2024年5G-A无源物联应用场景与市场研究报告

课题编号：2023-01-C-006 5G-A无源物联应用场景与市场研究5G-APassiveIoTApplicationScenariosandMarketResearch 2024年05月 研究报告要点 本研究报告主要探讨了5G-A（5GAdvanced）无源物联网（IoT）的技术特性、应用场景和市场前景。首先，提出了无源物联各类关键技术的发展背景及标准化进展；其次，针对现有无源物联技术特性及能力进行了分析，并从终端设备类型、连接拓扑、部署场景、技术指标和能力愿景等角度对5G-A无源物联技术进行了分析；在此基础上，重点提出了5G-A无源物联的应用领域，并分析了重点应用场景及其市场前景；最后，对5G-A无源物联网技术及应用的未来发展进行了展望。 研究单位：中国信息通信研究院、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、紫光展锐（上海）科技有限公司、芯昇科技有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国电信股份有限公司 研究人员：王琦、许海平、杜加懂、夏仕达、李汉涛、唐小利、戴博、汪竞飞、赵思聪、魏伟、陈丹、邱学、何诗文、伏星、贾宇鑫、施健、边峦剑、赵孝武、张伟强、包宸曦、吕涛、李源、张雨露、雷智宇、乔文平 完成日期：2024年5月 目录 1无源物联发展背景及趋势1 1.1无源物联技术发展背景1 1.2无源物联技术标准化进展2 25G-A无源物联技术特性解析与优势4 2.1现有无源物联技术特性及能力4 2.25G-A无源物联技术特性及能力6 35G-A无源物联应用领域及市场前景分析15 3.15G-A无源物联应用领域分析15 3.25G-A无源物联重点场景及场景前景分析17 4展望21 5G-A无源物联应用场景与市场研究 1无源物联发展背景及趋势 1.1无源物联技术发展背景 物联网本着万物皆可入网的思想，以实现万物互联作为最终目标，已帮助数以亿计的设备实现互联互通。然而，随着市场规模的蓬勃增长，设备的供能、续航等问题正在成为物联网发展的新挑战，如何实现低功耗、低成本、长生命周期的网络已成为物联网下一阶段亟待突破的关键。 无源物联网是利用环境能量采集技术，将周围可利用的信号与能量转化为可驱动自身电路的电能，同时利用以反向散射为核心的通信模式，实现向目标节点传递信息的技术。其最显著的特征是完全不依赖传统电池供电，能够很好地解决低功耗物联网发展过程中的瓶颈问题。近年来，以RFID为代表的无源物联技术被广泛应用在资产管理等领域，是现代工业生产环节信息互通的关键，是产业数智化升级转型的基础。 随着5G大规模商用，全球业界开启了5G下一阶段演进技术研究和探索。2021年4月，国际标准化组织3GPP正式确定5G-Advanced（5G-A）为5G下一阶段演进官方名称，从Rel-18开始，这标志着全球5G发展进入新阶段。面向2024年及以后，一方面，5G-A持续增强已有的能力，支撑传统5G业务大规模应用；更重要的一方面，5G-A将增加新的能力，支撑新场景新业务的应用。 千亿智慧联接是5G-A三大愿景之一，无源物联作为5G-A的重要物联技术之一，将蜂窝技术和无源标签技术相结合，使得物联网终端价格更低，相比于RFID标签覆盖距离更远，从而可以支撑数百亿的物联新场景。5G-A无源物联将推动构建数字、智慧、绿色低碳社会的基础设施，深化实践“5G改变社会”的目标。 自2021年10月国内启动5G-A无源物联的外场技术验证。2022年9月成立“无源物联网技术联合创新中心”，发布《面向万物互联的无源物联网技术白皮书》。2023年在青岛海尔工厂构建全球首个5G-A产业数字化样板，并在行业商用场景进行5G-A无源物联技术端到端验证。随着技术的进一步成熟，应用场景 1 更加清晰，预计2024年下半年5G-A无源物联技术将启动小规模的商用，未来五年将形成数百亿连接的新产业。 