远低于NB-IoT功耗，无源物联网才是实现千亿级IoT连接的“杀器”

另一家基于蓝牙技术推出的无源物联网方案的公司为Atmosic，是一家创新型无晶圆厂半导体公司，该公司宣称在超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集三大技术方面发力。 其中，超低功耗射频技术是在蓝牙5平台上实现了超低功耗射频功能；射频唤醒技术是为射频提供了轻度休眠模式和深度休眠模式两套感知系统；受控能量收集技术目的是保证功能稳定可用，同时最大限度减少设备和系统对电池电源的依赖。在三大技术支持下，Atmosic目前有两款蓝牙芯片产品，其中其M3系列产品综合应用这三大技术，支持无电池状态下的运行。目前，该公司产品已用于医疗、穿戴设备等领域。

基于WiFi和LoRa的无源物联网创新，笔者在《彻底抛弃电池，5G支持无源物联网，比NB-IoT影响更广泛的技术要来了？》一文中也进行了介绍，主要源于 美国华盛顿大学电子工程学院的研究人员提出了通过对射频信号的反射调制技术来实现无源设备供电和传输数据。 在这一技术指引下，该研究团队研发除了Passive WiFi的无源技术，并进一步将该技术用于LoRa中，实现数百米长距离无源节点传输。

上月， 华为常务董事、ICT产品与解决方案总裁汪涛在一次公开演讲中，提出了面向55G的无源物联网设想，希望5G网络能将无源物联网纳入其中，5G无源物联网的 探索 开始。

虽然无源物联网会带来海量的连接规模，但目前相关技术还并不成熟，接下来可能会经过百家争鸣阶段，随着商用落地，部分技术会形成事实标准，在此之后推动无源物联网规模快速扩展。从目前看，无源物联网发展还是非常分散，正如LPWAN发展历程一样，这一过程也需要很长时间，建立产业生态更为关键。

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预计在今年底释出的 Release 16 将会探索 OFDM 的替代，因为 OFDM 被发现导致 5G 设备和基站耗电太多。美国国家仪器公司的 James Kimery 说，他认为移动运营商并不真正理解 5G 对手机对电池续航时间的影响。5G 是有代价的，这个代价就是电池消耗量。

现在智能手机都是大屏手机，耗电量的确比较大，一般待机时间不到10个小时，可以为认为手机耗电快，手机耗电一般是APP软件、系统和电池的原因。最主要的可能是APP软件，现在很多APP软件采集信息过大，导致CPU一直处于工作状态，所以耗电极快。但其他应用模式下，比如游戏、直播、视频，以4G时代的时候就能完全满足，即使是5G时代这些应用的网络传输需求也不会增加。

      

目前，Yuan认为OFDM和OFDMA将满足5G的早期需求。他预计5G将首先在智能手机上使用，计划于2019年12月发布Release 16版之后，5G大规模物联网通信等应用程序至少还要一两年才会问世。但是如果网络供应商想要更新设备以支持NOMA，很可能会增加成本。“

然而，Kimery对于该行业将采用任何的非OFDMA选项并不乐观。“有可能会有另外的选择，”他表示，“但是这种可能性不大，一旦某一方案得到实施，就很难改变。”所以5G会加大耗电量。

德高校研发出比尘埃还小的电池

德高校研发出比尘埃还小的电池，电子产品一直在朝小型化迈进，小型微电子设备(如植入人体内的传感器系统)需要比一粒灰尘还小的计算机和电池。德高校研发出比尘埃还小的电池。

德高校研发出比尘埃还小的电池1

2月23日消息，《先进能原材料》期刊上发表了一篇论文，内容显示德国开姆尼茨理工大学研究团队研发出了全球最小的电池，比空气中的尘埃还要微小，可以直接用来给尘埃大小的微型计算机供电。

据了解，目前市面上已经有很多可以植入体内的传感器或微型智能设备，它们内部都会嵌入和尘埃一般大小的计算机，用于处理和存储数据。随着这些传感器或智能设备的体积越来越小，想要给它们供电就变得越来越困难。

这些设备使用的微型电池，很多都是通过在芯片上堆叠薄膜来存储电能，电量非常有限，受到的限制也很多。开姆尼茨理工大学研究团队选择将薄膜卷起来，让它们可以存储更多的电能，这一设想已取得初步的成功。

这种全球最小的电池还可以反复充电，充满电能为微型计算机提供10小时以上的续航。未来，该团队还打算开发能量存储密度达到100微瓦/c㎡的可充电电池，能适用于更多微型计算机使用场景等。可惜的一点是，这款新电池暂时还只是PPT产品，不具备市场化的条件。

