杜國龍

(中國電子科技南湖研究院,浙江 嘉興 314001)

1 物聯(lián)網(wǎng)定義與內(nèi)涵

1.1 物聯(lián)網(wǎng)定義的提出

20 世紀(jì)末,隨著信息時代的來臨及發(fā)展,出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)一詞,該概念由美國麻省理工學(xué)院率先提出,物聯(lián)網(wǎng)是指將所有的本來不相關(guān)的物體通過射頻識別、紅外感應(yīng)器等各種傳感設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來,實現(xiàn)智能化的識別以及可管理的網(wǎng)絡(luò),并做到萬物的隨時感知、信息讀取。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)定義的發(fā)展

21 世紀(jì)初以來,國際電訊聯(lián)盟,全球物聯(lián)網(wǎng)大會等不斷對物聯(lián)網(wǎng)概念、內(nèi)涵進行界定及豐富。2011 年我國發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)白皮書》將物聯(lián)網(wǎng)定義為:物聯(lián)網(wǎng)是通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸,它利用感知技術(shù)與智能裝備對物理世界進行感知識別,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián),進行計算、處理和知識挖掘,實現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無縫鏈接,達到對物理世界實時控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)最新內(nèi)涵

現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等多種裝置與技術(shù),實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體信息,包括聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、位置等。通過各種接入,網(wǎng)絡(luò)傳輸,數(shù)據(jù)處理,從而實現(xiàn)物與物、物與人的廣泛連接。

物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)等的信息承載體,它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象因為可以被訪問并通過互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)而實現(xiàn)萬物互聯(lián)[1]。

2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

2.1 簡單化三層架構(gòu)

通過上述的定義與內(nèi)涵分析,可以理出物聯(lián)網(wǎng)一般的、簡單化的三層架構(gòu),如圖1 所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)簡單化三層架構(gòu)

2.2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的層級

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為感知層、運輸層和應(yīng)用層。

感知層:通過各種傳感器對物體的狀態(tài)感知,并轉(zhuǎn)化成可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。典型關(guān)鍵技術(shù)涉及RFID 技術(shù)、定位技術(shù)、二維碼技術(shù)、傳感器技術(shù)等。

傳輸層:通過現(xiàn)代傳輸網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)進行遠端的傳遞。典型關(guān)鍵技術(shù)涉及移動通信技術(shù)、光纖通信技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)等,而爆發(fā)的數(shù)據(jù)量且更快的響應(yīng)要求更大的通訊帶寬以及更低的時延。

應(yīng)用層:將獲取的數(shù)據(jù)進行處理,并根據(jù)不同的行業(yè)、用戶做成可以直接使用的程序,從而實現(xiàn)智能化的應(yīng)用。典型關(guān)鍵技術(shù)涉及大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、人工智能技術(shù)、云計算技術(shù)等。典型應(yīng)用有智能抄表、智能家居、穿戴設(shè)備等。

現(xiàn)代社會連接正處于由信息化邁向全物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)及更加智能的時代。

3 物聯(lián)網(wǎng)鏈條核心產(chǎn)品與技術(shù)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)品與技術(shù)

芯片是一切數(shù)據(jù)處理的核心,包括物聯(lián)網(wǎng)中涉及的數(shù)據(jù)采集、處理、輸出都需要大量芯片的支持。而其中低功耗、高可靠性的芯片是物聯(lián)網(wǎng)最必不可少的。萬物互聯(lián)在低碳環(huán)保大背景下的今天,尤其需求這種芯片。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中依據(jù)芯片功能的不同,既包括集成在傳感器、無線模組中的,能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的芯片,也包括嵌入在終端設(shè)備中的系統(tǒng)芯片。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集端的基礎(chǔ),其本質(zhì)上是一種檢測裝置,是用于采集各類信息并轉(zhuǎn)換為特定信號的器件。現(xiàn)代傳感器可以采集身份標(biāo)識、運動狀態(tài)、地理位置、姿態(tài)、壓力、溫度、濕度、光線、聲音、氣味等信息。廣義的傳感器包括傳統(tǒng)意義上的敏感元器件、RFID、條形、條形碼、二維碼、雷達、攝像頭、讀卡器、紅外感應(yīng)元件等。萬物就是靠著各種不同的傳感器進行初步的數(shù)據(jù)采集,為下一步的網(wǎng)絡(luò)傳輸提供數(shù)據(jù)源支持。

網(wǎng)絡(luò)傳輸是物聯(lián)網(wǎng)連接必不可少的環(huán)節(jié),也是目前物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中最成熟的技術(shù)。目前我國在通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)、設(shè)計、建設(shè)方面都處于世界領(lǐng)先地位。除了傳輸還涉及各種通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡(luò)等。物聯(lián)網(wǎng)很大程度上可以復(fù)用現(xiàn)有的電信運營商絡(luò)(有線寬帶網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)等),目前各家運營商為了拓展網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境,最大化地降低成本,提高收益,都在積極地推動物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。

