无源物联网典型场景白皮书（2023）

中国移动无源物联网典型场景白皮书（2023） 1 中国移动无源物联网典型场景白皮书（2023） 2 无源物联网具备低成本、低功耗、易部署和免维护等优势，通过架构创新、算法创新和能力创新，将解决现有方案性能受限、场景受限和自动化程度低等问题，能够实现标识对象全要素、全流程和全生命周期的可视化、自动化和智能化（即“三全三化”）管理，进而实现万物智联。本白皮书聚焦无源物联网典型应用场景，根据标识对象全生命周期的特点和能力要求对场景进行分类，并详细阐述每个场景的业务痛点和无源物联网在该场景的适用性及价值，为推动无源物联网技术方案研究及产业发展提供参考。 本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 目录 1.无源物联网概述1 1.1发展现状及趋势1 1.2应用场景分类3 2.无源物联网典型场景4 2.1区域盘点“一码定识”4 2.1.1大型仓储管理4 2.1.2办公资产管理6 2.1.3行业设备监测7 2.1.4家庭物品管理8 2.1.5小结10 2.2广域追踪“一码追寻”10 2.2.1人员物品追踪10 2.2.2交通车辆监管11 2.2.3流动资产监管12 2.2.4小结13 2.3全域管理“一码到底”13 2.3.1生产流程管理13 2.3.2快递物流管理15 2.3.3冷链物品管理16 2.3.4商品供应链管理17 2.3.5小结18 3.总结与展望19 缩略语列表20 参考文献21 参编单位及人员22 1.无源物联网概述 1.1发展现状及趋势 产业数字化蓬勃发展，行业对各类对象的全要素、全流程和全生命周期管理需求日益迫切。现有技术在终端连接数量、感知规模和应用成本等方面面临挑战，产业呼唤物联网新技术和新产品。无源物联是通过采集环境能量，将周围可利用的无线电波能量、热能、振动能和机械能等转化为可驱动自身电路的电能，同时利用以反向散射为代表的通信模式，实现向目标节点传递信息的低功耗通信技术。其最显著的特征是不依赖传统电池供电，能够很好地解决功耗瓶颈问题，是下一代物联网发展的关键技术。根据产业现状、市场需求及技术演进趋势，无源物联技术发展可划分为无源1.0、无源2.0和无源3.0三个阶段（如图1）。 图1.无源物联技术发展三阶段 无源1.0采用单点式架构，以超高频RFID为代表，包含无源标签、读写器及管理平台三部分。其工作原理是读写器发射射频激励信号以激活无源标签，标签利用反向散射技术将自身信息调制到该射频信号上，读写器接收标签反向散射的信号并进行解调，并将采集到的信息上传到后端管理平台，实现信息的读取与传输。由于读写器端存在较为严重的信号自干扰和读写器间干扰，导致读写器和标签之间的通信距离受限。目前产业重点针对读写器及标签性能进行优化，提升点对点识别和近距离通信能力。 无源2.0采用组网式架构，将RFID读写器从单点式的收发一体分为激励器和接收器两个设备。在应用中，管理平台负责启动业务流程、统一调度接收器以及数据的分析展示，接收器负责下发指令信号并对激励器进行管理控制，激励器负责向无源标签转发指令信号并为其供能以激活标签，被激活的标签向外界反向散射[1]传输自身数据，并由接收器接收数据并上报，以完成信息读取。无源2.0通过收发功能分离实现了前向链路与反向链路的解耦，有效降低了读写一体机的自干扰问题，从而提升了接收器对无源标签反向散射信号的接收灵敏度，扩展了系统覆盖范围[2]，同时支持组网部署，优化系统效率，可实现几十米到百余米的区域级覆盖。 无源3.0采用全新的蜂窝式架构和协议，将利用基站或终端设备实现对标签的激励和信息采集，借助蜂窝网络上下行干扰抑制、自适应编码调制方式、灵活资源调度、多天线多节点联合传输和移动性管理等优势，实现中远距离传输和规模化覆盖，提供“全程全网”的连接能力。3GPP目前已经开展无源物联网的标准化研究，根据3GPP相关标准定义，无源物联网支持A类、B类和C类三种类型的标签。