摯物：2022無源物聯網產業發展白皮書（41頁）.pdf

1、 1 無源物聯網產業發展白皮書（2022）無源物聯網產業發展白皮書（無源物聯網產業發展白皮書（2022）前瞻無源物聯新紀元前瞻無源物聯新紀元 智次方摯物產業研究院 2022 年 10 月 2 無源物聯網產業發展白皮書（2022）Copyright2022 版權與免責聲明版權與免責聲明 本白皮書基于公開資料以及對相關企業的調研進行編寫，僅供讀者參考，不構成任何投資或法律建議。本白皮書版權歸智次方（智次方（深圳）科技有限公司）所有，并受到法律保護。任何形式的轉載、摘編或以其它方式利用本白皮書的任何內容，應注明“來源：智次方 摯物產業研究院”。違反上述聲明者，智次方將追究相關法律責任。研究團隊：張鵬

2、、梁張華、黃云皓、吳藝、彭昭 3 無源物聯網產業發展白皮書（2022）鳴謝單位鳴謝單位 本白皮書的編寫，得到以下單位支持（排名不分先后），特此感謝！北京交通大學信息通信網絡研究所 上海交通大學 RFID 與物聯網研究所 中國移動通信研究院 北京歐珀通信有限公司（OPPO）成都飛英思特科技有限公司 深圳市鋮月微電子有限公司 深圳市每開創新科技有限公司 廣東中世發智能科技股份有限公司 不負期待（海南）科技有限公司 4 無源物聯網產業發展白皮書（2022）目目 錄錄 Part 1 緣起 無源物聯網興起的背景.6 一、千億級萬物智聯愿景驅動.6 二、“雙碳”高質量發展目標引導.7 Part 2 識辨

3、無源物聯網概述.9 一、無源物聯網發展的愿景.9 二、無源物聯網的定義.9 三、無源物聯網的特點和優勢.10（一）微能自供.10（二）極致能效.10（三）綠色環保.10（四）廣泛適用.11 Part 3 洞理 無源物聯網的技術路線與應用場景.12 一、無源物聯網三大底層技術.12（一）環境能量采集技術.12（二）低功耗計算技術.19（三）低功耗通信技術.20 二、無源物聯網典型技術路線及對應場景.21（一）飛英思特無源物聯網技術路線及應用場景.21（二）中國移動無源物聯網技術路線及應用場景.25（三）OPPO 無源物聯網技術路線及應用場景.27（四）每開創新無源物聯網技術路線及應用場景.30

4、Part 4 明勢 無源物聯網產業現狀及前景展望.32 一、無源物聯網產業鏈分析.32 二、無源物聯網市場前景展望.33（一）無源物聯網典型應用發展曲線.33（二）無源物聯網產業成熟度模型.36（三）無源物聯網市場規模預測.40 5 無源物聯網產業發展白皮書（2022）圖表目圖表目錄錄 圖表 1：無源物聯網不同采能方式的發展現狀、優劣勢及主要應用場景.13 圖表 2：光能采集方式技術原理示意圖.16 圖表 3：振動能量采集方式技術原理示意圖.17 圖表 4：溫差能量采集方式技術原理示意圖.17 圖表 5：無線電射頻能量采集方式技術原理示意圖.18 圖表 6：各類射頻能量采集技術發展概況.19

5、圖表 7：AmBC 系統示意圖.22 圖表 8：飛英思特無源物聯網環境微能量采集和管理解決方案.23 圖表 9：飛英思特星云 REVOMINDS系列模組.24 圖表 10：飛英思特基于自供能工牌的管理系統.24 圖表 11：中國移動推進無源物聯網發展的 3 階段規劃.26 圖表 12：無源 3.0 系統空口架構圖.26 圖表 13：無源 3.0 系統網絡架構圖.27 圖表 14：基于蜂窩的零功耗通信系統主要包括的通信方式.28 圖表 15：無源物聯網產業鏈結構圖.32 圖表 16：無源物聯網技術與相關場景的應用匹配性.33 圖表 17：無源物聯網技術及應用場景發展成熟度曲線圖.36 圖表 18

6、：無源物聯網產業成熟度評估指標表.39 圖表 19：無源物聯網產業成熟度評估張力圖.40 圖表 20：無源物聯網市場規模預測.41 6 無源物聯網產業發展白皮書（2022）Part 1 緣起緣起 無源物聯網興起的背景無源物聯網興起的背景 無源物聯網是指連入網絡的終端節點設備不接外部電源、不帶電池，而是從環境中獲取能量，從而支撐起數據感知、無線傳輸和分布式計算的物聯網技術。無源物聯網的興起是物聯網產業尋求發展突破和政府政策引導共同作用的結果。一、一、千億級千億級萬物萬物智智聯聯愿景愿景驅動驅動 據智次方 摯物產業研究院測算，2022 年中國物聯網連接數有望接近 77 億，距離百億級連接目標仍有一

7、定距離。從全球看，據 IoT Analytics 統計，2021 年物聯網連接數達到 122 億，預計 2022 年有望同比增長約 20%，達到 146 億左右。無論從國內或國際上看，基于目前“有源”技術路線的物聯網連接，其規模上限或在百億級別，距離業界期待的千億級萬物智聯尚有較大差距。一方面，海量物品受限于成本剛性制約，難以采用有源物聯網模組實現連接。以有源的 NB-IoT 模組為例，其價格目前介于 10-20 元間，相比已較成熟的無源物聯網應用 UHF RFID 的標簽高出幾十倍，大規模采用有源模組并不符合眾多行業的成本控制要求。例如在物流行業，據國家郵政局數據，2021 年我國快遞業務量

8、為 1083 億件，基于 NB-IoT、Lora 等有源技術實現每個快件的連接顯然并不可行，須采用更廉價的物聯網技術實現。無源物聯網的最大優勢，就是完全不需要電池，不僅將免去電池組件成本，還將節省更換電池的成本，更為符合海量物品實現低成本連接的需求。7 無源物聯網產業發展白皮書（2022）另一方面，眾多有連接需求的物件受限于其分布廣泛、需靈活移動等因素，或者應用于高溫、高濕、極低溫、高壓、高輻射等極端場景，導致終端設備的電池更換困難或無法直接靠電池供電。當去掉電池后，終端的體積可進一步縮小，將有利于終端整體設計，同時由于免去電池更換等維護，將提升終端設備使用過程中的安全及效率水平。因此，從物聯