智能硬件是物聯(lián)網(wǎng)的承載終端,是面向最終用戶最直接的產(chǎn)品。而這里的用戶既可能是行業(yè)用戶,也可能是普通消費者用戶。行業(yè)用戶指的是政府、企業(yè)等B 端的用戶,如目前較為常見的電表的智能抄表業(yè)務(wù),為行業(yè)用戶電力企業(yè)統(tǒng)一采購后向最終消費者而提供的業(yè)務(wù)。此種表計類產(chǎn)品還包括智能水表、智能燃氣表、工業(yè)監(jiān)控檢測儀表等。而另一大類是面向普通消費者用戶,主要是指消費電子,如可穿戴設(shè)備、智能家居等產(chǎn)品。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成及應(yīng)用服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)部署實施與實現(xiàn)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)集成以滿足用戶的需求為根本出發(fā)點,不是簡單的產(chǎn)品或子系統(tǒng)的疊加,而是一種需要把多種產(chǎn)品和技術(shù)并接入一個有機的、完整的解決方案。對于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)集成商來說,如何有效地將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)品結(jié)合起來,并推動應(yīng)用開發(fā)商推出具有爆炸性的行業(yè)應(yīng)用,是集成商們始終需要面臨的問題。此外,集成商主要面向大型客戶或垂直行業(yè)客戶,例如政府部門、電力公司、水務(wù)公司、燃氣公司、熱力公司、采礦企業(yè)、大型車企等,以提供綜合性的解決方案為主。面對物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境和眾多不同領(lǐng)域的設(shè)備,系統(tǒng)集成商可以幫助客戶解決各類設(shè)備、子系統(tǒng)間的接口、協(xié)議、系統(tǒng)平臺、應(yīng)用軟件等問題,確保客戶得到最合適的解決方案。

4 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)公司

目前我國的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),處于世界前列,涌現(xiàn)出一大批具備核心自主技術(shù)的企業(yè),在這里僅以ICT 行業(yè)的公司舉例。

華為提供云IOT 全棧云服務(wù),提供了極簡接入、智能化、安全可信等全棧全場景服務(wù)和開發(fā)、集成、托管、運營等一站式工具服務(wù),可以快速地構(gòu)建5G、AI 萬物互聯(lián)的場景化物聯(lián)網(wǎng)解決方案。目前已有50 多個行業(yè)解決方案,僅在服務(wù)城市方向便推出了智慧城市、智慧園區(qū)、智慧消防、智能抄表、智能排水等解決方案。以智慧城市為例,推出智慧城市物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù),可實現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施實時感知,海量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)實時匯聚,跨部門跨業(yè)務(wù)共享,智能分析來支撐城市綜合管理決策,從而加快城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,打造以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)為核心的數(shù)字經(jīng)濟。

百度推出智能云天工物聯(lián)網(wǎng)平臺。以云邊端以及時空數(shù)據(jù)管理能力為核心優(yōu)勢,提供完整的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。目前在能源電力、公共事業(yè)、智慧交通等行業(yè)有著較為廣泛的應(yīng)用。

騰訊推出智能硬件開放平臺,將核心能力提供給可穿戴設(shè)備、智能家居、智能車載、傳統(tǒng)硬件等領(lǐng)域合作伙伴,實現(xiàn)用戶與設(shè)備及設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)互通互動。

5 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

5.1 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的研究

關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的研究,一直以來國內(nèi)都有學(xué)者進行研究,比如黃衛(wèi)東等[2]認(rèn)為我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,需借鑒發(fā)達國家的成熟經(jīng)驗,例如物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就是一個不錯的選擇,依靠聯(lián)盟的力量,打通上下游產(chǎn)業(yè),統(tǒng)籌資源的配置,高效地推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而孫改平[3]使用PEST 分析方法對我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的政策,經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ)及受影響的社會因素等進行了科學(xué)的分析,提出除了自身的技術(shù)攻關(guān),加強研究之外,依靠加強國際合作,學(xué)習(xí)借鑒等不斷完善我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平。

5.2 產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與消費物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)分為面向行業(yè)的產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和面向消費者的消費物聯(lián)網(wǎng)。產(chǎn)業(yè)物聯(lián)在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用已相對成熟。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)簡單地說就是工業(yè)生產(chǎn)中的某一設(shè)備,通過放置傳感器或其他設(shè)備,自動實現(xiàn)該設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。通過網(wǎng)絡(luò)連接,將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到核心數(shù)據(jù)中心進行處理,處理后將下一步指令返回到生產(chǎn)線中該設(shè)備或其他設(shè)備,實現(xiàn)設(shè)備的自動控制。除此之外,在農(nóng)業(yè)、物流、能源、交通等行業(yè),也有著較為廣泛的應(yīng)用。

