淺談物聯網技術發展方向與產業前景

曾慶勇，劉遠仲

（南充職業技術學院電子信息工程系，四川 南充 637131）

0 引言

隨著人工智能、自動駕駛等成為近年的熱門名詞，說明與此密切相關的物聯網技術正越來越成熟，物聯網帶來的第三次信息技術浪潮離我們正越來越近。物聯網產業巨大的產業鏈和萬億級的龐大市場，吸引著世界各國的政府、企業投入巨資到物聯網產業。

1 物聯網的定義

1.1 國際上的通用定義

國際電信聯盟( ITU)對物聯網（IoT：Internet of things）做了如下定義：通過二維碼識讀設備、射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

1.2 中國的定義

中國物聯網校企聯盟將物聯網定義為：將無處不在的終端設備和設施與計算機、互聯網技術結合，通過各種無線和有線的長距離或短距離通信網絡實現物體與物體之間互聯互通，對環境以及狀態信息實時的共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執行，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環?！钡摹肮?、控、營”一體化。

1.3 歐盟的定義

歐盟委員會信息和社會媒體司 RFID部門負責人Lorent Ferderix博士給物聯網的定義是：物聯網是一個動態的全球網絡基礎設施，它具有基于標準和互操作通信協議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網絡無縫整合。

2 物聯網的主要相關技術

物聯網要實現物與物之間的感知、識別、通信等功能需要有大量復雜的技術支持。對其主要的相關技術，可以從以下兩個方面來認識：

2.1 物聯網應用中的關鍵技術

（1）數據采集技術：數據采集技術中最主要的是傳感器技術，它既是物聯網中的關鍵技術，也是物聯網的基礎技術，主要完成數據的感知和采集。數據采集要求傳感器種類多種多樣，感知要敏捷、準確、智能。同時傳感器還要完成將采集的信息從模擬信號轉換成數字信號。這方面的技術有RFID、物理量傳感器、生物量傳感器、GPS定位器等，現在使用最廣泛的是RFID。

（2）嵌入式系統技術：將傳感器采集的信息進行快速處理是物聯網的又一項關鍵技術，嵌入式系統是當前使用的主要技術。嵌入式系統綜合了計算機軟硬件、集成電路等技術，具有微型化、可編程控制、性能穩定等優點。嵌入式系統在物聯網中起到中樞的作用。

（3）信息傳輸技術：物聯網要實現物物相連，實現網絡的大規模擴展，信息傳輸也是其關鍵技術。當前物聯網中主要使用短距無線通信技術，成熟廣泛使用的技術包括 Wifi、紫蜂(Zigbee)、藍牙(Bluetooth)、超寬頻(UWB)、短距通信(NFC)等。

2.2 物聯網架構的主要技術

物聯網從技術架構上可分為三層：感知層、網絡層和應用層，因此其每一層都對應有相關的主要技術。感知層的主要技術是傳感器制造技術，核心是提高各種感知終端的靈敏度和分辨度；網絡層的主要技術是網絡技術和通信技術，核心是傳遞和處理信息的能力；應用層的主要技術是與用戶的接口技術，核心是與行業、個人終端需求靈活智能地結合。

3 物聯網技術的發展方向分析

3.1 傳感器的技術發展方向是標準化、通用化和低耗能

隨著物聯網在全球的大力發展，各種各樣的傳感器紛紛出現，但制造商的產品標準和型號各異，給物聯網的應用普及帶來了技術上的障礙。因此，實現傳感器的模塊化、標準化、通用化生成才能為物聯網中下游產業提供便利、有效的技術解決方案，降低物聯網的產業進入門檻，同時能減少生產成本、提高物聯網的可維護性、可擴展性。

在標準化方面，需要國家層面對大多數通用傳感器制定統一的國家標準。2014年 12月，由中國科學院合肥物質科學研究院牽頭承擔研制的國家標準《信息技術 傳感器網絡第701部分：傳感器接口信號接口》已通過國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會批準正式發布，標準號為GB/T 30269.701-2014。該標準的頒布標志著我國在傳感器標準化方面邁出了重要的一步。

而低耗能則是物聯網大面積應用后對傳感器的迫切要求，因為物聯網的應用環境往往比較特殊，傳感器使用數量非常多，使用時間超長，需要傳感器長時間低功耗運行。實現傳感器的低耗能關鍵在于芯片的集成技術和低功耗技術，以及傳感器的電源架構、新型能源技術、電池技術等。