9、網連接發展的趨勢看，特別當面對海量物品“上線”需求時，無源物聯網將是重要的支撐性技術路線。無源物聯網技術有望在更廣范圍內，助力更大規模終端節點設備實現傳感感知和傳輸連接，進而支持相關終端節點設備的海量數據匯聚，并結合邊緣計算、云計算和人工智能等技術實現智能分析決策，最終促進形成萬物智聯的新業態。二、“雙碳”二、“雙碳”高質量發展高質量發展目標引導目標引導 2020 年 9 月，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會上宣布，中國力爭 2030 年前二氧化碳排放達到峰值，并努力爭取 2060 年前實現碳中和目標?！半p碳”目標的提出將驅動我國經濟社會全面轉向綠色高質量發展新時代。在物聯網領域，目前有源

10、終端中較多采用電池供電。隨著物聯網產業快速發展，其耗費的電池數量將極為龐大。據 IDC、Gatner 等機構預測，在物聯網發展成熟之際，全球或需 416 億塊電池來提供所有在線物聯網設備收集、分析和發送數據所需的能量，將極有可能引發能源和環保挑戰。因此，“雙碳”背景下的物聯網產業的變革迫在眉 8 無源物聯網產業發展白皮書（2022）睫，在達成千億級萬物智聯目標的過程中，企業亟待加快技術創新，促進感知、計算和傳輸的能效大幅提升。隨著無線傳感網絡的大規模應用，環境能量收集技術作為一種可持續、綠色環保的供電方式，有望為覆蓋千億級物聯網節點提供可行解決方案。9 無源物聯網產業發展白皮書（2022）Pa

11、rt 2 識辨識辨 無源物聯網概述無源物聯網概述 一一、無源物聯網、無源物聯網發展的發展的愿景愿景 物聯網作為構建萬物智聯未來社會的底層技術之一，通過對物理世界的感知、連接和智能管理，促進運轉效率提升、生產成本降低和資源能耗節約。未來千億級萬物智聯必將建立在低碳供能和設備低功耗運轉等基礎上。無源物聯網主要以收集環境中的微能量，并結合設備功耗降低，來維持設備的正常運轉，是物聯網中以節能減碳和低功耗為主要發展方向的技術。無源物聯網將致力于成為千億級萬物智聯的主要技術方案，其技術及應用發展的進程，或將決定萬物智聯目標的實現程度和速度。二二、無源物聯網、無源物聯網的的定義定義“源”，即電源、能量源?！?/p>

12、無源”，即不接外部電源、不帶電池。因此，“無源物聯網”是指接入網絡的終端節點設備，在不帶電源線和無內置電池的情況下，實現數據的采集、傳輸和分布式計算等功能。不帶電源線、無內置電池，并非終端節點設備無需能量，而是換了一種獲取能量的方式，變為主要從環境中獲取微能量支持自身正常運轉。同時，“無源化”的對象并非網絡，而是終端節點設備，亦即，網絡側的功能方式未發生根本性變化。無源物聯網是終端設備連接向自供能、低功耗方向發展的一項重 10 無源物聯網產業發展白皮書（2022）要技術方案，隨著無源物聯網技術的突破和應用規模的擴大，無源物聯網甚至有望推動新一輪能源革命。三三、無源物聯網、無源物聯網的的特點和優

13、勢特點和優勢 無源物聯網通過技術創新，減少對人工能源的依賴，轉為從自然中獲取能量，開創出一種在自供能、低功耗工作基礎上的能源自給自足的物聯網新運轉模式。（一一）微能自供）微能自供 微能量在環境中普遍存在，但未被有效采集和利用。無源物聯網終端節點設備通過采集環境中普遍存在的微能量支持自身運轉，相對有源物聯網具有更高的經濟效益優勢，以及低碳綠色的社會效益優勢。（二二）極致能效極致能效 實現“無源”目標，需要克服許多技術難點，其核心為“通過任何來源所獲得的能量必須超過設備運行本身所需的功耗”。因此，如何盡量降低設備能耗，利用節點當前的能量來完成盡可能多的數據感知、傳輸、計算任務，是無源物聯網解決方案

14、的主要努力方向之一。（三三）綠色環保綠色環保 無源物聯網能從制造和消費兩個層面有效控制高能耗和高污染。一方面，無需電源供電，可以節約大量電池和電能，降低電池成本投入和能耗；另一方面，將有效避免因大量電池廢棄造成的環境污染。11 無源物聯網產業發展白皮書（2022）（四四）廣泛適用廣泛適用 無源物聯網的終端節點設備無需攜帶電池或連接電源，從環境采集能量的特性可以滿足大量小體積和極端作業場景的要求，從而有著更廣泛的適用空間。例如，RFID 技術作為目前應用最廣的無源物聯網技術，其產品出貨量已達到每年數百億的級別，在零售、醫療、物流、制造等行業廣泛使用。12 無源物聯網產業發展白皮書（2022）Pa

15、rt 3 洞理洞理 無源物聯網的技術路線與應用場景無源物聯網的技術路線與應用場景 一、無源物聯網一、無源物聯網三大底層技術三大底層技術 無源物聯網的工作主要依賴于環境能量采集、低功耗計算和低功耗通信三大底層技術。（一）（一）環境能量采集技術環境能量采集技術 無源物聯網設備不依賴電池或布設電源線供電，而是通過捕捉環境中的能量，并轉化為電能支持設備工作。近年來，能量轉化技術的不斷升級和成熟使得環境能量捕捉和使用成為現實。目前，從環境中采集能量的方式主要包括四種，即光能采集、振動能量采集、溫差轉換能量采集以及無線電射頻能量采集。其中無線電射頻能量采集方式下根據不同的通信制式又可以再作進一步的技術路線

16、劃分。目前，無源物聯網應用中較具規模、成熟度較高的環境能量采集方式主要為光能和無線電射頻能量采集。不同環境能量采集方式的特點、優劣勢、主要應用場景如下：圖表圖表 1：無源物聯網無源物聯網不同采能方式不同采能方式的的發展現狀發展現狀、優劣勢及主要應用場景、優劣勢及主要應用場景 能量采集方式能量采集方式 發展現狀發展現狀 優劣勢優劣勢 應用場景應用場景 光能光能采集采集 光能/太陽能采集是目前較為普遍、成熟的環境能量采集方式，其已成為清潔能源中規模最大的能量源之一。優點：優點：能量密度大 獲取難度低 產業鏈較成熟 缺點：缺點：成本高 交通路燈 環境監測 海上勘探 通信基站 太陽能停車場 光伏發電等

