小米的最终幻想

作者 | 尼古拉苏

数据支持 | 勾股大数据

1990年，美国首富比尔盖茨在华盛顿州西雅图的麦迪那区买了一块地皮，开始为自己建造一幢豪宅。七年之后，这幢豪宅终于完工，盖茨为此花费了113亿美金。这其中还不包括地价。

与传统豪宅相同的是，盖茨的豪宅地域广大，景观优美，功能齐备，极尽奢华，但与此同时，它与传统豪宅之间又有着极大的不同。它还是当世物联网智能家居的典范之作。

盖茨为这套豪宅取名“未来之屋”。

这就是人工智能赋能之下的万物互联，这就是IoT（Internet of Things，即“物联网”）。

很多人以为未来屋离我们还很远，其实未来屋早就来了。

站在2019年的时点上，很有必要地回头看看，物联网这颗潜伏多年的种子，将如何在中国这片土地上破土而出。

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手环背后的蝴蝶效应：万亿级别信息产业

1982年，在美国卡内基梅隆大学计算机系，三个懒于去买可乐的程序员聚在了一起，认真地 探索 了如何科学购买可乐。他们在可乐机里安装了微动开关，并连接到服务器上。这样，人们可以在电脑里查询可乐的数量及冷热。

这台可乐机叫做“Only”，因为它是世界上最早的、当时唯一物联网设备。随后一系列的物联网设备开始诞生。

那么，何谓物联网？

与互联网把人连接起来不同，物联网是把万事万物连接在一起。物体通过传感器和嵌入式计算机系统，产生数据，通过网络进行数据交互，交织在同一张网络上， 最终实现任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联，成为无所不在的网络并进行无所不在的计算； 而数据连接成巨大的神经网络，可以自动产生决策。

以时下流行的小米智能手环为例，只要戴着这个轻巧的小东西，它就可以记录你的运动量，监测你的睡眠质量。你可以通过手机应用实时查看运动量，监测走路和跑步的效果，及时调整健身计划，还可以实时了解自己的 健康 状况。

物联网是智慧世界最后一张拼图。 高效、精准、解放人力，这是物联网的关键词， 而物联网背后大数据的积累，则是新的生产资料。 物联网之上，无数从未被搜集统计的信息被数据化，万物信息上传到云端，成为数字世界非常重要的一环。

你身上带上的小小的手环，可能成为你的生命系统重要的监护人。 物联网这只蝴蝶，扇动几次翅膀，足可引起中国大地上的一场龙卷风。

互联网的红利正在逐渐消失，物联网的世界正在到来。

2008年，第一届国际物联网大会在瑞士苏黎世举行，这一年，物联网设备数量就已经超过了地球上人口的数量。 美国研究机构Forrester预测， 物联网所带来的产业价值将比互联网大30倍，并将成为下一个万亿元级别的信息产业。

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米家会是“未来之家”？

GSMA智库预计，从2017年到2025年，产业物联网连接数将实现47倍的增长，达到138亿产业物联网连接；2017年到2025年消费物联网连接数将实现25倍的增长，到2025年全球范围内将会有18亿消费物联网链接。 互联网在枯竭，而物联网将成为推动 科技 市场增长的最大风口。

从物联网连接的渗透率来看，渗透率最高有智能计量、车联网、智能家居和安防。在这些领域的数据最有可能率先实现闭环，最先落地。

尤其智能家居。它是2019年物联网最大的变化的领域，以超预期的速度在快速增长。

StrategyAnalytics数据显示，2017年全球智能家居数量为164亿户，市场规模为840亿美元，预计到2023年，智能家居数量预计将达到293亿户，年消费额将达1550亿美元；2017年中国智能家居市场规模为908亿元，预计2017-2021年GAGR为4812%。

目前，“未来之家”的中国市场，已经突破了千亿体量。但是，“未来之家”究竟局里我们还有多远呢？

答案是，近在咫尺。

通讯技术的突破性进展，大大加速了未来之家的落地。近年来，NB-IoT技术的普及，能解决能耗、覆盖率与成本的问题，可以有效地满足地下管网、室内及偏远地区监测邓物联网需求，而5G的落地更是大大加快了物联网的进程——它能使网络时延降至1ms、速度高达20Gbps、密度高达每平方公里100万终端，更能解决高要求的物联网需求。智能家居一触即发，巨头们早早布局，加码抢滩。 “未来之家”最可能先将由谁来实现？

