浅谈物联网技术发展方向与产业前景

曾庆勇，刘远仲

（南充职业技术学院电子信息工程系，四川 南充 637131）

0 引言

随着人工智能、自动驾驶等成为近年的热门名词，说明与此密切相关的物联网技术正越来越成熟，物联网带来的第三次信息技术浪潮离我们正越来越近。物联网产业巨大的产业链和万亿级的庞大市场，吸引着世界各国的政府、企业投入巨资到物联网产业。

1 物联网的定义

1.1 国际上的通用定义

国际电信联盟( ITU)对物联网（IoT：Internet of things）做了如下定义：通过二维码识读设备、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

1.2 中国的定义

中国物联网校企联盟将物联网定义为：将无处不在的终端设备和设施与计算机、互联网技术结合，通过各种无线和有线的长距离或短距离通信网络实现物体与物体之间互联互通，对环境以及状态信息实时的共享以及智能化的收集、传递、处理、执行，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

1.3 欧盟的定义

欧盟委员会信息和社会媒体司 RFID部门负责人Lorent Ferderix博士给物联网的定义是：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。

2 物联网的主要相关技术

物联网要实现物与物之间的感知、识别、通信等功能需要有大量复杂的技术支持。对其主要的相关技术，可以从以下两个方面来认识：

2.1 物联网应用中的关键技术

（1）数据采集技术：数据采集技术中最主要的是传感器技术，它既是物联网中的关键技术，也是物联网的基础技术，主要完成数据的感知和采集。数据采集要求传感器种类多种多样，感知要敏捷、准确、智能。同时传感器还要完成将采集的信息从模拟信号转换成数字信号。这方面的技术有RFID、物理量传感器、生物量传感器、GPS定位器等，现在使用最广泛的是RFID。

（2）嵌入式系统技术：将传感器采集的信息进行快速处理是物联网的又一项关键技术，嵌入式系统是当前使用的主要技术。嵌入式系统综合了计算机软硬件、集成电路等技术，具有微型化、可编程控制、性能稳定等优点。嵌入式系统在物联网中起到中枢的作用。

（3）信息传输技术：物联网要实现物物相连，实现网络的大规模扩展，信息传输也是其关键技术。当前物联网中主要使用短距无线通信技术，成熟广泛使用的技术包括 Wifi、紫蜂(Zigbee)、蓝牙(Bluetooth)、超宽频(UWB)、短距通信(NFC)等。

2.2 物联网架构的主要技术

物联网从技术架构上可分为三层：感知层、网络层和应用层，因此其每一层都对应有相关的主要技术。感知层的主要技术是传感器制造技术，核心是提高各种感知终端的灵敏度和分辨度；网络层的主要技术是网络技术和通信技术，核心是传递和处理信息的能力；应用层的主要技术是与用户的接口技术，核心是与行业、个人终端需求灵活智能地结合。

3 物联网技术的发展方向分析

3.1 传感器的技术发展方向是标准化、通用化和低耗能

随着物联网在全球的大力发展，各种各样的传感器纷纷出现，但制造商的产品标准和型号各异，给物联网的应用普及带来了技术上的障碍。因此，实现传感器的模块化、标准化、通用化生成才能为物联网中下游产业提供便利、有效的技术解决方案，降低物联网的产业进入门槛，同时能减少生产成本、提高物联网的可维护性、可扩展性。

在标准化方面，需要国家层面对大多数通用传感器制定统一的国家标准。2014年 12月，由中国科学院合肥物质科学研究院牵头承担研制的国家标准《信息技术 传感器网络第701部分：传感器接口信号接口》已通过国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准正式发布，标准号为GB/T 30269.701-2014。该标准的颁布标志着我国在传感器标准化方面迈出了重要的一步。

而低耗能则是物联网大面积应用后对传感器的迫切要求，因为物联网的应用环境往往比较特殊，传感器使用数量非常多，使用时间超长，需要传感器长时间低功耗运行。实现传感器的低耗能关键在于芯片的集成技术和低功耗技术，以及传感器的电源架构、新型能源技术、电池技术等。

同时，世界各主要工业国家需要达成共识，尽快制定物联网、传感器的国际标准，进行顶层技术设计，打破技术垄断和标准壁垒，推行技术开源化。

3.2 传感网的发展方向是智能化、天量化

物联网要实现物与物、物与人、人与人的“万物互联互通”，需要传感网能够自主、智能、迅捷地实现信息交换。未来的物联网需要给所有的物品都设定唯一标识，才能随心所欲地实现万物自由通信，这就需要天量化的标志地址、海量化的信息处理能力。下一代互联网、“云计算”、IPV6、5G通信等技术将能为打造高速传感网提供有效的技术支撑。