17、 13 無源物聯網產業發展白皮書（2022）尺寸大 安裝維護成本高 受時間、天氣等諸多外界條件影響 農業監測 智能家居 振動能量采集振動能量采集 振動能量采集在工業物聯網和智能家居等領域已有一定范圍的應用，工廠或家居場景多項設備的振動可以產生能量供采集。優點：優點：振動采集能量的 3 種轉換方式都易于MEMS 技術集成 壓電轉換無需驅動電源，機電轉換性能高、輸出電壓高、環境適應能力好、結構緊湊 磁電轉換無需額外的驅動電源與功能材料，且輸出電流大 靜電轉換無需功能材料且輸出電壓較高 缺點：缺點：磁電轉換輸出電壓低磁體與線圈尺寸較大 靜電轉換需要外部電壓源，且產生電流低、電容氣隙小 智能可穿戴設備

18、 開關 遙控器 工業生產 溫差轉換采集溫差轉換采集 部分可穿戴及工業監測設備正探索使用溫差熱能收集技術，因為不斷散發熱量的物體可作為熱的一端，環境則成為冷的一端，二者間的溫差將產生能量。不過，物體體表溫度較其外部環境溫度的溫差并不會有較大差異，因而輸出電壓將較小，難以支撐大功率設備正常工作，一般只能為低功耗設備供能。優點：優點：能量環境適用廣 能量獲取難度低 缺點：缺點：能量密度低 輸出電壓小 限于低功耗設備 低功耗設備 微型體積設備 煙感防火 14 無源物聯網產業發展白皮書（2022）無線電射頻采集無線電射頻采集 無線電射頻采集能量的來源廣泛，手機、移動通信基站、電視、電臺信號基站、Wi-F

19、i、微波爐等設備都可以發射射頻能量。目前通過射頻方式可采集到的能量較少，更多應用于超低功耗傳感器。射頻能量采集技術如果得以進一步突破，可作為極佳的能量采集方式。優點：優點：電子設備使用廣泛 射頻源豐富 可復用、小尺寸、易部署、低成本 缺點：缺點：能量密度小 物流包裹 服裝零售 圖書管理 防偽追溯 來源：公開資料，摯物產業研究院整理 不同的環境能量采集方式的技術原理如下：1.1.光能采集技術原理光能采集技術原理 光能采集的核心技術原理是利用半導體材料的光電效應，將光能直接轉變為電能。光能采集量和利用效率，主要取決于光伏材料性質、光照強度及轉換效率。隨著光能采集技術發展，以及光伏材料研究的突破，光

20、能采集和轉化的效率已達到較高水平。目前，光能采集在物聯網傳感設備中已有若干應用，如太陽能監控攝像機等。圖表圖表 2：光能采集方式技術原理示意圖：光能采集方式技術原理示意圖 來源：公開資料，摯物產業研究院整理 15 無源物聯網產業發展白皮書（2022）2.2.振動能量采集技術原理振動能量采集技術原理 通過振動收集到的能量一般可以通過壓電轉換、靜電轉換和磁電轉換 3 種方式進行能量轉換。其中，靜電轉換方式可以通過靜電感應，將機械能轉化成電能；壓電轉換方式在進行能量轉換時，需要形成初始電壓差才能進行設備供電的能量轉換；磁電轉換方式則通過振動使導體切割磁感線產生能量。目前，具有較高能量密度的壓電轉換和

21、磁電轉換應用較為廣泛。振動能量采集在工業和室內等場景下已有一定范圍的應用。例如，工廠中的電動機、變速箱、泵等設備的工作過程中會產生輕微振動，通過壓電材料可以對這些微動能量進行采集和儲存，得到足以支撐低功耗傳感器運行的能量；在室內場景下，自供能開關、自供能門鈴等無源產品通過按壓振動結構可形成電磁切割現象從而產生電能，相關能量可被實時采集和釋放，實現隨產隨用。圖表圖表 3：振動能量采集方式技術原理示意圖：振動能量采集方式技術原理示意圖 來源：公開資料，摯物產業研究院整理 16 無源物聯網產業發展白皮書（2022）3.3.溫差能量采集技術原理溫差能量采集技術原理 溫差能量采集主要是通過賽貝克效應原理

22、把熱能轉換為電能，亦即，通過熱電發生器中的溫差產生的電勢，將熱源中的廢熱轉換為電能。這種特性決定了溫差能量采集須具備穩定的熱源，還需要散熱器來制造溫差并使熱量在設備中流動，從而持續產生微電流。目前，溫差能量采集的方式已在可穿戴設備、工業監測等領域有若干應用。圖表圖表 4：溫差能量采集方式技術原理示意圖：溫差能量采集方式技術原理示意圖 來源：公開資料，摯物產業研究院整理 4.4.無線電射頻能量采集技術原理無線電射頻能量采集技術原理 無線電射頻又簡稱為射頻。射頻能量采集的核心是將射頻能量轉換為直流能量。相關能量可存儲在儲能單元（如電容）中，也可采集后直接用于驅動邏輯電路、數字芯片或傳感器件等，完成

23、對反向散射信號的調制和發射，以及傳感信息的采集與處理等。需要注意的是，無線發射器和能量采集器分別通過自身的天線發射/接收信號，因此，須保證二者天線的工作頻率與收發信號的頻率相同。同時，空間距離和采集到的能量成反比，因此，無線發射器和能量采集器的空間距離須在合乎要求的范圍內。17 無源物聯網產業發展白皮書（2022）圖表圖表 5：無線電射頻能量采集方式技術原理示意圖：無線電射頻能量采集方式技術原理示意圖 來源：摯物產業研究院 射頻能量在日常生活中廣泛存在。目前，基于 RFID 和 NFC 的射頻能量采集技術已在公交卡、ETC、工業設備監測、無線供電手持設備、可穿戴低功耗設備以及 RFID 標簽等