美国有谷歌、苹果、亚马逊，而中国有小米 。

目前，全世界消费级IoT（物联网）市场第一是小米，占全球市场份额19%，第二、第三、第四是世界级巨头——亚马逊（12%）、苹果（1%）、谷歌（09%）。超乎想象地，小米超越了BAT巨头，也超越了美国巨头，成为全球第一。

小米在物联网基础之上，衍生出了“米家”，空调、电视、扫地机器人、电饭煲、洗衣机、智能门锁等都可以链接到米家上，实现语音智能 *** 控。可以说，进入米家，就是进入当年比尔盖茨的未来之屋了，而目前小米开发的米家APP上，月活用户不断增长，已经突破了260万，单纯非小米手机的米家APP用户就超过了50%。

自1990年比尔盖茨开始建造未来屋以来，智能家居的概念就已经诞生，但几十年来智能家居一直离普通人非常遥远，这其中的推广之难显而易见。

那么，小米IoT又是如何实现的呢？

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小米提前布局的IoT生态链

智能家具有三大痛点：第一、商业通道的封闭性，非智能化的家居产品不能接入平台；第二、技术上没有打通，不同设备有不同的生产商，彼此不能互相连接，前两点都妨碍了智能家居间无法形成一个闭环。第三个痛点是成本高，质量差，性价比低，导致渗透增长率低下。

小米打造了庞大的产品线，构建了小米之家IoT生态链，IoT产业自此迎来转机。 今天，小米已经成为全球最大的家用智能硬件平台，没有之一。

小米对家居物联网关键领域都进行了卡位。2014年，小米推出智能手环开始，陆续推出空气净化器、路由器、净水器、电饭煲、无人机、扫地机器人、电动滑板车、声波电动牙刷、小爱音箱、蓝牙温湿度器、智能闹钟、行车记录仪。各项产品接入IoT生态链，能实现统一控制，互相协同，打造智能家具场景。

图:小米部分产品一览

此外，小米研发并生产了智能的互联互通的模组。 虽然产品不是同一个公司做的，但是只要用了小米的模组，不同设备就能互相连通。 这能帮助更多的产品接入到小米IoT生态链中。 例如，小米已经和宜家达成合作。宜家所有的全系智能照明产品，统统能通过ZigBee协议接入小米IoT生态链中。用户可以通过小爱同学和其他入口等控制宜家相关产品，并与小米其他IoT智能设备互联互通。除了宜家，小米还在全季上海虹桥中心酒店，与全季共同开发了智慧酒店系统；与”车和家“一起打造小爱同学车载解决方案。爱空间则推出了智能家居安装服务小米智能照明家装套餐。小米生态链渐趋完整。

第三点是小米一直坚持极致高效为根基的“性价比”路线。 这得益于过去的沉淀。小米一贯坚持高性价比路线，建立了高效的供应链体系。而小米有一个以“米粉”为核心的庞大的用户群体，使得产品能快速规模化生产，把成本控制在较低水平。

图：小米家居保持极高性价比

另一方面，是由于对产品的“专注”，保证了质量。小米产品这么多，但是只有手机、电视和路由器是小米生产的，其他的产品是采用投资的方式，孵化出不同的产品。小米直接在市场“抢”在细分领域数一数二的公司合作，每个公司都是专注在各自领域沉淀多年的企业， “专注性”保证了了米家的智能化设备保持高效和稳定。

2019年Q1，小米IoT平台已连接IoT设备数达到171亿台（不包括智能手机和笔记本电脑），环比增长137%，同比增长70%。高连接数使得产品保持高速迭代，IoT开发者平台全生态已经建雏形。

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IoT的未来谁主沉浮，小米会一直领先？

物联网市场规模可观，国内各领域巨头陆续布局。BAT等互联网巨头基于自身云计算优势，主要布局B端大型客户，只有阿里在C端消费级IoT相对成熟。而智能设备供应商中，华为、小米起步较早，通过打造自身设备连接平台，构建消费级IoT平台；OV在消费级IoT的布局尚未成形。

