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泛在物联网白皮书

泛在物联网白皮书

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泛在物联网白皮书

                                                 前

物联网作为新一代信息通信技术的典型代表,已成为全球新一轮科技革命与产业变革的核心驱动和经济社会绿色、智能、可持续发展的关键基础与重要引擎。物联网与其它ICT技术以及制造、新能源、新材料等技术加速融合,在诸多领域快速渗透,为服务、创新等理念赋予全新内涵,全球物联网正在整体进入实质性推进和规模化发展的新阶段。

本次发布的物联网白皮书将基于对全球物联网最新布局和发展态势的把握,以及对我国物联网产业的新一轮摸底调查,对物联网发展的阶段性特点进行归纳总结,对物联网发展的新模式、新机遇、新趋势进行深入探讨,并针对我国物联网发展中遇到的新老问题进行思考并提出相应的策略建议。

一、国际物联网发展的最新态势

经过近几年的培育和探索,全球物联网正从碎片化、孤立化应用为主的起步阶段迈入“重点聚焦、跨界融合、集成创新”的新阶段,市场快速启动,在诸多领域加速渗透,物联网正处于大规模爆发式增长的前夜。

(一)发达国家加强物联网战略统筹和资金支持

美国全面推进物联网发展。一方面,政府以大量资金持续支持物联网相关技术产业发展,2015 年宣布投入 1.6 亿美元推动智慧城市计划,将物联网应用试验平台的建设作为首要任务。美国能源部组建“智能制造创新机构”,投入多达 7000 万美元推动先进传感器、控制器、平台和制造建模技术的研发。另一方面,为推动技术应用发展,政府加大政策支持力度。2014  7 月,美国联邦通信委员会FCC)发布了电子标签新指南,建议带屏幕的消费电子设备可在屏幕上显示数字标签,从而取代原来的固定铭牌或蚀刻标签;美国加州发放无人驾驶汽车许可,谷歌、奥迪和奔驰成为首批获得许可的企业;智能物流领域,美国邮政局采用物联网技术改善邮政营运、基础设施以及产品与服务;工业制造领域,美国政府将以物联网技术为根基的网络物理系统(CPS)列为扶持重点,并加快以 CPS 为核心的“工业互联网Industrial Internet)"战略布局。

欧盟重构物联网创新生态体系。欧盟在 2015 年成立了横跨欧盟

及产业界的物联网创新联盟(AIOTI),并投入 5000 万欧元,通过咨


 

询委员会和推进委员会统领新的“四横七纵”体系架构,将包括原有IERC、地平线 2020 在内的 11 个工作组纳入旗下,统筹原本散落在不同部门和组织的能力资源,协同推进欧盟物联网整体跨越式创新发 展。其中四横指项目设置、价值链重塑、标准化、政策导向四大横向基础支撑,七纵指家居、农业、可穿戴、智慧城市、交通、环保和制造七大行业纵深领域。创新联盟的建立是欧盟落实物联网发展战略的又一重要举措,将对欧盟物联网发展和创新起到强有力的驱动作用。此外,欧盟及其成员国还加大物联网投资力度,欧盟计划 2016 年投入超过 1 亿欧元支持物联网大范围示范和未来物联网重点领域,英国政府追加投资 4500 万英镑,并向由英国电信、劳斯莱斯、处理器厂 ARM 和军用品厂商 BAE  40 余家公司组成的 HyperCat 联盟注资, 用于研发 HyperCat 标准,为物联网开发通用规范;德国政府投资 2 亿欧元支持工业 4.0,并投入 800 万欧元加强物联网信息安全领域的研发。

亚洲国家不断加大研发和应用的投入及推进力度。以日韩为首,

亚洲发达国家对于物联网技术的研发和应用一直非常重视,投入巨资支持发展。2015 年起,韩国未来科学创造部和产业通商资源部将投 370 亿韩元用于物联网核心技术以及 MEMS 传感器芯片、宽带传感设备的研发,另外 123 亿韩元来自韩国的私营企业。日本大力推进农业物联网,计划十年内普及农用机器人,预计 2020 年市场规模将达 50 亿日元。新加坡政府推出传感器网络以及特定领域产品的标准,采用统一沟通方法和指导原则开发新科技和智能方案,为迈向“智慧”的目标做准备。