24、領域有廣泛應用?；?Wi-Fi、藍牙以及蜂窩網絡等的射頻能量采集技術相對仍不成熟，還處于小批量試應用探索或理論研究階段。圖表圖表 6：各類各類射頻射頻能量能量采集技術采集技術發展概況發展概況 射頻射頻能量采能量采集集技術路線技術路線 射頻技術簡介射頻技術簡介 技術成熟度技術成熟度 代表代表企業企業 RFID RFID 技術是應用最為最廣泛和成熟的無源物聯網技術。其原理為是當 RFID 標簽靠近閱讀器后，接收閱讀器發出的射頻信號，產生感應電流，獲得能量。通過收集相關微弱能量，標簽發送信息，實現與閱讀器的通信。目前，這種方案的無源物聯網產品每年的出貨量已達數百億級別。規模應用 遠望谷 微標科技

25、廈門信達 無線電射無線電射頻頻 能量采集能量采集 反向散射反向散射 能量能量管理管理 無線電射無線電射頻頻 終端節點終端節點 能量輸出能量輸出 18 無源物聯網產業發展白皮書（2022）NFC NFC 作為高頻 RFID 的一種，已基本成為智能手機的標配。不過，NFC 有其局限性，例如傳輸距離短、對專用讀寫器的依賴度高等，應用的場景相對有限。規模應用 啟緯智芯 藍牙藍牙 無源藍牙低功耗傳感器標簽無需供電，也可完成感知、存儲和通信，該標簽通過收集周圍的無線射頻能量來為其供電，并借助這些能量發送標簽唯一標識碼的數據以及傳感器讀數。應用探索 Wiliot Atmosic Wi-Fi 美國華盛頓大學電

26、子工程學院的研究人員在2016 年研發出一種全新的名為 Passive Wi-Fi的技術，設計原理類似 RFID 芯片，利用射頻信號的后向反射通信技術，當附近 Wi-Fi 路由器發射功率相對較高的射頻信號后，無源物聯網節點吸收射頻信號并調制天線反射系數，將傳感器信息傳遞出去。Passive Wi-Fi 無源節點傳輸 1Mbps 和 11Mbps所消耗的電量分別僅為 14.5W 和 59.2W，僅正常 Wi-Fi 節點電量消耗的萬分之一。且能實現 30 米回傳，并有一定的穿墻能力。研究階段-5G 2021 年華為提出面向 5.5G 的無源物聯網設想，希望將無源物聯網納入 5G 網絡體系。通過 5

27、G 蜂窩網絡支持無源物聯，一個難點是無源終端節點如何獲取能量，另一個難點在于如何實現長距離回傳，尤其后者的難度更大。無源終端通過各種方式獲得的能量非常微弱，回傳路徑過長，信號會快速衰減。目前在實驗室階段最先進的技術已經可以做到在 180 米范圍內，收集特定頻段的 5G 射頻能量，采集到約 6W 的電力。研究階段 華為 19 無源物聯網產業發展白皮書（2022）Lora 2021 年日本村田公司與 Nowi 公司合作推出無電池LoRa方案參考平臺，使用村田的LoRa模塊和 Nowi 的能量采集電源管理（PMIC）芯片供給能量。這類無源方案大多由模組廠商和能源芯片企業合作，推出兼容 LoRa/NB

28、-IoT模組的模塊，采用線性擴頻技術提升回傳能力，借助反射調制系統實現永久供能。研究階段 村田公司 Nowi 公司 來源：公開資料，摯物產業研究院整理（二二）低功耗計算技術低功耗計算技術 無源物聯網終端運行時可利用的能量有限，這決定了驅動電路或芯片用于計算的功耗需求不能過高。因此，選擇低功耗芯片，同時配合簡單編碼和調制，完成簡化的低壓驅動電路設計，以及低功耗接收機等，是實現低功耗運行的關鍵和挑戰。低功耗芯片一般包括MCU和傳感器等。隨著半導體技術的進步，終端芯片功耗已實現降低到 W 級甚至更低的 nW 級，例如，目前應用成熟的低功耗計算 MCU 芯片的功耗即已在 W 級別，這為無源物聯網的技術

29、發展和應用探索奠定了堅實基礎。簡單編碼和調制可以在很大程度降低通信的計算功耗，這要求相應的電路設計采取盡可能簡化的原則。低功耗接收機降低了相應組建/終端節點設備的復雜度，將大大有益于實現簡單的調制/解碼功能，從而降低功耗。20 無源物聯網產業發展白皮書（2022）（三三）低功耗通信技術低功耗通信技術 因當前能量采集技術的發展水平限制，無源物聯網終端數據的傳輸往往以低耗能的近距離、低速率通信技術為主。在傳輸方式上，相比需要耗費更多能量主動生成信號，無源物聯網終端更多依靠反向散射方式，對接收到的射頻信號進行反射以傳輸數據。反向散射技術是一種無需有源發射機而實現信號傳輸與編碼的無線技術。類似于雷達原

30、理，電磁波在到達物體表面時有一部分會被反射，被反射信號的強弱取決于此物體的形狀、材質與距離，從雷達的角度講，每個物體都有其雷達截面（RCS，Radar Cross-Section），標簽（tag）通過改變其 RCS 實現對反射信號的調制。反向散射發射機調制接收到的射頻信號以傳輸數據，而無須自己生成射頻信號。不過，傳統反向散射技術受限于傳輸距離短、對專用讀寫器依賴度高、存在較強的系統自干擾和互干擾、被動性操作導致自動化管理難等問題，目前應用較為成熟的路線僅限于 RFID 和 NFC 兩類。展 望 未 來，環 境 反 向 散 射 通 信（Ambient Backscatter Communicat

31、ion，AmBC）有望成為使能低功耗通信的一項更有前途的技術。它可以有效地解決傳統反向散射通信系統中的上述局限性，從而使 AmBC 技術在實際應用中得到更廣泛采用。在環境反向散射通信系統中，反向散射設備可以通過利用從環境射頻源（例如電視塔、FM 塔、蜂窩基站和 Wi-Fi AP 等）發出的無線信號來相互通信。同時，進一步通過分離載波發射器和反向散射接收器，反向散射設備的射頻組件數量可以被最小化，且設備可以主動運行，即反向散射發射器可 21 無源物聯網產業發展白皮書（2022）以從射頻源采集到足夠能量時，無需接收機啟動即可發送數據。圖圖表表 7：AmBC 系統示意圖系統示意圖 來源：OPPO，摯