而阿里、小米、华为三者模式看似类似，但是细看大有不同：

从控制中心来看，小米、阿里起步较早，布局较全面。小米的小爱同学和阿里云的天猫精灵起步相近，华为起步较晚。

但从种类看，小米和华为控制中心布局较全，华小米和华为在手机端优势明显，华为的手机出货量比小米的高，但是小米的手机IoT配套显然比华为齐全。除了智能音箱和智能音箱外，小米还有手机、智能电视、智能手环等作为入口。

云计算方面，阿里无疑拥有最强的云计算能力。华为云整体优势大于小米，但是优势主要针对B端，在整体的应用层面，并不一定比小米突出。

IoT平台方面，阿里平台视之为物联网重点，因此阿里的平台搭建最成熟；小米次之，华为在智能家居领域的平台搭建不如前两者。

每个部分强弱不同，和各巨头发展的重点不同有关。阿里重点在于应用管理平台搭建和数据处理，华为凭借着海量连接以及NB-IoT技术，重点做底层的设备连接平台。而小米注重智能家居的整体生态。

而从C端物联网的流量分布来看，小米遥遥领先。全世界消费级IoT（物联网）市场第一是小米，占全球市场份额19%。小米名符其实地超越了BAT巨头，也超越了美国巨头，成为全球第一。

也就是从目前布局来讲，小米遥遥领先。

为什么是小米？而这样的成功有没有护城河呢？

首先，流量是物联网竞争的关键，能帮助小米避开BAT的流量垄断，小米手机+其他控制入口+智能赢家设备+IoT平台，构成了完整的闭环，自成护城河，而不需要导入BAT的流量。

随着生态链的完整，IoT业务开始呈现规模效应，在2019年Q1，IoT版块财务数据亮眼。2019年Q1，小米IoT与生活消费品部分营收达人民币120亿元，同比增565%。小米AIoT特征显著，呈现爆发式增长，反映出小米的AIoT领先优势。并且，AIoT业务已经开始兑现收入，未来预计进入高速增长期。

当年手机出诞生，人们只视之为可携带的通话工具，认为取代PC是痴人说梦；而未来屋的幻想的提出，当时也被无数人认为是幻想。而现在，小米经过了多年布局，梦想中的“未来之屋”真的要来了。

雷军在2019年之初再次喊出了，小米要全面AllinIoT，未来五年持续投入高达100亿，抓住人工智能、物联网时代的新风口。这是对业务战略重点布局方向的清晰界定，以"手机+AIoT"双引擎战略建立深厚基础，迎接5G、人工智能及万物互联等新技术周期。

小米的未来是什么？

小米的未来依然只会是小米，是AIoT最终及最初的幻想。

参考及引用：

[1]丛林基于技术、应用、市场三个层面的我国物联网产业发展研究[D]，辽宁大学

[2]苏 美文 物联网产业发展的理论分析与对策研究[D]，吉林大学

[3]郑欣物联网商业模式发展研究[D]，北京邮电大学

[4]小米生态链战地笔记[M]，小米生态链谷仓学院，中信出版社

[5]从亚马逊飞轮看小米的护城河[R]，西南证券

[6]小米纪录片，一团火

[7]以硬件为入口逐步推进互联网变现的 科技 巨头[R]，光大证券

[8]从亚马逊飞轮看小米的护城河[R]，西南证券

[9]雷军致投资人公开信

[10]访谈，王自如对话小米副总裁

[11]虎嗅：小米生态链的未来在哪里[Z]，江浩Corli

物联网导论考试一般能过，只要期末前两周好好听课及复习一般都没有问题。

物联网工程是新专业，目前好像还没有毕业生，我是我们学校第二届物联网工程专业的学生。
公共课程有高等数学、离散数学、线性代数、近代史、马克思等等，这些课程只要你好好听课，考试就不是问题。

专业课程有C语言、C++、数据库、单片机、RFID、计算机网络原理、无线网络技术等等，这些好好学考试也不是问题，但关键是，这些课程是我们专业的核心，学习它不只是为了应付考试，更为以后的生活。

物联网导论：

本书系统地阐述了物联网的层次结构和功能划分，提出物联网四层体系结构模型，从感知识别、网络构建、管理服务、综合应用这4层分别进行阐述，深入浅出地为读者拨开萦绕于物联网的重重迷雾，引领求知者步入物联网世界。