(二)国际物联网产业生态的布局全面展开

 

依托核心能力抢占物联网生态关键环节。芯片巨头、设备制造商、

IT 厂商、电信运营商、互联网企业等从各自优势出发,积极进行物联网生态布局,芯片、云平台和操作系统成为布局的关键点。英特尔 2014 年发布爱迪生Edison)适应可穿戴及物联网设备的微型系统级芯片之后,2015 年继续发布居里Curie)芯片,为开发者提供底层芯片及开发工具。平台化服务方面,IBM  IT 巨头将物联网大数据平台作为构建生态的重点,主要电信运营企业着力打造 M2M 网络和平台,互联网企业则依托其平台优势和数据处理能力,将服务拓展到物联网。操作系统方面,谷歌推出基于 Android 内核的物联网底层操作系统Brillo,同时发布了一个跨平台、支持开发者 API 的通信协议 Weave,能够让不同的智能家居设备、手机和云端设备实现数据交换;微软推出物联网版操作系统Win10 IoT Core)和物联网套件, 以协助企业简化 IoT 在云端的应用部署及管理;我国华为公司发布轻量级物联网操作系统 LiteOS,百度推出物联网操作系统、车联网平台和可穿戴智能手表系统 DuWear。目前,物联网产业生态正快速成长,物联网企业数量近年来成倍增长,国际机构预计到 2017 年,超过一半的物联网企业是新成立的企业。

构建产业联盟打造物联网产业生态体系。除了以技术手段争夺生

态主导权,巨头还通过构建产业联盟以稳固物联网产业生态,构建竞争优势,其中工业、车联网、智能家居等领域成为布局热点。工业领域,通用电气与英特尔、思科、AT&TIBM 牵头成立工业互联网联盟IIC),目前已有超过 220 家成员。车联网领域,谷歌与奥迪、通用电气、本田、现代等以及芯片制造商 Nvidia 组建开放汽车联盟OAA)。智能家居领域,已形成高通牵头的 AllSeen 联盟、英特尔牵头的 OIC 联盟,谷歌、三星牵头的 Thread 联盟以及苹果 HomeKit 等多个阵营,在互联标准、云平台及开发组件上积极寻求突破。

(三)全球物联网应用呈现重点突破态势

M2M 物联网应用高速增长。代表物联网行业应用风向标的 M2M 接数增长迅猛。截止 2014 年底,全球 M2M 连接数达到 2.43 亿,同比增长 29%,而基于智能终端的移动连接数同比增长率只有 4.7%。M2M

连接数占移动连接数的比例从 2013 年的 2.8%提高到 2014 年的 3.3%, 预计 2015 年底全球 M2M 连接数将达到 3.2 亿1。从应用市场来看,公共安全、车联网、工业制造等万亿级垂直行业市场正在全面兴起,智慧医疗、智能家居、可穿戴设备等消费市场百花齐放。

工业物联网成为新一轮部署焦点。以美国工业互联网和德国工业

4.0 所确立的网络物理系统CPS)为代表,物联网成为实现制造业智能化变革和重塑国家竞争优势的关键技术基础,围绕其的全球生态构建和产业布局正加速展开。政府层面,美、德将 CPS 体系建设提升到国家战略高度,通过成立指导小组、完善基础设施、设立研发创新机构等方式,大力推进行业中相关标准、共性技术与产品的研发以及推广应用。企业层面,工业和 ICT 领域的龙头企业正围绕工业物联网应用实施,加快工业数据云平台、工业数据连接和管理、工业网络、新型工业软件等方面的技术、标准、测试床和解决方案的研发部署, 并扩展到能源、医疗、交通等多个领域。