32、物產業研究院整理 二、無源物聯網典型技術路線及對應場景二、無源物聯網典型技術路線及對應場景（一）飛英思特無源物聯網技術路線及應用場景（一）飛英思特無源物聯網技術路線及應用場景 飛英思特科技有限公司專業從事自供能傳感技術的研發與應用，致力于解決物聯網底層設備的供電問題，是全球最早一批將環境能量采集技術實現商業化應用的團隊，也是國內該方向的引領企業之一。1.技術路線技術路線 飛英思特集成環境能量采集技術、微能量管理技術和超低功耗技術，面向難以布線等場景解決其供能需求問題。環境能量采集技術環境能量采集技術：飛英思特通過自研的溫差、振動、微光能以及射頻能等采集發電裝置，助益物聯網設備從環境中高效獲取

33、W 級 22 無源物聯網產業發展白皮書（2022）能量并產生電力，使低功耗設備永久在線，能持續感知、處理和傳輸監測數據，徹底擺脫繁瑣布線及電池續航等限制，實現無源無線運行。圖表圖表 8：飛英思特無源物聯網環境微能量采集和管理解決方案飛英思特無源物聯網環境微能量采集和管理解決方案 來源：飛英思特，摯物產業研究院整理 微能量管理技術微能量管理技術：飛英思特推出的系列微能管理模組支持微光、溫差、振動、射頻多種取能模式。例如，REVOMINDS FEH610 是專為光能設計的微光能管理模組；TEG 溫差能管理模組 REVOMINDS FEH710 可在2 攝氏度溫差環境下實現取能；復合環境能量管理模組

34、REVOMINDS FEH620 可應用于微光能、射頻能、微動能采集和管理，開發工程師可利用其輕松設計出能夠采集、管理多種能量源的無源無線產品。憑借多能量采集技術，飛英思特可為 OEM 廠商提供不間斷能量收集的低功耗物聯網終端供電解決方案。23 無源物聯網產業發展白皮書（2022）圖表圖表 9：飛英思特星云飛英思特星云 REVOMINDS系列模組系列模組 來源：飛英思特，摯物產業研究院整理 超低功耗技術超低功耗技術：飛英思特通過運行于邊緣端的超低功耗深度學習模型訓練生成的超低功耗算法，在滿足邊緣設備正常工作的前提下，能有效降低設備自身工作能耗，大幅延長設備生命周期內的續航時長。通過運用環境能量

35、采集技術、微能量管理技術以及、微能量采集以及超低功耗技術，飛英思特無源物聯網解決方案可以使單個節點的使用壽命保持在 10 年以上。2.應用場景應用場景 飛英思特無源物聯網技術解決方案應用場景包括移動定位、管網水表供電以及農業種植等場景。移動定位：移動定位：在物流倉儲和大型制造工廠中，定位標簽的應用非常常見，但鑒于被管理對象頻繁移動等原因，定位標簽需時刻在線以保障位置信息的準確性，從而大大加快了電源消耗速度。飛英思特為京東物流倉儲中人員設計了基于自供能工牌的管理系統，工牌通過光伏 24 無源物聯網產業發展白皮書（2022）板將光能轉換為電能維持負載運作，并通過無線通信模塊將工牌的相關數據發送至藍

36、牙網關，進而再計算工牌的位置，把工牌的相關數據和位置信息上傳至后臺。圖表圖表 10：飛英思特基于自供能工牌的管理系統飛英思特基于自供能工牌的管理系統 自供能工牌藍牙網關后臺 來源：飛英思特，摯物產業研究院整理 自來水管網水表供電：自來水管網水表供電：自來水管網作為給水系統中重要的組成部分，與之配套的管網水表目前一般采用電池或布線供電，電池供電壽命不長，而布線供電則增加成本。飛英思特為海興電力設計管網水表供能系統，通過在DN50至DN100的自來水管中安裝葉輪和發電機，以微能管理技術為核心利用管網中水流的流動發電，實現了為管網水表自取能式供電，延長了水表的電源壽命。并且不用布線供電，極大節約了成

37、本。農業農業種植種植：由于農業作業環境廣袤，采用布線方式為傳感設備供電十分不便且成本巨大，同時，電池短暫續航及土地污染風險對于管 25 無源物聯網產業發展白皮書（2022）理者也并不友好。飛英思特提供的無源無線傳感器可實時監測農業環境中的各項數據，并發送至后臺或手機 APP，協助管理人員建立農作物最優生長環境數據模型。由于無需更換電池，將避免前期繁瑣的部署過程和土壤破壞風險，并實現成本節約。（二）中國移動無源物聯網技術路線及應用場景（二）中國移動無源物聯網技術路線及應用場景 1.技術路線技術路線 中國移動把無源物聯網技術路線發展分成三個發展階段：第一階段是以單點式架構為主的無源 1.0 階段，

38、第二階段是以組網式架構為主的無源 2.0 階段，第三階段是以蜂窩式架構為主的無源 3.0 階段。無源 1.0 是指以傳統收發一體的 RFID 為代表的單點式無源物聯網系統，其最大的特點為采用點對點、近距離通信，受制于系統上下行信號自干擾及讀寫器間互干擾問題，此類系統在實際應用中存在距離瓶頸。無源 2.0 系統采用組網式架構，通過將前向、反向鏈路分別部署在接收器和激勵器側，實現鏈路解耦，解決自干擾問題，并實現較遠距離的組網，同時支持物品定位功能。無源 2.0 系統具有可靈活擴展、支持組網部署等特點，可應用于大型倉儲、資產管理等場景中，實現自動化快速盤點和定位。無源 3.0 系統是與蜂窩網絡深度融

39、合，基站作為讀寫設備，對無源標簽進行激勵和感知，并借助蜂窩網絡上下行干擾抑制、優化編碼調制方式、實時資源調度等優勢，為標簽提供“全程全網”的連接服 26 無源物聯網產業發展白皮書（2022）務，實現中遠距離、規?；B續覆蓋。圖表圖表 2：中國移動：中國移動推進推進無源物聯網無源物聯網發展的發展的 3 階段階段規劃規劃 來源：中國移動，摯物產業研究院整理 蜂窩式無源 3.0 系統受到國內外產業的重點關注，國際標準化組織 3GPP 已于 2022 年 3 月啟動基于環境供能的無源物聯研究項目，中國移動在 CCSA 也成立了 基于蜂窩通信的無源物聯網應用需求研究項目。根據不同的激勵和接收主體，無源