同時，世界各主要工業國家需要達成共識，盡快制定物聯網、傳感器的國際標準，進行頂層技術設計，打破技術壟斷和標準壁壘，推行技術開源化。

3.2 傳感網的發展方向是智能化、天量化

物聯網要實現物與物、物與人、人與人的“萬物互聯互通”，需要傳感網能夠自主、智能、迅捷地實現信息交換。未來的物聯網需要給所有的物品都設定唯一標識，才能隨心所欲地實現萬物自由通信，這就需要天量化的標志地址、海量化的信息處理能力。下一代互聯網、“云計算”、IPV6、5G通信等技術將能為打造高速傳感網提供有效的技術支撐。

另外，新的計算機體系、存儲體系、網絡架構體系、軟件編程體系等也是物聯網相關技術研究和發展的方向。

4 物聯網產業涉及的主要方面

物聯網產業是個龐大的領域，涉及面非常廣，很多行業都和物聯網密切相關，既包括傳統產業，也包括新興產業。其中電子產品制造、IT業、通信業、微電子技術行業等與物聯網關聯度較高。下面從兩個角度來分析物聯網產業的主要領域：

4.1 物聯網產業的產業鏈

按照物聯網的技術架構，可以把物聯網產業鏈分成設備制造商、網絡運營商、應用提供商三個環節。

4.1.1 物聯網設備制造商

物聯網設備制造商主要指生產制造物聯網中廣泛使用的各種電子產品、物理元件、通信設備等的廠家，如各種傳感器、射頻卡、網絡通信設備的制造商。物聯網設備制造商涉及眾多領域，是物聯網產業鏈中類型最多的一環。

4.1.2 物聯網網絡運營商

物聯網網絡運營商主要指提供信息傳輸、存儲服務的運營商，如中國電信、移動等各家通信運營商。物聯網網絡運營商直接面向用戶，其網絡規模大且具有壟斷性，業務推廣能力強，在物聯網產業鏈中是最容易獲益的環節。

4.1.3 物聯網應用提供商

物聯網應用提供商是指使用物聯網設備，在現有網絡的基礎上，根據用戶的需求，為不同的用戶提供系統集成、搭建應用平臺等實際應用的商家，如智慧城市、智能交通、智能醫療、物聯網信息平臺、物聯網服務平臺等都是比較典型的物聯網應用。物聯網應用提供商在整個物聯網產業鏈中處于中游地位，更注重用戶需求，對物聯網的推廣應用具有更加迫切的愿意。

4.2 中國物聯網產業發展的重點領域

4.2.1 重點示范工程

在國家工業和信息化部公布的《物聯網“十二五”發展規劃》中，列出了我國物聯網產業發展的九大重點示范工程，分別是：智能工業、智能農業、智能物流、智能交通、智能電網、智能環保、智能安防、智能醫療、智能家居。

4.2.2 重點產業集群

中國電子信息產業發展研究院、工業和信息化部賽迪智庫發布的《物聯網及傳感器產業發展白皮書（2015版）》將我國物聯網產業按照地域劃分成長三角、珠三角、環渤海以及中西部地區四大產業集群：

（1）長三角地區產業規模位列四大產業集群之首，是硬件傳感器、軟件開發及系統集成企業的主要聚集地和應用推廣地，是我國物聯網技術和應用的起源地。該地區以上海、無錫、昆山、南京、蘇州、杭州為中心，通過引進國外高技術公司，重點發展MEMS傳感器及產品線，逐漸形成較為完備的傳感器生產體系及產業配套。長三角地區物聯網產業發展主要定位于產業鏈高端環節，從物聯網軟硬件核心產品和應用兩個核心環節入手，集聚了一大批物聯網產業的核心與龍頭企業。

（2）珠三角地區是我國整機產品的重要生產基地，在物聯網領域以智能設備制造、軟件及系統集成、網絡運營服務三類產品帶動應用示范。該地區以深圳中心城市為主體，由附近中小城市的民企及外資企業組成傳感器產業體系，服務于周邊的電子信息產品制造業，成為下游應用市場最廣闊的地區。

