5G-A无源物联网典型场景技术解决方案白皮书

3. 4. 6. 7. 1 5G-A无源物联网典型场景 技术解决方案白皮书 中国移动通信集团有限公司 2024年6月 中国移动5G-A无源物联网典型场景技术解决方案白皮书（2024） 新质生产力以全要素生产率大幅提升为核心标志，5G-A无源物联网通过颠覆式技术创新激发新质生产力强大动能：通过架构革新、算法创新、方案创新，实现无源物联网络化部署、高效组网协同、海量并发接入；并通过跨域创新实现低成本融合定位、复合环境能量采集及多元感知。5G-A无源物联网可低成本、高效率连接各类生产要素，将实物资产转变成数据资产，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，通过数据分析及数据运营，扩展要素类型、提升要素质量、改进要素组合、优化生产流程、提升全要素生产率。本白皮书聚焦无源物联网典型场景和解决方案，为推动无源物联网技术方案创新和产业发展提供参考。 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.无源物联网简介1 1.1发展背景1 1.25G-A无源物联网技术原理1 1.35G-A无源物联网服务能力及价值3 1.4中国移动5G-A无源物联网发展规划5 2.5G-A无源物联网典型场景技术解决方案6 2.1通用方案6 2.1.1整体架构6 2.1.2网络方案7 2.1.3标签方案8 2.2典型场景分析及技术解决方案9 2.2.1仓储场景解决方案9 2.2.2哑资源管理解决方案13 2.2.3社会治理解决方案16 2.2.4医疗场景解决方案20 2.2.5物流场景解决方案21 2.2.6产线场景解决方案23 3.总结与展望27 缩略语列表28 参考文献29 参编单位及人员30 1.无源物联网简介 1.1发展背景 在全球产业升级和数字化转型的大潮中，物联网（InternetofThings,IoT）作为核心技术之一，近年来持续快速发展，从简单的设备互联到复杂的智能化系统，物联网已经渗透到工业自动化、智能交通、医疗健康、智能家居等众多领域[1]。随着产业数字化的深入推进，行业对人员、资产、物料、产品等全生产要素、全生命周期的智能化、自动化、可视化的管理需求日益迫切[2]，全行业万亿量级哑终端的信息化改造难、维护成本高，要素数字化成本高。 应对行业海量要素数字化的需求，2021年，中国移动率先提出“无源物联网”理念，实现无源物联从传统的“单点读取”向“网络覆盖”的跨越式发展，并将无源物联分为单点式无源物联1.0、组网式无源物联网2.0、蜂窝式无源物联网3.0三个阶段[3]，其中组网式和蜂窝式无源物联网统称为5G-A无源物联网。 与传统物联网相比，无源物联网的核心特点在于端侧“无源”，终端无需外置电源或定期更换电池，而是通过能量采集技术从周围环境中获取微量能量（如射频能、光能等），并进行数据传输和交互，具备极低成本、极低功耗、易部署、免维护等优势，可为海量哑终端提供快速联网能力，打造万物互联数字化基座。 超高频RFID技术作为最典型的单点式无源物联1.0技术，近年来被广泛应用于零售、物流、医疗、交通、安全等多个领域[4]。但受限于识别距离、识别精度、业务支持能力等，难以满足大面积下的海量物品和资产的自动化管理需求[5]。5G-A无源物联网通过架构创新、算法创新、能力创新，解决传统RFID性能受限、场景受限、自动化程度低等问题。通过连续组网、无缝覆盖，实现“局域+广域”全要素、全流程、全生命周期可视化、自动化、智能化管理，可广泛应用于各行各业资产管理、人员管理、仓储管理、产线管理、以及环境监测等场景。 1.25G-A无源物联网技术原理 5G-A无源物联网包括组网式和蜂窝式两种类型，面向室内外不同场景需求 相互补充和协同，共同实现无源物联网技术的场景扩展与应用深化。系统组成方面，主要包括无源物联网终端、网络设备、管理平台三个部分。 