40、3.0 系統存在兩類主要的空口架構，一是蜂窩基站和標簽直接通信，基站同時支持下行信號激勵和上行數據接收；二是通過中繼設備實現激勵信號發送和/或反向散射信號接收，可滿足區域標簽定點激勵，數據匯總、再加密、統一上報等需求。根據應用場景不同，架構可衍化出多種形式。圖表圖表 3：無源：無源 3.0 系統空口架構圖系統空口架構圖 來源：中國移動，摯物產業研究院整理 27 無源物聯網產業發展白皮書（2022）2.應用場景應用場景 中國移動劃分的無源 1.0 階段的主要應用場景包括快消品、區域倉儲盤點等；無源 2.0 階段的主要應用場景包括規模盤存和進出庫盤點等；無源 3.0 階段的應用場景將進一步豐富，擴

41、展到物流、醫療、糧儲、畜牧、電力、石化和軍工等領域。根據應用場景和標簽能力的不同，蜂窩無源物聯網的端到端架構可在傳統蜂窩系統的基礎上進行輕量化、便捷化設計和部署，將核心網部分能力下沉至代理節點，通過應用層實現標識管理和鑒權認證等。圖表圖表 4：無源：無源 3.0 系統網絡架構圖系統網絡架構圖 來源：中國移動，摯物產業研究院整理 基于蜂窩無源的全新無源物聯網系統能夠滿足超低功耗、超低成本、“感通”一體、大規模接入、高效盤點等應用需求，拓展支持更加豐富的行業應用，未來有望在物流、倉儲、制造、交通、醫療等行業發揮重要作用。（三）（三）OPPO 無源物聯網技術路線及應用場景無源物聯網技術路線及應用場景

42、 1.技術路線技術路線 OPPO 倡導的零功耗物聯網主要通過利用無線電波、太陽能、熱 28 無源物聯網產業發展白皮書（2022）能和動能等各種環境能量，實現與 5G massive MTC 互補，使零功耗、極低成本、更小體積的終端成為可能的無源物聯網技術方案。OPPO主張的零功耗通信系統主要包括三類：基于蜂窩的、基于側行通信的以及基于蜂窩與側行通信混合的零功耗通信系統。圖表圖表 5：基于蜂窩的零功耗通信系統主要包括的通信方式：基于蜂窩的零功耗通信系統主要包括的通信方式 來源：OPPO，摯物產業研究院整理 基于蜂窩的零功耗通信系統可以支持零功耗終端的大規模部署和集中控制，旨在解決點對點、點對多點

43、通信需求的傳統技術（如RFID）的通信距離短、部署成本高、系統效率低等問題。得益于蜂窩網絡在覆蓋和資源利用上的優勢，基于蜂窩的零功耗通信系統可以大范圍、集中式管理網絡中的零功耗終端，極大提高系統效率，節省部署成本。2.應用場景應用場景 29 無源物聯網產業發展白皮書（2022）OPPO 零功耗物聯網鎖定的主要應用場景包括工業生產與檢測、智能物流與倉儲、智能家居等。工業傳感網工業傳感網：OPPO 構想的工業傳感網主要應用在工業生產過程中，如溫濕度監測、振動監測以及生產線監測等，從而實現工業自動化和智能化管理。以鐵軌測量為例，通過在鐵軌下部署零功耗傳感設備，可以監測和采集鐵軌壓力、溫度和其它信息。

44、另外，相關設備還可以部署在高低溫、移動或旋轉部件、高振動條件以及高濕度等電池無法長久續航的極端環境中。物流和倉儲物流和倉儲：隨著物流行業的持續增長，企業的倉儲壓力和人力成本壓力日益增加。對物流包裹進行數字化管理，不僅可以進一步提升物流和倉儲管理效率，同時可以節約高額的人力成本。OPPO 的零功耗通信技術將通信終端標識貼在包裹或貨物的包裝表面，用于物流信息的獲取和物流全流程的管理，讓倉儲作業更加簡單高效。智能可穿戴智能可穿戴：智能可穿戴產品是繼手機之后，最具規?；瘧脻摿Φ膫€人消費終端之一，目前各種可穿戴設備都已實現無線連接。根據不同產品的功能定位，可以實現健康監測、運動監測、移動感知、移動定位

45、等多場景應用。OPPO 的零功耗通信技術的目標是最終擺脫電池限制，實現更長的續航、更加便捷的能源保障和更好的使用體驗。醫療健康醫療健康：便攜式醫療設備可以滿足消費者居家健康服務需求，但鑒于醫療監控設備（尤其是人體植入型設備）的特殊性，續航及電源攜帶等問題在很大程度上限制了其應用場景拓展。通過零功耗物聯網技術，可以實現極低功耗工作；同時，無需電池可以縮小體積，有 30 無源物聯網產業發展白皮書（2022）利于實現柔性折疊，且無需擔心液體浸泡等，將助益醫療設備數據實時監測和對健康狀況高效進行數字化管理。智能家居。智能家居。在智能家居領域應用零功耗通信技術，可以擺脫復雜的布線，使每個終端都能獨立控制

46、，并實現無需人工能源介入下的長續航在線。（四）每開創新無源物聯網技術路線及應用場景（四）每開創新無源物聯網技術路線及應用場景 1.技術路線技術路線 每開創新的“無電物聯網”平臺服務專注于在零功耗或超低功耗環境下，提供微能量抓取及通信的整體解決方案?；趪H標準NFC/BLE 通信協議，每開創新通過獨創的射頻能量算法芯片，實現無線射頻取電、瞬間大功率儲電和安全驅動負載。每開創新的無源技術方案利用帶電的發射端設備對不帶電的接收端進行反向通信和供電。其主要特點和優勢在于：產品的通用性強，適配 90%以上主流智能手機或智能設備?？蛇M行無電改造，成本低、功耗低、綠色節能，助力企業提質增效。另外，每開創新

47、的無源方案和產品采用國際通用標準，數據安全性強，具備支付級數據安全能力。2.應用場景應用場景 每開創新經過長期積累，目前已整合上游產業核心能力，聚焦自主技術創新，在硬件和軟件層面均已完成標志性工作，已陸續拓展了能源交通、數字包裝、智慧物流、企業辦公、智慧家居、溯源管理等六大行業市場，為多個行業伙伴量產交付無源硬件產品和云芯一體解 31 無源物聯網產業發展白皮書（2022）決方案，助力其推進數字化升級和無電化改造。能源交通戶外設備管理能源交通戶外設備管理：針對戶外作業安全防控、設備開箱檢修勞務履職監督等，每開創新設計了無源工業開關解決方案，可滿足戶外設備系統的安全性和防護管理、員工履職追溯等需求

