当今的大规模机器型通信提供的数据速率每秒可达几百千座。窄带物联网（NB-IOT）和机器的LTE（LTE-M）是两种密切相关的技术，这些技术已在当今的商业4G和5G网络中使用，以处理诸如远程仪表读取等应用程序。尽管在某些情况下，NB-iot/LTE-M设备的电池寿命可能长达十年，但电池更换或充电限制了这些设备的适用性。当考虑数以万计的设备进行大规模部署时，尤其如此。此外，电池寿命取决于变速箱和接收税循环，如果每隔几分钟传输或接收数据，则会显着降低。

快进了未来的十年，想象类似的用例，但没有更换或充电电池的麻烦。输入零能设备的时代，即从最终用户角度运行的设备，无需电池。取而代之的是，从周围环境中，从振动，光，温度梯度甚至射频波本身从周围环境中收获所需的能量。

可以通过使用低成本的零能设备来跟踪仓库中的软件包，即可能直接在盒子上打印出来 - 即使盒子在其他盒子后面，也可以使用，避免使用光条代码。该框甚至可以提供有关框中温度或湿度的信息，而被动条形码是不可能的。监视环境是另一种情况，小型，低成本，零能设备可以发挥作用。

将来，无处不在的零能设备将有助于我们监测污染，天气甚至疾病患病率。零能设备也可以改变零售业。想象一下，您正在百货商店购物衬衫。一旦您从架子上捡起一个，嵌入在衬衫标签中的零能设备就会告诉商店网络您对特定的衬衫风格或型号感兴趣。有了这些信息，附近的电视屏幕可以为您提供类似衬衫和配件的其他选择。所有这些都没有用户不得不费力地充电或更换数千甚至数百万个零能设备的电池！

令人难以置信的是，在此之前，需要解决许多研究挑战，才能成为现实。这些挑战涵盖了从能源收集到通信到整体系统设计的多个领域，这些领域处理大量设备。因此，爱立信和麻省理工学院合作应对这些挑战。通过将爱立信在通信系统中的专业知识与麻省理工学院在设备和能源收集方面的世界领先知识相结合，我们可以更接近零能设备的愿景。让我们从讨论能量收获开始。

能量收集

不用说，从微型来源（包括热，振动和光伏来源）收获的能力通常非常低。如果是射频（RF）能量收集，这是更具挑战性的场景之一，也是Ericsson-MIT协作的重点，那么收获的功率通常低于几微米（μW）。相比之下，RF收发器电路的输出功率可能在毫米范围内，该范围要高得多（例如，与NB-iot相比仍然非常适度）。

因此，零能设备必须存储能量。此外，零能器件中的电子电路需要最小的输入电压才能操作，该电压通常比天线输出处的电压大很多数量级。如何有效地将输入电压转换为电子设备可以运行的值是另一个关键挑战。当然，零能设备消耗能源，但是它们的能源供应受到上述两个挑战的极限限制。在许多情况下，这会导致对传输的数据量的上限，尽管这高度依赖于距离和无线电条件，但这很低。节约能源的一种技巧是以骑行方式操作设备。但是，在这种情况下，由于能量可用性的变化，泄漏，物体暂时阻止传输路径等，它们的通信可用性将受到一定程度的随机性。总而言之，零能设备的严格消耗限制和零星的可用性为移动通信技术带来了新的问题。例如，由于传统的传输方案可能不可行，因此需要新的物理层设计。

移动性处理也将需要重新考虑。当前的方法，该设备不断搜索候选细胞并将其报告给网络的测量结果，该方法最终决定是否执行移交，适合当前的细胞系统，但会迅速在零元素中耗尽非常小的能源能源设备。需要新的和明显的节能方法。但是，在其他情况下，例如，箱子（和设备）主要站立的仓库，移动性处理不是一个问题。

安全

与往常一样，安全性和信任很重要，并且需要从系统设计过程的开始就可以解决。身份验证和密码在当今的蜂窝网络中大量使用，从而产生了很高的安全性。但是，举例来说，作为当今NB-iot设备中连接建立的一部分，使用身份隐私机制（IPM）加密IMSI设备身份的能源成本约为5J。将此与μW范围内的收获能力进行比较 - 仅收集足够的能量以进行当前加密可能需要几天的时间！可能需要新的，更节能的安全机制。

所有这些都是有趣且具有挑战性的问题，我们将在未来的博客文章中更详细地讨论其中的一些问题。我们当然在我们面前有很多工作，但是我们 - 爱立信和麻省理工学院 - 确信，我们可以大大推进零能设备的领域，并展示如何将它们集成到未来的蜂窝网络中！

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