国际物联网技术发展动向

海宁

当前，物联网技术的发展已经成为国际竞争的重要焦点。比如，美国已将物联网上升为国家创新战略的重点之一；欧盟制定了促进物联网发展的行动计划；日本的U-Japan计划将物联网作为四项重点战略领域之一；韩国的IT839战略将物联网作为三大基础建设重点之一……发达国家一方面加大力度发展传感器节点核心芯片、嵌入式操作系统、智能计算等核心技术，另一方面加快标准制定和产业化进程，谋求在未来物联网的大规模发展及国际竞争中占据有利位置。

从总体来看，国际物联网技术发展大致呈现以下特点：

技术路线两大方向

各国在物联网技术发展路线的选择上侧重不同，主要集中在两大方向。

一是以追求技术的突破为目标，主要以欧洲为代表。2008年，欧盟推出《2020 年的物联网：未来路线图》（《Internet of Things in 2020：ROAD MAP FOR THE FUTURE》），全面阐明了欧洲未来技术发展以及需要突破的阶段目标：2010年前，主要降低传感器的成本和能耗；2010～2015年，重点形成局部应用的传感器网络，实现闭环的典型整合应用；2015～2020年，实现对所有对象和标签的编码，形成统一连接的物联网；2020年之后，主要是使任何对象实现智能化，全面挖掘物联网潜能，形成链接人、物与服务的统一的泛在网络。

2009年6月，欧盟发布了《欧盟物联网行动计划》（《Internet of Things—An Action Plan for Europe》），以确保欧洲在构建物联网的过程中起主导作用，该行动计划在世界范围内首次系统地提出了物联网发展的管理设想。2009年9月，欧盟发布了《物联网战略研究路线图》（《Internet of Things Strategic Research Road Map》），明确了物联网愿景和通用定义的细化，重点对未来物联网识别技术、架构技术、通信技术、网络技术、软件和算法、数据和信号处理技术、发现和搜索引擎技术、电力和能源存储技术等十二项关键技术，进行了全面分析。

二是以追求技术成果加快应用为主攻方向，主要以美国为代表。2008年7月，美国国家情报局（NIC）发表了《2025 年对美国利益潜在影响的6种关键技术》（《Six Technologies with Potential Impacts on US Interests out to 2025》）报告，强调物联网技术的应用将会改变美国的国家竞争力，并详细描述了物联网关键的应用阶段：2007～2009年，在美国大型零售连锁店采用RFID标签的托盘和包装管理；2010年，在美国大型零售连锁店开始全面部署RFID，同时在医疗保健机构、大型组织和政府机构采用RFID标签管理个人档案；2011～2013年，实现用户通过手机扫描器阅读RFID标签；2014～2016年，车辆逐步具备远程诊断系统；2017年，开始普及无所不在的定位技术，初期实现手机定位技术；2018～2019年，在日常用品上安装无线接收器，推广无所不在的定位技术；2020年，重新分配频谱资源；2021～2025年，美国物联网发展进入创新、增长、机遇和变革阶段，用户和供应商通过日常物件的互联实现协同。

作为技术应用的主体，美国企业加快了物联网技术的应用。如美国高通公司制定了物联网产品发展路线图，其中高端产品（包括TMS4 MSM8960 和 MDM9x15 芯片组）主要面向高端M2M应用，如汽车信息娱乐和数字标牌。

关键技术体系基本形成

随着各国对物联网技术投入的增长，以及技术应用的不断深入，物联网技术领域中不少关键技术相继取得突破，加快形成了该领域的技术体系。

当前，物联网体系主要分为四个层面：感知层（用于采集信息，即传感器），传输层（用于传输信息，即传输网络），处理层（用于支持信息传输和处理，即信息处理过程中的相关技术，主要负责提供各种类型的平台来串联各种传输网络和应用服务），以及应用层（用于信息处理，即软件平台）（见下图）。

物联网体系架构图

其中，感知层的关键技术是芯片、模块、终端技术，重点是提供更敏感、更全面的感知能力，解决低功耗、小型化和低成本问题；传输层的关键技术是适应各种现场环境，构建稳定、无缝的数据传输网络，重点是解决位置服务（QoS）；处理层的关键技术是实现异质网络的融合，重点解决支撑平台与应用服务平台。根据调研分析，物联网涉及领域非常广泛，关键的技术领域包括物联网架构技术、硬件和器件技术、标识技术、通信技术、网络技术、信息处理技术、安全技术、能量存储技术等八大领域，130多项关键技术点。

MEMS技术举足轻重

由于微机电系统（MEMS）的传感器具有微型化、低功耗等特点，把信息的获取、处理和执行进行集成，已成为物联网感知层智能化终端的主要技术。同时，物联网的飞速发展对MEMS技术提出了高可靠性和稳定性等要求，推动着MEMS技术的发展。

一是融合发展，即MEMS制造工艺与集成电路CMOS生产工艺融合进一步加强。将传感器与CMOS信号处理电路融合在技术上有许多优势，尤其是有利于通过CMOS技术实现MEMS的批量化生产。

同时，通过单芯片化或者芯片接合，可以大幅减少寄生容量，提升两者电路的连接性能，并有利于减小组件封装面积等。值得关注的是，在CMOS上形成MEMS的方法已被美国德州仪器用于投影仪（DLP）数字微镜元件（DMD）的生产；在MEMS周围形成CMOS电路的单芯片化方法已被美国亚德诺半导体公司（Analog Devices）用在加速度传感器等产品上。