48、。智慧倉儲及物流智慧倉儲及物流：針對從企業到用戶的高凈值貨品物流精細化管理要求，每開創新無源物流解決方案以 ESG 循環物流要求為標準，有效助益貨運異常監督和貨損降低；同時，每開創新云數字平臺支持與企業云的“云云對接”，為品牌商貨運保駕護航，完成 B 端到 C 端的信任交互體驗。智慧家居和數字辦公智慧家居和數字辦公：每開創新無源智慧家居解決方案為家庭儲物、居家開關等提供零布線、零供電的智能交互選擇，為未來人居提供零維護成本的交互體驗，以及強延伸性和強連接性的生活體驗。農產品安全和資產安全管理農產品安全和資產安全管理：每開創新無源溯源方案具備貴重資產溯源識別、倉儲運輸、標簽化管理等功能。通過點對

49、點數據傳輸，用戶“碰一碰”即可了解商品詳情、參與互動、追溯商品路徑等，助益企業提升用戶復購率。32 無源物聯網產業發展白皮書（2022）Part 4 明勢明勢 無源物聯網產業現狀及前景展望無源物聯網產業現狀及前景展望 一、無源物聯網產業鏈分析一、無源物聯網產業鏈分析 無源物聯網產業鏈上游以芯片、模組、天線以及各種分立器件等硬件生產廠商為主。產業鏈中游以無源物聯解決方案供應商/行業集成商為主，其中部分解決方案供應商有可能朝上游發展，生產硬件產品，形成產業鏈協同；行業集成商通過向解決方案供應商采購服務，再根據具體的行業特性和場景屬性，開發出適用于不同領域的、針對性較強的定制化產品和服務。產業鏈下游

50、則主要以各行業的終端客戶為主。圖表圖表 6：無源物聯網產業鏈結構圖：無源物聯網產業鏈結構圖 來源：摯物產業研究院 無源物聯網產業目前處于發展初期，產業規模小，較多技術路線仍處于探索階段。無源物聯網產業鏈上游的硬件產品由于可以與傳統物聯網復用，因此目前無源物聯網產業鏈上游的企業數量較多。在中下游，由于服務和產品的成熟度較低，應用場景還處于探索拓展階段，33 無源物聯網產業發展白皮書（2022）因此，相應環節的解決方案供應商/集成商和終端客戶數量較少?？傮w上看，無源物聯網產業鏈從上游、中游到下游各環節的企業數量呈現倒金字塔結構，這也是一個產業處于探索發展初期的典型特征。二、無源物聯網市場前景展望二

51、、無源物聯網市場前景展望（一）無源物聯網典型應用發展曲線（一）無源物聯網典型應用發展曲線 目前以光能采集、震動能采集、溫差能采集以及射頻能采集為主的四種無源物聯網采能方式中，除了基于 RFID 和 NFC 的射頻能采集技術相對成熟，已進行較大規模應用外，其余幾種采能方式尚處于研究階段，或者正在若干場景下進行小規模應用探索。展望未來，無源技術有望迎來環境能量采集的研究突破，疊加低功耗計算和通信技術優化，將不斷滿足更多應用場景的連接需求。智次方 摯物產業研究院在對各種無源物聯網技術特性研究分析的基礎上，結合針對典型企業和科研機構的調研結果，對四種采能方式下的無源物聯網技術與相關典型場景進行應用匹配

52、性分析，得出以下結果：圖表圖表 7：無源物聯網技術與相關場景的應用匹配性：無源物聯網技術與相關場景的應用匹配性 無源技術 典型場景 光能采集 振動能采集 溫差能采集 射頻能采集 電力系統 弱 弱 強 弱 通信基站 強 弱 弱 中 智能家居 強 中 弱 強 34 無源物聯網產業發展白皮書（2022）快遞包裹 中 弱 弱 強 農業監測 強 弱 中 弱 海上勘測 強 弱 弱 弱 醫療健康 弱 中 強 弱 煙感防火 中 強 弱 弱 服裝鞋帽 弱 弱 中 強 交通道路 強 弱 弱 弱 開關設備 中 強 弱 弱 畜牧養殖 中 弱 弱 強 環境監測 強 弱 中 弱 工業生產 弱 強 弱 中 商超零售 弱 弱

53、 弱 強 遙控裝置 弱 強 弱 中 圖書管理 弱 弱 弱 強 太陽能停車場 強 弱 弱 弱 智能穿戴設備 弱 強 中 弱 室內/出行定位 中 弱 弱 強 來源：摯物產業研究院 根據無源物聯網的不同采能方式及其差異化技術特性、相關應用場景的環境特點和需求特點，并結合對各典型企業的調研結果，智次方 摯物產業研究院對未來近十年不同的無源技術路線在各典型應用場景中的發展成熟度進行了預判，詳情如下：35 無源物聯網產業發展白皮書（2022）圖表圖表 17：無源物聯網技術及應用場景發展成熟度曲線圖：無源物聯網技術及應用場景發展成熟度曲線圖 來源：摯物產業研究院 2022-2030 年期間，四種主要無源物聯

54、網采能技術在與其匹配度較高的場景中的應用，大致上可分別歸類為處于起步階段、加速階段或穩定發展階段。具體來看，無源物聯網光能采集技術、振動能采集技術和溫差能 36 無源物聯網產業發展白皮書（2022）采集技術在道路交通、工業生產、智能可穿戴、醫療健康、設備開關等場景 2025 年開始進入加速發展狀態。2030 年前后，基于光能采集的無源物聯網技術在農業監測、通信基站以及環境監測等場景，基于振動能采集和溫差能采集的無源物聯網技術在醫療健康、智能可穿戴設備、工業生產、電力系統和煙感防火等場景的應用市場規模有望達億元級?；跓o線射頻能量采集和光能采集為代表的無源物聯網技術在智能家居、服裝鞋帽、室內/出