据了解，医疗领域很早之前就在探索使用“微型机器人”治疗疾病的可行性，并且也研发出众多可植入体内并治疗疾病的微型电子机器人。同样是在德国开姆尼茨工业大学，由Oliver GSchmidt教授领导的研究团队在2020年开发出世界最小的微型机器人，尺寸为0808014mm，能够把药物直接携带到体内并送达指定区域，以起到更加针对性的治疗效果。

美国宾夕法尼亚大学的马克·米斯金教授及其团队还研发出一款带腿可行走的微型机器人，设想是用于半导体领域，可以用来修复手机电池、芯片，甚至用于探索人类大脑信号等。

虽然这些微型机器人、微型计算机距离普通人特别遥远，但在某些领域确实已经较为成熟。微型计算机的诞生，对于探索人体奥秘，治疗一些疾病真的特别有帮助，未来如果能通过微型计算机了解人体的更多特性，一些不治之症说不定也能有被治愈的一天。

还是很看好微型计算机和微型电池的未来，希望能够在更多领域看到它们的身影。

德高校研发出比尘埃还小的电池2

德国开姆尼茨工业大学及中国长春应用化学研究所科学家在《先进能源材料》杂志上撰文称，他们研制出了迄今世界上最小的电池，可为一粒灰尘大小的计算机供电，未来有望在物联网、微型医疗植入物、微型机器人系统和超柔性电子等领域大显身手。

电子产品一直在朝小型化迈进，小型微电子设备(如植入人体内的传感器系统)需要比一粒灰尘还小的计算机和电池。但迄今为止，缺乏可随时随地运行的电源，以及很难生产可集成的微电池这两大因素阻碍了这一趋势。

科学家们称，通过开发合适的电池或“采集”发电方法，可以为微小的亚毫米级计算机供电。但目前微型电池的生产方法与普通电池大相径庭，如拥有高能量密度的紧凑型电池(纽扣电池等)使用湿化学方法制造而成，使用这种标准技术生产的微电池可以提供良好的能量和功率密度，但其直径明显超过1平方毫米。

研究团队的目标是设计一种直径小于1平方毫米、可集成在芯片上的电池，其最小能量密度仍为100微瓦时/平方厘米。为实现这一目标，该团队在微型规模上集成了集电器和电极条——特斯拉也在大规模使用类似工艺制造其电动汽车用电池。

研究人员使用到了所谓的“瑞士卷”或“微型折纸”工艺。他们在晶圆表面连续涂覆聚合物、金属和介电材料薄层，形成具有内在张力的分层系统。薄层被剥离会释放出机械张力，随后自动d回去卷成“瑞士卷”。因此，不需要外力就能制造出一个自卷绕圆筒式微型电池。

利用这种方法，团队制造出可以反复充电的迄今最小的微电池，其比一粒盐还小，能为世界上最小的计算机芯片供电约10个小时。而且，该方法与现有芯片制造技术兼容，能够在晶圆表面生产高通量微型电池。

研究人员称，这款微型电池有望在物联网、微型医疗植入物等领域大显身手，应用于未来的微纳电子传感器和执行器内。他们表示，这项技术仍有巨大的优化潜力，未来可能会出现更强大的微电池。

德高校研发出比尘埃还小的电池3

北京时间2月23日消息，德国开姆尼茨理工大学研究团队在《先进能源材料》期刊发表论文，称开发出了世界上最小的电池，可以为尘埃大小的计算机提供电源。

包括可以植入人体内的传感器在内的微型智能设备，需要尺寸比一粒尘埃还小的计算机处理数据。随着智能设备越来越小，为它们提供电源成为难题。

当前微型电池通过在芯片堆叠薄膜存储电能

现有微型电池通过在芯片上堆叠薄膜存储电能，但大小受到存储电量的限制。为解决这一难题，开姆尼茨理工大学研究团队将薄膜卷起来，可以存储更多电能。

新电池可以重复充电，为微型计算机提供至多10小时电能。目前新电池尚不具备市场化条件。

他们的目标是开发能量存储密度达到每平方厘米100微瓦的可充电电池，适合大多数微型计算机使用场景，其中包括测量环境气温。

说起物联网（Internet of Things， IoT），估计很多人都耳熟能详，因为我们早就在各种各样的媒体中看到过好多次这个名词了。

按照中国传统观点，万物实际上是有着天然的联系的，那么人类为何又要画蛇添足般地再把他们连接起来呢？原因很简单， 万物的天然联系是依靠的自然规律，而人类并不能控制他们，而物联网让万物以人类的意愿进行连接，从而让人类可以控制他们 。物联网，无非是又一个人类征服和控制自然的尝试而已。只要万物能够互联并且通过有效的手段在需要的时候知道他们的状态，从而采用有效的手段进行干预，那么人类就有了对万物的相当程度的控制权。

