物聯網關鍵技術產品及行業應用分析

杜國龍

(中國電子科技南湖研究院,浙江 嘉興 314001)

1 物聯網定義與內涵

1.1 物聯網定義的提出

20 世紀末,隨著信息時代的來臨及發展,出現了物聯網一詞,該概念由美國麻省理工學院率先提出,物聯網是指將所有的本來不相關的物體通過射頻識別、紅外感應器等各種傳感設備通過互聯網連接起來,實現智能化的識別以及可管理的網絡,并做到萬物的隨時感知、信息讀取。

1.2 物聯網定義的發展

21 世紀初以來,國際電訊聯盟,全球物聯網大會等不斷對物聯網概念、內涵進行界定及豐富。2011 年我國發布的《物聯網白皮書》將物聯網定義為:物聯網是通訊網和互聯網的拓展應用和網絡延伸,它利用感知技術與智能裝備對物理世界進行感知識別,通過網絡傳輸互聯,進行計算、處理和知識挖掘,實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接,達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。

1.3 物聯網最新內涵

現在物聯網是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術、定位系統、紅外感應器、激光掃描器等多種裝置與技術,實時采集任何需要監控、連接、互動的物體信息,包括聲、光、熱、電、力學、化學、位置等。通過各種接入,網絡傳輸,數據處理,從而實現物與物、物與人的廣泛連接。

物聯網是一個基于互聯網、電信網等的信息承載體,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互通的網絡而實現萬物互聯[1]。

2 物聯網架構

2.1 簡單化三層架構

通過上述的定義與內涵分析,可以理出物聯網一般的、簡單化的三層架構,如圖1 所示。

圖1 物聯網簡單化三層架構

2.2 物聯網架構的層級

物聯網架構可分為感知層、運輸層和應用層。

感知層:通過各種傳感器對物體的狀態感知,并轉化成可傳輸的數據。典型關鍵技術涉及RFID 技術、定位技術、二維碼技術、傳感器技術等。

傳輸層:通過現代傳輸網絡,將數據進行遠端的傳遞。典型關鍵技術涉及移動通信技術、光纖通信技術、組網技術等,而爆發的數據量且更快的響應要求更大的通訊帶寬以及更低的時延。

應用層:將獲取的數據進行處理,并根據不同的行業、用戶做成可以直接使用的程序,從而實現智能化的應用。典型關鍵技術涉及大數據挖掘技術、人工智能技術、云計算技術等。典型應用有智能抄表、智能家居、穿戴設備等。

現代社會連接正處于由信息化邁向全物互聯的物聯網及更加智能的時代。

3 物聯網鏈條核心產品與技術

3.1 物聯網核心產品與技術

芯片是一切數據處理的核心,包括物聯網中涉及的數據采集、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網最必不可少的。萬物互聯在低碳環保大背景下的今天,尤其需求這種芯片。物聯網產業中依據芯片功能的不同,既包括集成在傳感器、無線模組中的,能夠實現特定功能的芯片,也包括嵌入在終端設備中的系統芯片。

傳感器是物聯網數據采集端的基礎,其本質上是一種檢測裝置,是用于采集各類信息并轉換為特定信號的器件?，F代傳感器可以采集身份標識、運動狀態、地理位置、姿態、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、紅外感應元件等。萬物就是靠著各種不同的傳感器進行初步的數據采集,為下一步的網絡傳輸提供數據源支持。

網絡傳輸是物聯網連接必不可少的環節,也是目前物聯網產業鏈中最成熟的技術。目前我國在通信網絡的技術、設計、建設方面都處于世界領先地位。除了傳輸還涉及各種通信網與互聯網形成的融合網絡等。物聯網很大程度上可以復用現有的電信運營商絡(有線寬帶網、移動網絡等),目前各家運營商為了拓展網絡應用環境,最大化地降低成本,提高收益,都在積極地推動物聯網行業的應用發展。

智能硬件是物聯網的承載終端,是面向最終用戶最直接的產品。而這里的用戶既可能是行業用戶,也可能是普通消費者用戶。行業用戶指的是政府、企業等B 端的用戶,如目前較為常見的電表的智能抄表業務,為行業用戶電力企業統一采購后向最終消費者而提供的業務。此種表計類產品還包括智能水表、智能燃氣表、工業監控檢測儀表等。而另一大類是面向普通消費者用戶,主要是指消費電子,如可穿戴設備、智能家居等產品。

3.2 物聯網系統集成

系統集成及應用服務是物聯網部署實施與實現應用的重要環節。系統集成以滿足用戶的需求為根本出發點,不是簡單的產品或子系統的疊加,而是一種需要把多種產品和技術并接入一個有機的、完整的解決方案。對于物聯網的系統集成商來說,如何有效地將物聯網技術與產品結合起來,并推動應用開發商推出具有爆炸性的行業應用,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客戶,例如政府部門、電力公司、水務公司、燃氣公司、熱力公司、采礦企業、大型車企等,以提供綜合性的解決方案為主。面對物聯網的復雜應用環境和眾多不同領域的設備,系統集成商可以幫助客戶解決各類設備、子系統間的接口、協議、系統平臺、應用軟件等問題,確?？蛻舻玫阶詈线m的解決方案。

4 物聯網產業公司

目前我國的物聯網產業,處于世界前列,涌現出一大批具備核心自主技術的企業,在這里僅以ICT 行業的公司舉例。

華為提供云IOT 全棧云服務,提供了極簡接入、智能化、安全可信等全棧全場景服務和開發、集成、托管、運營等一站式工具服務,可以快速地構建5G、AI 萬物互聯的場景化物聯網解決方案。目前已有50 多個行業解決方案,僅在服務城市方向便推出了智慧城市、智慧園區、智慧消防、智能抄表、智能排水等解決方案。以智慧城市為例,推出智慧城市物聯網平臺服務,可實現城市基礎設施實時感知,海量物聯網數據實時匯聚,跨部門跨業務共享,智能分析來支撐城市綜合管理決策,從而加快城市產業轉型升級,打造以物聯網產業為核心的數字經濟。