55、行定位等場景的應用市場規?？赏_十億元級，在快遞包裹和商超零售場景的應用市場規模達百億元級，進入加速發展階段。（二）無源物聯網產業成熟度模型（二）無源物聯網產業成熟度模型 為更好地展望無源物聯網未來的發展趨勢，預判其發展節奏，智次方摯物產業研究院首創了無源物聯網產業成熟度評估模型。1.1.無源物聯網產業成熟度模型概述無源物聯網產業成熟度模型概述 無源物聯網產業成熟度評估模型由評估指標體系和評估張力圖兩部分構成。評估指標評估指標體系體系。評估指標體系主要涵蓋技術成熟度、應用廣度以及市場規模量級三個指標。技術成熟度指標主要考察各種技術從理論研究到市場應用的遷移過程和發展階段，通過星級標記，從空星到

56、實星，從 1 星到 5 星進行區別；應用廣度指標主要考察每項技術的應用場景類型和數量，通過大、中、小等不同程度的描述，標識其應用場 37 無源物聯網產業發展白皮書（2022）景范圍；市場規模指標是在技術成熟度指標和應用廣度指標的基礎上，參考同類競品的價格，預判相關無源物聯網技術可能達到的市場規模量級。評估張力圖。評估張力圖。評估張力圖由一線、兩圈、八邊構成。一線是指一條時間軸線；兩圈是以兩個時間節點為核心，形成的兩個規模張力圈；八邊是由八條主要無源物聯網技術路線，合圍形成的八條邊線。每條技術路線又都通過技術成熟度、應用廣度以及市場規模量級三項指標進行定性和定量評估，由此綜合得出無源物聯網八條主

57、要技術路線在兩個時間節點上分別達到的成熟度和市場規模。2 2.產業成熟度評估模型指標詳解產業成熟度評估模型指標詳解 技術成熟度：技術成熟度：零星零星：無實五角星，或僅有空五角星，表示技術尚處于純粹理論研究階段；一星一星：技術發展初期，已脫離純粹研究階段，有小批量產品在單個場景投入市場，進行應用探索；二星二星：技術發展早期，已初步具備大批量投放多個應用場景進行較大規模應用的條件，市場規模增速加快；三星三星：技術發展加速期，技術迭代提速，大批量投放市場，持續出現新的應用場景；四星四星：技術發展進入中期，技術迭代速度放緩，有較為穩定的市場規模和具備比較優勢的應用場景，增速接近峰值；38 無源物聯網產

58、業發展白皮書（2022）五星五星：技術發展進入成熟期，市場規模和應用場景達到峰值，部分場景開始面臨新技術的有力競爭，市場份額開始被侵蝕。應用廣度：應用廣度：?。盒。罕硎驹摷夹g應用場景數量有限甚至還沒有；較?。狠^?。罕硎緫脠鼍暗臄盗枯^少，或者沒有規模較大的應用場景；中：中：表示應用場景數量一般，或者已經開拓具備一定規模的應用場景；大：大：表示應用場景數量眾多，或者已經有規模大且成熟的應用場景。3 3.無源物聯網無源物聯網各各技術路線技術路線成熟度成熟度評估評估 根據三項指標進行綜合評估，至 2025 年，光能采集、振動能量采集以及溫差能量采集三種技術路線的市場規模均為千萬元級。在無線射頻能量采

59、集技術路線下，RFID 基于其成熟的技術和廣泛的應用，市場規模將穩定在百億元級；基于 NFC 的無源物聯網市場規模將在億元級；基于藍牙、Wi-Fi 的無源物聯網技術開始從理論研究階段邁向市場，形成十萬元級市場規模；而以 5G 為代表的蜂窩無源物聯網技術預計在 2030 年前后有望形成億元級市場規模。39 無源物聯網產業發展白皮書（2022）圖表圖表 18：無源物聯網產業成熟度評估指標表：無源物聯網產業成熟度評估指標表 來源：摯物產業研究院 評估張力圖內部兩圈分別是 2025 年和 2030 年兩個時間節點，分布在時間軸線上；外部線圈的直徑表示千億元規模，半徑代表 500 億元規模，圈內八條技術

60、路徑箭頭長度表示在每個時間節點上其市場規模的大小，以此代表其發展張力程度。圖表圖表 19：無源物聯網產業成熟度評估張力圖：無源物聯網產業成熟度評估張力圖 來源：摯物產業研究院 2025 年，預計無線射頻 RFID 和 NFC 在各種采能方式中對應的市場規模最大，二者合計將超過 300 億元；其他幾種無線射頻采集方式，如藍牙、Wi-Fi 以及以 5G 為代表的蜂窩無源技術發展處于起步 40 無源物聯網產業發展白皮書（2022）階段，規模較小，正開始從理論研究階段逐步走向小批量、單場景的應用探索階段。2030 年，RFID 和 NFC 的市場規模合計有望擴張至 350-450 億元之間；基于 Wi

61、-Fi 和 5G 的采能技術路線逐步成熟，開始進入大規模應用階段，市場規?；驅⒔?20 億元。相較無線射頻能量采集技術，以光能、震動能量以及溫差能量采集為代表的其它無源物聯網技術在 2025 年或將有更多應用場景落地?；诠饽懿杉臒o源物聯網在農業、環境監測以及道路交通等露天場景下的應用規模將逐步鋪開；基于振動能量采集的無源物聯網將主要應用在工廠和智能穿戴設備上；基于溫差能量采集的無源物聯網將主要應用場景在低功耗微型設備上。預計這三種無源物聯網能量采集技術在 2025 年的市場規模均在千萬元級規模，至 2030 年達到億元級。（三）無源物聯網市場規模預測（三）無源物聯網市場規模預測 未來，無源物聯網依托低功耗、低成本、小體積、易部署、免維護等優勢，將逐步在遠距離、高速率和通用性等方面發力，廣泛拓展和豐富物聯網應用場景，持續擴大物聯網市場規模。智次方 摯物產業研究院根據無源物聯網產業發展成熟度評估模型對各技術路線的評估預判，匯總后形成對無源物聯網總體市場規模的預測。預計 2025 年前后，無源物聯網的市場規模將在 310-510 億元間，預測值中位數為 410 億元；在 2030 年前后，市場規模預測值在 435-615 億元間，中位數為 525 億元。41 無源物聯網產業發展白皮書（2022）圖表圖表 8：無源物聯網市場規模預測：無源物聯網市場規模預測 來源：摯物產業研究院