智能物聯技術體系與產業鏈探究

胡曉箏 劉詣

[提要] 智能物聯是人工智能和物聯網深度融合的產業形式，是“中國制造2025”和“工業4.0”的愿景能夠落地的標配，是智慧城市、智能交通、智能家居等眾多新興行業得以蓬勃發展的技術支持。本文從智能物聯技術體系角度，探究智能物聯產業基本現狀，系統梳理“端、管、邊、云、用”五位一體的產業鏈條，以期為智能物聯行業企業發展與職能部門決策提供重要參考。

關鍵詞：智能物聯;技術體系;產業鏈

基金項目：中國職業技術教育學會2019-2020年度職業教育教學改革課題研究項目：“對接智能物聯產業鏈的人才培養多元化創新研究”（項目編號：1910196）

中圖分類號：F49 文獻標識碼：A

收錄日期：2020年8月7日

在人工智能AI與物聯網IoT經過多年的相互試探和交互后，2017年智能物聯的概念被正式提出，英文縮寫為：AIoT。人工智能與物聯網的結合成為了新的技術路徑，智能物聯也成為了產業布局的熱門趨勢。物聯網是人工智能的連接者，肩負了海量數據的感知和收集，人工智能則成為物聯網的CPU，通過物聯網收集的數據在邊緣層或云端進行深度分析，以提前發現異常并預測未來，AIoT讓萬物互聯演進到萬物智聯。二者并不是簡單的堆疊，而是技術、產業及經濟體制深度融合的智能化生態系統。

一、智能物聯的技術體系

2019年是智能物聯產業形態落地的初年，尤其是5G移動通信為AIoT提供了大連接、大帶寬、低時延的通信時效;移動邊緣計算解決了邊緣側進行機器學習及深度學習的算力問題，與物聯網云平臺形成了很好的互補;區塊鏈2.0又有力保障AIoT所形成的大量碎片化數據的安全與隱私。這些信息通信技術的先進生產力都急速加劇了智能物聯產業鏈的落地，同時也改變了物聯網產業的慢熱性。

（一）智能物聯終端的騰飛——“硬科技”技術。“硬科技”技術是指以人工智能、基因技術、航空航天、腦科學、光電芯片、新材料等為代表的高精尖科技，李克強也形象的指出“硬科技”就是比“高科技”還要高的技術，智能終端在“硬科技”上的主要應用體現在人工智能、基因技術和光電芯片。

傳統的CPU芯片的低算力、高價格完全不適用智能終端，以圖形處理單元GPU、現場可編程門陣列FPGA、專用集成電路ASIC為代表新一代芯片技術已經登上時代舞臺。GPU雖然核心眾多可以勉強滿足算力要求，但是其昂貴的價格已經使其失去性價比;FPGA屬于半定制芯片，只廣泛的應用于AI服務器中;ASIC屬于專用芯片，是目前智能終端主要使用的芯片架構。CPU、GPU、FPGA、ASIC四類的芯片都是馮·諾依曼結構，所以FPGA、ASIC也無法解決馮·諾依曼的瓶頸問題。智能終端芯片的未來一定是類腦芯片的架構，2019年8月清華大學研究團隊已經開發出全球首款異構融合類腦芯片“天機芯”。AI芯片技術的提升，也推動了傳感器、射頻識別、嵌入式操作系統等一系列產業的發展。

智能終端的發展同樣也離不開人工智能技術的進步，人工智能產生在第三次工業革命——數字信息化時代，并在第四次工業革命——信息智能化時代處于了主導地位。從1950年的圖靈測試開始，人工智能歷經了符號學派、控制學派、連接學派三個階段的繁榮與蕭條，終于在近幾年，伴隨著AI芯片算力的提升和深度神經網絡算法的精確，開始出現大規模的應用落地。其主要技術包括機器學習與深度學習、自然語言處理、智能語音技術、計算機視覺技術、生物識別技術、知識工程、智適應學習、自主無人系統、腦機接口等。

