千亿无源物联网，“万物互联”的终极梦想 | Alpha小电台

【Alpha充电站】近日，在中国移动与华为共同举行的5G-Advanced双链融合产业创新成果发布会上，一项名为蜂窝物联“eIoT”的新型无源物联网技术再一次将“无源物联网”这个词推向了大众视野。毫无疑问，无源物联网凭借其丰富的应用场景以及千亿级的市场空间，已逐渐成为物联网圈里最新的“当红炸子鸡”，这一庞大的市场也正吸引着越来越多重量级玩家的加入……
那么，何谓“无源物联网”？“无源”又是如何实现的？我们又为什么需要这项技术呢？
本文导览：

1. 物联网的前世今生；

2. 无源互联网早有应用；

3. 无源互联网的挑战与机遇；

4. 无源互联网的商业落地；

5. Alpha观点。

物联网的前世今生

Alpha

✦

物联网的概念最早可追溯到1995年比尔盖茨所著的《未来之路》（The Road Ahead）一书中。在这本书里，比尔盖茨已经提及物联网概念。

      人们可以佩戴一个电子饰针与房子相连，电子饰针会告诉房子你是谁你在哪，房子将用 这些信息尽量满足你的需求。当你沿着大厅走路时，前面的光会渐渐变强，身后的光会渐渐消失，音乐也会随着你一起移动。    

——比尔盖茨《未来之路》

只不过，受限于当时的无线网络、硬件及传感设备现状，这一跨时代的构想并未引起世人的重视。同时在此后相当长一段时间里，物联网的应用图景都只能存在于科幻电影之中，只能依靠CG来实现。
进入21世纪以来，随着通信、传感、人工智能以及芯片等一系列技术的发展普及，“物联网”这一概念正逐渐被完善、深化、落地。自2005年11月17日国际电信联盟（ITU）在信息社会世界峰会（WSIS）上正式提出“物联网”概念以来，多国政府及多家科技企业纷纷跟进。现如今，经过各方对物联网技术近20年的持续推动，支持物联网发展的通信、传感等底层平台技术已日趋成熟，应用物联网的成本正迅速下降，平台型科技巨头已经初步完成在物联网领域的业务布局，针对场景的物联网应用进入概念验证阶段。“万物互联”的构想正逐渐成为现实。

无源物联网早有应用

Alpha

✦

广义上的“无源物联网”，即在网络节点中可以是无源（Battery-Free）的，节点自身可以不配备电池，或不以电池、有线电源等供电形式为主要能量来源运行。当然，这并不代表无源物联网不需要用电。一般来说，无源物联网终端是从环境中获取能量（Energy-Harvesting）支撑自身对物联网数据的感知、无线数据传输和分布式计算等功能。在日常生活环境中，有很多能量形式可供无源物联网设备利用，如光能、热能、动能、无线电波等，无源物联网便是通过捕获这些“微能量”为自身供能。
从技术角度来看，能量收集并不能被称作一种新技术，业界早在多年前就开始了对该类技术的研发和应用。具体而言，共享单车的发电模式便是无源物联网理念的一种体现——共享单车中往往内置发电模块，骑车人在踩踏踏板的过程中便将动能转化为电能，为共享单车的定位模块以及车锁提供了电能。同时，太阳能路灯、某些遥控器的设计中都体现出了“无源物联网”的理念。由此可见，“无源物联网”是一个非常广泛的概念。
然而，近年来逐渐被热议的“无源物联网”一般是指基于无线电磁能量捕捉的物联网技术，即物联网终端通过采集网络侧发射的无线电波——如5G信号、蓝牙信号、Wi-Fi信号等来捕捉和收集能量。
这类技术的典型便是RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术。当RFID标签进入磁场后会接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或由标签主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。在我们的日常生活中，公交卡、身份证以及食堂就餐的餐卡均为RFID技术的应用。
除RFID外，无源物联网基于蓝牙信号、Wi-Fi信号以及LoRa信号均有相应的技术方案。根据能量来源信号的传输特性，基于蓝牙与基于Wi-Fi的无源物联网技术主要集中于短距离传输，基于LoRa的无源物联网技术主要应用与长距离传输。

