無電池6G要來了？

本文來源：物聯(lián)傳媒

本文作者：市大媽

1901年，物理學(xué)家尼古拉·特斯拉欲在紐約長島興建一座高塔進(jìn)行跨大西洋無線電廣播和無線電能傳輸實(shí)驗(yàn)。彼時(shí)，他到處拉贊助，最后說服了億萬富翁約翰·皮爾龐特·摩根為其投資了15萬美元。

而后，尼古拉·特斯拉在開始建造一座名為沃登克里弗塔（又名特斯拉塔）的巨大無線供電站。鐵塔高57米，頂部有一個(gè)直徑為20米的半球型圓頂。在鐵塔尚未完工之際，就已迫不及待地開始了他的實(shí)驗(yàn)。

然而，尼古拉·特斯拉只成功了一半。不到五年，鐵塔在建造中遇到了財(cái)政問題，工程無法繼續(xù)，甚至最終被拆除。

如今，在紐約長島仍留有特斯拉的遺跡，曾經(jīng)的實(shí)驗(yàn)室后面還留著一片古老的地基。

這是目前我們所知道的通過空氣傳輸電力最早起源。而現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)新風(fēng)口無源物聯(lián)網(wǎng)也離不開空氣傳輸電力。

當(dāng)下被大眾所熟知的特斯拉電動(dòng)汽車品牌名正是來源于此。

我們對(duì)于無源物聯(lián)網(wǎng)的需求

正如尼古拉·特斯拉預(yù)言的那樣，無線通信可以改變世界。即便他未能在這條路上“走”很遠(yuǎn)，但是隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)實(shí)迫切的需求，今天我們?cè)俅文峁爬ぬ厮估@一想法列入發(fā)展重點(diǎn)，在空氣傳輸電力這件事上付諸行動(dòng)。

前幾年，全球各大知名研究機(jī)構(gòu)都熱衷于去預(yù)測未來聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量。IDC專家預(yù)測，到2025年，全球?qū)⒉渴鸲噙_(dá)416億個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。一旦部署，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的最大的后勤挑戰(zhàn)之一就是如何應(yīng)對(duì)其有限的電池壽命。

如果達(dá)到這一預(yù)測的體量，那也意味著為物聯(lián)網(wǎng)革命提供動(dòng)力可能需要相應(yīng)的416億塊電池來保持這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集、分析和發(fā)送數(shù)據(jù)。而這也將同步觸發(fā)出一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

即便該行業(yè)最終實(shí)現(xiàn)了平均每個(gè)終端設(shè)備電池?fù)碛?0 年使用壽命的目標(biāo)，但全球每天仍需要更換海量的電池。顯然，這不是一個(gè)可行的計(jì)劃。

說到這里，或許可以認(rèn)為，電池在一定是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施快速擴(kuò)展規(guī)模和成本效益的限制因素。

數(shù)以萬億計(jì)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將需要數(shù)以萬億計(jì)的電池，從成本、物流和可持續(xù)性的角度來看，這簡直太令人望而卻步了，無法證明其好處。出于這個(gè)原因（以及我們?cè)陔姵貑栴}白皮書中概述的其他原因），萬億節(jié)點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)必須消除電池。真正無處不在的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要通過內(nèi)置電池以外的其他方式發(fā)電，從本質(zhì)上來說，要實(shí)現(xiàn)無需添加、監(jiān)控或更換單個(gè)電池即可在任何地方增加聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署。

無電池傳感器或能直面這一挑戰(zhàn)

眾所周知，由于海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常部署在偏遠(yuǎn)、偏僻的地區(qū)，人工訪問這些設(shè)備并更換電池不方便且成本很高。

為了解決這一問題，如今有公司提出無電池傳感器。

總部位于加州圣克拉拉市的一家名為Everactive的初創(chuàng)公司正致力于這樣的創(chuàng)新，其Eversensor包含多種類型的傳感器，并以混合的形式產(chǎn)生電力，包括室內(nèi)太陽能、振動(dòng)和熱能。該公司表示，其Eversensors可以持續(xù)使用20年而不需要日常維護(hù)。

Everactive公司可以提供定制的集成電路，這些集成電路在收集到的環(huán)境能量水平較低的情況下完全連續(xù)運(yùn)行，以達(dá)到聯(lián)網(wǎng)設(shè)備始終在線、自我維持且無需電池的狀態(tài)。

在解決了電源問題之后，人們面臨著額外的技術(shù)挑戰(zhàn)：無線網(wǎng)絡(luò)。具體來說，利用Evernet無線協(xié)議實(shí)現(xiàn)在足夠低的功率預(yù)算下運(yùn)行以保持電池不受干擾，還可以同時(shí)支持：

• 高密度網(wǎng)絡(luò)（支持?jǐn)?shù)千臺(tái)設(shè)備）

  
  

• 低延遲操作（讀?。簩?shí)時(shí)通信）

  
  

• 足夠的數(shù)據(jù)速率

  
  

• 可靠的范圍（距離和通過障礙物和干擾的穿透性）

  
  

那么，Evernet 協(xié)議解決物聯(lián)網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)問題？