（二）智能物聯網絡的管道——5G移動通信。2019年可謂是第五代移動通信5G的元年，它主要有增強型移動寬帶、超可靠低時延、海量物聯三大應用場景，工作頻段有6GHZ以下和25GHZ以上，6GHZ以下的頻段主要就是滿足廣域低功耗的物聯網設備直接的通信。5G的關鍵能力主要包括大規模天線、靈活頻譜共享、高頻信號等無線類技術;網絡功能虛擬化、軟件定義網絡、無線接入網云等網絡架構技術;無線資源調度與共享、網絡切片、網絡邊緣緩存與計算等新型應用技術。

2019年6月工信部為移動、聯通、電信、廣電發放了四張5G牌照后，四大運營商均開始緊鑼密鼓的建設5G基站，截至2019年12月份，我國已部署5G基站12.6萬個。國家電網也殺入了5G的戰備，目前正在與廣電密切合作，構建電力物聯網。5G技術和產業鏈的形成可以說補強了智能物聯的管道傳輸，很好地解決了無人駕駛、工業互聯網、遠程醫藥等這些廣域物聯通信的低速率與高延遲等問題，快速推動了智能物聯網的進步。

其實傳統物聯網十幾年的慢熱除了終端不智能的問題以外，最核心的問題就是在廣域范圍的管道傳輸上，近幾年除了5G通信為物聯網補強之外，物聯網管道的基礎建設也取得了很大發展。基于授權頻段的NB-IoT和基于非授權免費頻段的Lora等技術，完全改變了廣域物聯網在距離和功耗上不能得兼的問題，性能優勢遠超傳統物聯的ZigBee網絡。近期NB-IoT還會與衛星物聯網緊密融合，徹底打透物聯網的連接數量和連接范圍，實現森林、海洋、沙漠的泛在網絡全覆蓋。

（三）智能物聯資源的儲備——云資源與邊緣資源的協同。智能物聯網資源的建設要歸功于云計算與邊緣計算的長足進步，尤其是二者協同場景打造的分布式云資源，更是智能物聯快速落地的強心劑。在物聯網分布式云中，云計算位于資源中心，主要解決海量數據的存儲與分析處理、深度學習的模型訓練與預測。邊緣計算則更靠近終端一側，是云服務向網絡邊緣的延伸。主要解決終端的實時控制、快速決策及局部數據的存儲與處理。

物聯網的云/邊協同主要是在基礎設施即服務、平臺即服務、軟件即服務三個層面進行資源、數據、智能、應用、業務、服務的六種協同方式，云/邊協同的智能物聯網主要應用在梯聯網、工業互聯網、車路協同網、內容分發網、智慧家庭網、農業生產網等。云/邊協同很好地降低了云服務器計算的壓力，減少了網絡帶寬的壓力，而且邊緣計算對于終端來講還起到了隱私保護等優勢。

（四）智能物聯安全的新保障——“物鏈網”技術。2018年，微軟、IBM等企業在物聯網行業會議（“物聯網+區塊鏈”應用峰會）上正式提出“物鏈網”概念，被稱為萬物的區塊鏈，英文名稱為：Blockchain of Things，定義為：物鏈網=物聯網×區塊鏈。智能物聯提供了先進的生產力，實現了海量設備的智聯，但同時也帶來了數據安全、隱私保護、網間協作和信任機制等方面的諸多問題。區塊鏈提供了智能型分布式架構的生產關系，其自身的不可篡改、共識機制和去中心化等特性，完美解決了萬物智聯的各種問題，充分適應了生產力的發展。

