周期内的续航时长。

通过运用环境能量采集技术、微能量管理技术以及、微能量采集以及超低功耗技术,飞英思特无源物联网解决方案可以使单个节点的使用寿命保持在10年以上。

2.应用场景

飞英思特无源物联网技术解决方案应用场景包括移动定位、管网水表供电以及农业种植等场景。

移动定位:在物流仓储和大型制造工厂中,定位标签的应用非常常见,但鉴于被管理对象频繁移动等原因,定位标签需时刻在线以保障位置信息的准确性,从而大大加快了电源消耗速度。飞英思特为京东物流仓储中人员设计了基于自供能工牌的管理系统,工牌通过光伏板将光能转换为电能维持负载运作,并通过无线通信模块将工牌的相关数据发送至蓝牙网关,进而再计算工牌的位置,把工牌的相关数据和位置信息上传至后台。

自来水管网水表供电:自来水管网作为给水系统中重要的组成部分,与之配套的管网水表目前一般采用电池或布线供电,电池供电寿命不长,而布线供电则增加成本。飞英思特为海兴电力设计管网水表供能系统,通过在DN50至DN100的自来水管中安装叶轮和发电机,以微能管理技术为核心利用管网中水流的流动发电,实现了为管网水表自取能式供电,延长了水表的电源寿命。并且不用布线供电,极大节约了成本。

农业种植:由于农业作业环境广袤,采用布线方式为传感设备供电十分不便且成本巨大,同时,电池短暂续航及土地污染风险对于管理者也并不友好。飞英思特提供的无源无线传感器可实时监测农业环境中的各项数据,并发送至后台或手机APP,协助管理人员建立农作物最优生长环境数据模型。由于无需更换电池,将避免前期繁琐的部署过程和土壤破坏风险,并实现成本节约。

中国移动无源物联网技术路线及应用场景

1.技术路线

中国移动把无源物联网技术路线发展分成三个发展阶段:第一阶段是以单点式架构为主的无源1.0阶段,第二阶段是以组网式架构为主的无源2.0阶段,第三阶段是以蜂窝式架构为主的无源3.0阶段。

无源1.0是指以传统收发一体的RFID为代表的单点式无源物联网系统,其最大的特点为采用点对点、近距离通信,受制于系统上下行信号自干扰及读写器间互干扰问题,此类系统在实际应用中存在距离瓶颈。

无源2.0系统采用组网式架构,通过将前向、反向链路分别部署在接收器和激励器侧,实现链路解耦,解决自干扰问题,并实现较远距离的组网,同时支持物品定位功能。无源2.0系统具有可灵活扩展、支持组网部署等特点,可应用于大型仓储、资产管理等场景中,实现自动化快速盘点和定位。

无源3.0系统是与蜂窝网络深度融合,基站作为读写设备,对无源标签进行激励和感知,并借助蜂窝网络上下行干扰抑制、优化编码调制方式、实时资源调度等优势,为标签提供“全程全网”的连接服务,实现中远距离、规模化连续覆盖。

中国移动推进无源物联网发展的3阶段规划

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来源:中国移动,挚物产业研究院整理

蜂窝式无源3.0系统受到国内外产业的重点关注,国际标准化组织3GPP已于2022年3月启动基于环境供能的无源物联研究项目,中国移动在CCSA也成立了《基于蜂窝通信的无源物联网应用需求研究》项目。

根据不同的激励和接收主体,无源3.0系统存在两类主要的空口架构,一是蜂窝基站和标签直接通信,基站同时支持下行信号激励和上行数据接收;二是通过中继设备实现激励信号发送和/或反向散射信号接收,可满足区域标签定点激励,数据汇总、再加密、统一上报等需求。根据应用场景不同,架构可衍化出多种形式。

2.应用场景

中国移动划分的无源1.0阶段的主要应用场景包括快消品、区域仓储盘点等;无源2.0阶段的主要应用场景包括规模盘存和进出库盘点等;无源3.0阶段的应用场景将进一步丰富,扩展到物流、医疗、粮储、畜牧、电力、石化和军工等领域。

根据应用场景和标签能力的不同,蜂窝无源物联网的端到端架构可在传统蜂窝系统的基础上进行轻量化、便捷化设计和部署,将核心网部分能力下沉至代理节点,通过应用层实现标识管理和鉴权认证等。

无源3.0系统网络架构图

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来源:中国移动,挚物产业研究院整理

基于蜂窝无源的全新无源物联网系统能够满足超低功耗、超低成本、“感通”一体、大规模接入、高效盘点等应用需求,拓展支持更加丰富的行业应用,未来有望在物流、仓储、制造、交通、医疗等行业发挥重要作用。

OPPO无源物联网技术路线及应用场景

1.技术路线

OPPO倡导的零功耗物联网主要通过利用无线电波、太阳能、热能和动能等各种环境能量,实现与5G massive MTC互补,使零功耗、极低成本、更小体积的终端成为可能的无源物联网技术方案。OPPO主张的零功耗通信系统主要包括三类:基于蜂窝的、基于侧行通信的以及基于蜂窝与侧行通信混合的零功耗通信系统。

