物联网关键技术产品及行业应用分析

杜国龙

(中国电子科技南湖研究院,浙江 嘉兴 314001)

1 物联网定义与内涵

1.1 物联网定义的提出

20 世纪末,随着信息时代的来临及发展,出现了物联网一词,该概念由美国麻省理工学院率先提出,物联网是指将所有的本来不相关的物体通过射频识别、红外感应器等各种传感设备通过互联网连接起来,实现智能化的识别以及可管理的网络,并做到万物的随时感知、信息读取。

1.2 物联网定义的发展

21 世纪初以来,国际电讯联盟,全球物联网大会等不断对物联网概念、内涵进行界定及丰富。2011 年我国发布的《物联网白皮书》将物联网定义为:物联网是通讯网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装备对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。

1.3 物联网最新内涵

现在物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、定位系统、红外感应器、激光扫描器等多种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体信息,包括声、光、热、电、力学、化学、位置等。通过各种接入,网络传输,数据处理,从而实现物与物、物与人的广泛连接。

物联网是一个基于互联网、电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象因为可以被访问并通过互联互通的网络而实现万物互联[1]。

2 物联网架构

2.1 简单化三层架构

通过上述的定义与内涵分析,可以理出物联网一般的、简单化的三层架构,如图1 所示。

图1 物联网简单化三层架构

2.2 物联网架构的层级

物联网架构可分为感知层、运输层和应用层。

感知层:通过各种传感器对物体的状态感知,并转化成可传输的数据。典型关键技术涉及RFID 技术、定位技术、二维码技术、传感器技术等。

传输层:通过现代传输网络,将数据进行远端的传递。典型关键技术涉及移动通信技术、光纤通信技术、组网技术等,而爆发的数据量且更快的响应要求更大的通讯带宽以及更低的时延。

应用层:将获取的数据进行处理,并根据不同的行业、用户做成可以直接使用的程序,从而实现智能化的应用。典型关键技术涉及大数据挖掘技术、人工智能技术、云计算技术等。典型应用有智能抄表、智能家居、穿戴设备等。

现代社会连接正处于由信息化迈向全物互联的物联网及更加智能的时代。

3 物联网链条核心产品与技术

3.1 物联网核心产品与技术

芯片是一切数据处理的核心,包括物联网中涉及的数据采集、处理、输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联网最必不可少的。万物互联在低碳环保大背景下的今天,尤其需求这种芯片。物联网产业中依据芯片功能的不同,既包括集成在传感器、无线模组中的,能够实现特定功能的芯片,也包括嵌入在终端设备中的系统芯片。

传感器是物联网数据采集端的基础,其本质上是一种检测装置,是用于采集各类信息并转换为特定信号的器件。现代传感器可以采集身份标识、运动状态、地理位置、姿态、压力、温度、湿度、光线、声音、气味等信息。广义的传感器包括传统意义上的敏感元器件、RFID、条形、条形码、二维码、雷达、摄像头、读卡器、红外感应元件等。万物就是靠着各种不同的传感器进行初步的数据采集,为下一步的网络传输提供数据源支持。

网络传输是物联网连接必不可少的环节,也是目前物联网产业链中最成熟的技术。目前我国在通信网络的技术、设计、建设方面都处于世界领先地位。除了传输还涉及各种通信网与互联网形成的融合网络等。物联网很大程度上可以复用现有的电信运营商络(有线宽带网、移动网络等),目前各家运营商为了拓展网络应用环境,最大化地降低成本,提高收益,都在积极地推动物联网行业的应用发展。

智能硬件是物联网的承载终端,是面向最终用户最直接的产品。而这里的用户既可能是行业用户,也可能是普通消费者用户。行业用户指的是政府、企业等B 端的用户,如目前较为常见的电表的智能抄表业务,为行业用户电力企业统一采购后向最终消费者而提供的业务。此种表计类产品还包括智能水表、智能燃气表、工业监控检测仪表等。而另一大类是面向普通消费者用户,主要是指消费电子,如可穿戴设备、智能家居等产品。

3.2 物联网系统集成

系统集成及应用服务是物联网部署实施与实现应用的重要环节。系统集成以满足用户的需求为根本出发点,不是简单的产品或子系统的叠加,而是一种需要把多种产品和技术并接入一个有机的、完整的解决方案。对于物联网的系统集成商来说,如何有效地将物联网技术与产品结合起来,并推动应用开发商推出具有爆炸性的行业应用,是集成商们始终需要面临的问题。此外,集成商主要面向大型客户或垂直行业客户,例如政府部门、电力公司、水务公司、燃气公司、热力公司、采矿企业、大型车企等,以提供综合性的解决方案为主。面对物联网的复杂应用环境和众多不同领域的设备,系统集成商可以帮助客户解决各类设备、子系统间的接口、协议、系统平台、应用软件等问题,确保客户得到最合适的解决方案。

4 物联网产业公司

目前我国的物联网产业,处于世界前列,涌现出一大批具备核心自主技术的企业,在这里仅以ICT 行业的公司举例。

华为提供云IOT 全栈云服务,提供了极简接入、智能化、安全可信等全栈全场景服务和开发、集成、托管、运营等一站式工具服务,可以快速地构建5G、AI 万物互联的场景化物联网解决方案。目前已有50 多个行业解决方案,仅在服务城市方向便推出了智慧城市、智慧园区、智慧消防、智能抄表、智能排水等解决方案。以智慧城市为例,推出智慧城市物联网平台服务,可实现城市基础设施实时感知,海量物联网数据实时汇聚,跨部门跨业务共享,智能分析来支撑城市综合管理决策,从而加快城市产业转型升级,打造以物联网产业为核心的数字经济。