无源物联终端当前以电子标签形态为主，主要由芯片和天线组成，自身无电池，需要边收集能量边工作。系统工作时，无源物联网设备或基站持续发送射频信号给终端，终端将射频能量转化为直流电能供给数字芯片工作。无源物联网终端激活后，通过反射无线信号，向无源物联网设备反馈ID信息和传感信息。为实现更远距离传输以及更强感知能力，无源物联终端可以引入其他环境能量采集能力（如II-A类蜂窝无源物联网终端可支持光伏采能），并集成更多传感能力，扩展应用场景。 图1.1无源物联网络设备和终端之间的通信过程 5G-A无源物联网设备形态包括局域组网式和广域蜂窝式两类，利用多层网络架构，既可满足局部高密度的精准覆盖，又能实现广域范围内的无缝连接。其中，组网式无源物联网通过在一定区域内部署多个设备节点，在该区域内设备之间实现互联与信息交换，通过网络覆盖实现对无源物联网终端的数据采集与处理。组网式的优点在于部署灵活、独立，可根据需求进行局域网络的规划设计和运维。蜂窝式无源物联网，通过广域覆盖的蜂窝网络基础设施，实现全程全域的无源物联网终端的连接与管理。 5G-A组网式无源物联网包括中心节点与分布式节点设备，设备之间可进行一对一、一对多、多对多的组网协同工作。业务平台下发需求给无源物联网管理平台，无源物联网管理平台将动态调度对应的中心节点下发盘点指令给分布式节点，分布式节点转发来自中心节点的指令信号给无源物联网终端，并向无源物联 网终端供能。中心节点负责接收和解调来自无源物联网终端的信号，并汇总给管理平台。组网式无源物联网，可兼容符合ISO18000-6C标准的超高频RFID标签，支持企业平滑升级网络覆盖及管理手段，有效降低行业升级成本。 图1.25G-A组网式无源物联网架构 5G-A蜂窝无源物联网利用基站或中继设备，实现对蜂窝无源物联网终端的激励和信息采集，通过全域覆盖、移动性管理等，实现中远距离传输和规模化覆盖。 图1.35G-A蜂窝式无源物联网架构 1.35G-A无源物联网服务能力及价值 5G-A无源物联网通过架构创新、算法创新、能力创新，叠加极简协议栈、轻量化核心网等技术创新，实现大规模覆盖、灵活组网、海量接入、低成本定位、融合感知等，通过“一网多能、一标多用”，构建全场景、全流程、全生命周期服务能力。 一是基于组网覆盖，实现随时、随地、按需自动化作业。5G-A无源物联网架构灵活，网络节点可按需拓展，可以实现大空间连续组网覆盖，构建无处不在的感知、识别、连接能力，与企业业务系统集成后，支撑随时、随地、按需的远程、自动化业务执行。 二是基于实时连接，拓展实时、低成本、米级定位能力。由于无源物联网终端主要依赖无线网络电磁波供能，无源物联网连续组网覆盖能力的飞跃提升，进一步拓展了无源物联网终端实时连接能力。依托多天线、信道模型及融合定位算法等，实现极低成本的米级定位。 三是基于多样信道参数和算智融合，构建泛在感知能力。基于5G-A无源物联网无线通信能力，可以构建无线信道与时间、空间的变化关系，精确计算无线信号的频谱特征，从而构建面向各类场景的CSI感知模型，实现非接触式的实时感知，包括人员、物品、环境状态，变化，动作等。 四是基于“一网多能、一标多用”，支撑业务灵活拓展。5G-A无源物联网基于网络基础设施底座+业务平台能力，可以实现从原材料出库到加工、生产、组装、运输、仓储、销售、回收、再利用到报废的资产全生命周期管理能力。在业务发生变化时，可快速在业务平台配置业务信息，业务越多，无源物联网对企业生产运营价值越大，边际成本越低。 五是基于AI+海量数据，构建面向业务的价值运营服务。5G-A无源物联网支持全天候、自动化数据获取。通过AI+海量数据，可以充分挖掘数据价值，支撑企业生产运营优化、决策优化，提升生产运营收益，降低潜在风险。 5G-A无源物联网终端相较现有蜂窝网络低功耗通信终端成本降低十倍甚至百倍以上，且具备近零功耗、易部署、免维护优势，通过丰富的终端形态，实现人员、资产、物料、生产及运输工具、环境、能源等生产要素数字化，将实物资产转变成数据资产。 