趨勢觀察：數字經濟背景下物聯網發展態勢與熱點*

隨著經濟社會數字化轉型和智能升級步伐加快，物聯網正在加速虛擬世界和物理世界的融合，從賦能傳統產業轉型升級、推動數字產業發展兩個方面助力打造數字經濟新優勢。在數據方面，分布在世界各地的物聯網設備將產生海量數據。在賦能傳統產業轉型升級方面，工業 4.0/5.0 加速了物聯網驅動的產業轉型，物聯網在工業領域的應用包括世界經濟論壇確定的一批“燈塔工廠”進行的前瞻應用部署（工藝優化、制造業質量管理、廢物和水管理等）①World Economic Forum. Global lighthouse network: Unlocking sustainability through fourth industrial evolution technologies. (2021-09-27)[2022-04-01]. https://www.weforum.org/whitepapers/global-lighthouse-network-unlocking-sustainability-through-4ir.，其在農業領域的應用包括農作物種植、魚菜共生、森林保護、家畜養殖等所需的環境因素監控、農產品追蹤溯源、機械智能化、精準農業、智能溫室等②Elijah O, Rahman T A, Orikumhi I, et al. An overview of internet of things (IoT) and data analytics in agriculture: Benefits and challenges. IEEE Internet of Things Journal, 2018, 5(5): 3758-3773.。在數字產業方面，邊緣設備產生的大量數據需要融合人工智能、邊緣計算等技術進行實時處理，推動新興數字產業升級迭代。鑒于物聯網在數字經濟中的關鍵角色，本文重點分析其發展態勢與熱點，以期為物聯網驅動的數字化轉型提供參考。

物聯網概念自 1999年提出以來，其內涵不斷擴展和升級，電氣與電子工程師協會（IEEE）和國際電信聯盟（ITU）等國際組織給出的定義普遍受到業界的認可。歐盟在它們的基礎上，認為物聯網是具有能夠感知和控制（sensing and actuation）、可連接（connectivity）、能夠提供情報（intelligence）、異構（heterogeneity）、動態（dynamicity）、可擴展（scalability）、安全（security）等屬性的系統。我國將物聯網視為以感知技術和網絡通信技術為主要手段，實現人、機、物的泛在連接，提供信息感知、信息傳輸、信息處理等服務的基礎設施。其不僅涉及各種極具影響力的應用領域，如從醫療和農業到工業和休閑，還與其他技術的進步息息相關，如云計算、人工智能、人機交互、大數據與分析、量子計算、第五代移動通信技術（5G）等。

1 數字經濟背景下物聯網發展總體態勢

（1）物聯網發展迅速，其產生的數據、釋放的經濟價值正在快速增長。近 5年（2017—2021年），全球物聯網研究論文總量增長了近 4 倍，從 13786 篇增長到 69915 篇，年均復合增長率達 38%。全球物聯網總連接數量將從 2019年的 120 億個增加到 2025年的 246 億個，同時其將從消費物聯網連接主導向產業物聯網連接主導轉變，產業物聯網連接數量將在 2025年占半數以上③GSMA Intelligence. Mobile economy 2020. (2020-03)[2022-02-24]. https://www.gsma.com/mobileeconomy/wp-content/uploads/2020/03/GSMA_MobileEconomy2020_Global.pdf.。不久的將來，物聯網將超越數字平臺成為數據收集的主要方式，分布在世界各地的物聯網連接設備產生的數據將從 2019年的 18.3 ZB增加到 2025年的 73.1 ZB④UNCTAD. Digital economy report 2021. (2021-09-29)[2022-02-24]. https://unctad.org/webflyer/digital-economy-report-2021.。全球物聯網收入將從 2019年的 3430 億美元增長到 2025年的 11230 億美元③，到 2025年其在亞太、北美、歐洲地區的收入占比將接近 90%④。

