作者：赵小飞
物联网智库 原创
近日，国际标准化组织3GPP RAN102次会议结束，会议上通过了多项研究项目（SI）立项，其中包括无源物联网研究项目“Study on solutions for Ambient IoT (Internet of Things) in NR”，成为R19阶段在无线接入层面上无源物联网的核心议题，为5G网络引入无源物联网打下基础。可以看出，基于蜂窝网络的无源物联距离形成标准规范还有一段距离，而基于蓝牙、WiFi等其他技术阵营则在无源物联方面加快推进，期待实现规模化商用。

R19阶段依然是研究项目，基于蜂窝的无源物联商用还需时日

本次3GPP RAN102次会议通过的无源物联网立项预期在5G R19阶段版本中发布，该SI项目建立在R18阶段无线接入网技术组（TSG RAN）的研究课题之上，并参考了业务与系统技术组（TSG SA）立项的研究课题。
此前，在5G R18阶段，相关机构就在无线接入网技术组立项了名为“Study on Ambient IoT (Internet of Things) in RAN”的研究课题，随着R18阶段标准化的工作接近尾声，这一课题最终形成了编号为3GPP TR 38.848的技术报告，作为R18阶段无线接入技术组无源物联网的核心成果。
TR 38.848技术报告对无源物联网的部署场景、网络拓扑结构、设备类别、接入网设计等方面进行深入研究，例如根据基站、终端和中继设备的在室内外所处位置规划了5类场景部署场景，形成4中拓扑结构，也对设备功耗、设备复杂度、网络覆盖、体验速率、数据包大小、时延、定位精度、连接密度、移动速度等指标设定了相应目标，为在蜂窝网络环境下实现无源终端的应用提供参考。
此前，3GPP业务与系统技术组（TSG SA）也推动了无源物联网研究课题（SI）立项，名为“Study on Ambient power-enabled Internet of Things”，多家机构进行持续研究，形成了编号为3GPP TR 22.840的技术报告，将作为R19阶段的无源物联网的重要成果。
TR 22.840技术报告重点研究了无源物联网的应用场景，列出了物流、仓储、制造、智慧家庭、港口、机场、智慧农业、森林防火、畜牧、健康监测等30个领域中无源物联网可以应用的场景，并对设备限制、流量场景需求进行研究。
有了TR 38.848、TR 22.840等前期研究的基础，R19阶段的无源物联网继续推进未决事项，争取早日实现基于蜂窝的无源物联网的商用。不过，从目前来看，不论是在无线接入技术组（TSG RAN），还是在业务与系统技术组（TSG SA），R19阶段针对无源物联网的都是以研究课题项目来立项的，这对于基于蜂窝技术的无源物联网商用还有一定距离。
根据3GPP的工作模式，相关的标准工作可以分为两个阶段：SI（Study Item，技术可行性研究阶段) 和 WI（Work Item，技术规范编写阶段）。
SI阶段主要以研究的形式确定系统的基本框架，并进行主要的候选技术选择，以对标准化的可行性进行判断。
WI阶段分为Stage2、Stage3两个子阶段，其中，Stage2主要通过对SI阶段中初步讨论的系统框架进行确认，同时进一步完善技术细节，该阶段规范并不能够直接用于设备开发，而是对系统的一个总体描述，仅是一个参考规范，根据Stage2形成的初步设计，进一步验证了系统的性能；Stage3主要是确定具体的流程、算法及参数等。
SI完成后会输出技术报告（TR, Technical Report），WI则输出技术规范（TS, Technical Specification），一个重要的课题通常会先经过SI研究阶段，然后再进入WI阶段的标准化制定工作。
目前无源物联网在R19阶段依然是以SI的形式立项，未进入技术规范编写阶段，可见基于蜂窝技术的无源物联网很多方向仍然未达成业界共识。由于基于蜂窝技术的无源物联网面临着非常复杂的环境，在非常严苛的条件下还要考虑到室内、室外、固定、移动等各种不同情况，一些候选技术还在探讨中，标准化的可行性还需要进一步评估。
3GPP R19标准将于明年开始启动，在2025年后半年冻结。无源物联网作为R19中的SI课题，不会随着R19冻结形成可进行商用参考的技术规范。因此，基于蜂窝技术的无源物联网商用还需要一段较长的时间，未来在R19阶段的研究取得预期成果后，或许R20阶段会迎来无源物联网标准规范的问世，R20作为5G Advanced最后一个版本，届时无源物联网补齐了5G Advanced承诺的功能模块，赶上5G标准应用的“末班车”，实现3GPP阵营无源物联网的商用。

