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作者：趙小飛，物聯(lián)網(wǎng)智庫 原創(chuàng)
近日，國際標準化組織3GPP RAN102次會議結(jié)束，會議上通過了多項研究項目（SI）立項，其中包括無源物聯(lián)網(wǎng)研究項目“Study on solutions for Ambient IoT (Internet of Things) in NR”，成為R19階段在無線接入層面上無源物聯(lián)網(wǎng)的核心議題，為5G網(wǎng)絡(luò)引入無源物聯(lián)網(wǎng)打下基礎(chǔ)。可以看出，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無源物聯(lián)距離形成標準規(guī)范還有一段距離，而基于藍牙、WiFi等其他技術(shù)陣營則在無源物聯(lián)方面加快推進，期待實現(xiàn)規(guī)?；逃?。
R19階段依然是研究項目，基于蜂窩的無源物聯(lián)商用還需時日
本次3GPP RAN102次會議通過的無源物聯(lián)網(wǎng)立項預期在5G R19階段版本中發(fā)布，該SI項目建立在R18階段無線接入網(wǎng)技術(shù)組（TSG RAN）的研究課題之上，并參考了業(yè)務(wù)與系統(tǒng)技術(shù)組（TSG SA）立項的研究課題。
此前，在5G R18階段，相關(guān)機構(gòu)就在無線接入網(wǎng)技術(shù)組立項了名為“Study on Ambient IoT (Internet of Things) in RAN”的研究課題，隨著R18階段標準化的工作接近尾聲，這一課題最終形成了編號為3GPP TR 38.848的技術(shù)報告，作為R18階段無線接入技術(shù)組無源物聯(lián)網(wǎng)的核心成果。
TR 38.848技術(shù)報告對無源物聯(lián)網(wǎng)的部署場景、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、設(shè)備類別、接入網(wǎng)設(shè)計等方面進行深入研究，例如根據(jù)基站、終端和中繼設(shè)備的在室內(nèi)外所處位置規(guī)劃了5類場景部署場景，形成4中拓撲結(jié)構(gòu)，也對設(shè)備功耗、設(shè)備復雜度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、體驗速率、數(shù)據(jù)包大小、時延、定位精度、連接密度、移動速度等指標設(shè)定了相應(yīng)目標，為在蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)無源終端的應(yīng)用提供參考。
此前，3GPP業(yè)務(wù)與系統(tǒng)技術(shù)組（TSG SA）也推動了無源物聯(lián)網(wǎng)研究課題（SI）立項，名為“Study on Ambient power-enabled Internet of Things”，多家機構(gòu)進行持續(xù)研究，形成了編號為3GPP TR 22.840的技術(shù)報告，將作為R19階段的無源物聯(lián)網(wǎng)的重要成果。
TR 22.840技術(shù)報告重點研究了無源物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景，列出了物流、倉儲、制造、智慧家庭、港口、機場、智慧農(nóng)業(yè)、森林防火、畜牧、健康監(jiān)測等30個領(lǐng)域中無源物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用的場景，并對設(shè)備限制、流量場景需求進行研究。
有了TR 38.848、TR 22.840等前期研究的基礎(chǔ)，R19階段的無源物聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)推進未決事項，爭取早日實現(xiàn)基于蜂窩的無源物聯(lián)網(wǎng)的商用。不過，從目前來看，不論是在無線接入技術(shù)組（TSG RAN），還是在業(yè)務(wù)與系統(tǒng)技術(shù)組（TSG SA），R19階段針對無源物聯(lián)網(wǎng)的都是以研究課題項目來立項的，這對于基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)商用還有一定距離。
根據(jù)3GPP的工作模式，相關(guān)的標準工作可以分為兩個階段：SI（Study?Item，技術(shù)可行性研究階段) 和 WI（Work?Item，技術(shù)規(guī)范編寫階段）。