（2）物聯網作為產業數字化轉型中的粘合劑正在加速數字經濟的“兩化”（產業數字化、數字產業化）發展。5G、邊緣計算、人工智能等技術的進步提升了物聯網對行業應用的支撐能力，進而加快產業數字化轉型的步伐。例如，不斷增強的網絡技術驅動了遠程醫療、智能辦公、遠程資產監控、定位服務等發展，促進了物聯網的行業滲透。新冠肺炎疫情加速了行業需求倒逼物聯網支撐能力提升，從而加快推動數字產業化。例如，共享制造、數字消費、智能化物流、企業實現遠程管理迫切需要物聯網與 5G、邊緣/云計算、人工智能、區塊鏈、大數據、互聯網協議第 6 版（IPv6）等技術深度融合。

（3）物聯網推動數字經濟發展的潛力釋放仍需要解決互操作性、成本、安全、變革管理等方面面臨的阻力。互操作性面臨的最大挑戰是物聯網生態碎片化問題，物聯網技術棧呈現明顯的“筒倉”“圍墻花園”特征。低成本是物聯網實現規模化應用的關鍵，但互操作性低的挑戰直接推高了物聯網規模化應用的設備集成和連接等部署成本，同時終端、網絡更換升級也是成本高的主要因素。安全是物聯網快速發展過程中需要關注的重點問題，例如網絡入侵、攻擊、數據泄露等威脅國家安全和人類生命財產安全。企業和政府在推動物聯網發展時往往重視技術本身，而忽略了管理和運營模式的轉型。

2 數字經濟背景下主要經濟體關于物聯網的戰略舉措與特點

2008年后，為了促進科技發展，尋找經濟新的增長點，各國政府開始重視下一代信息技術規劃，物聯網成為了新增長點的不二選擇。美國、歐盟、日本、韓國、中國等經濟體都將物聯網發展上升為國家發展戰略。近幾年，以科技創新為核心的國際競爭日趨激烈，氣候變化、新冠肺炎疫情全球大流行、自然災害等成為全球性挑戰。新冠肺炎疫情加速了國際社會的變化，促使人類活動向居家辦公、網上教育等生活方式轉變，物聯網需求旺盛，世界主要經濟體根據自身優勢或短板開啟了新一波物聯網戰略部署。

（1）美國：重視前瞻布局，對物聯網安全的重視程度達到新高度。美國是物聯網技術的先行者，從射頻識別技術的應用到“智慧地球”發展理念被升級為國家物聯網的發展戰略，再到美國國家制造創新網絡“智能制造研究所”的成立、《保障物聯網安全戰略原則》的出臺，以及《促進物聯網的發展》綠皮書發布，無不體現美國對物聯網的高度重視及前瞻布局。近年，物聯網成為美國特朗普和拜登兩屆政府重視的驅動未來產業發展的關鍵技術之一，持續得到國家戰略層面的大力支持，這在特朗普政府 2020年簽署的《2022 財年研發預算優先事項及交叉行動》備忘錄，拜登政府 2021年提出的《美國就業計劃》和通過的《無盡前沿法案》（后更名為《美國創新與競爭法》）中均有體現。此外，美國國會調查發現物聯網發展迅速，參議院 2020年1月通過《促進物聯網創新和發展法案》，要求美國商務部牽頭組建聯邦物聯網工作組，美國聯邦通信委員會（FCC）與美國國家電信和信息管理局（NTIA）評估物聯網頻譜資源。美國商務部根據《國防授權法案 2021》及《聯邦咨詢委員會法》修正案于 2021年12月特設物聯網咨詢委員會。美國對物聯網安全的重視程度不言而喻，自13800號總統行政令《加強聯邦網絡和關鍵基礎設施的網絡安全》頒布，NTIA、國家標準與技術研究所（NIST）展開對物聯網安全的全面研究。2020年3月，美國時任總統特朗普簽署《5G 與后 5G 安全法案》。幾經波折，2020年12月《物聯網網絡安全改進法》被特朗普正式簽署為法律。2021年11月，NIST 正式發布《聯邦政府物聯網設備網絡安全指南》（SP 800-213）并隨附《物聯網設備網絡安全需求目錄》（SP 800-213A）。