而消費物聯(lián)網(wǎng)則面向需求端,以提升體驗感為導(dǎo)向,實現(xiàn)智能家居、智能醫(yī)療、智能交通、可穿戴設(shè)備等的消費級應(yīng)用。如在智能家居領(lǐng)域,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和技術(shù)通過提供智能安防、智能家庭設(shè)備控制、智能休閑娛樂服務(wù)等提升用戶體驗。最近經(jīng)常被提及的元宇宙概念,除了VR 等設(shè)備外,更重要的是將傳感器使用到人生活的各種場景中,通過不斷增強的虛擬現(xiàn)實體驗,使人們的生活感知發(fā)生翻天覆地的變化。

5.3 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模

中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會在第二十屆中國互聯(lián)網(wǎng)大會上,發(fā)布了《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告2021》。報告圍繞“新階段、新理念、新格局——互聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)數(shù)字經(jīng)濟新發(fā)展”的主題展開,根據(jù)報告調(diào)查顯示,截至2020 年年底,我國云計算整體市場規(guī)模為1 781.8 億元,規(guī)?？焖僭鲩L,增速達到33.6%,我國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模為718.7億元,增長16%,而物聯(lián)網(wǎng)方面,產(chǎn)業(yè)同樣迅猛發(fā)展,產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破1.7 萬億元,預(yù)計到2022 年,規(guī)模將超過2萬億元。

6 政府政策

6.1 物聯(lián)網(wǎng)政策

近年來在政策的大力扶持和配套設(shè)施的不斷完善下,我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、技術(shù)推廣應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展等方面成績顯著,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的軟實力和硬實力水平同步提升較快。2013 年國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》,2017 年工信部發(fā)布的《信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃物聯(lián)網(wǎng)分冊(2016—2020 年)》細化了將來 5 年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。地方政府也在緊鑼密鼓地推出一系列的引導(dǎo)政策,加快推進地方物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

6.2 地方政府物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃

上海市政府在2014 年推出了《上海市健康物聯(lián)網(wǎng)推進工作方案》,在健康物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,形成百億級產(chǎn)業(yè)規(guī)模,培育10 個面向全國的知名服務(wù)品牌,打造健康物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范區(qū),形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈,在服務(wù)水平、核心技術(shù)等方面達到國際先進水平。

深圳市也將物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)作為重點培育產(chǎn)業(yè),推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展,建立一批示范園區(qū),并著重發(fā)揮關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的群體效應(yīng),并特別提出,重點發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈緊密關(guān)聯(lián)的硬件、軟件、系統(tǒng)集成及運營服務(wù)四大核心領(lǐng)域。在政策上,深圳市在2019 年發(fā)布了《深圳新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)振興發(fā)展政策》,明確提出重點發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)領(lǐng)域。

杭州市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將按照“一核多點”的空間規(guī)劃布局建設(shè),打造杭州市的物聯(lián)網(wǎng)新興發(fā)展區(qū),并在2017年發(fā)布了杭州市物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃,提出形成研發(fā)制造、系統(tǒng)集成、示范應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)推廣為一體的產(chǎn)業(yè)體系,打造領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和應(yīng)用水平,建成全國的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中心,打造全球數(shù)字安防產(chǎn)業(yè)中心。

可以看出,很多城市區(qū)域都將物聯(lián)網(wǎng)作為下一輪經(jīng)濟發(fā)展推動的重要載體和推手,依靠不斷完善的產(chǎn)業(yè)體系,統(tǒng)領(lǐng)帶動各行業(yè)向更加智能、高效、全面的目標(biāo)發(fā)展,帶動地方經(jīng)濟、激活產(chǎn)業(yè)活力。

7 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前景展望

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,互通互聯(lián)是關(guān)鍵。隨著信息時代的發(fā)展,跨越時空的物的狀態(tài)被隨時感知并被傳遞、記錄,訪問,這種趨勢勢必會極大地提升人與人、人與物、物與物之間的連接效率。當(dāng)前,我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)邁入一個新的時代,不斷出臺的政府指導(dǎo)政策以及上下游產(chǎn)業(yè)鏈公司及集成商、服務(wù)商、消費者應(yīng)用都在不斷推動著物聯(lián)網(wǎng)向前邁入新的高度。如與工業(yè)領(lǐng)域結(jié)合的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、與車輛結(jié)合的車聯(lián)網(wǎng)等都獲得了前所未有的發(fā)展,并達到了新的高度?？梢灶A(yù)見,在不遠的將來,物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會愈加全面、可靠、高效并極大地改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞?提升人們的生活水平。