生产要素的全量数字化，进一步支撑企业拓展要素类型、提高要素质量、改 进要素组合、优化生产流程，实现企业对生产要素的合理投入，促进全要素生产率提升，构建基于数据循环的核心竞争力。 同时，数据作为数字经济时代驱动数字化投入的核心要素，对企业创新发展与提质增效具有变革性影响。数据资源化通过采集、计算和分析数据，提升了企业的运营效率，辅助企业生产实现提质降本增效。 1.4中国移动5G-A无源物联网发展规划 为满足行业数字化转型对低成本、高效的全生产要素数字化感知、实时连接、自动化管理等需求，基于3GPP标准节奏，同步推进组网式和蜂窝式无源物联网技术方案，采取“三步走”战略，分阶段推动产业链成熟，逐步满足局域、广域物联网场景业务需求。 图1.45G-A无源物联网发展规划 近期：打造组网式样板方案，推动蜂窝式技术验证。打造仓储、物流、工业、能源、医疗、民生等组网式无源物联网的样板方案；基于3GPP标准化节奏，联合产业推动新架构、新空口、新标签等技术标准制定，开展蜂窝式无源物联网仓储管理等重点室内场景的技术验证。 中期：完成组网式方案商用部署，开展蜂窝式典型场景试点。以重点场景样板方案为基石，持续拓展零售、安防、市政管理等领域应用落地，推进组网式方案商用部署；推动蜂窝无源物联网标签、设备、平台产业链成熟，联合产业构建无源物联网产业集群，开展面向广域物流监测、园区级车辆及资产管理等更广泛场景的蜂窝式方案技术试点验证。 远期：持续完善多场景解决方案，全面推进各行业规模商用。基于海量数据， 明确数据运营模式，联合产业构建智慧运营、数字服务等创新应用，持续完善多场景的解决方案；通过网络基础设施建设，促进标签的设计创新性及形态丰富化，推动标签规模应用，提升标签、网络、平台、应用等端到端产业能力，全面推进无源物联网在各行业的规模商用。 2.5G-A无源物联网典型场景技术解决方案 2.1通用方案 2.1.1整体架构 5G-A无源物联网端到端系统旨在通过网络覆盖下的无源物联网终端识读，实现物体的智能化连接与管理，其核心在于高效的信息采集、传输与处理。面向实际应用，无源物联网系统通常与应用平台对接，提供底层数据及能力，因此整体架构可分为四个组成部分：应用平台、无源管理平台、无源网络设备以及无源物联网终端。 图2.15G-A无源物联网全景架构图 应用平台：基于无源物联数据，面向最终用户实现业务全流程管理，如资产追踪、库存管理、环境监测等，将收集到的实时数据转化为有价值的业务洞察和操作指令。通过用户界面和数据分析工具，促进企业优化流程、提升效率，并做出更加精准的决策。 无源物联网管理平台：作为连接底层硬件与上层业务应用的桥梁，主要负责无源物联网设备的管理和终端数据的汇聚处理。包括各类设备的注册、配置、状态监控及维护管理。同时负责数据清洗、格式统一和标准化处理，为后续应用平台的数据分析提供可靠的基础。 无源物联网网络设备：包括组网式、蜂窝式设备等，构成了无源物联网的通信基础设施。负责向无源物联网终端发射能量信号以供其工作，并接收终端反射回的携带数据信号，之后通过有线或无线方式将数据传送到无源物联网管理平台。 无源物联网终端：作为感知层的实体，直接贴附或安装于物品、车辆载具、人员上，提供唯一标识，具备传感能力的标签还可提供环境状态监测数据等。无源物联网终端可设计成不同形态、规格和功能，满足多行业多领域的需求。 2.1.2网络方案 无源物联网是一张数能同传的网络，网络在与无源终端进行信息交互的同时，还需要为其持续提供必要的射频能量。因此在网络方案设计时，需要重点关注网络的部署策略、性能优化、环境适应性及安全机制等，系统性保障端到端高效稳定。 网络部署：首先明确网络将部署于何种环境（例如工业现场、室内仓储、零售门店等）及特定需求（如网络覆盖范围、管理对象量级、颗粒度、实时性要求等）。基于应用需求和现场空间条