极低功耗物联网终端形态及应用场景梳理

从应用场景来看，极低功耗物联网可以广泛地应用在工业制造、智慧交通、仓储物流、智能家居等方面。

在 6G“万物智联，数字孪生”的总体愿景下[10]，物联网的发展前景广阔，物联网终端的连接需求强劲。比如，市场分析机构 IoT Analytics 指出[11]，到2025 年的物联网终端需求将超过 270 亿。虽然 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）和 RedCap 等标准已经可以实现物联网的部分需求，但依然面临一些挑战，特别是这类终端在大规模部署时的成本依然较高，且终端运行需要电池支撑，无法免维护长时间运行，限制了物联网的应用场景。因此，针对这些问题，需要发展极低功耗物联网技术，降低物联网终端的成本，追求无源化部署和弱维护运营，同时，继承蜂窝网络在广域覆盖、可管可控、可信安全等方面的优势。具体而言，极低功耗物联网终端可能有几种形态：

 纯无源终端：自身无任何有源器件，无法自主生成载波信号。在发送信号时，终端通过调整天线的阻抗，改变网络侧提供的激励信号的幅度和/或相位，从而完成信号的发送，这样的信号发送方式被称为反向散射通信。纯无源终端的工作功耗可以维持在 uW 量级。

半无源终端：具备电容等储能单元，但储能的能力比电池要小，无法自主生成载波信号，需要通过反向散射通信完成信号的发送。与纯无源终端不同的是，半无源终端可以通过储存的能量对反向散射信号进行放大。半无源终端的工作功耗可以维持在几十到百 uW 量级。

有源低功耗终端：具有较大的储能单元，可以采集并储存环境中的能量，比如射频信号、太阳能、光能、热能等。这类终端具备载波生成能力，能力接近传统的物联网终端，但复杂度需要远低于 NB-IoT 设备。有源低功耗终端的工作功耗可以维持在 mW 量级。

从应用场景来看，极低功耗物联网可以广泛地应用在工业制造、智慧交通、仓储物流、智能家居等方面，承担控制信息下发、数据采集、定位等业务。

 工业制造：工业 4.0 的愿景是打造一个数据驱动、智能协作的自动化规划、生产和维护平台，一方面需要引入极低功耗物联终端用于管理生产线上的材料堆放、运输和消耗情况，另一方面也需要部署大量的具备传感功能的极低功耗物联终端用于感知生产环境的信息，用于及时调整生产、加工的各个步骤。此外，还需要给各类生产加工设备嵌入极低功耗物联终端，用于及时获取各类加工制造环节的控制指令。

 智慧交通：智慧交通是构建智慧城市的一个核心诉求，需要通过在道路部署具备流量、压力等传感功能的极低功耗物联终端，辅助云端的城市大脑及时获取道路、车辆和行人的动态信息，从而进行最优的道路规划、堵乱点预警和消除等决策，提升交通效率，规避潜在风险。

 仓储物流/资产管理：仓储物流和资产管理类的应用都要求对货物或资产实现准确的识别和追踪，而仓储物流更是需要考虑货物流转过程中的高动态性。对于低价值的货物，可能以托盘、集装箱为单位安装极低功耗物联终端进行管理，而对于较高价值的货物，则可能会为每个货物都安装极低功耗物联终端。得益于极低功耗物联终端的低成本优势，部署门槛有望进一步降低，为较低价值的货物也单独安装终端，从而进一步提升管理粒度。因此，考虑到货物堆叠放置的情况，终端的部署密度可能会非常可观。

智能家居：智能家居的本质是为用户提供人性化、健康和便捷的生活模式，提升用户的生活质量，这就首先需要通过部署极低功耗物联终端连接大量的环境传感器和家庭电器，从而能够根据环境信息及时控制相关电器，达到自动化控温控湿、预警瓦斯泄露、检测入侵并自动报警等目的。此外，个人物品查找也是智能家居的一个重要应用，大量的小体积高价值物品容易随意放置且难以及时查找，比如钥匙、身份证等。通过为这些物品安装极低功耗物联终端，可以及时定位获取这些物品的位置，方便人们快捷寻找丢失的物品。

总体来说，相较于现有的蜂窝物联技术，比如 NB-IoT、eMTC（enhanced Machine-TypeCommunication，增强型机器类型通信）等，极低功耗物联技术具有更低功耗、更低成本、更低速率的特征，而正是这些特征极大地拓宽了应用场景和应用侧的部署动力，使得网络需要支撑更多的连接密度和连接数量。