这给了人们很大的想象空间，因此，也吸引了大量的淘金者，试图分享这样一块看起来巨大无比的蛋糕。 但这么多年来，现实并不乐观。

根据我的了解——可能并不准确——我感觉物联网现在处于一个比较尴尬的阶段。 一方面，物联网的呼声很大，人们寄予很大的期望；但另一方面，市场的反响并不热烈，本来应该跟人们的生活息息相关的物联网，似乎在现实中并没有被人们所感知。我观察到的现实就不很乐观。 算得上物联网的智能家居曲高和寡，国内力推的NB-IoT雷声大雨点小，LoRa使用的主流频段在国内被事实上禁用， Zigbee等覆盖范围过小……

在这里，我想梳理一下物联网在国内发展的现状，以便于更好地定位和找出问题所在。

物联网可以看做是互联网的升级版本，传统的互联网连接的是人；物联网不光连接人，还要连接物，除了人类的互动外，还需要让人能够更好地把控物。 人是自带智能的，所以传统的互联网的重点在于连接，只要有连接，人们就会互动，产生内容等，对网络的智能要求就不高；但物联网连接的是物，物本身不具备智能， 需要通过人来控制或者智能系统来自动控制。

物联网也是近十年来出现频率很高的智慧某某（例如智慧城市，智慧楼宇，智慧园区，智慧安防等）的基础设施。 什么是智慧？我认为就是能够根据某个特定的需求和目标，自主动态调节现有状态的能力 。这需要至少有两个部分构成，一是要有数据分析和处理的“大脑”部分，二是要有数据收集和指令执行的“躯体”部分。 我们往往把狭义的躯体部分作为狭义的物联网， 也可以称为物联网10， 实现了物体的初步连接和数据收集和反馈能力，但这套系统要想实用，实际上离不开人，因为数据的分析和控制指令的下达还是需要人来做；而大脑+躯体才是真正智慧的物联网，在我看来这才是能够给人类带来很大便利的物联网，才具备大范围应用的技术基础， 可以把这称为物联网20。

现阶段的物联网还是停留在由人控制的阶段，也就是10时代，这个阶段对数据的处理存在瓶颈，因此，并不适合复杂的应用，也不适合大范围使用。因此我们可以看到，应用比较广泛的应用也就是那少数的简单应用，如抄表、环境监测、家电控制等。云计算、大数据、机器学习、人工智能等技术是近几年的IT领域的热点，进展也非常迅速，他们的发展为物联网向20阶段进化提供了坚实的基础。

我们日常生活，现有的已经足够很好地满足人们的需求了；物联网，只是人们对更高生活水平的追求的产物，并且不是必需的；对于非必需品来说，要想普及需要足够的性价比或者就索性走高端路线。但从目前的物联网市场看，由于缺少比较成熟的家用物联网方案，因此并不能大规模使用，这导致物联网应用起来成本比较高，在家居中只有高端住宅才可能会使用，占比很少，家居物联网在这种初级阶段必须得要走高端路线，当然这也符合很多新事物的初始状况特征。

物联网在工商业中也有一些应用，例如RFID领域，我们已经可以在一些商店中看到。其他还有很多物联网项目，多数隐藏在智慧某某的名头之下，现阶段，只要是冠以智慧的项目，其造价一般会令人咂舌。 因此，在性价比不高的情况下，人们使用他的积极性自然不高了。

中国运营商去年决定要大力推广NB-IoT，他们试图提升性价比，因此希望设备和解决方案提供商们能够以较低的价格提供相关产品，由于其体量，确实有部分供应商愿意以接近成本价的价格向其提供产品；但即使是这样，愿意使用的用户也不多，这让供应商的积极性大大降低，因为根本就无利可图。也因为此，NB-IoT的这一波推广活动实际上到目前看来是比较失败的。

从连接介质来看，物联网分为有线和无线两种，考虑到实际部署的难度，无线方式显然更有机会会成为主流的连接方式。

从终端和因特网连接关系来看，物联网也可以划分为两种方式：一种是直接和因特网连接，例如NB-IoT、2/3/4G蜂窝网络、eMTC等； 另一种是通过网关间接和因特网连接，例如LoRa、SigFox、ZigBee、BLE、WiFi等。不同的协议都是针对不同的应用场景设计的，因此在实际使用中都有其优缺点。例如我们常用的WiFi，要保证速率和可靠性，因此覆盖距离不够长，连接不可靠； NB-IoT主要用于低速率物联网应用，能够直接联网，但速率低， 用户连接数少； LoRa的覆盖比较广，但速率低，用户连接数也有限制……

因此，实际部署时需要根据不同的应用场景选择不同的技术、标准以及相应的设备，而在现场实施的时候又会有很多意想不到的困难。无线部署也需要做网优等工作，对实施人员的要求比较高。 这些都增大了物联网的部署难度。

