低功耗无线技术助力智慧物流市场快速成长

随着电子商务的发展，物流快递行业进入了井喷期，而由于物联网技术在物流行业的应用，让智慧物流系统开始进入人们的视野。智慧物流以物联网的广泛应用为基础，需要用到传感网络、通信模块、人工智能和数据处理等各项技术。
 
在通信模块中，无线技术使用最为广泛，在不久前<电子发烧友网>举办的2020智能物流硬件解决方案研讨会上，上海磐启微电子市场总监周锐带来了主题为《无线通信技术如何助力物流领域的发展》的分享。他主要介绍了智慧物流中常常会用到的部分室内和室外，以及室内到室外场景中的解决方案，涉及到了低功耗广域物联网(LPWAN)、电子货架标签，以及高精度室内定位相关技术和解决方案。

图：上海磐启微电子市场总监周锐。

低功耗广域物联网

根据物联网研究机构IoT Analytics今年1月份发布的《2020-2025年LPWAN市场报告》，低功耗广域物联网的连接数从2018年的1.1亿，增长到了2019年的2.31亿，市场增长率110%，亚太地区是全世界最多应用低功耗广域物联网技术的地区，目前其主要应用领域仍然是公共事业。
 
在低功耗广域物联网中，主要分为授权频段（蜂窝）和非授权频段（自组网）两类。其中在国内，授权频段的主要市场推动者是中国移动、中国电信、中国联通和华为等企业，芯片供应商主要有高通、联发科技、紫光展锐、海思、中兴、移芯通信、诺领科技等。非授权频段的主要市场推动者为阿里巴巴、腾讯、中兴等企业，芯片供应商主要有两类，一类是LoRa芯片供应商Semtech、ST、华普微、群登科技、翱捷科技等；另一类是Chirp-IoT芯片供应商磐启等。
 

 
图1：低功耗广域物联网在智慧农业中的应用。

 
在周锐看来，非授权频段的低功耗广域物联网更具优势，他拿Chirp-IoT技术举例说，该技术具有六大优势，一是极低的功耗，待机功耗仅为NB-IoT的十分之一，电池寿命长达10年；二是数据私有，无需上传到公有网络；三是非蜂窝网络，可以自组网，不需要运营商的支持；四是有效覆盖，可以覆盖偏远地区、室内和地下室等公网网络盲区；五是小尺寸，便于物联网传感器系统等的集成；六是简易部署，需要的网络基站数量少，而且基站部署简易。
 
他还介绍了低功耗广域物联网在电网、手机，以及智慧农业中的应用。

电子货架标签

电子货架标签（Electronic Shelf Label，ESL）是一种带有信息收发功能的电子显示装置，可以显示文本、数字、图片、色块、条形码和二维码，主要用于超市、便利店、药房等显示价格信息的电子类标签。
 
据市场调研数据显示，2018年中国连锁超市100强门店数量增长到10.15万家，电子标签在国内百强超市渗透率提高到20%，电子价签市场规模超过300亿元。中国电子货架标签硬件市场空间有望在未来5年超过1000亿元。
 
另据MarketsandMarkets，电子货架标签市场2023年将达140亿美元。2017至2023年间，市场还将以23.98%的复合年增长率增长，且亚太地区将成为快速发展地区之一，市场潜力巨大。

 
图2：电子货架标签系统组成。

 
电子货架标签系统通常采用星型拓扑结构，一般来说，标签和网关之间首次绑定需要安全认证；每个网关的覆盖半径在20~30米左右；每个网关下面可以连接1000~1500个标签；可以根据场景的面积和商品个数来决定布置网关和标签的数量。

 
图3：电子货架标签硬件系统的组网结构。

 
据周锐介绍，基于磐启PAN188 2.4GHz私有协议的专用SoC电子货架标签解决方案可以支持自动入网，也就是说当把标签从连接的网关附近拿走，标签就会自动退网，当把标签拿到另一个网关附近时，标签会自动连接到信号较强的网关。
 
当然，他也指出，其实整个价格标签系统的无线环境会存在很多干扰，比如说，来自同一网关的其他标签的干扰；来自其他网关上的网关和标签的干扰；以及来自无线环境中的路由器和手机等设备产生的WiFi随机干扰等等。在设计电子货架标签硬件系统时必须要考虑，并注意规避。
 
据周锐介绍，磐启的PAN188芯片具有极低通信功耗，并且屏幕采用墨水屏显示，电池使用年限高达5~8年（与刷新频次有关）。磐启的ESL系统具有业界领先的性能及性价比，且支持自动入网，非常适用于商超、仓库、会议室管理等应用场合。
 

高精度室内定位

据Market&Markets的调查数据显示，未来几年，室内定位的全球市场将以42.0％的年复合成长率增长，市场规模预计从2017年的71亿1000万美元扩大到2022年的409亿9000万美元。特别是以苹果为代表的手机企业将高精度定位系统引入手机生态系统后，原本TO B 的商业模式将快速过度到TO C的市场，这必将引起新一轮市场的快速增长。

 
图4：室内技术定位技术参数对比。

 
在全球定位技术方面，GPS技术应用最为成熟也最为广泛，但它不支持室内定位。目前室内定位的常用技术有RFID、红外线、蓝牙Beacon、ZigBee、Wi-Fi、UWB超宽带技术、BLE-AOA等技术。这些技术都各有其自身的特点，比如RFID的保密性比较好、抗干扰好、功耗低，但其穿透性很差、覆盖范围小，定位精度不高；蓝牙Beacon功耗低、覆盖范围大，定位精度可以精确到1到5米，但其保密性一般，维护成本比较高，而且抗干扰性能差；UWB的保密性高，定位精度高达0.1到0.5，但其功耗高、建设成本和维护成本都很高。
 
不过蓝牙技术联盟在2019年推出的低功耗蓝牙核心规范BLE 5.1中，加入了AOA/AOD测向功能，打开了蓝牙精确室内定位市场的新局面。使用AOA技术后，蓝牙的室内定位精度可达0.3~1米，覆盖范围广，保密性好、穿透性也好、功耗低、维护成本也低。
 
周锐介绍说，磐启推出了基于蓝牙AOA高精度室内定位全套解决方案。他还分享了蓝牙AOA高精度室内定位技术在工厂中的应用，比如可以用来实时记录人员的运动轨迹；设置工位区域；离开超时会报警；实时清点人数；工位考勤；人员求助等等。此外，他还介绍了蓝牙AOA技术在超市和医院等使用场景中的应用。