移动互联与物联网加速融合,智能可穿戴设备出现爆发式增长移动互联网与物联网形成从芯片到终端、操作系统的全方位融合,并基于开源软件和开源硬件,开启了全球性的智能硬件创新浪潮。一方面,可穿戴设备成为其中发展和创新最快的领域2015 年第 3 季度可穿戴设备全球共交付了 2100 万只2,同比增长 197.6%,预计到2019年设备年出货量将飙升到 1.26 亿只。可穿戴设备的主要应用领域包括以血糖、血压和心率监测为代表的医疗领域,以运动监测为代表的健康保健领域,并以可穿戴设备为中心,集成医疗、健康、家居等APP 应用,复制了云+APP 的移动互联网应用与商业模式。另一方面,智能家居成为布局和竞争的重点。谷歌、苹果等互联网企业、高通、Intel、思科、三星等信息通信技术企业以及 ABB、博世等工业企业均加快推进智能家居布局,目前已形成了智能家电、智能家居等一系列创新产品,并可与智能手机、可穿戴设备等智能终端和移动 APP 用进行充分互联和集成,实现协同化、服务化、智能化和个性化发展。

(四)智慧城市成为物联网集成应用的综合平台

物联网成为各国智慧城市发展的核心基础要素,在城市管理、节能减排、能源管理、智能交通等领域进行广泛应用,“前端设备智能+后端服务平台化+大数据分析”成为通用模式。智慧城市中物联网应用呈现两大特点:

智慧城市通过物联网应用汇集海量感知数据,依托城市综合管理运营平台和大数据分析,实现对城市运行状态的精确把握和智能管理国际智慧城市建设重点方向之一是构建多种应用互联互通、海量数据汇集共享的智慧城市综合性管理平台,打破传统物联网应用规模小、分散化的模式。西班牙巴塞罗那智慧城市平台,可将环境和能源、交通、水资源管理、生活质量等不同领域的传感数据进行整合并分析处理;桑坦德“城市脉搏”项目致力于建立智慧城市平台,汇聚遍布全城的传感器和“人体传感器”数据,各类应用通过 API 调用平台的大数据处理能力,并通过移动 APP 提供城市管理和生活服务。

国际智慧城市建设重视物联网技术在城市重要基础设施管理方面的应用,希望增强交通、能源等重点领域服务能力,促进城市绿色低碳发展在电力领域,物联网感知与电网、分布式电源等设施深度融合,实现能源生产消费全流程实时监测和预测预警,如英国布里斯


托的
3e3住宅项目集成了太阳能等可再生能源,通过对家庭能源消耗的实时监控和管理,实现节省能源、降低二氧化碳排放;在交通领域, 通过物联网建设“人-车-路”高度协同的互动型交通基础设施,利用互联的充电桩、收费点、控制中心等基础设施,为用户提供随时随地缴费、交互式地图导引等服务,如德国法兰克福正在开发多模式交通导航系统,基于对各类交通设施地上地下全面立体感知定位,实现行人、自行车、公共汽车和火车、出租车、私人汽车的协同高效出行。

(五)物联网标准化持续推进,开放式架构成为重点

 

物联网标准包含体系架构、网络、应用等各个方面,涉及 ITU、ISO/IEConeM2M3GPPIEEE 及各行业标准化组织,各标准化组织在标准制定方面各有侧重,又相互合作。目前,物联网标准化工作在持续推进,物联网架构标准的研究成为热点和重点。

业界试图打造开放式物联网架构。开放统一的物联网架构是物联

网爆发式增长的基石,各标准组织都在加紧研究。欧盟持续推进IoT-A 相关研究,已经发布 IoT ARM1.0(架构参考模型),涉及域模型、信息模型、功能模型、通信模型、安全模型,目前正在推进 IoT ARM2.0 研究。ISO/IEC JTC1 启动物联网参考架构研制,提出六域模型。IEEE 2014 年底启动 P2413 物联网体系架构SAIoT)研究,旨在尽快形成国际统一的物联网体系架构。ITU-T 今年新成立的 SG20,专门设立了物联网架构和协议的研究课题。oneM2M 标准化组织在 2015  1 月发布 M2M 业务层 R1 标准,涉及需求、功能架构、安全、协议、终端管理等,预计在 2016 年中发布 R2 标准。物联网架构标准的复杂性和高难度,使其至今未取得实质突破,标准的成熟和推广有待时日。