（3）環渤海地區是物聯網產業重要的研發、設計、設備制造及系統集成基地。該地區主要以清華、北大、中科院等高等院校為主，從事新型傳感器、網絡通信等物聯網相關研發，同時擁有航天、兵器等軍工集團，其技術團隊在關鍵支撐技術研發方面實力強勁。

（4）中西部地區各重點省市結合自身優勢，加快布局物聯網產業。鄭州、武漢、太原等地在儀器儀表、工業領域、煤礦安全、石化、冶金、汽車電子等方面積極發展物聯網應用。四川、重慶、云南等省市重點培育芯片設計、網絡通信、自動控制、軟件及信息服務等產業，大力推廣物聯網應用示范工程，并且在原材料、生產設備等領域也有所建樹。其中重慶市南岸區建成國家物聯網產業示范基地，并成為全國首個物聯網應用服務標準化試點區域。

5 物聯網產業的發展前景展望

5.1 物聯網產業市場規模

許多專家學者都預計物聯網將是繼計算機、互聯網、移動通信后的又一次產業革命，將是下一個推動世界高速發展的“重要生產力”，物聯網所帶來的產業價值將比互聯網大30倍，是又一個萬億級市場，其發展前景無比輝煌和誘人。

據思科報告稱，未來10年，物聯網將帶來一個價值14.4萬億美元的巨大市場，未來1/3的物聯網市場機會在美國，30%在歐洲，而中國和日本將分別占據12%和5%。

據工業和信息化部數據，2013年我國物聯網市場規模為4670.23億元，比2012年同期增長28.24%；2014年我國物聯網市場規模為6206.28億元，2015年我國物聯網市場規模為7976.34億元，比2014年同期增長28.52%。

5.2 物聯網產業發展前景

2015年1月23日，谷歌董事長埃里克·施密特在參加瑞士“達沃斯世界經濟論壇”時表示互聯網終將消失而被物聯網取代，“未來的世界是一個高度個性化、高度互動的世界，是一個非常非常有趣的世界”。

在當前全球經濟發展處于低谷的背景下，世界各國更是對物聯網產業寄予了厚望。包括中國在內，許多國家均把物聯網列入了新興產業戰略層級的地位，全球產業巨頭也紛紛投入巨資和科研人才到物聯網領域，欲搶占物聯網產業高地。

物聯網普及推廣以后，需要數億計的傳感器、電子標簽、存儲設備、接收終端等，這將大大延長傳統電子元器件制造業的生命力，極大地促進新興的信息技術產業的發展。各種物聯網信息接收裝置、智能可穿戴設備等的數量將大大超過手機的數量，造就一個新的龐大的消費市場。

在中國，物聯網對于培育新的經濟增長點、推動產業結構轉型升級、引導創新創業、提升社會管理和公共服務的效率和水平都具有重要意義。

5.3 中國物聯網產業發展的主要方向

2009年8月上旬溫家寶總理在無錫視察時指出“要在激烈的國際競爭中，迅速建立中國的傳感信息中心或‘感知中國’中心”。以無錫中國物聯網感知中心的成立為標志，我國的物聯網產業開始了高速發展。結合我國物聯網“十二五”期間的發展情況，根據部分省市已發布的物聯網“十三五”發展規劃、國家有關部門的物聯網相關會議信息等，分析在未來幾年我國物聯網產業發展的主要方向有以下幾個方面：

（1）做大做強優勢領域。我國在數字安防、網絡通信設備與集成領域，以?？低?、大華、華為、中興通訊等公司為代表，已經處于該領域的世界領先水平。未來的發展方向是對這些優勢領域繼續保持領先，并且不斷拓展上下游相關領域，與世界主要對手競爭。

（2）引導投入新興領域。在這個方向，主要是與物聯網應用相關的新型傳感器、車聯網、智慧醫療設備及系統、可穿戴設備等領域，國家加大政策支持和優惠，引導企業研發投入，緊跟物聯網技術的發展潮流，籌備技術力量，從而形成產業規模。

（3）關鍵技術、標準等取得突破。這方面主要是對芯片制造技術、物聯網技術標準等進行重點研發、突破，提升我國物聯網產業的核心競爭力。

2016年11月17日，在結束的3GPP RAN1 87次會議的 5G短碼方案討論中，中國華為公司主推的Polar Code（極化碼）方案，從美國主推LDPC，法國主推Turbo2.0兩大競爭對手中脫穎而出，成為5G控制信道eMBB場景編碼方案，從而打破高通壟斷，拿下5G通信的短碼標準。