基于蜂窝的零功耗通信系统主要包括的通信方式

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来源:OPPO,挚物产业研究院整理

基于蜂窝的零功耗通信系统可以支持零功耗终端的大规模部署和集中控制,旨在解决点对点、点对多点通信需求的传统技术(如RFID)的通信距离短、部署成本高、系统效率低等问题。得益于蜂窝网络在覆盖和资源利用上的优势,基于蜂窝的零功耗通信系统可以大范围、集中式管理网络中的零功耗终端,极大提高系统效率,节省部署成本。

2.应用场景

OPPO零功耗物联网锁定的主要应用场景包括工业生产与检测、智能物流与仓储、智能家居等。

工业传感网:OPPO构想的工业传感网主要应用在工业生产过程中,如温湿度监测、振动监测以及生产线监测等,从而实现工业自动化和智能化管理。以铁轨测量为例,通过在铁轨下部署零功耗传感设备,可以监测和采集铁轨压力、温度和其它信息。另外,相关设备还可以部署在高低温、移动或旋转部件、高振动条件以及高湿度等电池无法长久续航的极端环境中。

物流和仓储:随着物流行业的持续增长,企业的仓储压力和人力成本压力日益增加。对物流包裹进行数字化管理,不仅可以进一步提升物流和仓储管理效率,同时可以节约高额的人力成本。OPPO的零功耗通信技术将通信终端标识贴在包裹或货物的包装表面,用于物流信息的获取和物流全流程的管理,让仓储作业更加简单高效。

智能可穿戴:智能可穿戴产品是继手机之后,最具规模化应用潜力的个人消费终端之一,目前各种可穿戴设备都已实现无线连接。根据不同产品的功能定位,可以实现健康监测、运动监测、移动感知、移动定位等多场景应用。OPPO的零功耗通信技术的目标是最终摆脱电池限制,实现更长的续航、更加便捷的能源保障和更好的使用体验。

医疗健康:便携式医疗设备可以满足消费者居家健康服务需求,但鉴于医疗监控设备(尤其是人体植入型设备)的特殊性,续航及电源携带等问题在很大程度上限制了其应用场景拓展。通过零功耗物联网技术,可以实现极低功耗工作;同时,无需电池可以缩小体积,有利于实现柔性折叠,且无需担心液体浸泡等,将助益医疗设备数据实时监测和对健康状况高效进行数字化管理。

智能家居。在智能家居领域应用零功耗通信技术,可以摆脱复杂的布线,使每个终端都能独立控制,并实现无需人工能源介入下的长续航在线。

(四)每开创新无源物联网技术路线及应用场景

1.技术路线

每开创新的“无电物联网”平台服务专注于在零功耗或超低功耗环境下,提供微能量抓取及通信的整体解决方案。基于国际标准NFC/BLE通信协议,每开创新通过独创的射频能量算法芯片,实现无线射频取电、瞬间大功率储电和安全驱动负载。

每开创新的无源技术方案利用带电的发射端设备对不带电的接收端进行反向通信和供电。其主要特点和优势在于:产品的通用性强,适配90%以上主流智能手机或智能设备。可进行无电改造,成本低、功耗低、绿色节能,助力企业提质增效。另外,每开创新的无源方案和产品采用国际通用标准,数据安全性强,具备支付级数据安全能力。

2.应用场景

每开创新经过长期积累,目前已整合上游产业核心能力,聚焦自主技术创新,在硬件和软件层面均已完成标志性工作,已陆续拓展了能源交通、数字包装、智慧物流、企业办公、智慧家居、溯源管理等六大行业市场,为多个行业伙伴量产交付无源硬件产品和云芯一体解决方案,助力其推进数字化升级和无电化改造。

能源交通户外设备管理:针对户外作业安全防控、设备开箱检修劳务履职监督等,每开创新设计了无源工业开关解决方案,可满足户外设备系统的安全性和防护管理、员工履职追溯等需求。

智慧仓储及物流:针对从企业到用户的高净值货品物流精细化管理要求,每开创新无源物流解决方案以ESG循环物流要求为标准,有效助益货运异常监督和货损降低;同时,每开创新云数字平台支持与企业云的“云云对接”,为品牌商货运保驾护航,完成B端到C端的信任交互体验。

智慧家居和数字办公:每开创新无源智慧家居解决方案为家庭储物、居家开关等提供零布线、零供电的智能交互选择,为未来人居提供零维护成本的交互体验,以及强延伸性和强连接性的生活体验。

农产品安全和资产安全管理:每开创新无源溯源方案具备贵重资产溯源识别、仓储运输、标签化管理等功能。通过点对点数据传输,用户“碰一碰”即可了解商品详情、参与互动、追溯商品路径等,助益企业提升用户复购率。

 


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