百度推出智能云天工物联网平台。以云边端以及时空数据管理能力为核心优势,提供完整的物联网基础设施。目前在能源电力、公共事业、智慧交通等行业有着较为广泛的应用。

腾讯推出智能硬件开放平台,将核心能力提供给可穿戴设备、智能家居、智能车载、传统硬件等领域合作伙伴,实现用户与设备及设备与设备之间的互联互通互动。

5 物联网行业应用及相关产业发展

5.1 物联网产业的研究

关于物联网产业的研究,一直以来国内都有学者进行研究,比如黄卫东等[2]认为我国物联网的发展,需借鉴发达国家的成熟经验,例如物联网产业联盟就是一个不错的选择,依靠联盟的力量,打通上下游产业,统筹资源的配置,高效地推动物联网产业发展。而孙改平[3]使用PEST 分析方法对我国物联网产业相关的政策,经济发展基础及受影响的社会因素等进行了科学的分析,提出除了自身的技术攻关,加强研究之外,依靠加强国际合作,学习借鉴等不断完善我国的物联网发展水平。

5.2 产业物联网与消费物联网

物联网产业分为面向行业的产业物联网和面向消费者的消费物联网。产业物联在工业领域中应用已相对成熟。工业物联网简单地说就是工业生产中的某一设备,通过放置传感器或其他设备,自动实现该设备相关数据的采集。通过网络连接,将这些数据发送到核心数据中心进行处理,处理后将下一步指令返回到生产线中该设备或其他设备,实现设备的自动控制。除此之外,在农业、物流、能源、交通等行业,也有着较为广泛的应用。

而消费物联网则面向需求端,以提升体验感为导向,实现智能家居、智能医疗、智能交通、可穿戴设备等的消费级应用。如在智能家居领域,物联网设备和技术通过提供智能安防、智能家庭设备控制、智能休闲娱乐服务等提升用户体验。最近经常被提及的元宇宙概念,除了VR 等设备外,更重要的是将传感器使用到人生活的各种场景中,通过不断增强的虚拟现实体验,使人们的生活感知发生翻天覆地的变化。

5.3 物联网产业发展规模

中国互联网协会在第二十届中国互联网大会上,发布了《中国互联网发展报告2021》。报告围绕“新阶段、新理念、新格局——互联网引领数字经济新发展”的主题展开,根据报告调查显示,截至2020 年年底,我国云计算整体市场规模为1 781.8 亿元,规模快速增长,增速达到33.6%,我国大数据产业的规模为718.7亿元,增长16%,而物联网方面,产业同样迅猛发展,产业规模突破1.7 万亿元,预计到2022 年,规模将超过2万亿元。

6 政府政策

6.1 物联网政策

近年来在政策的大力扶持和配套设施的不断完善下,我国物联网产业在关键技术研发、技术推广应用、产业协调发展等方面成绩显著,物联网产业的软实力和硬实力水平同步提升较快。2013 年国务院发布了《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》,2017 年工信部发布的《信息通信行业发展规划物联网分册(2016—2020 年)》细化了将来 5 年物联网产业发展方向。地方政府也在紧锣密鼓地推出一系列的引导政策,加快推进地方物联网产业的发展。

6.2 地方政府物联网规划

上海市政府在2014 年推出了《上海市健康物联网推进工作方案》,在健康物联网领域,形成百亿级产业规模,培育10 个面向全国的知名服务品牌,打造健康物联网应用示范区,形成完善的产业链,在服务水平、核心技术等方面达到国际先进水平。

深圳市也将物联网产业作为重点培育产业,推动产业发展,建立一批示范园区,并着重发挥关联产业的群体效应,并特别提出,重点发展与物联网产业链紧密关联的硬件、软件、系统集成及运营服务四大核心领域。在政策上,深圳市在2019 年发布了《深圳新一代信息技术产业振兴发展政策》,明确提出重点发展物联网等新兴信息技术领域。

杭州市物联网产业将按照“一核多点”的空间规划布局建设,打造杭州市的物联网新兴发展区,并在2017年发布了杭州市物联网行业发展规划,提出形成研发制造、系统集成、示范应用、标准推广为一体的产业体系,打造领先的产业规模和应用水平,建成全国的物联网行业中心,打造全球数字安防产业中心。

可以看出,很多城市区域都将物联网作为下一轮经济发展推动的重要载体和推手,依靠不断完善的产业体系,统领带动各行业向更加智能、高效、全面的目标发展,带动地方经济、激活产业活力。

7 物联网发展前景展望

在物联网领域,互通互联是关键。随着信息时代的发展,跨越时空的物的状态被随时感知并被传递、记录,访问,这种趋势势必会极大地提升人与人、人与物、物与物之间的连接效率。当前,我国的物联网发展已经迈入一个新的时代,不断出台的政府指导政策以及上下游产业链公司及集成商、服务商、消费者应用都在不断推动着物联网向前迈入新的高度。如与工业领域结合的工业物联网、与车辆结合的车联网等都获得了前所未有的发展,并达到了新的高度。可以预见,在不远的将来,物联网的发展会愈加全面、可靠、高效并极大地改变人们的工作方式,提升人们的生活水平。