无源物联网的挑战与机遇

Alpha

✦

无源物联网方案中，最大的技术难点就是如何去获取工作电流。距离越远，电磁能量的密度越低，获取能量的难度越大。RFID之所以能够实现正常工作，最关键的一点原因在于其标签与阅读器的距离非常之近——RFID属于感应耦合，天线的形状为线圈，电磁能量的传送是在感应场区域（似稳场）内完成的，距离很短。但是对于Wi-Fi、蓝牙来说，其运行传输距离远大于RFID，更不用说4G/5G等更远距离的传输信号。在这种条件下，对电磁能量的捕捉需要在辐射场中完成。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。
此外，无源物联网的如下特性也对其现阶段实际应用效果有所影响： ▸ 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nW到μW级，且受到节点蓄电能力的影响。 ▸ 链接不确定性：无源物联网节点连接性受到各节点能量的影响。
尽管现在的无源物联网技术尚不成熟，但随着 “有源物联网”的局限性逐渐凸显，发展“无源物联网”技术被提上日程，作为低速物联网的补集面向更加广阔丰富的应用场景。按照已经被业内普遍认可的标准，物联网主要分为高速物联、中速物联与低速物联三个不同的速率档位，其大致占比约为10%：30%：60%。其中高速物联主要由5G NR承载，中速物联主要由LTE-CAT4/1承载，低速物联则由NB-IoT与LoRa承载。LoRa与NB-IoT作为LPWAN领域的“双子星”，凭借着低功耗以极快的速度成为了支撑物联网产业迈向百亿连接的基础。
然而无论是NB-IoT还是LoRa，虽然大部分模组仅需纽扣电池供能，但其仍属于“有源物联网”的范畴。对于物联网世界内更大一部分的终端和传感器来说，考虑到终端节点数量、分布范围、体积限制、价格限制等种种苛刻的应用条件，许多应用场景中物联网终端设备往往难以更换电池，甚至根本无法使用电池供电。如在高温、高压、高湿等极端环境中，不仅常规电源工作会受影响，更换电池等维护也同样无法实施。


此外，某些物联网通信场景下的物联网终端还面临着苛刻的成本、体积压力。物流场景便是一个典型——2021年，我国快递业务量达到1083亿件，就成本来说，尽管NB-IoT模组已经下探至10元人民币级别，许多物品本身价值往往都没有一颗NB-IoT模组高，而目前的通用型UHF RFID标签的价格已经可以低至0.2-0.3元人民币的水平；就体积来说，在如此大规模的物流数量中，似乎也只有像RFID那样电子标签才更加适用。
与物流场景类似，畜牧业、养殖业也面临着相同的难题与压力。消费者对有机农牧产品的火爆需求推动智慧养殖的不断发展，如何实时监控牲畜与家禽的生命体征及健康状况，在提高食品质量的同时提高养殖效益变得愈发重要。对于养殖机构而言，监测设备的成本、体积以及耐用性都是需要考虑的因素。通过将无源物联网芯片植入动物的耳标、脚环中，便可在全生命周期中实时反馈动物的体温、心率等指标给养殖机构，使其实现科学养殖、智慧养殖。目前，国内已有相关企业给出了养殖业场景中的无源物联网解决方案。

无源物联网的商业落地

Alpha

✦

无源物联网技术在国外已探索出成熟的应用场景，但国内起步较晚，商业化应用尚属早期。随着2021年物联网大会上“无源物联网”概念风口的到来，越来越多的无源应用开始受到了市场的关注。目前国内IoT芯片依赖进口，市场国有化率不足10%，且面临电池续航和传感器体积问题。伴随着国内无源IoT芯片的发展，国内企业有望实现追赶反超。

Wiliot

Wiliot是一家以色列的无源物联网解决方案开发企业，由英特尔前员工于2017年创立。2021年7月由软银领投，三星、亚马逊、高通等知名产业方跟投，Wiliot完成了2亿美元的C轮融资。

Wiliot的传感芯片产品Wiliot IoT Pixel采用基于蓝牙的无源物联网技术路线，通过收集周围的无线射频能量来为其供电，并借助这些能量发送标签唯一标识码的数据以及传感器读数。该款传感芯片的大小厚度与邮票相仿，能够便捷地粘贴在各种物品之上，体积优势突出。

