物联网发展驱动因素分析与前景初探

许剑剑,梅 杰，Zulfiqar Hussain Pathan，曾剑秋

(1.北京邮电大学 经济管理学院，北京 100876；2.工业和信息化部，北京 100804)

·通信管理·

物联网发展驱动因素分析与前景初探

许剑剑1,梅 杰2，Zulfiqar Hussain Pathan1，曾剑秋1

(1.北京邮电大学 经济管理学院，北京 100876；2.工业和信息化部，北京 100804)

为促进我国物联网产业健康快速发展，结合物联网产业发展现状，从国家政策、行业标准、技术发展、运营商转型、社会需求五个方面对物联网产业发展的驱动因素进行探究。分析物联网产业市场前景，梳理低功耗广域物联网(LPWAN)关键技术，预测其发展潜力与趋势，得出窄带物联网最具发展潜力，表记行业、智能环保、智能泊车及智能穿戴是其主要应用场景。研究成果对我国物联网产业发展具有一定的理论价值和实践意义。

物联网；驱动因素；低功耗广域物联网；窄带物联网

一、引 言

2016年6月16日，3GPP RAN第72次会议顺利结束，由NB-CIoT和NB-LTE融合形成的NB-IoT R核心协议在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四个工作组均已冻结，标志着物联网的发展进入了新阶段。物联网(IOT，Internet of Things)作为一种新兴网络技术和产业模式[1]，正逐渐成为世界各国发展的重要战略目标。IDC预测，至2020年全球物联网连接数将达到500亿，市场规模将达到17 000亿美元，中国物联网市场规模将超过2万亿元。

物联网是指通过各种信息传感设备，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪和监控等[2]，它的核心和基础是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络，具有全面感知、可靠传递和智能处理三大特征[3]。创新是物联网发展的核心，技术创新则是物联网发展的关键[4]，随着技术发展成熟和NB-IoT标准颁布，国内外学者对物联网的研究迅速升温，物联网成为当前研究热点。

Mitchell TSENG et al搭建物联网数据处理模型，对模型采用的关键技术进行分析；Glenn Parsons对物联网概念进行梳理；Stephane MAAG et al研究了基于无源技术的物联网测试方案；Mayra Samaniego et al基于CoAP协议，提出物联网资源管理方案。国内学者黄卫东等对物联网产业链进行分析，针对关键问题，提出产业自主化发展的政策选择；刘强等对物联网关键技术进行梳理，提出物联网典型应用场景；程元栋等对我国物联网发展瓶颈进行探究，并提出对策建议。

对于物联网发展的驱动因素，研究则相对较少。Zorzi M et al认为无线相关技术是影响物联网发展的关键；Atzoria L et al认为物联网发展的关键不仅包括技术，还受到不同领域知识及环境的影响；汪衣冰认为市场需求是物联网发展的最大驱动力；胡志伟等认为发达省域“泛政府行为”的低效是影响物联网发展创新的重要因素；李晓钟等基于八大城市的实证分析，归纳出我国物联网发展的驱动因素，包括供需因素、支持因素、规模因素、发展潜力因素以及相关产业因素等。

综上，国内外学者对于物联网技术研究居多，缺乏对物联网发展驱动因素的系统性研究，阻碍了物联网的应用发展。因此，本研究将全面梳理物联网发展驱动因素，并基于此对物联网发展前景进行分析。

二、物联网发展驱动因素研究

物联网是信息领域一次重大的发展和变革机遇[5]，其发展与自身技术、政府政策、行业标准等存在密切关系。基于文献研究等方法，本研究认为国家政策支持、行业标准发布、关键技术突破、运营商转型以及社会需求是当前物联网发展的主要驱动因素，政府政策是行业风向标，行业标准是发展催化剂，技术突破是应用关键，运营商转型是重要推动力，社会需求是根本驱动因素，五种因素相互影响，协同作用，推动物联网发展，其框架如图1所示。

1.政策支持

发达国家物联网布局较早，美国是全球物联网建设的发起者，并将其视为国家发展战略的重要一环；欧盟于2015年3月成立了“物联网创新联盟”，并于5月提出“单一数字市场策略”以促进物联网发展；日本是较早启动物联网应用的国家之一，先后提出“E-Japan”“U-Japan”和“i-Japan战略2015”，推动物联网发展。