标签技术特性如表1所示，系统可根据不同的业务需求，灵活选择标签类型，进一步提升了无源物联网在不同场景的适用性。同时，无源物联中支持其他网络架构或协议的标签也可参照上述能力特点进行分类。 表1.三类无源物联网标签的特性 无源1.0能够支持局域范围内的点对点识别，在鞋服快消品零售、小型仓储物资盘点等场景已经形成了长期应用，但受限于下行链路预算，其覆盖距离不足10米（链路余量约59dB），多用于小范围近距离盘点，难以满足大规模资产管 理、定位追踪、出入库等全流程业务自动化需求。无源2.0的标签反向识别距离 可超过100米，具有良好的识别准确率，并且基于组网覆盖，在盘点、出入库业务能力基础上进一步拓展天线级、库位级和米级低成本定位能力，已经实现了落地应用，在大型仓储、资产管理等场景中的单/多道口区域部署，可实现货物的 自动化、大规模和高效盘点，正在持续发挥巨大价值。同时，无源2.0无需对标签进行改动，可复用现有产业能力和资源，能够支持与单点式的无缝对接及业务快速升级。 未来，无源物联网可以充分利用蜂窝网络基础设施和授权频谱，一是在通信距离、可靠性和安全性等通信性能上将有大幅提升，支持长距离传输、轻量级身份鉴权和多传感融合等重要能力；二是支持跨域标签管理，能够实现端到端全业务流程的打通，消除信息孤岛，实现全程全网全生命周期的综合管理；三是复用蜂窝基站站址，降低读写设备成本及业务部署的难度，利用蜂窝网络实现“一网多能”。基于上述能力优势，无源物联网将实现对各类对象的“三全三化”管理，即全要素、全流程和全生命周期的可视化、自动化和智能化，实现万物“可感、可连”，全流程“可管、可控”，全生命周期数据贯通，进而打造万物互联数字化基座，有效满足产业数字化新需求，将助力物联网连接规模实现千亿级乃至万亿级突破，打造万物互联新业态，促进行业提质、降本、增效、绿色化和安全化，赋能企业生产、人民生活和社会可持续发展。 1.2应用场景分类 随着物联网技术在各行各业的深入应用，面对更加灵活多变的应用场景，无源物联网凭借其较低的部署及维护成本、无需传统电池供能等优势，正成为实现“千亿级乃至万亿级物联”愿景的关键使能技术。如图2所示，根据标签在其全生命周期所涉及的业务环节和应用特点，可将无源物联网的典型场景分为区域盘点、广域追踪和全域管理三类。 图2.无源物联网应用场景分类及典型场景示例 区域盘点类，其应用环境以局域为主，应用需求以对相对固定区域内的标识对象进行盘点为主。区域盘点类重点面向仓储管理、资产管理、设备监测、智慧家庭、商超零售等场景，对仓库、园区和家庭等区域的物品进行自动化盘点及管理，降低人工盘点成本和出错风险，提升盘存效率及安全性，实现“一码定识”。 广域追踪类，其应用环境以广域为主，标识对象的移动可能具备不规律性，应用需求以对标识对象进行定位和追踪为主。广域追踪类重点面向人员物品追踪、交通车辆监管、城市可流动资产管理等场景，通过快速监控、定位和跟踪重要的人和物，有效地防止人员或动物走失和物品丢失，帮助个人用户和城市管理单位更好地保护人员和资产，提高综合管理及运营效率，减少损失和风险，实现“一码追寻”。 全域管理类，其应用环境兼具局域和广域，涉及多个业务主体、应用环节和管理流程，应用需求以端到端全流程管理和信息溯源为主。全域管理类重点面向工业、物流、冷链、建造、供应链管理等领域，对标识对象进行全生命周期的端到端监管。以生产流程管理为例，从物料入厂开始，对物料仓储、生产制造和成品物流等环节进行监管及追溯，实现产品全流程的数字化、透明化和智能化，实现“一码到底”。 2.无源物联网典型场景 2.1区域盘点“一码定识” 2.1.1大型仓储管理 近年来，随着电子商务、跨境贸易、冷链和医药等领域的快速发展以及制造业和零售业等传统行业的转型升级，大型仓储的需求持续增长。面向大型仓储信息化、自动化和智能化的发展趋势，无源物联网支持仓库内外连续覆盖、物品精准定位、信息智能识别等，可实现对大型仓储物资的高效盘点和管理。 