本书在强调基本理念的基础上，也注意辨析易混淆的相近概念，避免造成认识上的误区，适合作为大学本科或研究生课程教材。作者团队为相关课程任课教师提供完整的教学课件（PowerPoint幻灯片）。此外，本书也可作为物联网科普读物。

百度百科--物联网导论

随着物联网的逐渐铺开，人们已经在生活中看到了越来越多的物联网模块：智能水表，共享单车，等等。目前的物联网仍然主要由运营商推动，物联网模块需要使用标准蜂窝协议与基站通讯。由于基站需要覆盖尽可能大的面积，因此物联网模块需要能做到在距离基站很远时仍能通讯，这就对于物联网模块的射频发射功率有了很高的要求;从另一个角度来说，物联网模块在做无线通讯时仍然需要消耗高达30mA的电流，这使得目前的物联网模组仍然需要配合较高容量的电池(如五号电池)才能工作，这也导致了物联网模组的尺寸很难做小。

为了能进一步普及物联网，必须克服这个功耗以及尺寸的限制。例如，如果未来要把物联网做到植入人体内，则不可能再搭配五号电池，而必须使用更小的电池甚至使用能量获取系统从环境中获取能量彻底摆脱电池的限制。为了实现这个目标，从通讯协议上说，可以使用更低功耗的自组网技术，类似BLE;而从电路实现上，则必须使用创新电路来降低功耗。

能量获取技术

根据之前的讨论，目前电池的尺寸和成本都已经成为了限制IoT设备近一步进入潜在市场的瓶颈。那么，有没有可能使用从环境中获得能量来支持物联网节点工作呢这种从环境中获取能量来支持物联网节点工作的模块叫做“能量获取”(energy harvesting)，目前能量获取电路芯片的研究已经成为了研究领域的热门方向。

目前最成熟的能量获取系统可以说是太阳能电池。传统太阳能电池能提供较好的能量获取效率，但是付出的代价是难以集成到CMOS芯片上。最近，不少研究机构都在使用新型CMOS太阳能电池，从而可以和物联网节点的其他模块集成到同一块芯片上，大大增加了集成度并减小模组尺寸。当然，集成在CMOS芯片上的太阳能电池需要付出低能量输出的代价，目前常见的CMOS片上太阳能电池在室内灯光下能提供nW等级的功率输出，而在强光下能提供uW级别的功率输出，这就对物联网模组的整体功耗优化提出了很高的要求。另一方面，也可以将能量获取与小尺寸微型电池配合使用，当光照较好时使用太阳能电池而在光照较弱时使用备用电池，从而提升整体物联网模组的电池寿命。

除了太阳能电池外，另一个广为人知的环境能量就是WiFi信号。今年ISSCC上，来自俄勒冈州立大学的研究组发表了从环境中的WiFi信号获取能量的芯片。先来点背景知识：WiFi的最大发射功率是30dBm(即1W)，在简单的环境里(即没有遮挡等)信号功率随着与发射设备的距离平方衰减，在距离3m左右的距离信号功率就衰减到了1uW(-30dBm)左右，而如果有物体遮挡则会导致功率更小。俄勒冈州立大学发表的论文中，芯片配合直径为15cm的天线可以在非常低的无线信号功率(-33dBm即500nW)下也能工作给电池充电，能量获取效率在5-10%左右(即在距离发射源3m的情况下输出功率在50nW左右)。因此，WiFi信号也可以用来给物联网模组提供能量，但是其输出功率在现实的距离上也不大，同样也需要节点模组对于功耗做深度优化。

另外，机械能也可以作为物联网节点的能量获取来源。压电效应可以把机械能转换为电能，从而使用压电材料(例如压电MEMS)就能为物联网节点充电。使用压电材料做能量源的典型应用包括各种智能城市和工业应用，例如当有车压过减速带的时候，减速带下的物联网传感器上的压电材料可以利用车辆压力的机械能给传感器充电并唤醒传感器，从而实现车辆数量统计等。这样，机械压力即可以作为需要测量的信号，其本身又可以作为能量源，所以在没有信号的时候就无需浪费能量了!压电材料的输出功率随着机械能的大小不同会有很大的区别，一般在nW-mW的数量级范围。