（2）歐盟：瞄準邊緣計算，推進物聯網朝“智能、通用、可信、開放”方向發展。2014—2020年，歐盟將物聯網視為實現“數字單一市場戰略”的關鍵技術，“由外及內”打造開環物聯網。歐盟先后在2015年成立“物聯網聯盟（AIOTI）”、2016年啟動“物聯網歐洲平臺倡議（IOT-EPI）”和物聯網大規模試點計劃，以及 2018年啟動解決物聯網安全和隱私問題的一組項目。“地平線 2020”在 2014—2020年為物聯網相關的研究、創新和部署提供了近 5 億歐元資助⑤NGIoT. Roadmap for IoT research, innovation and deployment in Europe 2021-2027. (2022-01-12)[2022-02-24]. https://www.ngiot.eu/ngiot-report-a-roadmap-for-iot-in-europe.。隨著全球數字化進程不斷提速，歐盟已開啟下一代物聯網的規劃和布局。一方面，歐盟認為物聯網和邊緣計算為其迎來了重大機遇，近年出臺的“關鍵數字戰略和政策”與“物聯網和邊緣計算”緊密相連。例如，2020年歐盟發布《歐洲數據戰略》，明確提出在 2021—2027年資助開發通用歐洲數據空間和互連云基礎設施，強調抓住邊緣計算、5G 和物聯網帶來的新機遇。2021年歐盟發布《2030 數字指南針：歐洲數字十年之路》，計劃到 2030年部署 1 萬個（2020年為 0 個）能夠實現氣候中和且高度安全的邊緣節點，75%（2020年為 26%）的歐洲企業采用云計算服務⑥European Commission. 2030 digital compass: The European way for the digital decade. (2021-03-09)[2022-02-24]. https://ec.europa.eu/info/sites/default/files/communication-digital-compass-2030_en.pdf.。另一方面，歐盟 2020年9月舉辦關于“物聯網和邊緣計算”的研討會，開啟了下一代物聯網的戰略討論。歐盟 2021年又舉辦多輪“物聯網和邊緣計算”戰略研討會，并最終于 2022年1月發布《歐盟物聯網研究、創新和部署優先事項白皮書》。這也是歐洲最新的物聯網路線圖，研發創新優先事項及綜合戰略重點涉及人-物交互（數字孿生、增強物聯網、觸覺互聯網）、可持續物聯網、數據互操作性、共享和貨幣化、云技術（邊緣計算）、分布式機器學習、物聯網安全與信任、物聯網標準、開放創新等。

（3）日本：以實現“社會5.0”為目標，重安全、強技術。日本物聯網的發展經歷了“e-Japan”“u-Japan”“i-Japan”戰略階段。近年，日本物聯網的發展主要得益于實現“社會 5.0”目標的牽引。在“社會 5.0”中，物聯網將聯通所有人和物，分享各類知識和信息，克服信息不對稱帶來的挑戰和困難。鑒于“社會 5.0”時代物理空間和網絡空間的高度聯通，日本政府高度重視物聯網安全的系統規劃和推進，如日本經濟產業省（METI）2020年11月發布《物聯網安全框架》。“第 2 期戰略性創新推進計劃（SIP）”資助的項目中，物聯網及相關技術成為重中之重，涉及通用平臺、低功耗芯片、安全等。日本雖然率先提出“社會 5.0”，但卻在實踐中落后，尤其是在新冠肺炎疫情應對中暴露出數字化轉型遲緩。鑒于此，近年來日本開始加碼核心關鍵技術創新，物聯網及迫切需要與之深度融合的技術一馬當先。《第六期科學技術創新基本計劃》將網絡和物理空間融合視為實現“社會 5.0”的必要條件之一，提出建設和開發下一代基礎設施和技術，如“后 5G”、超算、半導體等。《半導體數字產業戰略》⑦張麗娟, 劉亞坤.日本制定《半導體數字產業戰略》. 科技中國, 2021(10): 101-103.加大數字領域投資，強化對自動駕駛、工廠自動化、智能城市等應用場景進行邏輯半導體設計與研發。“后 5G 信息通信系統基礎強化計劃”持續實施，大力資助邊緣計算、先進半導體制造技術等。