当前，大型仓储主要通过二维码、机器视觉、RFID等技术结合人工操作实现对货物的出入库和盘存等日常管理，普遍存在自动化程度低、盘存不及时、数据上传不及时、数据不准确和找物效率低等问题，不但消耗了大量的人力物力， 也极大影响了仓储管理效率。此外，大型电商和医药等高端客户也需要及时掌握仓库货物的供应流转情况，传统管理方式难以满足需求。 无源物联网能够扩展系统覆盖范围，在库房内的货物上或包装容器上（例如：纸箱、木箱或塑料托盘等等）部署A类或B类标签，标签与货物信息进行绑定，并通过在库房卡口、房顶、平库和立库等关键区域布设激励和接收设备（如图3），可实现对目标货物的快速盘点、出入库管理和定位查找等应用。当货物进出卡口时，标签被自动读取，实现出入货物的自动识别。同时，读取的货物信息将上报至管理平台，平台对接客户的仓库管理系统，从而实现货物出入库状态的自动更新及出入库手续的自动办理。当货物上架时，通过部署在叉车上的读写器可对车上货物进行识别并与库位信息进行匹配，从而实现货物精准入位和信息及时更新。当货物被盘点时，通过在库位部署的基站设备可对标签实现分钟级准实时盘点，盘点效率较人工大幅提升。当货物被查找时，无源物联网支持天线级和库位级精度的库内找物，结合智能算法可实现低成本米级定位。 图3.无源物联网在大型仓库部署示意图 中国智能仓储市场规模大，且中长期市场存量和增量仍有增长空间。无源物联网可以利用在仓库现场部署设备，并结合管理平台进行远程自动盘点和米级定位，一方面能够提高仓库管理的便捷性，进一步节约人力成本，另一方面能够提升库内货物信息的准确性，解决仓储管理中存在的账实不符等问题，较好地满足大型仓储的综合管理需求。 2.1.2办公资产管理 办公资产包括办公用品、通讯设备和专用设备等等，企业园区办公资产一般具有种类多、数量大、流动频繁和使用频率高等特点，亟需采用高效、精准和便捷的方式满足企业对资产的审批、检查、盘点和追踪等综合管理要求。无源物联网通过办公区域、库房和室外园区的连续覆盖，实现区域内资产全要素信息的自动化采集。 当前园区资产的日常管理主要通过电子表格、二维码、机器视觉等结合人工盘点的方式实现，但仍存在一定问题。一是人工盘点时间长、效率低并且易出错，资产管理的实时性差且无法实现按需盘点，出现问题易推诿扯皮。二是部分资产具有借用频率高和位置移动频繁等特点，当前的管理方式难以及时发现资产的变化，也难以实现资产的快速找回。三是不同类别的办公资产差异性较大，现有方式难以针对资产的特点进行全要素信息采集，无法实现精细化管理。四是现有方法受环境影响较大，在夜间等光线较暗的环境下难以发挥作用。 基于无源物联网，在电脑、打印机、文件柜和办公桌椅等资产上部署A类或B类标签，为办公资产赋予唯一的“身份证”（如图4），并在企业园区内的办公室、库房或园区出入口等关键区域布设蜂窝无源基站，管理平台与企业内部的信息系统打通，可有效实现园区内办公资产从采购、分发、使用、日常清点到报废整个生命周期的精细化信息采集（例如：颜色、功能、用途、采购时间、使用周期和使用人等等）和自动化综合管理。无源物联网不但能够大幅降低区域内资产盘点的时间，解决“每年盘一次，一次盘一年”的管理难题，还能结合定位技术实现天线级精度的定位，便于资产丢失后快速找回，进一步解决企业日常管理中存在的资产数量不清、权属不明和账实不符等问题，特别是处于园区的室外环境时，基于蜂窝基站的连续覆盖，依然能够实现资产的快速定位。除资产盘点外，无源物联网结合电子围栏技术也能够实现园区内人员的管理，例如人员出入自动打卡等。 图4.无源物联网在园区办公资产管理场景部署示意图 园区办公资产数量多且管理难，无源物联网具备快速盘点、区域定位和支持室内外连续覆盖等优势，能够进一步满足企业对园区办公资产管理精细化、自动化和智能化的要求，具有极大的市场发展潜力。 2.1.3行业设备监测 工业和能源等行业是经济社会