百度推出智能云天工物聯網平臺。以云邊端以及時空數據管理能力為核心優勢,提供完整的物聯網基礎設施。目前在能源電力、公共事業、智慧交通等行業有著較為廣泛的應用。

騰訊推出智能硬件開放平臺,將核心能力提供給可穿戴設備、智能家居、智能車載、傳統硬件等領域合作伙伴,實現用戶與設備及設備與設備之間的互聯互通互動。

5 物聯網行業應用及相關產業發展

5.1 物聯網產業的研究

關于物聯網產業的研究,一直以來國內都有學者進行研究,比如黃衛東等[2]認為我國物聯網的發展,需借鑒發達國家的成熟經驗,例如物聯網產業聯盟就是一個不錯的選擇,依靠聯盟的力量,打通上下游產業,統籌資源的配置,高效地推動物聯網產業發展。而孫改平[3]使用PEST 分析方法對我國物聯網產業相關的政策,經濟發展基礎及受影響的社會因素等進行了科學的分析,提出除了自身的技術攻關,加強研究之外,依靠加強國際合作,學習借鑒等不斷完善我國的物聯網發展水平。

5.2 產業物聯網與消費物聯網

物聯網產業分為面向行業的產業物聯網和面向消費者的消費物聯網。產業物聯在工業領域中應用已相對成熟。工業物聯網簡單地說就是工業生產中的某一設備,通過放置傳感器或其他設備,自動實現該設備相關數據的采集。通過網絡連接,將這些數據發送到核心數據中心進行處理,處理后將下一步指令返回到生產線中該設備或其他設備,實現設備的自動控制。除此之外,在農業、物流、能源、交通等行業,也有著較為廣泛的應用。

而消費物聯網則面向需求端,以提升體驗感為導向,實現智能家居、智能醫療、智能交通、可穿戴設備等的消費級應用。如在智能家居領域,物聯網設備和技術通過提供智能安防、智能家庭設備控制、智能休閑娛樂服務等提升用戶體驗。最近經常被提及的元宇宙概念,除了VR 等設備外,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實體驗,使人們的生活感知發生翻天覆地的變化。

5.3 物聯網產業發展規模

中國互聯網協會在第二十屆中國互聯網大會上,發布了《中國互聯網發展報告2021》。報告圍繞“新階段、新理念、新格局——互聯網引領數字經濟新發展”的主題展開,根據報告調查顯示,截至2020 年年底,我國云計算整體市場規模為1 781.8 億元,規模快速增長,增速達到33.6%,我國大數據產業的規模為718.7億元,增長16%,而物聯網方面,產業同樣迅猛發展,產業規模突破1.7 萬億元,預計到2022 年,規模將超過2萬億元。

6 政府政策

6.1 物聯網政策

近年來在政策的大力扶持和配套設施的不斷完善下,我國物聯網產業在關鍵技術研發、技術推廣應用、產業協調發展等方面成績顯著,物聯網產業的軟實力和硬實力水平同步提升較快。2013 年國務院發布了《關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》,2017 年工信部發布的《信息通信行業發展規劃物聯網分冊(2016—2020 年)》細化了將來 5 年物聯網產業發展方向。地方政府也在緊鑼密鼓地推出一系列的引導政策,加快推進地方物聯網產業的發展。

6.2 地方政府物聯網規劃

上海市政府在2014 年推出了《上海市健康物聯網推進工作方案》,在健康物聯網領域,形成百億級產業規模,培育10 個面向全國的知名服務品牌,打造健康物聯網應用示范區,形成完善的產業鏈,在服務水平、核心技術等方面達到國際先進水平。

深圳市也將物聯網產業作為重點培育產業,推動產業發展,建立一批示范園區,并著重發揮關聯產業的群體效應,并特別提出,重點發展與物聯網產業鏈緊密關聯的硬件、軟件、系統集成及運營服務四大核心領域。在政策上,深圳市在2019 年發布了《深圳新一代信息技術產業振興發展政策》,明確提出重點發展物聯網等新興信息技術領域。

杭州市物聯網產業將按照“一核多點”的空間規劃布局建設,打造杭州市的物聯網新興發展區,并在2017年發布了杭州市物聯網行業發展規劃,提出形成研發制造、系統集成、示范應用、標準推廣為一體的產業體系,打造領先的產業規模和應用水平,建成全國的物聯網行業中心,打造全球數字安防產業中心。

可以看出,很多城市區域都將物聯網作為下一輪經濟發展推動的重要載體和推手,依靠不斷完善的產業體系,統領帶動各行業向更加智能、高效、全面的目標發展,帶動地方經濟、激活產業活力。

7 物聯網發展前景展望

在物聯網領域,互通互聯是關鍵。隨著信息時代的發展,跨越時空的物的狀態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。當前,我國的物聯網發展已經邁入一個新的時代,不斷出臺的政府指導政策以及上下游產業鏈公司及集成商、服務商、消費者應用都在不斷推動著物聯網向前邁入新的高度。如與工業領域結合的工業物聯網、與車輛結合的車聯網等都獲得了前所未有的發展,并達到了新的高度?？梢灶A見,在不遠的將來,物聯網的發展會愈加全面、可靠、高效并極大地改變人們的工作方式,提升人們的生活水平。