1901年，物理學家(jia)尼古拉·特(te)斯拉欲在紐約長(chang)島興建一座高塔進行跨大西(xi)洋(yang)無線電(dian)廣播和無線電(dian)能傳輸實驗。彼時，他到處拉贊助，最后說服了億(yi)萬(wan)富翁約翰·皮爾龐(pang)特(te)·摩(mo)根為其投資了15萬(wan)美元。
而后，尼古(gu)拉·特斯拉在(zai)開(kai)始(shi)建造(zao)一座名(ming)(ming)為沃登(deng)克(ke)里弗(fu)塔(ta)(ta)（又名(ming)(ming)特斯拉塔(ta)(ta)）的巨大(da)無(wu)線供電(dian)站。鐵塔(ta)(ta)高57米，頂(ding)部有一個(ge)直(zhi)徑為20米的半球型圓頂(ding)。在(zai)鐵塔(ta)(ta)尚未完工之際，就已迫不及待(dai)地開(kai)始(shi)了他的實驗。
然而，尼古拉·特(te)斯拉只成(cheng)功了一(yi)半。不到五年，鐵塔在建造中遇到了財政問題，工(gong)程無法繼續，甚至最終被拆除。
如今(jin)，在(zai)紐約長(chang)島仍留有特(te)斯拉(la)的遺跡，曾(ceng)經的實驗室(shi)后面還(huan)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。而現在的物聯網新風口無源物聯網也離不開空氣傳輸電力。
當下被大眾所熟知(zhi)的特(te)斯拉電動汽車品牌名正是來源于此。
我們對于無源物聯網的需求
正如尼(ni)古拉(la)·特斯(si)拉(la)預(yu)言的(de)那樣，無(wu)線通(tong)信(xin)(xin)可以改(gai)變(bian)世界。即便他(ta)未能(neng)在(zai)這條路(lu)上“走(zou)”很遠，但(dan)是隨(sui)著無(wu)線通(tong)信(xin)(xin)技術的(de)發(fa)展以及現(xian)實迫切的(de)需求(qiu)，今天我們再次尼(ni)古拉(la)·特斯(si)拉(la)這一想法列入(ru)發(fa)展重(zhong)點(dian)，在(zai)空氣傳輸電(dian)力這件事上付諸行動。
前幾年(nian)，全球各大(da)知名研究機構都熱衷于去(qu)預測未來聯網(wang)(wang)終端的(de)數量。IDC專家預測，到(dao)2025年(nian)，全球將(jiang)部署多達416億(yi)個聯網(wang)(wang)設備(bei)。一旦部署，物聯網(wang)(wang)設備(bei)的(de)最大(da)的(de)后勤挑戰之(zhi)一就是如何應對其(qi)有限的(de)電(dian)池壽(shou)命。
如果達到這一預測的(de)體量(liang)，那也意味著為物聯網(wang)革(ge)命(ming)提供動力可能需要相(xiang)應(ying)的(de)416億塊電池來(lai)保持這些物聯網(wang)設備收(shou)集、分析和發送數據。而這也將同步(bu)觸(chu)發出(chu)一個(ge)巨大的(de)挑戰(zhan)。
即便該行業最(zui)終實現了(le)平均(jun)每個終端設備電(dian)池(chi)(chi)擁(yong)有10 年(nian)使用壽命的(de)目標，但全球每天(tian)仍(reng)需要更換海量(liang)的(de)電(dian)池(chi)(chi)。顯然，這不是一個可行的(de)計劃(hua)。
說到這里，或(huo)許(xu)可(ke)以認為，電池在一定是物(wu)聯網基礎設施快速擴展(zhan)規(gui)模和成本效益(yi)的限制因素。
數以(yi)萬億(yi)計的(de)(de)(de)(de)聯網(wang)設(she)備將需(xu)要數以(yi)萬億(yi)計的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)池，從(cong)成本、物流和可持(chi)續(xu)性(xing)的(de)(de)(de)(de)角度來看，這(zhe)簡直太(tai)令人(ren)望而卻(que)步(bu)了，無法證明其好處。出于這(zhe)個原(yuan)因(yin)（以(yi)及我(wo)們在電(dian)(dian)池問題(ti)白皮書中概(gai)述(shu)的(de)(de)(de)(de)其他(ta)原(yuan)因(yin)），萬億(yi)節點物聯網(wang)必須消除(chu)電(dian)(dian)池。真(zhen)正無處不在的(de)(de)(de)(de)聯網(wang)設(she)備需(xu)要通過(guo)內置電(dian)(dian)池以(yi)外(wai)的(de)(de)(de)(de)其他(ta)方式發電(dian)(dian)，從(cong)本質上來說，要實現無需(xu)添加、監控或更換單個電(dian)(dian)池即可在任(ren)何(he)地方增加聯網(wang)設(she)備的(de)(de)(de)(de)部署。
無電池傳感器或能直面這一挑戰