唤醒式无线系统

传统的IoT无线收发系统使用的往往是周期性通讯或主动事件驱动通讯的方案。周期性通讯指的是IoT节点定期打开与中心节点通讯，并在其他时间休眠;事件驱动通讯则是指IoT节点仅仅在传感器监测到特定事件时才与中心节点通讯，而其它时候都休眠。

在这两种模式中，都需要IoT节点主动与中心节点建立连接并通讯。然而，这个建立连接的过程是非常消耗能量的。因此，唤醒式无线系统的概念就应运而生。

什么是唤醒式无线系统就是该该系统在大多数时候都是休眠的，仅仅当主节点发射特定信号时才会唤醒无线系统。换句话说，连接的建立这个耗费能量的过程并不由IoT节点来完成，而是由中心节点通过发送唤醒信号来完成。

当建立连接的事件由中心节点来驱动时，一切都变得简单。首先，中心节点可以发射一段射频信号，而IoT节点可以通过能量获取(energy harvesting)电路从该射频信号中获取能量为内部电容充电。当IoT节点的电容充电完毕后，无线连接系统就可以使用电容里的能量来发射射频信号与中心节点通讯。这样一来，就可以做到无电池 *** 作。想象一下，如果不是使用唤醒式无线系统，而是使用IoT主动连接的话，无电池就会变得困难，因为无法保证IoT节点在需要通讯的时候在节点内有足够的能量。反之，现在使用唤醒式系统，中心节点在需要IoT节点工作时首先为其充电唤醒，就能保证每次IoT节点都有足够能量通讯。

那么，这样的唤醒式无线系统功耗有多低呢在2016年的ISSCC上，来自初创公司PsiKick发表的支持BLE网络的唤醒式接收机在做无线通讯时仅需要400 nW的功耗，而到了2017年ISSCC，加州大学圣地亚哥分校发表的唤醒式接收机更是把功耗做到了45 nW，比起传统需要毫瓦级的IoT芯片小了4-6个数量级!

来自UCSD的45 nW超低功耗唤醒式接收机

反射调制系统

唤醒式接收机主要解决了无线链路中如何低功耗接收信号的问题，但是在如果使用传统的发射机，则还是需要主动发射射频信号。发射机也是非常费电的，发射信号时所需的功耗常常要达到毫瓦数量级。那么，有没有可能在发射机处也做一些创新，降低功耗呢

确实已经有人另辟蹊径，想到了不发射射频信号也能把IoT节点传感器的信息传输出去的办法，就是由华盛顿大学研究人员提出的使用发射调制。反射调制有点像在航海和野外探险中的日光信号镜，日光信号镜通过不同角度的反射太阳光来传递信息。在这里，信号的载体是太阳光，但是太阳光能量并非传递信号的人发射的，而是作为第三方的太阳提供的。类似的，华盛顿大学研究人员提出的办法也是这样：中心节点发射射频信号，IoT节点则传感器的输出来改变(调制)天线的发射系数，这样中心节点通过检测反射信号就可以接收IoT节点的信号。在整个过程中IoT节点并没有发射射频信号，而是反射中心节点发出的射频信号，这样就实现了超低功耗。

华盛顿大学的Shyam Gollakota教授率领的研究组在反射调制实现的超低功耗IoT领域目前已经完成了三个相关项目。去年，他们完成了passive WiFi和interscatter项目。Passive WiFi用于长距离反射通信，使用WiFi路由器发射功率相对较高的射频信号，而IoT节点则调制天线反射系数来传递信息。多个IoT节点可以共存，并使用类似CDMA扩频的方式来同时发射信息。interscatter则用于短距离数据传输，使用移动设备发射功率较低的射频信号，而IoT节点则调制该射频信号的反射来实现信息传输的目的。Passive WiFi和interscatter芯片的功耗都在10-20微瓦附近，比起动辄毫瓦级别的传统IoT无线芯片小了几个数量级，同时也为物联网节点进入人体内等应用场景铺平了道路。

Passive WiFi(上)与Interscatter(下)使用反射调制，分别针对长距离与短距离应用。

Passive WiFi和Interscatter还需要使用电信号因此需要供电，而Gollakota教授最近发表的Printed WiFi则是更进一步，完全不需要供电了!