由于物联网一般使用无线技术，那么频谱资源就是物联网的一个非常核心的资源。频谱资源时稀缺的，因为有太多的地方需要这类资源。例如我们的移动电话、微波通信、卫星通信、应急通信、无线WiFi等等。这些资源由于其稀缺性，需要统一的规划。而这在不同的国家也面临着不同的状况。

例如现在比较火热的LoRa，阿里巴巴、腾讯等互联网企业刚刚加入该标准联盟，结果国家的新的频谱规划就给予他们致命一击，LoRa所使用的sub-1G的频谱资源实际上是不开放的。

目前在全球，唯一明确的民用频段就是24GHz，也就是WiFi、蓝牙等使用的频段。但这个频段的问题是与低频段的无线电波相比，越障能力比较差，因此覆盖能力不强。而又由于太多的民用无线设备都是用这个频段，导致这个频段的信号比较“脏”，收到的干扰比较大。 现有的使用这个频段的蓝牙、WiFi协议本身也是为了IP宽带连接而设计的，专注于速率，所以也导致覆盖范围一般不超过100米，并且连接数量有着很大的限制。 因此，要想避免频谱资源的政策风险，就只能使用24GHz这个频段 ，那么如何在这样的情况下增加无线覆盖的范围，提升覆盖距离，就是物联网公司需要解决的一个大问题。

比较有实际应用意义的物联网的规模需要达到一定的程度，也就是终端要足够多，很多地方并不具备电源接入的条件，那么就需要终端的功耗要足够低或者索性无源。

无源当然是最佳的方式，目前的解决方案是要加储能电路，但这种电量非常微小，在现有的技术条件下，覆盖范围和传输能力都受到严重的制约，只能适应很少的一部分场景。因此，大多数情况还是需要有源的终端，这就需要功耗尽可能地低了。 功耗问题可能是目前物联网面临的主要问题之一。

例如在智慧停车之类的项目中，有部分方案是用NB-IoT实现的。这个标准由于使用了蜂窝技术，只有运营商具备掌控的能力，所以电信运营商和设备商都非常有热情去推广，也号称一块电池可以用十年，看起来功耗似乎很低，但那是有前提条件的，就是它平时处于睡眠状态，每天主动醒来一次上传一次数据，在这样的情况下才可能坚持十年。 但用于停车就得频频被唤醒，因此在这个场景中使用就非常耗电。根据实际使用的经验，差不多5个月左右就得去更换电池了。这带来极大的维护工作量，而且电池的成本本身也非常高。因此，至少在停车这种方案中，NB-IoT并不是一个好的选择。如果用LoRa呢？在停车中也有应用，表现好一点，能够达到一年多的使用时间而不用换电池。而一般里面模块和芯片的寿命在5年以上，也就是说，在终端设备的生命周期里，需要更换多次电池，每一次更换电池实际上跟新开工一个项目工作量差不多多少。因此，我们不能说这种状况是令人满意的。

所以，如果能够解决有源终端的功耗难题，不光可以大大减轻日后的维护工作量，还可以大大降低终端的成本，这是因为在实际应用中，电池是物联网终端的主要成本之一。

技术本身是没有国界的，但遗憾的是我们并不生存在一个理想的世界里，我们的现实世界依然存在着各种各样的利益群体，有的时候出于自身利益的考虑，作为体现现代竞争力的物联网技术就要受到一些因素的制约。国家就是一个典型的利益群体，而国家安全往往是这个群体的最高利益之一。信息安全是国家安全的一个重要方面，物联网搜集各种各样的信息，这些信息有的时候就是非常机密的情报，不方便被其他利益团体所获知，因此，在物联网标准方面，在一开始就要注意这个方面。

LoRa是美国公司Semtech所提出的一个物联网标准，也是目前比较主流的标准。这个标准对标的是SigFox——一个欧洲的私人公司封闭的物联网标准，但SigFox用自己的标准建了一个覆盖很广的网络，对外运营物联网业务，可以叫做物联网供应商；而LoRa是半开放的标准，允许用户使用这种技术进行模块和终端产品的开发，并用这些产品组建自己的LoRa物联网，虽然相比于市场上主流的其他方案，看起来价格并不贵，但标准、芯片等核心部分过分集中于美国的供应商Semtech上，在特定的时候这就是一个很大的风险。

因此，无论是物联网方案提供商、物联网产品开发商，还是用户，在选择物联网标准的时候要考虑到这个问题。当然，对于小规模的民用应用，采用什么标准问题不大，但对于军用、大规模应用来说，不考虑这个因素将可能让投资全部打水漂。 最近的无线电频谱的一个征求意见的文件就让某国外标准被判了死刑，即使我们最大的两个互联网公司刚刚加入了这个阵营也是无可奈何。

NB-IoT是中国特别是运营商和设备提供商力推的标准，但它的问题在于功耗较高、用户容量有限，所以，在很多场景里并不适合。因此，中国还需要更多的物联网标准，来补充NB-IoT的不足。

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