（4）韓國：著力物聯網與 5G、人工智能等技術的深度融合，逐步向“超鏈接社會”邁進。韓國 2014年發布的《物聯網基本規劃》就已提出“引領超鏈接數字革命”（A leading country in hyperconnected digital revolution）的戰略遠景。近年，韓國以 5G 為主線，融合人工智能，以期通過智能物聯網引領“數字新政”。韓國 2019年4月成為全球首個實現 5G 商用化的國家，并發布“‘5G+’戰略”。2021年8月發布“‘5G+’融合服務擴散戰略”，將通過繼續推進智能工廠、自動駕駛汽車、沉浸式內容、數字醫療、智慧城市五大核心服務的試點為“5G+”融合服務奠定基礎。隨著物聯網連接數的指數級增長和人工智能的發展，智能物聯網已經進入自主發展階段⑧Ministry of Science and ICT. AIoT, bridging the present and the future for better everyday life. (2021-10-19)[2022-02-24]. https://www.msit.go.kr/bbs/view.do?sCode=eng&mId=4&mPid=2&bbsSeqNo=42&nttSeqNo=546.，需要具有自主思考和自主控制能力。2022年1月，韓國發布“數字新政 2.0”行動計劃，計劃投入 9 萬億韓元加速韓國各經濟領域的數字化轉型⑨Ministry of Science and ICT. Korea’s digital new deal 2.0 action plan 2022. (2022-01-26)[2022-02-24]. https://www.msit.go.kr/bbs/view.do?sCode=eng&mId=4&mPid=2&bbsSeqNo=42&nttSeqNo=626.，其中 0.5 萬億韓元用于推進非接觸基礎設施建設（如線上教育、線上醫療和智能急救、智能商店等），0.8 萬億韓元用于發展超鏈接產業（如元宇宙平臺、融合技術應用試點、跨部門大規模區塊鏈技術、智能物聯網）。2022年1月，韓國呼吁制定“下一代網絡發展戰略”，包含 6G 通信技術、衛星網絡、物聯網等。

（5）中國：將物聯網視為新基建的重要組成部分，推動物聯網全面發展。我國物聯網的戰略部署與美國、歐盟、日本、韓國等基本同步，“感知中國”的提出，《“十二五”物聯網發展規劃》《物聯網“十三五”規劃》等系列政策文件的出臺都體現了我國政府對物聯網的高度重視。邁入“十四五”，物聯網已經成為新型基礎設施的重要組成部分，迎來發展的關鍵期。黨中央、國務院高度重視物聯網新型基礎設施建設發展，黨的十九屆五中全會提出“系統布局新型基礎設施”；國家“十四五”規劃綱要提出推動物聯網全面發展，將物聯網納入七大數字經濟重點產業。工業和信息化部等 8 部門共同印發《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃（2021—2023年）》，把“創新能力提升行動”放在 4 項重點任務之首，并從突破關鍵核心技術（如智能感知、新型短距離通信、高精度定位等關鍵共性技術）、推動技術融合創新（如 5G+物聯網、大數據+物聯網、人工智能+物聯網、區塊鏈+物聯網）、構建協同創新機制3個方面進行了部署安排。工業和信息化部發布《物聯網基礎安全標準體系建設指南（2021 版）》，提出到 2022年，初步建立物聯網基礎安全標準體系。

3 數字經濟背景下物聯網發展的重點領域態勢與熱點

隨著 5G、邊緣計算、人工智能等技術的發展，物聯網發展邁入新的發展階段，世界主要經濟體從戰略布局、路線圖制定、安全立法等多舉措助力物聯網發展，云技術、邊緣計算、智能物聯網、元宇宙（數字孿生）、安全研究和監管等成為當下或未來一定時期的重點和熱點。