1.2无源物联技术标准化进展 国外针对无源物联RFID技术的标准制订在本世纪初已基本成型，主要包括 EPCglobal、ISO/IEC、UID、AIMGlobal和IP-X五大标准。 EPCglobal是一个中立的、非营利性的RFID标准化组织，由国际物品编码协会GS1（GlobalStandard1）发起成立。EPCglobal在全球拥有上百家成员，包括沃尔玛集团、强生、宝洁、英国Tesco等100多家欧美零售、制造和物流企业，同时，该组织由IBM、微软、飞利浦、Auto-IDLab、Alien等公司提供技术研发支持。ISO/IEC标准中关于860-960MHz频段的标准协议直接沿用了EPCglobalGen2UHF标准。 ISO/IEC标准是ISO（InternationalOrganizationforStandardization，国际化标准组织）和IEC（InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工委员会）联合发布的RFID标准协议。与其他组织相比，ISO/IEC具有天然的标准化公信力，与EPCglobal专注于860-960MHz频段的研究不同，ISO/IEC在多个频段都发布了RFID标准，主要包括ISO/IEC18000（空中接口参数）、ISO/IEC10536（密耦合、非接触集成电路卡）、ISO/IEC15693（疏耦合、非接触集成电路卡）、ISO/IEC18000（近耦合、非接触集成电路卡）等。 UID（UbiquitousIDCenter，泛在识别中心）于2002年12月成立，是T-EngineForum论坛下设的RFID研究机构。UID主要成员来自日本，包括索尼、日立、东芝、NEC、三菱、夏普、富士通、NTTDOCOMO、KDDI、理光、日电等，也有少数其他国家厂商，例如微软、三星、LG、SKT等。 AIM由AIDC（AutomaticIdentificationandDataCollection）组织于1999年发起成立，AIM在全球有十多个国家和地区分支，会员数量超过1000个。 IP-X组织成员以非洲、大洋洲、亚洲的国家为主，主要在南非等国家推 行。 国内在无源设备的物联技术标准体系的制订起步较晚，但随着RFID在全球快速普及，我国政府及相关企业也积极参与RFID国际标准的制订工作，并形成了我国的RFID标准体系。 2006年，国家科技部、国家发改委、商务部、信息产业部等15部委联合发布《中国射频识别（RFID）技术政策白皮书》，加快了我国射频识别标准体系的建立，RFID整体发展速度加快。 2011年，中国人民解放军总装备部批准发发布了RFID系列国军标标准。该标准是在国内RFID应用日益广泛、RFID技术日趋成熟的背景下制定的，是中国首个自定义RFID标准。 2012年开始，全国信息技术标准化技术委员会、工业和信息化部电子工业标准化研究院牵头制定了2.4G和800/900M频段上的RFID系列国家标准。 2016年，工信部发布《信息通信行业发展规划物联网分册（2016-2020年）》，重点支持RFID技术研究，推进RFID标签在物联网感知设备中的布局。RFID行业逐渐走向标准化建设阶段。 近年来，业界也在寻找基于其他通信网络的无源物联技术解决方案，用于长使用寿命、低成本、免维护的设备，例如，基于WiFi、蓝牙或LoRa的无源物联技术。IEEE802.11工作组于2022年展开了AmbientPowerenabledIoT（AMPIoT）的标准技术研究，目的是解决在802.11网络中无源物联设备的通信问题。AMP TIG（TopInterestGroup）于2022年7月七月启动，于2023年3月结束，AMPSG （StudyGroup）已于2023年5月开始讨论。 由于无源物联网技术在垂直行业以及面向个人消费者领域的巨大应用潜力，基于蜂窝通信的无源物联网技术逐步成为业界关注的焦点。 