另外，新的计算机体系、存储体系、网络架构体系、软件编程体系等也是物联网相关技术研究和发展的方向。

4 物联网产业涉及的主要方面

物联网产业是个庞大的领域，涉及面非常广，很多行业都和物联网密切相关，既包括传统产业，也包括新兴产业。其中电子产品制造、IT业、通信业、微电子技术行业等与物联网关联度较高。下面从两个角度来分析物联网产业的主要领域：

4.1 物联网产业的产业链

按照物联网的技术架构，可以把物联网产业链分成设备制造商、网络运营商、应用提供商三个环节。

4.1.1 物联网设备制造商

物联网设备制造商主要指生产制造物联网中广泛使用的各种电子产品、物理元件、通信设备等的厂家，如各种传感器、射频卡、网络通信设备的制造商。物联网设备制造商涉及众多领域，是物联网产业链中类型最多的一环。

4.1.2 物联网网络运营商

物联网网络运营商主要指提供信息传输、存储服务的运营商，如中国电信、移动等各家通信运营商。物联网网络运营商直接面向用户，其网络规模大且具有垄断性，业务推广能力强，在物联网产业链中是最容易获益的环节。

4.1.3 物联网应用提供商

物联网应用提供商是指使用物联网设备，在现有网络的基础上，根据用户的需求，为不同的用户提供系统集成、搭建应用平台等实际应用的商家，如智慧城市、智能交通、智能医疗、物联网信息平台、物联网服务平台等都是比较典型的物联网应用。物联网应用提供商在整个物联网产业链中处于中游地位，更注重用户需求，对物联网的推广应用具有更加迫切的愿意。

4.2 中国物联网产业发展的重点领域

4.2.1 重点示范工程

在国家工业和信息化部公布的《物联网“十二五”发展规划》中，列出了我国物联网产业发展的九大重点示范工程，分别是：智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居。

4.2.2 重点产业集群

中国电子信息产业发展研究院、工业和信息化部赛迪智库发布的《物联网及传感器产业发展白皮书（2015版）》将我国物联网产业按照地域划分成长三角、珠三角、环渤海以及中西部地区四大产业集群：

（1）长三角地区产业规模位列四大产业集群之首，是硬件传感器、软件开发及系统集成企业的主要聚集地和应用推广地，是我国物联网技术和应用的起源地。该地区以上海、无锡、昆山、南京、苏州、杭州为中心，通过引进国外高技术公司，重点发展MEMS传感器及产品线，逐渐形成较为完备的传感器生产体系及产业配套。长三角地区物联网产业发展主要定位于产业链高端环节，从物联网软硬件核心产品和应用两个核心环节入手，集聚了一大批物联网产业的核心与龙头企业。

（2）珠三角地区是我国整机产品的重要生产基地，在物联网领域以智能设备制造、软件及系统集成、网络运营服务三类产品带动应用示范。该地区以深圳中心城市为主体，由附近中小城市的民企及外资企业组成传感器产业体系，服务于周边的电子信息产品制造业，成为下游应用市场最广阔的地区。

（3）环渤海地区是物联网产业重要的研发、设计、设备制造及系统集成基地。该地区主要以清华、北大、中科院等高等院校为主，从事新型传感器、网络通信等物联网相关研发，同时拥有航天、兵器等军工集团，其技术团队在关键支撑技术研发方面实力强劲。

（4）中西部地区各重点省市结合自身优势，加快布局物联网产业。郑州、武汉、太原等地在仪器仪表、工业领域、煤矿安全、石化、冶金、汽车电子等方面积极发展物联网应用。四川、重庆、云南等省市重点培育芯片设计、网络通信、自动控制、软件及信息服务等产业，大力推广物联网应用示范工程，并且在原材料、生产设备等领域也有所建树。其中重庆市南岸区建成国家物联网产业示范基地，并成为全国首个物联网应用服务标准化试点区域。

5 物联网产业的发展前景展望

5.1 物联网产业市场规模

许多专家学者都预计物联网将是继计算机、互联网、移动通信后的又一次产业革命，将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，物联网所带来的产业价值将比互联网大30倍，是又一个万亿级市场，其发展前景无比辉煌和诱人。

据思科报告称，未来10年，物联网将带来一个价值14.4万亿美元的巨大市场，未来1/3的物联网市场机会在美国，30%在欧洲，而中国和日本将分别占据12%和5%。

据工业和信息化部数据，2013年我国物联网市场规模为4670.23亿元，比2012年同期增长28.24%；2014年我国物联网市场规模为6206.28亿元，2015年我国物联网市场规模为7976.34亿元，比2014年同期增长28.52%。

5.2 物联网产业发展前景

2015年1月23日，谷歌董事长埃里克·施密特在参加瑞士“达沃斯世界经济论坛”时表示互联网终将消失而被物联网取代，“未来的世界是一个高度个性化、高度互动的世界，是一个非常非常有趣的世界”。

