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物联网开发

千亿起点,无源物联网正当时!

    随着物联网技术在各类消费终端和行业领域的规模化应用,全球物联网连接数已经突破144亿,我国也于去年成为全球主要经济体中率先实现“物超人”的国家。


    在数字经济和绿色低碳经济的浪潮之下,未来物联网应用的广度和深度还将进一步拓展,向万物互联加速迈进。在此背景下,具有功耗、成本、尺寸等方面优势的无源物联网技术再次走进公众视野,被认为是实现千亿级物联网连接的关键技术。“产学研”各界正围绕技术、标准、产业、应用积极布局,推动新型无源物联网快速发展。


无源物联网


    正在迸发全新生机


    无源物联网是利用环境能量采集技术,将周围可用的信号和能量转化为驱动自身电路的电能,同时利用以反向散射为核心的通信模式,实现向目标节点传递信息的技术。相较于其他物联网技术,无源物联网主要具备4方面优势。


    一是节能环保,无源物联网通过采集环境能量维持正常工作,不依赖电源供电,有效降低了碳排放,避免了废弃电池对环境的污染。二是价格低廉,无源物联网省去了电源和高功耗元器件的成本,目前无源物联网标签的价格已经能够控制在0.2~0.3元的水平,远低于NB-IoT、LoRa、BLE等低功耗物联网技术的模组价格,有利于物联网连接数的进一步大规模提升。三是尺寸精简,无源物联网终端无需为电源等硬件预留空间,形态更为轻薄美观,整体更加便携且易于部署。四是广泛适用,无源物联网无需考虑常规电源对工作环境的要求,可在高温、高辐射、高湿度等极端环境中正常工作,大大拓宽了应用场景。


    无源物联网并不是一个新兴概念。早在20世纪40年代,雷达技术的发展和进步就催生了最具代表性的无源物联网技术——RFID,其主要用于军事领域。1980年后,RFID开始商用,并于2010年进入规模化推广阶段,产品种类不断丰富,生产成本进一步下降,至今已发展成应用最为广泛的无源物联网技术。然而,随着应用需求的升级,RFID逐渐暴露出通信距离短、读写能力弱等“短板”。借此契机,业界于近期提出了新型无源物联网概念——基于蜂窝的无源物联网。


    与RFID相比,在终端侧,新型无源物联网技术对RFID协议进行了优化,且将工作频率更改至蜂窝移动通信频段,因此需要基于全新的芯片和天线打造新型无源标签;在读写器侧,新型无源物联网技术利用5G基站替代传统一体式读写器,基于5G基站更高的发射功率激励新型无源标签,使其能够在更远的距离将感知信息直接回传至5G网络,便于实现大规模组网和集中调度,极大地降低了无源物联网系统的部署成本。


    与此同时,无源物联网与5G蜂窝网络相结合,还将进一步拓展移动物联网的范畴和边界,助力移动物联网加速发展。


    千亿只是起点


    在IoT行业,连接数字是评判一个市场的核心指标。比如说,蓝牙技术,每年市场出货量约60亿左右;NB-IoT,每年出货量约1亿。而很多人在预测未来潜力的时候,也都喜欢引用未来每年500亿,乃至1000亿的连接量。


    如果只看出货量的大小,扛把子当属RFID无源IoT标签,根据AIoT星图研究院最新的调研,全球UHF RFID标签出货量在2022年已经达到了360亿。


    熟悉RFID的朋友应该知道,作为一种最早商用的IoT技术,RFID产业已经比较成熟,并且早在10多年前,每年的标签出货量就超过了100亿枚,正常来说,一个产业基数很大的时候,它的增速就会降低,但RFID无源物联网的连接数字却呈现出加快增长的趋势,这足以说明了每年千亿级的连接绝不是它的终点。


    往往一个单体项目,就会有很庞大的RFID标签消耗量,比如说:沃尔玛目前每年消耗RFID标签量超过了100亿枚,而这只是用在沃尔玛的部分商品,地域也仅在北美地区;UPS每年RFID标签使用量约50-60亿枚,而国内每年的快递包裹数量超过了1100亿枚;迪卡侬、ZARA、优衣库、耐克等鞋服品牌,每年消耗的RFID标签数量也是10亿级别的。


    由此可见,作为消耗品的RFID标签,只要在某些领域,或者某些客户中使用,它的增长数字就非常庞大。


    无源物联网产业新趋势


    1.国产应用客户越来越多


    在早些年,UHF RFID标签虽然产能绝大多数在国内,但是国外的品牌却占据了绝大多数的应用量,国内主要就是一些定制化的散客市场有应用,不够集中。


    但是在最近的调研中,我们发现国内市场的客户应用越来越多,在鞋服市场,有不仅有安踏、鄂尔多斯、全棉时代、海澜之家这样的大品牌,还有很多每年消耗量在几百万到几千万的中小品牌,这类品牌走电商渠道为主,这会带来追溯的需求,以及防伪认证的需求。而除此之外,在医疗、金融系统、快递物流乃至家用电器领域,RFID标签的应用都非常普遍。