在物联网的应用中，许多需要检测的物理量其实不是电信号，例如速度，液体流量等等。这些物理量虽然不是电物理量，但是由于目前主流的信号处理和传输都是使用电子系统，因此传统的做法还是使用传感器电子芯片把这些物理量转化为电信号，之后再用无线连接传输出去。其实，这一步转化过程并非必要，而且会引入额外的能量消耗。Printed WiFi的创新之处就是使用机械系统去调制天线的反射系数，从而通过反射调制把这些物理量传输出去。这样，在IoT节点就完全避免了电子系统，从而真正实现无电池工作!

目前，这些机械系统使用3D打印的方式制作，这也是该项目取名Printed WiFi的原因。

上图是Printed WiFi的一个例子，即转速传感器。d簧、齿轮等机械器件在上方测速仪旋转时会周期性地闭合/打开最下方天线(slot antenna)中的开关，从而周期性地(周期即旋转速度)改变最下方天线的反射特性，这样中心节点只要通过反射射频信号就能读出旋转速度。最下方的图是该传感器在不同转速时的反射信号在时间域的变化情况，可见通过反射信号可以把转速信息提取出来。

超低功耗传感器

物联网节点最基本的目标就是提供传感功能，因此超低功耗传感器也是必不可少。目前，温度、光照传感器在经过深度优化后已经可以实现nW-uW数量级的功耗，而在智能音响中得到广泛应用的声音传感器则往往要消耗mW数量级甚至更高的功耗，因此成为了下一步突破研发的重点。

在声音传感器领域，最近的突破来自于压电MEMS。传统的声音传感器(即麦克风)必须把整个系统(包括后端ADC和DSP)一直处于活动待机状态，以避免错过任何有用的声音信号，因此平均功耗在接近mW这样的数量级。然而，在不少环境下，这样的系统其实造成了能量的浪费，因为大多数时候环境里可能并没有声音，造成了ADC、DSP等模组能量的浪费。而使用压电MEMS可以避免这样的问题：当没有声音信号时，压电MEMS系统处于休眠状态，仅仅前端压电MEMS麦克风在待命，而后端的ADC、DSP都处于休眠状态，整体功耗在uW数量级。而一旦有用声音信号出现并被压电MEMS检测到，则压电MEMS麦克风可以输出唤醒信号将后面的ADC和DSP唤醒，从而不错过有用信号。因此，整体声音传感器的平均功耗可以在常规的应用场景下可以控制在uW数量级，从而使声音传感器可以进入更多应用场景。

超低功耗MCU

物联网节点里的最后一个关键模组是MCU。MCU作为控制整个物联网节点的核心模组，其功耗也往往不可忽视。如何减小MCU的功耗MCU功耗一般分为静态漏电和动态功耗两部分。在静态漏电部分，为了减小漏电，可以做的是减小电源电压，以及使用低漏电的标准单元设计。在动态功耗部分，我们可以减小电源电压或者降低时钟频率来降低功耗。由此可见，降低电源电压可以同时降低静态漏电和动态功耗，因此能将电源电压降低的亚阈值电路设计就成了超低功耗MCU设计的必由之路。举例来说，将电源电压由12V降低到05V可以将动态功耗降低接近6倍，而静态漏电更是指数级下降。当然，亚阈值电路设计会涉及一些设计流程方面的挑战，例如如何确定亚阈值门电路的延迟，建立/保持时间等都需要仔细仿真和优化。在学术界，弗吉尼亚大学的研究组发布了动态功耗低至500nW的传感器SoC，其中除了MCU之外还包括了计算加速和无线基带。在已经商业化的技术方面，初创公司Ambiq的Apollo系列MCU可以实现35uA/MHz的超低功耗，其设计使用了Ambiq拥有多年积累的SPOT亚阈值设计技术。在未来，我们可望可以看到功耗低至nW数量级的MCU，从而为使用能量获取技术的物联网节点铺平道路。

结语

随着物联网的发展，目前第一代广域物联网已经快速铺开走进了千家万户。然而，广域物联网节点由于必须满足覆盖需求，因此射频功耗很难做小，从而限制了应用场景(例如人体内传感器等无法使用大容量电池的场景)。局域物联网将会成为物联网发展的下一步，本文介绍的能量获取技术配合超低功耗无线通信、MCU和传感器可望让物联网节点突破传统的限制，在尺寸和电池寿命方面都得到革命性的突破，从而为物联网进入可植入式传感器等新应用铺平道路。

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