（1）云技術仍是實現可擴展和自主物聯網基礎設施的關鍵，邊緣計算初現燎原之勢，云-邊協同發展成為主趨勢。物聯網發展迅速，對實時數據收集、處理、分析和決策的需求日益增長，迫切需要邊緣計算來解燃眉之急。邊緣計算為物聯網帶來的安全、延遲、成本、效率和擴展性方面的優勢不言而喻，云技術仍是實現可擴展和自主物聯網基礎設施的關鍵，例如云原生方法可以在分布式場景中有效工作。近 3年，美國高德納咨詢公司（Gartner）發布的年度技術趨勢分別將邊緣賦能和分布式云（2020年）、分布式云（2021年）、云原生平臺（2022年）列入其中。云-邊協同發展未來的重要研究方向包括邊緣計算自我修復、自我擴展等能力實現，能源感知云-邊基礎設施建設，云-邊集中式編排向協同編排轉變，用于邊緣計算服務器的大容量、高帶寬內存模塊，以及先進邏輯芯片技術設計與開發。

（2）人工智能與物聯網（AIoT）深度融合勢不可擋，AIoT發展駛入“快車道”。物聯網是一項幫助人們重新構想日常生活的技術，而人工智能是物聯網充分發揮潛力的驅動力，如智能穿戴、智慧家居、智慧城市、智慧工廠等應用耳熟能詳⑩World Economic Forum. 4 key areas where AI and IoT are being combined. (2021-03-15)[2022-02-24]. https://www.weforum.org/agenda/2021/03/ai-is-fusing-with-the-internet-of-things-to-create-new-technology-innovations.。產業 AIoT 將在 4 個方面驅動因素下快速增長：① 可用于制造業的 AIoT 軟件工具越來越多；② 人工智能解決方案開發和維護簡化11如自動機器學習標準化、機器學習操作（MLOps）簡化模型管理和維護。；③ 人工智能日益嵌入軟硬件中用于功能升級；④ 產業 AIoT 硬件性能正在迅速提升12IOT ANALYTICS. The rise of industrial AI and AIoT: 4 trends driving technology adoption. (2021-12-02)[2022-02-24]. https://iotanalytics.com/rise-of-industrial-ai-aiot-4-trends-driving-technology-adoption.。AIoT 未來重要的研究方向包括：MLOps 和分布式機器學習/人工智能管道，輕量級機器學習/人工智能，從聯邦機器學習到群體學習，物聯網解決方案的可信和有效決策，智能傳感器，低功耗和高性能半導體芯片,從 5G 到 6G 等。

（3）隨著物聯網技術的成熟，元宇宙成為熱點，二者在某種程度上是共生關系13What’s the biggest effect the metaverse will have on IoT, or vice versa? (2022-01-25)[2022-02-24]. https://www.protocol.com/braintrust/metaverse-effects-internet-of-things?rebelltitem=20#rebelltitem20.。業界尚無對元宇宙的明確定義，但物聯網作為現實世界和虛擬世界的橋梁是元宇宙的基礎設施，這在業界已有共識。物聯網可為元宇宙提供感知、連接和傳輸設備等。元宇宙對物聯網將產生重要影響，尤其與數字孿生的使用相關，如增強現實世界極端情況培訓，提供更好、更智能的長期規劃和短期響應。在交互方面，模糊物理和數字世界界限的元宇宙式體驗不僅可以通過擴展現實（XR）設備提供，還可以通過物聯網設備提供，如環境傳感器、智能穿戴、嵌入 AIoT 的車輛和機器人。在計算方面，5G 和智能邊緣/AIoT 的大規模部署將加速元宇宙用例的交付如智能運輸管理14增強現實（AR）+人工智能+三維數字孿生+運營管理。、遠程現場維護和交貨等。在信息方面，元宇宙重點集中在消費者和企業環境中交互體驗的設計改進需求，這將繼續驅動物聯網對專業信息處理技術的需求。