未來5G網絡終端連接數量可多達1000億。很多智能感應器，包括光線感應、觸摸感應、重力感應、加速度感應、聲音感應、輻射感應等，都可以被整合到網絡中去。5G網絡可將網絡能耗降低90%，使低功率電池續航時間提高10倍以上。因此5G網絡可能成為物聯網時代大力推廣的網絡，取得5G通信的技術標準就具有重要的戰略意義。

“十三五”期間，我國大力支持研究適用于物聯網應用的統一標識、解析與尋址技術體系和標準框架，發展支持多應用、安全可控的標識管理體系等關鍵技術。加快制定敏感材料和元件、傳感器、儀器儀表等感知技術和設備標準。組織制定無線傳感器網絡，窄帶物聯網(NB-IOT)、網絡虛擬化和異化網絡融合等網絡技術標準。

（4）加快物聯網與其他領域的融合，推廣和普及示范應用，鼓勵技術創新。在這個發展方向，國家相關部門已經有明確的政策指引。

國家發改委在《關于組織開展 2014-2016年國家物聯網重大應用示范工程區域試點工作的通知》指出：重點支持物聯網專業服務和增值服務應用示范類項目和物聯網技術集成應用示范類項目。

2016年5月9日， 工業和信息化部科技司副巡視員代曉慧在召開的“物聯網與大數據專題論壇”上表示：“十三五”期間，工信部將推動物聯網規模應用，推進物聯網在消費領域的應用創新，以及加快物聯網與工業、能源、環保等領域的深度融合，我國物聯網加速進入“跨界融合、集成創新和規?；l展”的新階段。發展物聯網開環應用，在工業制造、健康服務、節能環保等領域形成規?；瘧?。鼓勵物聯網商業模式創新，推廣成熟的物聯網商業模式，發展物聯網、移動互聯網、云計算和大數據等新業態融合創新。

6 結束語

物聯網給世界經濟發展描繪了一個美麗的藍圖，但從目前全球狀況來看，物聯網的發展和普及仍有眾多問題需解決。物聯網產業發展前景無比誘人，但要真正實現普及的目標未來還有很長的路要走，需要全球各國共同努力。在物聯網的推廣應用方面，最需要解決的是最后100米的問題，特別是在家庭物聯網應用這個熱門領域。另外，物聯網安全保障，配套的法律法規制度建設，多層次多類型的物聯網技術人才培養等，這些也是物聯網發展進程中應重點解決的問題。

[1] 劉愛軍. 物聯網技術現狀及應用前景展望[J]. 物聯網技術,2012(1).

[2] 邢毅. 論我國物聯網產業的現狀與發展前景[J]. 中國商貿,2013(8).

[3] 賴有水, 鄭莉莉, 范鵬飛. 我國物聯網產業發展分析與對策研究[J]. 價值工程, 2013(18): 14-16.

[4] 馬巧梅. 物聯網發展與關鍵技術研究綜述[J]. 微型電腦應用. 2013(4).

[5] 中國電子信息產業發展研究院, 工業和信息化部賽迪智庫.物聯網及傳感器產業發展白皮書(2015版)[R]. 2015年4月.

[6] 張鴻濤, 徐連明, 劉臻. 物聯網關鍵技術及系統應用(第2版)[M]. 機械工業出版社, 2017.

[7] 李輝. 物聯網發展與應用研究[M]. 北京理工大學出版社, 2017.

[8] 劉麗軍, 鄧子云. 物聯網技術與應用[M]. 清華大學出版社,2012.

[9] 周鵬輝. 物聯網商業思維[M]. 紅旗出版社, 2015.

[10] 物聯網產業技術創新戰略聯盟. 中國物聯網產業發展概況[M]. 人民郵電出版社, 2016.

[11] 李向文. 物聯網概論: 物聯網框架及產業鏈藍圖[M]. 中國物資出版社, 2011.

[12] 董新平, 吳剛. 物聯網及其產業成長研究[M]. 中國社會科學出版社, 2015.

[13] 范鵬飛, 陳志琳. 物聯網產業發展對策[M]. 光明日報出版社, 2015.