SI階段主要以研究的形式確定系統(tǒng)的基本框架，并進行主要的候選技術(shù)選擇，以對標準化的可行性進行判斷。
WI階段分為Stage2、Stage3兩個子階段，其中，Stage2主要通過對SI階段中初步討論的系統(tǒng)框架進行確認，同時進一步完善技術(shù)細節(jié)，該階段規(guī)范并不能夠直接用于設(shè)備開發(fā)，而是對系統(tǒng)的一個總體描述，僅是一個參考規(guī)范，根據(jù)Stage2形成的初步設(shè)計，進一步驗證了系統(tǒng)的性能；Stage3主要是確定具體的流程、算法及參數(shù)等。
SI完成后會輸出技術(shù)報告（TR, Technical Report），WI則輸出技術(shù)規(guī)范（TS, Technical Specification），一個重要的課題通常會先經(jīng)過SI研究階段，然后再進入WI階段的標準化制定工作。
目前無源物聯(lián)網(wǎng)在R19階段依然是以SI的形式立項，未進入技術(shù)規(guī)范編寫階段，可見基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)很多方向仍然未達成業(yè)界共識。由于基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)面臨著非常復雜的環(huán)境，在非常嚴苛的條件下還要考慮到室內(nèi)、室外、固定、移動等各種不同情況，一些候選技術(shù)還在探討中，標準化的可行性還需要進一步評估。
3GPP R19標準將于明年開始啟動，在2025年后半年凍結(jié)。無源物聯(lián)網(wǎng)作為R19中的SI課題，不會隨著R19凍結(jié)形成可進行商用參考的技術(shù)規(guī)范。因此，基于蜂窩技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)商用還需要一段較長的時間，未來在R19階段的研究取得預期成果后，或許R20階段會迎來無源物聯(lián)網(wǎng)標準規(guī)范的問世，R20作為5G Advanced最后一個版本，屆時無源物聯(lián)網(wǎng)補齊了5G Advanced承諾的功能模塊，趕上5G標準應(yīng)用的“末班車”，實現(xiàn)3GPP陣營無源物聯(lián)網(wǎng)的商用。
藍牙和WiFi陣營無源物聯(lián)網(wǎng)也在加速
本月初，無源物聯(lián)網(wǎng)廠商WilioT的高管在接受媒體采訪時表示，如果3GPP陣營希望在5G時代實現(xiàn)其“大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)”的承諾，那么推動無源物聯(lián)網(wǎng)就應(yīng)該是3GPP陣營的一項緊迫任務(wù)，并持續(xù)以低廉的價格推出相關(guān)設(shè)備，應(yīng)用在全球供應(yīng)鏈中。然而，WilioT認為，沒有3GPP，無源物聯(lián)網(wǎng)依然能夠?qū)崿F(xiàn)，WilioT通過藍牙已經(jīng)實現(xiàn)了無源物聯(lián)網(wǎng)的商用。
WilioT是基于藍牙技術(shù)無源物聯(lián)網(wǎng)陣營的典型代表。該公司最為典型的產(chǎn)品是一款無源藍牙低功耗傳感器標簽，結(jié)合云平臺實現(xiàn)多個領(lǐng)域應(yīng)用，這一標簽命名為Wiliot IoT Pixels，它是一款小型低成本、自供電的藍牙傳感器標簽，僅郵票大小，可以貼在任何產(chǎn)品或包裝上，感知一系列物理和環(huán)境數(shù)據(jù)，并將信息傳輸至網(wǎng)關(guān)、手機或支持低功耗藍牙（BLE）的設(shè)備上，再發(fā)送至Wiliot云平臺。標簽的能量來自于收集周圍的無線射頻能量來為其供電，并使用該能量發(fā)送標簽唯一標識碼的數(shù)據(jù)以及傳感器讀數(shù)。也正是采用這一設(shè)計，該標簽不需要電池，因此其尺寸可以設(shè)計成郵票大小，并能便捷地粘貼在各種物品之上。
藍牙聯(lián)盟在推動基于藍牙技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)標準化工作，WilioT是其中的主力，在WilioT的帶動下，目前全球已出現(xiàn)多家借助藍牙實現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廠商。WilioT的藍牙無源物聯(lián)標簽售價大約為每個10美分，到2024年出貨量能夠達到1億個。由于目前基于藍牙的無源物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)率先商用，預計未來將是無源物聯(lián)網(wǎng)市場上具有競爭力的一個陣營。