蓝牙和WiFi阵营无源物联网也在加速

本月初，无源物联网厂商WilioT的高管在接受媒体采访时表示，如果3GPP阵营希望在5G时代实现其“大规模物联网”的承诺，那么推动无源物联网就应该是3GPP阵营的一项紧迫任务，并持续以低廉的价格推出相关设备，应用在全球供应链中。然而，WilioT认为，没有3GPP，无源物联网依然能够实现，WilioT通过蓝牙已经实现了无源物联网的商用。
WilioT是基于蓝牙技术无源物联网阵营的典型代表。该公司最为典型的产品是一款无源蓝牙低功耗传感器标签，结合云平台实现多个领域应用，这一标签命名为Wiliot IoT Pixels，它是一款小型低成本、自供电的蓝牙传感器标签，仅邮票大小，可以贴在任何产品或包装上，感知一系列物理和环境数据，并将信息传输至网关、手机或支持低功耗蓝牙（BLE）的设备上，再发送至Wiliot云平台。标签的能量来自于收集周围的无线射频能量来为其供电，并使用该能量发送标签唯一标识码的数据以及传感器读数。也正是采用这一设计，该标签不需要电池，因此其尺寸可以设计成邮票大小，并能便捷地粘贴在各种物品之上。
蓝牙联盟在推动基于蓝牙技术的无源物联网标准化工作，WilioT是其中的主力，在WilioT的带动下，目前全球已出现多家借助蓝牙实现无源物联网应用的厂商。WilioT的蓝牙无源物联标签售价大约为每个10美分，到2024年出货量能够达到1亿个。由于目前基于蓝牙的无源物联网已经率先商用，预计未来将是无源物联网市场上具有竞争力的一个阵营。
WiFi阵营也高度关注无源物联网市场，知名国际化组织IEEE也在推进无源物联网的标准化工作。去年，IEEE 802.11工作组决定设立环境能量兴趣组（AMBIENT POWER TOPIC INTEREST GROUP, AMP TIG），推动技术报告的编写，描述基于802.11技术的环境能量支持物联网设备场景，以及研究802.11无线局域网环境下无源物联网设备技术需求等。
这个小组的成员大部分是中国企业的专家，定期召开研讨会，并形成基于WLAN的环境能量物联网设备技术报告，研究了WiFi环境下智能制造、数据中心、物流仓储、智慧家庭、智慧农业、室内定位、智能电网、食品供应链等无源物联网用例，提出了设备的功能性能要求等。
除了标准化工作外，一些机构已经在推动商用化。笔者曾在《无处不在的WiFi设备，成为千亿无源物联网节点的天然基础》一文中研究了基于WiFi的无源物联网进展，尤其是采用WiFi实现反向散射通信实现多个无源场景应用。
在理论研究向工程化转化方面，海内外多个研究机构针对WiFi反向散射通信系统进行改进，使其具备工程化可能。例如，美国华盛顿大学电子工程学院的研究人员在2016年研发出名为Passive WiFi的系统。该技术基于反向散射通信，当附近WiFi路由器发射功率相对较高的射频信号后，无源物联网节点吸收射频信号并调制天线反射系数，将传感器信息传递出去。Passive WiFi无源节点传输速率为1Mbps和11Mbps的数据时，所消耗的电量分别仅为14.5µW和59.2µW，这只有正常WiFi节点电量消耗的万分之一，而且能够实现30米的回传距离，甚至有一定的穿墙能力。
在商用化方面，部分企业已开展先行先试。例如，加拿大初创公司Haila今年8月对外披露其在WiFi反向散射通信领域的进展。该公司是一家低功耗芯片厂商，近期已开始向业界提供基于WiFi反向散射通信芯片IP授权和技术合作。目前，该公司核心产品为定制化的无源反向散射通信ASIC产品。这一产品可以描述为一款1Mbps、采用2.4GHz ISM频段的WiFi反向散射通信前端IP，整个产品中包括一个反向散射模块、一个电源管理单元以及一个专门的Haila核，为WiFi反向散射通信提供赋能。
实际上，早在2021年第二季度，Haila就完成了首款芯片的流片，该芯片搭载了其他器件形成一个参考设计，包括了温度、湿度和压力传感器，并进行有效测试，达到了预期目标。不过，虽然WiFi设备广泛存在于生产生活中，但基于WiFi的反向散射通信商用还存在一些壁垒，统一标准还没形成，真正形成规模化还需要时日。

写在最后

无源物联网的价值已得到广泛认可，3GPP阵营、蓝牙阵营、WiFi阵营等不同技术路线均加入其中。不过，在笔者看来，不论哪种阵营，规模化的商用还是需要首先形成业界广泛认可的统一标准，才能支撑千亿物联的愿景。
当然，相对于3GPP阵营，蓝牙、WiFi或者其他新的技术路线阵营面对的场景环境相对简单，工作模式也相对灵活，在一些企业积极推动下，或许能够快速形成事实标准，支持基于该技术的无源物联网快速规模商用。由于需要考虑和平衡更多复杂问题，也许未来3GPP阵营的无源物联网商用时间会远远晚于其他阵营。
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