“物鏈網”技術代表了物聯網與區塊鏈之間的融合，是智能化生態應用場景的重頭戲。使用“物鏈網”技術可以提升網絡的覆蓋能力、邊緣的計算能力、身份的認證能力、設備的防護能力和數據的管理能力，同時也降低了物聯網絡建設與維護的成本，推進了智能物聯網絡向更加靈活化、智能化的高級形態演進。使用“物鏈網”技術構建的應用平臺，可“去中心化”的將各類物聯設備、能力系統、應用服務等軟硬資源有效連接融合，打通物理與虛擬世界，最大限度滿足了智能物聯在信任建立、交易加速、海量連接上的需求。

二、智能物聯產業鏈現狀

AIoT產業研究院提供的2020中國物聯網產業全景圖譜中看到，智能物聯產業鏈細分成了“端、管、邊、云、用”五種產業模式。“端”是指物聯網終端，完成環境感知、數據采集與發送等功能;“管”是指物聯網數據傳輸的管道，承擔網絡通信的功能;“邊”是指邊緣計算，完成終端數據的算力資源和平臺資源，協助終端實現快速智能化決策;“云”是指云計算，位于云資源池中心，完成全局性、非實時、長周期業務數據的分析、計算和儲存;“用”是指智能物聯具體應用的表現形式，是產業鏈的最終成果。

（一）物聯網終端產業。物聯網終端產業細分為芯片、感知設備等硬件產業和嵌入式系統、語音/生物識別等軟件產業。芯片作為物聯網終端的核心元器件之一，主要有控制芯片、通信芯片、人工智能芯片三類，各種類別芯片大量供應商參與的格局已經形成，產業代表有華為海思、聯發科、美國高通、阿里平頭哥、德州儀器、英偉達等眾多產業巨頭。感知設備重要的組成部分是傳感器和射頻標識，產業代表有博士、北京必創、信達物聯等。嵌入式系統是終端智能化的重要保障，產業代表有華為的lite OS和鴻蒙OS、阿里的AliOS Things、騰訊的TencentOS tiny等。語音/生物識別是終端智能的應用軟件，產業代表有科大訊飛、曠世科技、商湯科技等企業。

（二）物聯網通信產業。物聯網的通信產業分為無線物聯和衛星物聯兩種。無線物聯細分為：非授權頻譜WiFi6的WLAN，企業代表有新華三、銳捷網絡、思科等;非授權頻譜Lorawan的廣域物聯，企業代表有騰訊云LPWA、博大光通、華數傳媒等;授權頻譜NB-IoT的工業無線，企業代表有華為、四信等;授權頻譜NB-IoT的運營管理，企業代表有中國電信、中國聯通等。衛星物聯是指使用商用衛星進行數據采集，實現天地一體的物聯網系統，代表企業有長光衛星、行云科技、銀行航天等。

（三）邊緣計算產業。邊緣計算產業分為邊緣計算硬件和邊緣計算軟件。邊緣計算硬件細分為邊緣芯片、邊緣服務器和分布式數據中心，邊緣芯片產業代表有Arm的 Cortex-M55和Ethos-U55、華為的Ascend 310等;邊緣服務器產業代表有新華三的HPE Edgeline、中興通信的邊緣云等;分布式數據中心產業代表有施耐德的IMDC、思科的ACI等。邊緣計算軟件平臺實現了分布式邊/云系統的協同，產業代表有亞馬遜的Wavelength、阿里的LinkEdge、百度智能云等。

（四）云計算產業。云計算產業分為系統平臺和通用能力平臺。系統平臺完成了邊/云系統協同的云資源建設，產業代表有阿里云Link平臺、百度云天工物聯網平臺、騰訊IoT Explorer云平臺等。通用能力平臺包括了人工智能平臺，物聯網安全平臺、物聯網區塊鏈平臺，產業代表有依圖科技、360、萬向區塊鏈等

（五）智能物聯產業應用。在我國“十三五”規劃綱要中，明確指出要實施網絡強國戰略，加快建設“數字中國”，推動物聯網、云計算和人工智能等技術向各行業全面融合滲透，構建萬物互聯、融合創新、智能協同、安全可控的新一代信息技術產業體系。由此可以看出，中共中央、國務院非常重視智能物聯在智慧城市、智慧家庭、智能制造、智慧物流、智慧醫療等產業領域的應用融合。