国内物联网发展起步较晚，目前仍处于初级阶段。2009年，国务院发布“感知中国”战略，拉开我国物联网高速发展的序幕；随后，为了进一步促进物联网健康发展，加强对物联网发展方向和发展重点的引导，我国政府发布了一系列政策不断优化物联网发展环境，具体如表1所示。

表1 2011—2016年中国物联网相关政策(部分)

除了国家相关政策，各地方政府也在专项规划、行动方案、土地使用、税收优惠等多方面为物联网发展提供支持[6]。如无锡市政府于2015年发布《无锡市重大物联网应用示范项目管理暂行办法》以加快推进重大物联网应用示范项目建设；重庆市颁布《重庆市加快物联网发展行动计划》等政策力图将重庆打造成为有国际竞争力的物联网高地；上海等地对物联网技术研发、产业化、应用示范等出台相应政策以加快当地物联网发展。

国家十三五规划纲要提出“积极推进物联网发展，推进物联网感知设施规划布局，发展物联网开环应用”，物联网已成为我国政府重点规划的战略项目之一。未来，在政府相关政策的带动下，物联网必将保持健康快速发展，产生巨大社会经济价值。

2.行业标准发布

窄带物联网技术(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)是物联网技术的重要分支，构建于蜂窝网络，具有诸多优点，吸引众多主流运营商、芯片商和设备系统商加入，形成完整生态系统，成为物联网主流技术之一。NB-IoT标准的发布，促进设备互通、数据交互，形成规模效应，推动了物联网产业发展。

(1)NB-IoT发展路径。由标准组织3GPP制定。2014年5月，华为提出NB-M2M技术，并于2015年5月与NB-OFDMA融合形成NB-CIoT；同年9月，NB-CIoT与NB-LTE融合形成NB-IoT；2016年3月，NB-IoT Wi 核心冻结；2016年6月16日，NB-IoT规范全部冻结，标准化工作完成。NB-IoT标准从立项到协议冻结仅用时不到8 个月，成为史上建立最快的3GPP 标准之一。在2016年12月完成一致性测试后，NB-IoT即可实现商用。具体路径如图2所示。

(2)NB-IoT技术优势。与其他接入技术相比，NB-IoT具备广覆盖、低功耗、低成本、大连接等明显的比较优势，为大量“长尾”物联网设备创造了低成本的统一通信层。在覆盖范围方面，相比现有网络，增加20 dB，覆盖面积扩大近100倍；在功耗方面，NB-IoT面向的主要是低功耗低流量应用，当电池容量为5 Wh时，功耗约为十年；在成本方面，终端芯片最低可至1美元，平均模组成本小于5美元；在连接方面，相比现有技术，其连接数提高50～100倍，可达五万/小区。爱立信和中国移动预测，未来60%的物联网连接可通过NB-IoT主导的技术来实现，并广泛应用于智能抄表、智能停车、可穿戴设备、环境监控等领域。

3.核心技术突破

物联网是新一代信息技术创新的重点突破方向，随着传感器、近距离传输、数据处理及综合集成等领域技术发展，创新要素不断累积，极大地促进了物联网的高速发展。

(1)RFID技术。RFID是一种非接触式自动识别技术，是物联网领域重要的数据采集方式，可通过无线电讯号识别特定目标，并读写相关数据[7]，具有操作便捷、抗干扰能力强、环境适应力强等特点。目前，RFID核心技术已取得突破，并在智能追踪、邮件自动分拣、交通管理等领域开始广泛应用。

(2)MEMS传感器。MEMS即微机电系统，是指可批量制作的，将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等融于一体的微型器件或系统[8]。与传统传感器相比，MEMS传感器具有尺寸小、性能优良、成本低、功耗低等优势，因此广泛应用于智能家居、可穿戴设备及汽车电子等领域。

(3)M2M技术。M2M通过机器间的无线通信，为客户提供综合的信息化解决方案，主要包括远距离通信技术、近距离通信技术以及基于GPS的位置服务等其他技术。基于智能化、实时监控、集中管理及低成本等特性，M2M技术能够使业务流程自动化，集成信息处理系统并创造增值服务。未来，M2M将实现大规模双向通信，并在自动售货机、车队管理、电动机械等领域提供广泛的应用和解决方案。