二是制造标准化，即MEMS设计制造的标准化不断加速。目前，MEMS技术设计规则正由定制转向标准化。而随着标准化的进程，MEMS构造将作为 IP（Intellectual Property）内核，在设计时能够被重复利用，从而降低MEMS的设计难度和成本，大大提高设计效率，据预测设计标准化后单个产品的开发周期将会缩短至 1～3 年。随着设计标准化的推进，代工模式有逐步取代基于IDM 的自主生产模式的趋势，目前从事代工的台积电、联电等领先企业均开发出了MEMS制程技术。

M2M等取得重要进展

M2M：技术标准化加速推进。各大标准化组织均从不同角度开展了M2M相关标准制定工作。欧洲电信标准化协会（ETSI）以典型物联网业务为例，例如从智能医疗、电子商务、自动化城市、智能抄表和智能电网的相关研究入手，完成对物联网业务需求的分析、支持物联网业务的概要层体系结构设计以及相关数据模型、接口和过程的定义；第三代合作伙伴计划（3GPP/3GPP2）以移动通信技术为工作核心，重点研究3G、LTE/CDMA网络针对物联网业务提供而需要实施的网络优化相关技术，研究涉及业务需求、核心网和无线网优化、安全等领域；中国通信标准化协会（CCSA）早在 2009 年就完成了M2M的业务研究报告，与M2M相关的其他研究工作也已经展开。

无线传感网技术：研发成果丰富。节点芯片上有德州仪器（TI）、爱特梅尔（Atmel）等知名芯片企业开发处理器芯片、Chipcon等提供无线传感网芯片等；在软件上，许多著名公司为节点的组网开发了软件协议，美国加州伯克利大学研发的节点专用操作系统TinyOS，为无线传感网的组建和其他方面的测试研究提供了基础。

同时，该领域有关标准已经发布。电气和电子工程师协会（IEEE）发布了 802.15.4标准，是面向低成本、低功耗、低速率传输网络应用开发的专用无线通信协议，它详细定义了PHY和MAC层通信接口，从趋势上看，很可能成为未来无线传感网领域的PHY/MAC标准；ZigBee技术联盟制定、颁布了实现传感器节点组网的ZigBee协议规范。

无线射频识别技术（RFID）：企业研发的热点领域。美国德州仪器、英特尔等企业均投入巨资进行RFID领域芯片开发，讯宝（Symbol）等研发出同时可以阅读条形码和RFID的扫描器，IBM、微软和惠普等也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID的应用；欧洲飞利浦、意法半导体（ST）在积极开发廉价RFID芯片，Checkpoint在开发支持多系统的RFID识别系统，诺基亚在开发并推广其能够基于RFID的移动电话购物系统，SAP则在积极开发支持RFID的企业应用管理软件。

成果应用不断加快

随着物联网技术的加快突破，其成果应用和产业化的进程也不断加快。

MEMS：产业化正处于快速起步阶段。据统计，2011年MEMS产业规模增长率为16%，达到100亿美元。当前，MEMS的自身产业规模仍较小，但对国民经济的诸多行业起到了巨大的带动作用。据预测，2016年MEMS产业将带动1000亿美元的系统应用，而到2020年，还将翻一番，达到2000亿美元。

目前，苹果、谷歌、脸谱等已经开始组建自己的MEMS团队。目前，汽车电子和消费电子将成为未来两大支柱应用领域。据市场分析公司Semico Research 研究显示，未来5年，汽车电子和智能手机将是MEMS应用两大主要市场，它们对总体规模的贡献率将在60%以上。其中，2011年，智能手机中的MEMS产品销售额占20%；2011～2015年，年均复合增长率将达38%。智能手机将在2014年取代汽车，成为MEMS的最大应用市场。

M2M：应用市场增长迅速。M2M是现阶段物联网应用最普遍的形式之一。目前，M2M应用市场增长迅速，IDATE指出，2008年全球M2M通信市场规模为111.7 欧元，2013年将增长到295亿欧元，年复合增长率为24.7%。当前，M2M技术在欧洲、美国、韩国、日本等国家实现了安全监测、公共交通系统、车队管理、工业自动化、城市信息化等领域的应用。

广阔的市场前景使得包括英国电信（BT）和沃达丰（Vodafone）、德国T-Mobile、日本NTT-DoCoMo和韩国SK等电信运营商着力推动M2M发展，也极大促进了应用技术研发。目前研发热点主要集中在定位/跟踪/导航、移动支付、安全/监控、健康医疗、远程抄表等领域。

RFID：产业化领域将不断扩展。目前，RFID技术应用主要集中在零售业、运输系统（电子票证）、畜禽动物朔源领域。据预测，电子护照、食品农副产品溯源、集装箱联运、服装零售、医疗保健、罪犯及假释犯人管理、传感网等将成为潜力最大、竞争最激烈的RFID技术应用领域。

据市场分析公司IDTechEx公司预计，2011年全球RFID市场规模将达到60亿美元，成长率约11%，其中，中国已经超过日本、德国，成为全球排名第3的RFID应用市场。

在欧美发达国家纷纷发展物联网，抢占未来国际竞争制高点的今天，我们也应把握时机，争当先锋。一方面，将发展物联网上升为国家战略，制定促进物联网技术研发、产业发展和现实应用的长远发展规划；另一方面，积极破解物联网发展过程中存在的瓶颈问题，争取在关键技术和产业应用领域有所作为。