Evernet協(xié)議是一種符合 FCC 標(biāo)準(zhǔn)的專有無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，旨在支持高密度的無電池設(shè)備。據(jù)悉，它利用 Everactive公司始終在線的超低功耗 (ULP) 接收器來顯著降低功耗，同時(shí)支持?jǐn)?shù)千臺(tái)設(shè)備，具有毫秒級(jí)延遲和 250 米以上的非視距范圍。

Everactive 公司通過利用始終在線的 ULP 接收器通過其物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的加密廣播通道處理所有網(wǎng)絡(luò)同步流量來實(shí)現(xiàn)這些突破。時(shí)間同步是所有無線網(wǎng)絡(luò)中的必要功能，這通常是任何標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議（例如藍(lán)牙、Wi-Fi 和 LoRa）中最耗電的功能。

時(shí)間同步是無線設(shè)備如何有效地共享無線頻譜以及如何跨無線鏈路協(xié)調(diào)傳感和控制功能。時(shí)間同步越精確，網(wǎng)絡(luò)的效率就越高，從而更容易擴(kuò)展設(shè)備密度并支持更高的吞吐量。對(duì)于主要由事件驅(qū)動(dòng)的傳感器應(yīng)用，這意味著在檢測到事件之前無線流量很少，設(shè)備的大部分功耗都花在了網(wǎng)絡(luò)同步上。

由于 Everactive 始終在線的 ULP 接收器需要如此微不足道的功率（活動(dòng)時(shí)僅為 200 納瓦），因此 Evernet 解鎖了更高的性能。實(shí)際上，它“顛倒了網(wǎng)絡(luò)”，允許每臺(tái)設(shè)備一直監(jiān)聽每條廣播的網(wǎng)關(guān)消息——一直。這意味著網(wǎng)絡(luò)持續(xù)同步，幾乎沒有功率損失。持續(xù)同步意味著 Evernet 可以將更多設(shè)備以更高的平均吞吐量和低延遲通信打包到任何一臺(tái)設(shè)備。Everactive 從根本上改進(jìn)了無線網(wǎng)絡(luò)管理，所有這些都在收集的能量預(yù)算之內(nèi)。

從上圖可以看出，Everactive公司的 ULP 接收器與最先進(jìn)的已發(fā)表研究結(jié)果在有功功率和靈敏度（無線范圍的度量）方面的比較。該圖突出顯示了與同類最佳 COTS 接收器相比功率降低了 1,000 倍。相比之下，藍(lán)牙和 Zigbee 等現(xiàn)有接收器的功率范圍為 5,000-30,000W。

除了網(wǎng)絡(luò)同步之外，Everactive公司的永遠(yuǎn)在線 ULP 接收器可以解碼基本操作指令并處理來自物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)甚至其他傳感器的全局和/或本地網(wǎng)絡(luò)級(jí)中斷。這增加了 ULP 通信通道，用于設(shè)備配置或漫游指令、設(shè)備控制消息，甚至通過三角定位進(jìn)行定位。對(duì)于常規(guī)雙向數(shù)據(jù)流量，片外 sub-GHz 無線電與采用 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議一起使用。由于此無線電僅用于數(shù)據(jù)，而不需要用于網(wǎng)絡(luò)同步，因此無線通信的平均功率大大降低。

Evernet 還利用時(shí)分多址 (TDMA) 和網(wǎng)關(guān)通過始終在線的 ULP 接收器分配的時(shí)隙，以及我們定制的、完全集成的片上系統(tǒng) (SoC) 提供的本地定時(shí)參考。將這些功能引入 SoC 并使用 Everactive 專有的 ULP 電路設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)可將功耗降低 1,000 倍，同時(shí)與其他無線標(biāo)準(zhǔn)相比提高網(wǎng)絡(luò)性能。

無電池6G要來了？

近日，從公開渠道上了解到，Everactive公司加入Next G Alliance，后者是北美制定6G的組織，該聯(lián)盟成立目的在于推動(dòng)北美6G及未來行動(dòng)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位，該聯(lián)盟聚焦于研發(fā)、制造、標(biāo)準(zhǔn)化和市場等多個(gè)面向，并積極制定6G國家路線圖，確立6G技術(shù)核心優(yōu)先事項(xiàng)，以影響政府政策和投資，同時(shí)促進(jìn)「Next G」技術(shù)商用化。

這或許意味著6G正在將無源的特點(diǎn)等加入規(guī)劃路線中，無電池6G也將隨著未來6G的應(yīng)用而到來。

此前，IDTechEx發(fā)布的 “2021-2041 6G通信市場、設(shè)備和材料”報(bào)告預(yù)測了6G路線圖以及一些挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

2021-2041 6G路線圖

報(bào)告指出，顯而易見，5G服務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了移動(dòng)電話甚至個(gè)人電子產(chǎn)品的總體需求，6G的情況將更為如此。物與物的通信可能比人類的通信更為重要。

就通信技術(shù)的未來而言，我們不僅僅關(guān)注手機(jī)的需求。我們還需要關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求，以塑造直接連接到網(wǎng)絡(luò)的無電池設(shè)備的未來。隨著全球思維從制造更多能源轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂酶倌茉床⒗弥車h(huán)境的能源，希望將無電池的觀點(diǎn)帶入到未來的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中。

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