WiFi陣營也高度關(guān)注無源物聯(lián)網(wǎng)市場，知名國際化組織IEEE也在推進無源物聯(lián)網(wǎng)的標準化工作。去年，IEEE 802.11工作組決定設(shè)立環(huán)境能量興趣組（AMBIENT POWER TOPIC INTEREST GROUP, AMP TIG），推動技術(shù)報告的編寫，描述基于802.11技術(shù)的環(huán)境能量支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備場景，以及研究802.11無線局域網(wǎng)環(huán)境下無源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備技術(shù)需求等。
這個小組的成員大部分是中國企業(yè)的專家，定期召開研討會，并形成基于WLAN的環(huán)境能量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備技術(shù)報告，研究了WiFi環(huán)境下智能制造、數(shù)據(jù)中心、物流倉儲、智慧家庭、智慧農(nóng)業(yè)、室內(nèi)定位、智能電網(wǎng)、食品供應(yīng)鏈等無源物聯(lián)網(wǎng)用例，提出了設(shè)備的功能性能要求等。
除了標準化工作外，一些機構(gòu)已經(jīng)在推動商用化。筆者曾在《無處不在的WiFi設(shè)備，成為千億無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的天然基礎(chǔ)》一文中研究了基于WiFi的無源物聯(lián)網(wǎng)進展，尤其是采用WiFi實現(xiàn)反向散射通信實現(xiàn)多個無源場景應(yīng)用。
在理論研究向工程化轉(zhuǎn)化方面，海內(nèi)外多個研究機構(gòu)針對WiFi反向散射通信系統(tǒng)進行改進，使其具備工程化可能。例如，美國華盛頓大學電子工程學院的研究人員在2016年研發(fā)出名為Passive WiFi的系統(tǒng)。該技術(shù)基于反向散射通信，當附近WiFi路由器發(fā)射功率相對較高的射頻信號后，無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點吸收射頻信號并調(diào)制天線反射系數(shù)，將傳感器信息傳遞出去。Passive WiFi無源節(jié)點傳輸速率為1Mbps和11Mbps的數(shù)據(jù)時，所消耗的電量分別僅為14.5μW和59.2μW，這只有正常WiFi節(jié)點電量消耗的萬分之一，而且能夠?qū)崿F(xiàn)30米的回傳距離，甚至有一定的穿墻能力。
在商用化方面，部分企業(yè)已開展先行先試。例如，加拿大初創(chuàng)公司Haila今年8月對外披露其在WiFi反向散射通信領(lǐng)域的進展。該公司是一家低功耗芯片廠商，近期已開始向業(yè)界提供基于WiFi反向散射通信芯片IP授權(quán)和技術(shù)合作。目前，該公司核心產(chǎn)品為定制化的無源反向散射通信ASIC產(chǎn)品。這一產(chǎn)品可以描述為一款1Mbps、采用2.4GHz ISM頻段的WiFi反向散射通信前端IP，整個產(chǎn)品中包括一個反向散射模塊、一個電源管理單元以及一個專門的Haila核，為WiFi反向散射通信提供賦能。
實際上，早在2021年第二季度，Haila就完成了首款芯片的流片，該芯片搭載了其他器件形成一個參考設(shè)計，包括了溫度、濕度和壓力傳感器，并進行有效測試，達到了預期目標。不過，雖然WiFi設(shè)備廣泛存在于生產(chǎn)生活中，但基于WiFi的反向散射通信商用還存在一些壁壘，統(tǒng)一標準還沒形成，真正形成規(guī)?；€需要時日。
寫在最后
無源物聯(lián)網(wǎng)的價值已得到廣泛認可，3GPP陣營、藍牙陣營、WiFi陣營等不同技術(shù)路線均加入其中。不過，在筆者看來，不論哪種陣營，規(guī)?；纳逃眠€是需要首先形成業(yè)界廣泛認可的統(tǒng)一標準，才能支撐千億物聯(lián)的愿景。
當然，相對于3GPP陣營，藍牙、WiFi或者其他新的技術(shù)路線陣營面對的場景環(huán)境相對簡單，工作模式也相對靈活，在一些企業(yè)積極推動下，或許能夠快速形成事實標準，支持基于該技術(shù)的無源物聯(lián)網(wǎng)快速規(guī)模商用。由于需要考慮和平衡更多復雜問題，也許未來3GPP陣營的無源物聯(lián)網(wǎng)商用時間會遠遠晚于其他陣營。
下載ECAD模型
