芯耀
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上一篇我们了解了Ambient IoT设备的特性和典型应用：Ambient IoT设备-1，今天接上一篇内容，对比一下Ambient IoT与传统LPWA设备，并继续来看一下它的网络拓扑结构。
01、Ambient IoT与传统LPWA技术
在当今的物联网（IoT）网络中，物联网设备通常由寿命有限的传统电池供电。传统电池的使用影响了物联网设备的部署和使用方式。物联网网络的迅猛发展以及海量物联网设备的部署推高了维护成本，包括人力和电池成本。每年有大量传统电池被废弃，其中仅有一小部分能得到有效回收。在某些极端环境条件下，维持物联网设备运行和更换电池可能极具挑战性。为此，无电池的物联网设备（Ambient IoT）被提出，因为它具有提升网络性能和可持续性、拓展应用场景的潜力。通过去除传统电池，设备尺寸和成本可显著降低，从而为多种新应用铺平道路。
在5G时代，为满足垂直行业日益增长的需求，业界已开发出诸如eMTC、NB-IoT和RedCap等多种低功耗广域（LPWA）技术。这些LPWA技术实现了低成本、低功耗和海量连接，能够满足许多应用的需求。然而，仍存在许多无法满足的使用场景和应用需求。例如，传统电池供电设备无法部署在极端环境条件下（如高压、极高/低温、潮湿环境）。此外，在需要免维护设备的场景中（如设备难以触及或无法更换电池的情况），传统电池设备的使用会受到限制。最后，针对大众市场应用场景，需要设备具备超低复杂度、极小尺寸/形态（如毫米级厚度）及更长生命周期等特性。
无源物联网或环境物联网（Ambient IoT）是一项有望满足上述市场需求的技术。它是一种通过能量采集技术供电的物联网设备，其采用无电池设计或仅具备有限能量存储能力（如使用电容器），能量通过采集无线电波、光、运动、热量或其他任何合适能源来提供。相比先前定义的3GPP物联网设备（如NB-IoT/eMTC设备）具有更低复杂度、更小尺寸、精简功能和更低功耗，并着重提升网络效率。Ambient IoT设备可实现免维护，并拥有超长寿命（如超过10年）。
因此，通过将环境物联网与蜂窝网络相结合，将为垂直行业开启一种全新的物联网服务，极大惠及3GPP生态系统。下面这张图可以很好的说明Ambient IoT设备的一个工作流程。左边通过网络设备获取载波进行IoT通信，右边通过周边环境（Ambient）：热、光、压电、射频等获取所需能量。
下面来看几个数据采集应用场景的具体KPI指标：
场景：房间环境监测（如住所、机器等）最大允许端到端延迟：20-30 s通信服务可用性：99 %用户体验数据传输速率：<1 kbit/s消息大小：< 100 bits设备密度：1.5/m²通信距离：10-30m设备速度：静态
场景：室内农业和畜牧业最大允许端到端延迟：>10s通信服务可用性：99.9 %用户体验数据传输速率：<1 kbit/s消息大小：< 1000 bits设备密度：1/m²通信距离：30-200m服务区尺寸：6000 m²~30,000m²设备速度：准静态传输间隔：15-30分钟
场景：智能电网最大允许端到端延迟：1 s通信服务可用性：99 %用户体验数据传输速率：<1 kbit/s消息大小：< 100 bytes设备密度：< 10,000 /km²通信距离：50-200m服务区尺寸：几km²到100 000 km²设备速度：静态传输间隔：15-30分钟定位精度：几十米
场景：户外饲养和后勤最大允许端到端延迟：通常 > 几十秒钟 通信服务可用性：99 %用户体验数据传输速率：<0.5 kbit/s消息大小：< 100 bytes设备密度：< 5,200 /km²通信距离：300-500m服务区尺寸：430000m²设备速度：3km/h传输间隔：15分钟
场景：智能城市最大允许端到端延迟：10-30s通信服务可用性：99 %用户体验数据传输速率：<1 kbit/s消息大小：< 100 bytes设备密度：< 1000 /km²通信距离：300-500m服务区尺寸：全市包括农村地区设备速度：静态传输间隔：15分钟
02、Ambient IoT网络拓扑
在所有的Ambient IoT网络和设备的连接拓扑中，Ambient IoT设备可从拓扑内部或外部的其他节点获得载波。每个拓扑中的链接可以是双向的，也可以是单向的。
BS（Basestation）、UE、辅助节点（assisting node ） 或中间节点（intermediate node）可以分别是多个，可以在室内和室外进行混合布置。同时需要考虑复杂性带来的潜在影响。
拓扑 1：BS ↔ Ambient IoT 设备
拓扑 1 中，Ambient IoT设备直接与基站进行双向通信，但是有这样一种可能性：向Ambient IoT设备发送数据的基站与从Ambient IoT设备接收数据的基站可以不同。
拓扑 2：BS ↔ 中间节点 ↔ Ambient IoT设备
拓扑 2 中，在Ambient IoT设备与基站之间存在中间节点，并可以进行双向通信。在此拓扑中，中间节点可以是具有Ambient IoT功能的放大器（repeater）、IAB节点、UE、支持编解码放大功能的中继器（relay）等。
拓扑 3：BS ↔ 辅助节点↔ Ambient IoT设备 ↔ BS
下行链路辅助节点：
上行链路辅助节点：
拓扑 3 中，Ambient IoT设备向基站发送数据/信令，并从辅助节点接收数据/信令；或者Ambient IoT设备从基站接收数据/信令，并向辅助节点发送数据/信令。在这种拓扑结构中，辅助节点可以是能够实现Ambient IoT的放大器、IAB节点、UE、支持编解码放大功能的中继器等。
拓扑 4：UE ↔ Ambient IoT设备
拓扑 4 中，Ambient IoT设备与UE直接进行双向通信。UE与Ambient IoT设备之间的通信包括数据/信令消息。
其中，基站可以在室内或室外，根据情况可以为宏基站、微型基站或微微型基站，频谱可以使用授权FDD或TDD频谱，也可以是非授权频谱，与现有3GPP基站可以共址或使用新址。中间节点和辅助节点，也可以根据需要在室内或室外部署。