眾所周知(zhi)，由于(yu)海(hai)量的物聯網設備(bei)通(tong)常部署在偏(pian)遠、偏(pian)僻的地區，人(ren)工訪問這(zhe)些(xie)設備(bei)并更換(huan)電池不方便且成本(ben)很高。
為了解決(jue)這一問題，如今有公司提出無電池傳感器。
總(zong)部位于加州(zhou)圣(sheng)克拉拉市(shi)的(de)一家名為Everactive的(de)初創公司正致力(li)于這樣的(de)創新，其(qi)Eversensor包(bao)含多(duo)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)傳感器，并以混合的(de)形式(shi)產生(sheng)電力(li)，包(bao)括室內太陽(yang)能(neng)、振動和(he)熱能(neng)。該公司表示，其(qi)Eversensors可以持續使用(yong)20年而不(bu)需要日(ri)常維護。
Everactive公司(si)可以提供定制的(de)集成(cheng)電路，這(zhe)些集成(cheng)電路在收集到的(de)環境能(neng)量(liang)水平(ping)較低的(de)情況(kuang)下完(wan)全連續運(yun)行，以達到聯網(wang)設備始終在線、自我維持且無(wu)需電池的(de)狀態。
在解決了電源(yuan)問(wen)題之后，人(ren)們面臨著額外的技術挑戰：無線網(wang)絡(luo)。具體來(lai)說，利用Evernet無線協議(yi)實現(xian)在足(zu)夠低的功率預算下運行(xing)以保持(chi)電池不受干擾，還可以同時支持(chi)：
高密度網絡（支持數千臺設備(bei)）
低延遲操作（讀(du)取：實時通(tong)信(xin)）
足夠的數據速率
可(ke)靠的范(fan)圍（距(ju)離(li)和通過障礙物和干擾的穿(chuan)透性）
那么，Evernet 協議解決物聯網的無線網絡問題？
Evernet協議(yi)是一種符合 FCC 標準的(de)(de)專有無線(xian)網絡解決方(fang)案，旨在支持高(gao)密度的(de)(de)無電池設備(bei)(bei)。據悉(xi)，它利(li)用(yong) Everactive公(gong)司始終在線(xian)的(de)(de)超低功耗 (ULP) 接(jie)收(shou)器來顯著降低功耗，同時支持數千(qian)臺設備(bei)(bei)，具有毫秒級延遲和 250 米以上的(de)(de)非視距(ju)范(fan)圍。
Everactive 公(gong)司通過利用始(shi)終在線的(de)(de) ULP 接收器通過其物(wu)聯網(wang)網(wang)關的(de)(de)加密廣播通道(dao)處理(li)所(suo)有網(wang)絡同(tong)步流量來實(shi)現(xian)這(zhe)些突破。時間同(tong)步是所(suo)有無線網(wang)絡中(zhong)的(de)(de)必要功能，這(zhe)通常是任何標準無線協(xie)議（例如(ru)藍牙(ya)、Wi-Fi 和 LoRa）中(zhong)最(zui)耗電的(de)(de)功能。
時間(jian)同步是無(wu)線(xian)設備如何有效地共享(xiang)無(wu)線(xian)頻(pin)譜以及如何跨無(wu)線(xian)鏈路(lu)協調(diao)傳感(gan)和(he)控制功(gong)能。時間(jian)同步越(yue)精(jing)確，網絡的(de)(de)效率就越(yue)高，從而更容易擴展設備密度并支持更高的(de)(de)吞吐(tu)量(liang)。對(dui)于主(zhu)要由事件驅動的(de)(de)傳感(gan)器應用(yong)，這(zhe)意味著在檢測(ce)到事件之前無(wu)線(xian)流(liu)量(liang)很少(shao)，設備的(de)(de)大部分(fen)功(gong)耗都花在了網絡同步上。
由于 Everactive 始終在(zai)線的(de) ULP 接收(shou)器(qi)需要(yao)如此微不足道的(de)功(gong)率(lv)（活動時僅(jin)為(wei) 200 納瓦），因(yin)此 Evernet 解鎖(suo)了更(geng)高的(de)性(xing)能。實(shi)際(ji)上，它“顛倒了網(wang)(wang)絡”，允(yun)許每臺設(she)備(bei)一(yi)直監聽每條(tiao)廣播(bo)的(de)網(wang)(wang)關消(xiao)息——一(yi)直。這(zhe)意味(wei)著網(wang)(wang)絡持續(xu)同步，幾乎沒有功(gong)率(lv)損失。持續(xu)同步意味(wei)著 Evernet 可(ke)以將更(geng)多設(she)備(bei)以更(geng)高的(de)平均(jun)吞吐量(liang)和(he)低延遲通信打(da)包到(dao)任何一(yi)臺設(she)備(bei)。Everactive 從根本上改進了無(wu)線網(wang)(wang)絡管理，所有這(zhe)些都在(zai)收(shou)集的(de)能量(liang)預算之內。