    2.RFID读写器与更多的传统设备相结合


    UHF RFID读写器的功能是对标签进行读取与写入数据,在很多场景中,是需要专门定制,但在我们最新的调研中发现,将读写器设备与传统领域的设备结合起来,会有很好的化学反应。最典型的就是柜体,比如图书档案柜,或者医疗领域的设备器材柜,本身是一个很传统的产品,但是加上RFID之后,就会变成可以进行身份识别,行为管理,贵重物品监管等功能的智能产品。对于方案厂来说,加上柜体之后,价格可以卖得更好。


    3.企业逐渐扎根细分领域


    RFID行业的从业者应该对这个行业激烈的“内卷”深有体会,内卷的根本原因是这个产业比较小。在最新的调研中,我们发现市场上已经有越来越多的企业在往传统领域深度扎根,比如医疗、电力、机场等,因为要做好一个行业需要花大量的精力去认识与理解行业,这不是一蹴而就的事情。做好一个行业,既可以加深企业自身的护城河,也可以避免无序的竞争。


    4.双频RFID越来越受欢迎


    UHF RFID标签虽然是应用最广的标签,但是它最大的问题就是没法直接与手机产生互动,而在很多应用场景中需要跟手机产生互动。这就是双频RFID产品在市场上受欢迎的最主要原因,未来随着RFID标签应用越来越广,需要用到双频RFID标签的场景也将会越来越多。


    5.生产设备国产化正在崛起


    生产设备是UHF RFID产业一道门槛,而国产厂商也在逐渐攻破这道门槛,目前在技术门槛最高的绑定机环节,依然是纽豹占据主要的市场,不过国产设备商新晶路的设备使用也越来越多,除此之外,哈德胜、传麒智能、源明杰等厂商也在研发绑定设备。


    生产设备需要增量市场,每年需要有新的需求增加或者新的玩家进入,才会有购置新的设备需求,这注定了市场容量不会特别大,,所以设备厂商需要给单个客户做高产值。这就需要设备厂商提供绑定机、复合机、检测设备、打印设备等多样性的设备,并且根据客户的需求做定制化的开发。


    无源物联网应用范围正进一步扩大


    凭借在能耗、成本、尺寸等方面的优势,无源物联网已经得到了较大规模的应用。当前,RFID主要应用于商超、零售、鞋服行业,应用场景局限于小型室内空间,依赖标签与读写器的一对一通信。得益于新型无源物联网技术在通信距离、组网规模、部署成本等方面的优化,无源物联网正在仓储物流、电力、交通、畜牧等更广泛的领域内得到应用。


    仓储物流场景具有移动范围广、包裹数量多、数据读取频繁等特点,RFID不能很好满足仓储物流的联网需求。基于新型无源物联网技术构建仓储物流系统,能够实现室外超100米、室内超30米的网络通信距离,支持大批量货物的自动化读取。同时,新型无源物联网技术具备规模化组网与精准定位能力,有利于实现大型仓库中货物精准查找与快速流转,显着提升仓储物流各环节的效率,助力实现智慧仓储和智慧物流。


    电力场景具有占地面积广、站点数量多等特点,一般要求终端网络通信距离超过50 米,且具备抗电磁干扰能力以及温湿度、振动传感能力。为此,可将新型无源标签部署于输电线路、室外电缆等广域沿线覆盖区域,实现相应场景传感能力从无到有的突破。同时,新型无源标签易与多传感器结合,实现对温度、湿度、振动等多维度感知能力的集成,为智能电力管理降本增效。


    交通场景中非机动车数量庞大、移动速度快、移动范围广,对物联网终端通信距离、网络覆盖质量和网络切换能力均提出较高要求。新型无源物联网技术支持广域连续组网与精准定位,通过在非机动车中嵌入新型无源标签,交通管理部门可以更加精准地管理超速行驶、违规变道、乱停乱放等不良行为,降低交通事故发生频率,提升非机动车智能化监管效率。


    畜牧场景中牲畜数量多、活动范围广,且大多位于室外,5G蜂窝网络覆盖条件良好。通过将新型无源标签与生物识别传感器相结合,可大范围地远程监测牲畜的数量、身体状态和行为轨迹,极大提高农户工作效率与便利性。新型无源物联网技术还有助于实现养殖、收购、加工、运输、销售等全环节信息的实时入网、追踪和查询,为牲畜疾病防治、有关部门监督管理提供有效依据,保障现代畜牧业的健康发展。


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