（4）物聯網安全問題日益多樣和復雜，物聯網安全研究更加重要，物聯網安全監管更趨強制性。邊緣/智能設備的規模化部署，物聯網設備數量的激增相應地增加了網絡攻擊的脆弱性，數據泄露和黑客攻擊已司空見慣，消費者、企業和政府越來越重視物聯網安全。為應對物聯網安全挑戰，需要優先考慮將物聯網安全嵌入到物聯網產品和服務設計中，在部署試點或概念驗證時不能忽略或妥協安全性的問題。今后，物聯網安全研究的重要方向包括：人工智能驅動的網絡安全研究15如學習新的攻擊模式并自主反推解決方案。，云-邊時代數據的可追溯性和可信性16如區塊鏈、混合方法（分類賬本+分布式哈希表）。，物聯網設備隱私設計17如片上加密解決方案、軟硬件集成安全功能、防篡改功能。，物聯網服務的安全和隱私設計18安全架構開發、數據隱私保護的智能方法。。近年，物聯網安全監管逐漸由自愿性向強制性發展，如英國 2018年發布《消費物聯網安全實踐準則》，2020年啟動消費連接產品網絡安全立法意見咨詢，并于 2021年4月回應，主張通過完善立法確保消費物聯網設備安全。此外，美國《物聯網網絡安全改進法》已經生效，日本修正法律允許政府部門侵入物聯網設備，歐盟《無線電設備指令授權法案》保障無線設備安全。

4 數字經濟背景下物聯網發展建議

（1）提高對物聯網安全的重視程度。物聯網發展之迅速、蘊含的潛力，以及對數字經濟發展的推動作用顯而易見，然而隨之帶來的安全問題也愈發凸顯，例如設備和軟件漏洞、標準和協議匱乏、缺乏安全控制和系統化安全設計等。因此，我國相關政策制定中需要著重考慮 5 點因素：① 確定物聯網安全發展的優先事項，如物聯網設備的實時監控和分級監管，以充分發揮監控和監管的安全杠桿作用；② 監管機構應協同整個物聯網生態系統中的利益攸關方推進并制定確保物聯網安全和隱私的標準，以創造有助于釋放物聯網價值的環境，同時保護消費者隱私；③ 鑒于供應商缺乏實現互操作性的動力，政策制定者可以采取監管行動直接要求或通過政府采購間接要求供應商考慮互操作性；④ 在促進技術創新的前提下，將風險防控前置于研發；⑤ 我國現有物聯網相關政策雖有提及安全要求，但較難推動貫徹落實，國家著手啟動專門性立法工作迫在眉睫。

（2）摸底和評估物聯網技術發展現狀，制定中長期物聯網發展路線圖，掌握物聯網發展的戰略主動權。總體來看，我國物聯網相關政策部署處于國際“并跑”，整個物聯網發展也正與世界同行。哪些優勢方向具有積極的溢出效應，哪些短板方向受制于人，哪些關鍵共性技術有待突破，哪些未來方向需要搶先布局，只有從千頭萬緒中理清它們的內在聯系，優先次序，方能對癥下藥。例如，物聯網自主解決方案（大型物聯網和數字基礎設施、自主物聯網基礎設施），人物交互（數字孿生、增強物聯網、觸覺互聯網），可靠、低成本、可持續、可擴展的物聯網網絡（5G、6G），云技術（云原生、邊緣計算），智能物聯網，物聯網安全研究，能源問題探索，這些方向均是物聯網領域目前或未來的重點研究方向。我國在物聯網軟件和硬件方面均存在長期受制于人的困擾，亟待開展開源軟件、先進半導體制造等方面的關鍵核心技術攻關。RISC-V 開放指令為打破 X86 和 ARM 生態壟斷提供了重大機遇，集成電路核心器件、先進光刻技術、SoC 和存算一體芯片、神經形態計算等為先進半導體技術創新突破指明了方向。