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”（Passive IoT）。

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？

一、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。

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。

在我们周围，有很多能量可以使用，比如说光、4G、5G信号等等，无源物联网就是打这些微能量的主意。无源物联网也可以通过多种方式实现。

第一种就是通过采集周围环节中的无线电波能量来实现。比如说4G信号，5G信号，wifi信号，蓝牙信号等等，每一种无线电信号，都是一种能量传输。

这也是无源物联网最受关注的方式，因为一个物联网设备要正常运作，除了获取工作能量之外，还需要将数据信息进行传输，而信号的传输也是依靠无线电信号，因此，采用无线电方式既可以获取能量，也可以传输信号，让系统非常的简洁，同时成本、尺寸等都可以做到很低。

第二种常见的就是采集太阳能供电，太阳能供电可以获取很多电能，但是系统复杂，成本高，在某些场景适用，但是对于大规模，低成本的物联网应用场景而言，很明显是不适用的。

第三种，就是按压式发电，通过机械力改变材料的形变而产生电流，这种方式也有一些比较适用的场景，比如说开关，遥控器等。但这种需要直接动手的方式，很明显，在大多数的场景中也不适合。

二、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。

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。

三、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。

四、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。

五、无源物联网的商业可行性

目前RFID是一种非常成熟的无源物联网技术，不论是低频、高频还是超高频都有了大规模的应用，其中数量最大的当属超高频RFID，其标签全球出货量每年已经达到接近200亿的级别，而中国市场也是RFID最重要的地区。

在无源RFID方案中，读写器不仅提供能量，还负责接收标签发射的信号，因此，无源RFID需要额外增加读写器成本。

不过NFC是其中的一个变数，因为目前NFC已经成为了智能手机的标配，因此，在NFC方案中，很多应用场景只需要考虑标签成本，而不用考虑读写器成本。

所以，NFC在很多偏消费类场景中比较适用，比如高端白酒、珠宝等贵重物品的防伪溯源，以及一些锁类或者门禁类场景，NFC都有了广泛的应用，不过NFC最致命的弱点就是工作距离短。

而用蓝牙、WiFi等小无线技术做无源物联网方案，最大的优势就是智能手机都有植入，并且工作距离相比于NFC而言，也比较远。

不过蓝牙与WiFi的无源物联网方案需要单独一个能量信号源，并且蓝牙、WiFi传输能量的效率比较低，它获取工作电流的距离较短，意味着这个方案整体的成本不会太低。

当然，相较于有源方案来说，它的标签成本极低，并且尺寸小，能够在一些标签节点集中的场景有比较好的替代。但是在节点零散的场景中，有源的方式更为合适。

六、为什么说RFID是最好的无源物联网技术

目前RFID每年有数百亿的出货量，累计的量也早已达到千亿级，甚至以后做到每年千亿级的量也不是没可能。

RFID技术之所以如此受欢迎，主要因为它是一种非常好的无源物联网技术。

第一，从技术层面来说，无源物联网方案最大的难点是如何从电磁波中获取电能，人们通过一组测试数据：固定发射天线输出功率及接收天线（RFID标签天线）尺寸，记录不同频率下读距，得到如下图所示为不同频率下的工作距离图。

可以发现，UHF RFID工作的840M-960MHz是能量传输效率最高，工作距离最远的频段，而蓝牙、WiFi等技术工作的2.4G频段，能量传输的距离要短了很多。Wiliot的蓝牙无源标签工作距离目前最远就3m，而UHF RFID的距离可以有10来米。

第二，就是产业成熟度，目前市场上的UHF RFID标签的尺寸很小，也很轻薄，这是因为经过数十年的发展，UHF RFID的标签生产环节已经有一套非常完善的产业链。无论是蚀刻天线的生产，还是绑定机，再到复合机，这些工艺流程都已经非常完善。

标签的成本与尺寸也几乎做到了极致，后面的玩家在生产工艺方面也只能去模仿，难以去超越。

RFID技术的应用落地也越来越广，产业也在快速成长，已经成为IoT圈子的一股中坚力量。

小结

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。

文章来源： 鲜枣课堂，物联传媒，