无源物联网概念及解决方案

无源物联网(Passive Internet of Things, Passive IoT)是一种物联网技术,它依赖于无源设备来进行数据采集和通信。无源设备通常通过外部能量源(如射频信号、光能、热能等)来供电。

一、 无源物联网简介

1. 基本概念

无源物联网设备不需要内置电池或其他电源,而是通过接收外部能量来进行操作。这些设备通常包括无源RFID标签、无源传感器等。无源物联网系统通过读取器或网关设备与无源设备进行通信,获取数据并进行处理。

2. 主要特点

  • 无内置电源:无源设备没有内置电池或其他电源,依赖外部能量源供电。

  • 低成本:由于不需要内置电源和复杂的电子元件,无源设备通常成本较低,适合大规模部署。

  • 长寿命:无源设备没有电池寿命限制,理论上可以无限期使用,减少了维护和更换的需求。

  • 低功耗:无源设备的功耗极低,通常只在接收到外部能量时才进行工作。

  • 有限的功能:由于能量限制,无源设备的计算和通信能力有限,通常用于简单的数据采集和传输。

3. 应用场景

  • 资产追踪:无源RFID标签广泛用于资产管理和追踪,如物流、仓储、零售等领域。

  • 供应链管理:无源设备可以用于监控供应链中的物品状态,提供实时数据以优化管理流程。

  • 环境监测:无源传感器可以用于监测环境参数,如温度、湿度、压力等,应用于农业、工业和智能城市等领域。

  • 身份识别:无源RFID标签常用于身份识别和访问控制,如门禁系统、电子票务等。

  • 智能包装:无源设备可以嵌入到产品包装中,提供产品信息和状态监测,提升用户体验。

4. 技术实现

  • RFID(射频识别):无源RFID标签通过接收读取器发出的射频信号供电,并将存储的数据反射回读取器。

  • 能量收集:无源设备通过能量收集技术(如光伏、热电、振动能量收集等)获取外部能量供电。

  • 低功耗通信协议:无源物联网设备通常使用低功耗通信协议,如TPUNB、LoRa、Zigbee等,以减少能量消耗。

  • 传感技术:无源传感器通过简单的传感技术(如电阻变化、电容变化等)进行数据采集,并通过无源通信方式传输数据。

5. 优点与缺点

优点:

  • 成本低:无源设备制造成本低,适合大规模部署。

  • 维护简单:没有电池寿命限制,减少了维护需求。

  • 环保:无源设备不需要电池,减少了电子废物。

缺点:

  • 通信距离速率有限:受限于能量获取和传输能力,无源设备的传输速率和距离通常较低。

  • 功能有限:由于能量限制,无源设备的计算和通信能力有限,适用于简单应用。

无源物联网通过利用外部能量源供电,实现了低成本、低功耗和长寿命的物联网解决方案,广泛应用于各种需要大规模部署和长期使用的场景。

二、 无源物联网通信距离短的缺点有哪些解决方案

针对无源物联网通信距离短的问题,最新的研究和改进方案主要集中在以下几个方面:

  • 环境反向散射通信系统:通过设计环境反向散射通信系统,可以显著降低干扰和功耗,从而大幅提升通信距离。

  • 基于蜂窝网络的无线网络架构与关键技术:中国移动提出了联合干扰抑制、极简空口协议栈设计、基于蜂窝网络的粗定位等关键技术,以解决现有RFID技术面临的通信距离受限问题。

  • 5G无源物联网系统:中国联通联合联想集团等合作伙伴,探索了基于微波变频直驱技术(MDFC)的5G无源物联网系统。这种技术利用微波交流信号进行直接驱动,无需交直流转化,提高了能量利用效率,提升了作用距离。

  • 组网式无源物联网(无源2.0)和蜂窝式无源物联网(无源3.0) :中国移动积极推进这些技术,通过组网和蜂窝网络的深度融合,解决了传统无源物联技术的痛点问题。

  • 5G-A蜂窝技术:采用5G-A蜂窝技术的无源物联网在室内的读取距离提升至10-24米,在室外长距可以达到300-500米,能实现多场景组网。

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