從(cong)上圖(tu)可(ke)以看出(chu)，Everactive公司(si)的(de) ULP 接(jie)收器(qi)與(yu)最先進的(de)已(yi)發表研究結果在有功功率(lv)(lv)和(he)靈敏度(du)（無線范(fan)圍的(de)度(du)量）方面的(de)比較。該圖(tu)突出(chu)顯示了(le)與(yu)同(tong)類(lei)最佳 COTS 接(jie)收器(qi)相比功率(lv)(lv)降低了(le) 1,000 倍。相比之(zhi)下(xia)，藍牙和(he) Zigbee 等現有接(jie)收器(qi)的(de)功率(lv)(lv)范(fan)圍為 5,000-30,000W。
除了網(wang)絡(luo)(luo)同(tong)步之外(wai)(wai)，Everactive公司的(de)(de)永遠(yuan)在(zai)線(xian)(xian) ULP 接收器(qi)可(ke)以解碼基本操作指令(ling)并處理(li)來自(zi)物聯網(wang)網(wang)關甚至其他傳感器(qi)的(de)(de)全(quan)局和/或本地網(wang)絡(luo)(luo)級中斷。這增(zeng)加了 ULP 通(tong)信通(tong)道(dao)，用(yong)于(yu)設備配置或漫(man)游指令(ling)、設備控制消息，甚至通(tong)過三(san)角定(ding)位進行(xing)定(ding)位。對于(yu)常規雙向數(shu)據(ju)流量，片外(wai)(wai) sub-GHz 無線(xian)(xian)電與采用(yong) IEEE 802.15.4 標準的(de)(de)協議(yi)一起使用(yong)。由(you)于(yu)此無線(xian)(xian)電僅用(yong)于(yu)數(shu)據(ju)，而不需要用(yong)于(yu)網(wang)絡(luo)(luo)同(tong)步，因(yin)此無線(xian)(xian)通(tong)信的(de)(de)平(ping)均功(gong)率(lv)大大降低。
Evernet 還利(li)用時(shi)分(fen)多(duo)址(zhi) (TDMA) 和網(wang)關(guan)通(tong)過(guo)始終在(zai)線(xian)的(de) ULP 接收器分(fen)配的(de)時(shi)隙，以及我(wo)們定制的(de)、完全集成的(de)片上系統 (SoC) 提(ti)供的(de)本地定時(shi)參考(kao)。將(jiang)這些功(gong)能(neng)引入 SoC 并使(shi)用 Everactive 專有的(de) ULP 電路(lu)設計專業知識可將(jiang)功(gong)耗降低 1,000 倍，同時(shi)與其他無線(xian)標(biao)準相比提(ti)高網(wang)絡性能(neng)。
無電池6G要來了？
近日，從(cong)公(gong)開渠(qu)道上了(le)解到，Everactive公(gong)司(si)加(jia)入Next G Alliance，后者是北美(mei)制(zhi)定6G的組織，該(gai)(gai)聯盟(meng)成立目的在于推動(dong)北美(mei)6G及未來行動(dong)技術領導地位，該(gai)(gai)聯盟(meng)聚焦于研發、制(zhi)造、標準化(hua)和市場等多個(ge)面向(xiang)，并積(ji)極制(zhi)定6G國家路線圖，確立6G技術核心(xin)優先事項，以影響政(zheng)府政(zheng)策和投資，同時(shi)促進「Next G」技術商(shang)用化(hua)。
這或許意味著6G正(zheng)在將(jiang)無源的特(te)點(dian)等加入(ru)規劃路(lu)線中，無電池6G也將(jiang)隨著未來6G的應用而到來。
此前，IDTechEx發布的(de) “2021-2041 6G通信市場(chang)、設備和材(cai)料”報告預測了6G路(lu)線圖以及一些(xie)挑戰和機(ji)遇。
2021-2041 6G路線圖
報告(gao)指(zhi)出，顯(xian)而易(yi)見，5G服務(wu)遠遠超出了移動(dong)電(dian)話甚至個人電(dian)子(zi)產品的(de)總體需(xu)求(qiu)，6G的(de)情(qing)況將(jiang)更為如(ru)此(ci)。物(wu)與物(wu)的(de)通(tong)信可能比(bi)人類的(de)通(tong)信更為重要。
就通信技術的未來而言，我們不僅僅關注手機的需求。我們還需要關注物聯網設備的需求，以塑造直接連接到網絡的無電池設備的未來。隨著全球思維從制造更多能源轉變為使用更少能源并利用周圍環境的能源，希望將無電池的觀點帶入到未來的物聯網應用中。
資訊來源：物聯傳媒