在当前全球经济发展处于低谷的背景下，世界各国更是对物联网产业寄予了厚望。包括中国在内，许多国家均把物联网列入了新兴产业战略层级的地位，全球产业巨头也纷纷投入巨资和科研人才到物联网领域，欲抢占物联网产业高地。

物联网普及推广以后，需要数亿计的传感器、电子标签、存储设备、接收终端等，这将大大延长传统电子元器件制造业的生命力，极大地促进新兴的信息技术产业的发展。各种物联网信息接收装置、智能可穿戴设备等的数量将大大超过手机的数量，造就一个新的庞大的消费市场。

在中国，物联网对于培育新的经济增长点、推动产业结构转型升级、引导创新创业、提升社会管理和公共服务的效率和水平都具有重要意义。

5.3 中国物联网产业发展的主要方向

2009年8月上旬温家宝总理在无锡视察时指出“要在激烈的国际竞争中，迅速建立中国的传感信息中心或‘感知中国’中心”。以无锡中国物联网感知中心的成立为标志，我国的物联网产业开始了高速发展。结合我国物联网“十二五”期间的发展情况，根据部分省市已发布的物联网“十三五”发展规划、国家有关部门的物联网相关会议信息等，分析在未来几年我国物联网产业发展的主要方向有以下几个方面：

（1）做大做强优势领域。我国在数字安防、网络通信设备与集成领域，以海康威视、大华、华为、中兴通讯等公司为代表，已经处于该领域的世界领先水平。未来的发展方向是对这些优势领域继续保持领先，并且不断拓展上下游相关领域，与世界主要对手竞争。

（2）引导投入新兴领域。在这个方向，主要是与物联网应用相关的新型传感器、车联网、智慧医疗设备及系统、可穿戴设备等领域，国家加大政策支持和优惠，引导企业研发投入，紧跟物联网技术的发展潮流，筹备技术力量，从而形成产业规模。

（3）关键技术、标准等取得突破。这方面主要是对芯片制造技术、物联网技术标准等进行重点研发、突破，提升我国物联网产业的核心竞争力。

2016年11月17日，在结束的3GPP RAN1 87次会议的 5G短码方案讨论中，中国华为公司主推的Polar Code（极化码）方案，从美国主推LDPC，法国主推Turbo2.0两大竞争对手中脱颖而出，成为5G控制信道eMBB场景编码方案，从而打破高通垄断，拿下5G通信的短码标准。

未来5G网络终端连接数量可多达1000亿。很多智能感应器，包括光线感应、触摸感应、重力感应、加速度感应、声音感应、辐射感应等，都可以被整合到网络中去。5G网络可将网络能耗降低90%，使低功率电池续航时间提高10倍以上。因此5G网络可能成为物联网时代大力推广的网络，取得5G通信的技术标准就具有重要的战略意义。

“十三五”期间，我国大力支持研究适用于物联网应用的统一标识、解析与寻址技术体系和标准框架，发展支持多应用、安全可控的标识管理体系等关键技术。加快制定敏感材料和元件、传感器、仪器仪表等感知技术和设备标准。组织制定无线传感器网络，窄带物联网(NB-IOT)、网络虚拟化和异化网络融合等网络技术标准。

（4）加快物联网与其他领域的融合，推广和普及示范应用，鼓励技术创新。在这个发展方向，国家相关部门已经有明确的政策指引。

国家发改委在《关于组织开展 2014-2016年国家物联网重大应用示范工程区域试点工作的通知》指出：重点支持物联网专业服务和增值服务应用示范类项目和物联网技术集成应用示范类项目。

2016年5月9日， 工业和信息化部科技司副巡视员代晓慧在召开的“物联网与大数据专题论坛”上表示：“十三五”期间，工信部将推动物联网规模应用，推进物联网在消费领域的应用创新，以及加快物联网与工业、能源、环保等领域的深度融合，我国物联网加速进入“跨界融合、集成创新和规模化发展”的新阶段。发展物联网开环应用，在工业制造、健康服务、节能环保等领域形成规模化应用。鼓励物联网商业模式创新，推广成熟的物联网商业模式，发展物联网、移动互联网、云计算和大数据等新业态融合创新。

6 结束语

物联网给世界经济发展描绘了一个美丽的蓝图，但从目前全球状况来看，物联网的发展和普及仍有众多问题需解决。物联网产业发展前景无比诱人，但要真正实现普及的目标未来还有很长的路要走，需要全球各国共同努力。在物联网的推广应用方面，最需要解决的是最后100米的问题，特别是在家庭物联网应用这个热门领域。另外，物联网安全保障，配套的法律法规制度建设，多层次多类型的物联网技术人才培养等，这些也是物联网发展进程中应重点解决的问题。

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