4.运营商转型

运营商具有独特的网络优势和用户优势，业务推广及产业链整合能力较强，在设备制造、系统集成、网络运营及平台供应这四大主题中最具成为物联网运营主体的可能性。因此，运营商广泛布局物联网，对于物联网的发展具有极大地推动作用。

(1)国外运营商物联网布局。据Gartner统计，全球已有428家电信运营商正在提供或即将提供物联网服务，并且未来40%以上的新增节点连接来自物联网。在技术选择方面，阿联酋电信、韩国LG、沃达丰、德国电信、AT&T等是NB-IoT的重量级推动者，而部分运营商也已经开始部署Sigfox/LoRa等技术；在业务层面，运营商通过SIM/eSIM卡实现与各行业的合作整合。具体如表2所示。

表2 国外主流运营商物联网布局情况

资料来源：招商证券整理。

(2)国内运营商物联网布局。三大运营商以连接管理平台为着力点，并逐步向开发平台延伸拓展。中国移动是国内最早开始物联网探索和布局的运营商，目前占据国内70%的物联网市场，从数量上已是全球最大的物联网运营商；中国联通在2010年成立了无锡物联网研究院，重点关注NB-IoT；中国电信于2010年建设物联网运营支撑平台，提供M2M平台为核心的物联网平台服务，加快物联网应用型业务的研发与推广。

5.社会需求

智能化是未来社会的发展趋势，基于智能化设备的万物互联是实现传统行业升级改造和公共服务水平提升的关键因素。

(1)改造升级传统行业。随着经济社会的高速发展，传统行业亟须新一代信息技术来进行改造升级。物联网作为新兴技术，全面感知、可靠传递、智能处理的特征使其成为改造传统产业的最佳选择。如在能源互联网领域，基于智能设备，实现对能源生产、传输、配送、使用等环节的全面感知，实时监测，形成信息跟踪体系，打通优化能源生产至能源消费端的运作效率，实现对能源生产和消费的智能监管。

(2)提升公共服务水平。现代化的高速发展使得公共服务领域的需求逐步增大。城市管理，环境保护等一系列问题日益突出。物联网的迅速崛起为这些问题的解决提供了契机。以车联网为例，车联网是物联网最重要也是最具发展潜力的应用领域之一。基于LTE-V等车联网技术实现车与车、车与人、车与路以及人与网的相互连接，通过移动通信技术实现信息的同步和共享，有效地减少交通事故，缓解城市拥堵。

三、发展前景初探

从当前国家政策导向、运营商布局、标准发布情况以及社会需求况来看，LPWAN(低功耗广域物联网)最具发展前景。

1. 市场前景

低功耗广域物联网是面向中远距离和低功耗通信需求的物联网网络层技术。据统计，2015年中国LPWAN市场的整体规模约为5.474亿元，其中模块约为2.32亿元，网关约为8000万，其他设备约为1640万，预计到2019年，LPWAN在各类物联网连接技术中的连接数将跃居首位，至2024年，所有广域物联网技术中，LPWAN将占据45%的市场。

2. 技术分类

LPWAN作为无线通信技术，分为两条技术路线：一条是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一条是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如NB-IoT等。其中，NB-IoT和LoRa最具发展潜力。NB-IoT的标准组织是3GPP R13，包括国内外一流网络运营商、设备供给商及芯片制造商，预计2016年年底实现商用；LoRa由Semtech公司主导，在国外发展较快，具体应用行业包括能源、汽车、物流、农业、商业和制造产业等，Orange的加入使得LoRa技术得到了进一步发展。近年来，另一低功耗广域技术ZETA发展迅速，已逐渐应用于平安社区、市政管理、路灯控制、远程抄表、冷链运输等行业。由于各种技术路线之间的不兼容性，从目前相关标准成熟度及部署情况来看，NB-IoT潜力最大。

3. 应用领域

LPWAN具有远距离通信、低速率数据传输以及低功耗三大特点[9]，适合远距离传输、通信数据量很少、需电池供电长久运行的物联网应用。具体包括表计行业、智能环保、智能泊车以及智能穿戴。

(1)表计行业。智能表计是物联网的基本应用，也是建设智慧城市的基础[10]。传统智能表主要存在以下问题：无线远距离传输设备成本高且对环境要求高，硬件维护频繁等，低功耗广域物联网应用大数据技术，实现低成本、低功耗的端到端集成方案。通过智能表终端的普及实现多步计费、远程抄表等功能，收集的数据通过智能表数据管理平台可应用于城市能源供应等公共服务。未来的发展趋势将是智能电表、智能水表、智能气表及智能热表四表合一，低功耗广域技术的应用，智能电表的普及，为四表合一的能源智能消费模式奠定基础。