智慧城市是通過海量的物聯網感知終端，實時全面的表述城市的運行狀態，構建城市的虛擬鏡像，實現智能管理和調控。在政府政務方面，物聯網、云計算等技術手段實現了各職能部門資源的高度整合，提高政府的業務辦理和管理效率，形成了高效便民的新型政府體制。在城市公用事業方面，NB-IoT、LoRa等低功耗廣域網絡的商用，給公用事業帶來了更適用的接入網絡技術。基于物聯網的城市管網監測、供水供氣調度、城市公共資產管理等應用也在不斷涌現;交通管理方面，計算機視覺、車聯網等技術能夠實時分析城市交通流量，縮短了車輛等待時間，實現了機動車道、非機動車道全天候實時監控。

智慧家庭是家居行業與物聯網技術融合發展的產物，代表著智能家居已經全面邁進全屋智能時代，同時也會為地產、裝修公司、設備商、平臺企業及集成服務商的轉型升級賦能。智慧家庭包括家庭安防、燈光氛圍、環境控制、智能家電、控制軟件、智慧社區等七個子系統。

智能制造是由物聯網、人工智能、大數據等技術驅動下生產方式的變革，促進了工廠設備之間、產品與消費者之間的“智能聯接”。智能制造實現了制造業的數字化、物聯化、智能化，并貫穿于產品的制造和服務全生命周期及相應系統的優化集成，不斷提升企業的產品質量、效益和服務水平，推動制造業創新、綠色、協調、開放、共享發展。

智慧物流是依托物聯網技術形成的開放共享、高效便捷、綠色安全的生態體系，使信息通信技術在物流領域廣泛應用，倉儲、運輸、配送等環節智能化水平顯著提升，物流組織方式不斷優化創新。智慧物流的技術亮點有：物流設備均有傳感器——“物聯”;傳感器Lora或NB-IoT聯接——“聯網”;攝像頭自主運算——邊緣計算;物流倉儲學會思考——“智能”。

智慧醫療領域是通過RFID、傳感網絡等物聯網技術對醫療對象進行處理和交互，實現醫療對象的自動化、可視化、數字化管理。在2020年新冠肺炎疫情防控過程中，智慧醫療的新應用不斷涌現。百度的疫情防控智能外呼平臺，完成流動人員、本地居民的排查和通知;鏈飛科技的全國區塊鏈疫情監測平臺，實時追蹤全國各省市新冠肺炎進展情況;科大訊飛的訊飛醫療語音，完成新冠肺炎疫情的防控和宣教;曠視科技的發熱及潛在被感染對象篩查與分析系統，完成大流量通道每秒15人的篩查速度且受檢者不必摘下口罩;高新興科技的體溫檢測機器人，可一次測量10個人并追蹤數據源;普渡科技的疫情配送機器人，可為隔離的患者每日配送餐飲、藥品;東富龍醫療的疫情消毒機器人，可進行360度無死角消毒;獵戶星空的智能診療機器人，可配合醫生進行日常的查房、施藥工作;歐孚通信的NB-IoT穿戴設備，可對隔離患者進行定位監控。

三、結語

智能物聯對實體經濟的融合賦能，是智能物聯整體業務享有十萬億的市場空間。2019年，受益于智慧城市業務的規模化落地及邊緣計算的初步普及，中國智能物聯市場規模突破3，000億大關，并直指4，000億量級。2009～2019年是中國物聯網產業發展的第1個十年，2020年是“十三五”收官的重要之年，同時也是中國物聯網產業下一個十年周期的起點。雖然我們現在無法看到十年后的經濟發展，但是下一個十年一定是智能物聯產業爆發的十年，智能物聯的產業項目也會如雨后春筍般落地生根，并快速發展。

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