互联网 Web 理念渗透到物联网领域,语义研究成为热点。互联网Web 理念不断向物联网渗透,ITU-T 已经发布了基于 Web 的物联网架构标准即 Y.2063;oneM2M 架构基于 Web 化理念,将一切可访问的数据、对象、实体均抽象为资源(resource),由统一的 URI 进行标识;

IETF 制定的资源受限物体应用层协议(CoAP),是 REST 风格面向资源受限网络的 Web 协议。语义技术有利于实现物联网各种信息的开放共享以及对信息的自动处理,解决物联网中由于资源异构及跨系统分布引起的资源互操作性问题。W3C SSN-XG、oneM2M、欧盟 IoT.est 等项目均在语义方面开展相关研究。

各类无线连接技术标准不断演进。 LTE 网络方面,3GPP R13

版本标准研制工作已启动,侧重对物联网低成本、低功耗和增强覆盖特性的支持,同时 GERAN 开展物联网专用技术 CIoT 的标准化研制。华为和沃达丰已经成功完成了全球首个基于 CioT 技术的智能水表演示。面向车联网应用需求,3GPP  SA1(需求工作组 RAN(无线技术工作组已启动基于 LTE  V2X(可称为 LTE-V)技术需求和标准化工作。面向物联网应用场景的 IEEE 802.11ah 标准化工作已于今年基本完成,可以实现低功耗和更广范围接入。

在行业领域,标准化不断深化,其中工业、家居两个领域标准化成为产业布局和竞争的焦点。在工业领域,美国国家标准技术研究院

NIST)和工业互联网联盟(IIC)积极推进工业互联网标准,2015 年 6 月,IIC 发布了工业互联网参考架构,并逐步推进重点方向的技术研究;德国工业 4.0 战略提出参考模型 RAMI 4.0,并提出网络通信、微电子、安全、数据分析等重点领域的研发方向。在智能家居领域,技术和标准呈现百花齐放的局面,Allseen 联盟、开放互联联盟

OIC)、Thread 联盟三大阵营正在推进各标准之间的互联互通。

二、我国物联网发展最新进展

在近几年国家有力政策环境和产业技术创新的推动下,物联网呈现强劲发展势头,以北京-天津、上海-无锡、深圳-广州、重庆-成都为核心的四大产业集聚区各具特色,交通、安全、医疗健康、车联网、节能等领域涌现一批龙头企业,物联网第三方运营服务平台崛起,产业发展模式逐渐清晰。

(一)政策持续出台推动物联网发展

(二)传统行业借助物联网应用提振效能愈发明显

(三)智慧城市应用系统以物联网技术为首要特征

(四基于物联网和移动互联网融合的消费性应用创新更为活跃

(五)技术研究和标准化不断取得新的突破

(六)产业保持快速发展,形成多样化发展模式

(七)四大空间集聚区产业与应用各具特色

三、我国物联网发展仍面临的突出问题

我国物联网总体呈现出较好的发展势头,但物联网的基础条件和自有属性决定了物联网发展的长期性和艰巨性。随着应用规模和范围的不断扩大,制约发展的深层次问题进一步显现。核心技术落后使我国在物联网新一轮产业生态布局中依然被动,发展中涌现出的物联网新业务新模式又带来传统行业政策和体制机制不适应性等新问题。

(一)物联网产业生态主导权的竞争依然严峻

(二)标准协调统筹和实施仍不能满足产业和应用需求

(三)协同性不足严重阻碍产业发展进程

(四)新业务新模式与各行业政策和体制机制的不适应性更趋突出

四、我国物联网未来发展的机遇与方向

 

(一)物联网对经济社会发展的支撑作用更加凸显

辟物联网新时代

(三)物联网应用潜力将在智慧城市进一步释放

五、对我国物联网未来发展的思考

在新一轮物联网发展布局的关键窗口,应积极引导,超前谋划, 加大战略布局,加强产业链和创新链协同,打造产业生态系统,确保在全球物联网大规模应用到来时能充分掌握主动权,推进我国物联网发展进入新的阶段。

(一)把握重点应用方向,加快应用实施与推广

(二)进一步优化发展环境,消除产业发展障碍

(三)加快标准的统筹与实施,发挥龙头企业影响力

(四)加强自主核心技术的研究与布局

(五)建立完善市场化公共服务体系促进产业协

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