图：Wiliot官网

目前，该款产品已有相应的商业落地，主要应用在食品、零售、医药等领域的供应链管理环节中，如货品溯源跟踪、库存管理、快速提货、产业链跟踪等。根据Wiliot描述，Wiliot IoT Pixels可以集成到疫苗小瓶、食品包装等中，为供应链带来实时透明度，并使品牌商能够首次了解整个零售渠道的库存水平。

Atmosic

Atmosic成立于2016年，是一家美国Fabless模式的半导体公司，专注于设计和提供超低功耗无线技术的解决方案。公司于2022年1月完成B+轮7200万美元融资，由Sutter Hill Ventures领投。

目前Atmosic已成功研发了三种创新技术——超低功耗射频、射频唤醒及受控能量收集，以实现最低功耗，并彻底降低物联网应用对电池的依赖。Atmosic的产品线覆盖低功耗有源传感芯片与无源传感芯片，适用于工业与企业、医疗卫生、汽车、家庭、个人、智慧城市等多种场景，主要功能包括机器人装备、设备定位、资产管理、钥匙和遥控器、可穿戴及3C用品等。其单片售价在十几美分至几十美分之间。

Alpha Perspective ✦

 我们认为： 

无源物联网已经成为物联网发展的一条主要路径。目前，我国无源IoT的热潮已然掀起，仍是一个广阔的蓝海市场。放眼世界，三星、亚马逊、高通等平台型科技企业纷纷入局；国内市场上，以华为为首的通信巨头也联手中国移动正式下场造势。现阶段，大部分企业主要在智能家居、可穿戴设备、智慧农业、大健康等方向发力。预计到2023年，无源物联网在我国上述行业的市场空间可突破700亿人民币，年复合增长率将保持40%。各行业产品应用将随着需求和技术双重推动迎来更广阔的市场，行业必将迎来一个百家争鸣的阶段。

随着基础技术的迭代发展，无源物联网产品的最终形态和标准将渐趋统一，更多新的应用场景也将被探索出来。届时无源物联网产品将被更广泛地应用在各行各业中，推动“万物互联”目标的最终实现。尽管中国物联网行业还有很长的路要走，但在无源物联网这一领域已涌现出众多先行者，我们对他们的未来满怀信心。

✦

✦

ALPHA部分交易

企业服务：得帆信息｜海蜂法务｜半城云｜DataPipeline｜幂律智能｜携客云｜骞云科技｜语祯物联｜创新奇智｜ClickPaaS｜Vphoto｜联智科技｜企保科技｜数列科技｜商帆科技｜必示科技  

先进制造：杭州三相科技｜傲鲨智能｜普莱信智能｜全应科技｜谛声科技｜节卡机器人｜阿童木机器人｜芯翼信息科技

医疗健康：康迈迪森｜至善医疗｜汇禾医疗｜METiS剂泰医药｜志诺维思｜药研社｜云呼科技｜华志微创

新消费：有饮 NOD｜Yololand有乐岛｜禧宝制研｜Tabula Rasa｜哇力机器人｜YIN隐｜野兽生活 

点击了解更多免责声明：此文件谨供给阁下作参考用途，并非作为或被视为在任何地区对任何证券的研究报告，并非作为或被视为出售或购买或认购证券的邀请或向任何特定人士作出邀请。此文件没有把任何接收方的投资目标，财务状况或特殊需求考虑进去。接收方不应仅依靠此文件，而应按照自己的判断作出投资决定。接收方作出任何投资行动前，应咨询专业意见。此文件所载的资料由华兴泛亚投资顾问（北京）有限公司（连同其关联公司，统称“华兴资本”）编写。此文件所载资料的来源皆被华兴资本认为可靠，此文件所载的见解、分析、预测、推断和期望都是以这些可靠数据为基础，只反映华兴资本于最初发此文件日期当日的判断，可随时更改而毋须另行通知。华兴资本有可能在未来向此文件提及的任何企业或个人提供服务，而毋须另行通知。因使用此文件内之材料而承受的直接或间接或相关之损失，华兴资本包括其控股公司、附属公司及关联个人均不会对此等损失负上任何责任。此文件受到版权和资料全面保护。除非获得华兴资本的授权，任何人不得以任何目的复制，派发或出版此文件。华兴资本保留一切权利。