在国内，2021年4月的TC10WG2第37次会议上，中国移动牵头立项研究课题《基于蜂窝通信的无源物联网应用需求研究》，启动蜂窝通信网络支持无源设备相关技术需求研究。2021年12月的TC10WG2第39次会议上，通过了该研究课题的征求意见稿。《基于蜂窝通信的无源物联 3 网应用需求研究》已经完成报批稿公示。《基于蜂窝通信技术的无源物联服务第1部分：应用场景及需求》完成标准草案征求意见稿，处于审核中，《基于蜂窝通信技术的无源物联服务第2部分：总体技术要求》也已经开始讨论。 在国际，基于蜂窝通信的无源物联网技术也得到了通信标准化组织3GPP的关注，中国移动、OPPO、华为、中兴、展锐、vivo等国内公司积极推动3GPP标准制定，基于环境能量的物联网技术（AmbientIoT）的研究项目在3GPPSA1立项，于2022年5月开始第一次SA1会议讨论，主要研究AmbientIoT的应用场景和关键性能需求，相关的研究报告TR22.840已接近完成。 随后，3GPPRAN于2022年下半年开始AmbientIoTstudyitem的讨论，SI的目标是提供比现有低功耗广域物联网技术（LPWA，例如NB-IoT和eMTC）更低的成本、复杂性和功耗的终端，尽量与LPWA对应不同的应用场景，尽量避免与LPWA产品市场重叠。同时，该物联网分支技术也期望能支持比现有非3GPP的无源物联网技术更大的覆盖范围、更大的连接数量、更高的传输可靠性等。3GPPRANAmbientIoTRANSI主要在网络部署场景、连接拓扑结构、终端设备类型、技术能力设计目标展开研究和讨论，并制定了相关的研究报告TR38.848。3GPPRANAmbientIoTSI于2023年9月完工，RANWG的研究工作将于2024年正式启动。 25G-A无源物联技术特性解析与优势 2.1现有无源物联技术特性及能力 目前已有的无源物联技术包括基于RFID的无源物联网，基于蓝牙的无源物联网，基于WiFi的无源物联网，以及基于LoRa的无源物联网等多种技术。目前在各种技术中，基于RFID的无源物联网是应用最为广泛的技术。 RFID技术（RadioFrequencyIdentification）即无线射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID 整套系统由标签、天线、读写器和软件组成。 RFID系统的工作原理是：读写器通过发射天线发送射频信号，电子标签在有效工作区域内，凭借感应电流获取的能量，通过内置天线将电子标签编码信息发射出去，读写器接收天线接收信号并完成解码后，传送到后台主机系统，主机系统根据标签身份做出相应处理和控制，控制读写器完成读写操作。 按照频率划分，RFID分为低频、高频、超高频、微波四个类别，如表1所示。 表1不同频率RFID技术与应用对比 低频 高频 超高频 微波 频率范围(MHz) 125KHz, 133KHz 13.56MHZ 860-928MHz 2.45GHz-5.8GHz 距离 小于等于60厘 米 小于等于1米 2-20米 近场：1-2米 远场：50-100米 特性 穿透力较强，抗干扰能力强 数据传输速率快、安全性高 读写速度快、数量识别能力强 数据传输速率非常高、实时性强 主要应用 动物识别、容器 识别和工具识别等 门禁系统、支付系统等 物流跟踪、库存管理、生产线自动化等 高速公路自动收费系统、移动支付等 从应用来看，低频、高频及微波均有自己的应用领域，但超高频从通信距离、读取数方面具备较大的优势，更符合快速发展的产业物联网应用趋势。目前“无源物联网”技术的发展，正是以超高频RFID作为标准依托。 超高频RFID的应用需求，可以分为规模化和定制化两类。 规模化主要是指在一些特定的行业，应用规模较大，场景相对标准，同一行业的不同用户需求较为接近，应用具备较强的复制性。同时在这类型的应用中，标签是消耗品，标签的用量大且价格极其敏感。这类型最典型的就是“