(2)智能环保。智能环保是指以物联网技术为基础，将感应器和装备嵌入到各种环境监测对象中，通过云计算实现环保领域的相互连接[11]。尤其在环境监测领域，低功耗广域物联网凭借其低功耗、广覆盖等优势，扮演着越来越重要的角色。在其基站覆盖范围内，传感器可实现即安即用，不需额外布线。与传统的通信技术相比，LPWAN技术能够将天气对检测准度及数据上报的影响降到最低，另外，LPWAN低功耗的特点，使得传感器电池寿命达到10年之久，在降低部署成本的同时，实现对水质、土壤等的实时高精度监测。

(3)智能泊车。智能泊车以NB-IoT技术为基础，利用地磁检测对区域内的停车场剩余泊位数进行监测，通过回程链路将数据上传到云端数据中心，并实现泊位出租、预定、查找、移动支付等服务，从而实现停车资源的高度共享。今年上半年，华为和沃达丰展开智能泊车合作，通过NB-IoT终端收集数据并将信息发送给客户，同时提供泊车场所的导航信息，该方案在降低停车场维护费用的同时，有效地缓解了交通拥堵。此外，中兴等公司也开始展开智能泊车试验，随着集成电路的普及和芯片价格的下降，自动泊车系统已经有普及趋势。

(4)智慧穿戴。最初的智能穿戴以2G/3G网络为基础，依靠蓝牙等短距离通信技术，独立性差，其芯片设计根据手机来定制，随着网络速度的提升，智能穿戴设备能耗不断增大，芯片面积设计面临瓶颈。而LPWAN技术功耗低，覆盖范围广，使得智能穿戴设备的独立性大大增强，同时延长智能穿戴设备使用时间，最多甚至可以持续使用30天以上。此外，在精准定位、物流跟踪等领域，LPWAN仍大有可为。

四、结 论

首先对物联网发展的驱动因素进行探究，得出政策、技术、标准、运营商转型、社会需求是促进物联网发展的重要推手。

(1)政策支持。政府政策以及地方政策支持是物联网发展的风向标。

(2)技术突破。M2M等关键技术实现突破是物联网发展的关键。

(3)标准统一。以NB-IoT为代表的物联网标准趋于统一是物联网发展的催化剂。

(4)运营商转型。网络运营商未来最有可能成为物联网生态圈运营主体，其广泛布局物联网有力地推动了物联网的健康快速发展。

(5)社会需求。社会需求是推动物联网发展的根本驱动力，是物联网能够呈现爆发性增长的根本原因。

其次，对物联网发展前景进行分析，得出低功耗广域物联网(LPWAN)是未来物联网发展方向，NB-IoT是两条技术路线中最具潜力的技术，表计行业、智能环保、智能泊车及智能穿戴等是其主要应用领域。本研究从物联网的驱动因素着手，探究物联网发展前景，研究成果对物联网健康高速发展具有一定的理论价值和实践意义。

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Driving Forces and Prospects of Internet of Things

XU Jian-jian1, MEI Jie2, Zulfiqar Hussain Pathan1，ZENG Jian-qiu1

(1. School of Economics and Management, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China; 2. Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100804, China)

To promote the healthy and rapid development of Internet of Things, the driving forces of Internet of Things is studied from the following five aspects: national policy, industrial standards, technology development, operator transformation and social demands based on the development status of Internet of Things. Its development prospect is analyzed and the key technology of LPWAN (low-power wide-area network) is classified. Through analyzing and predicting the development trends of key technology, it is found that NB-IoT (narrow band Internet of Things) is the most potential technology of LPWAN, and smart meter, intelligent environmental protection, smart parking and intelligent wears are the main application scenarios. The results have the theoretical value and practical significance for the Internet of Things of China.

Internet of Things; driving forces; LPWAN; NB-IoT

2016- 10 - 26

国家社会科学基金重大项目(15ZDB154)

许剑剑(1992—)，男，河南洛阳人，北京邮电大学经济管理学院2015级硕士研究生，主要研究方向为企业竞争力。

TP393.409；TP18

A

1008-7729(2016)06- 0052- 06