智能物联技术体系与产业链探究

胡晓筝 刘诣

[提要] 智能物联是人工智能和物联网深度融合的产业形式，是“中国制造2025”和“工业4.0”的愿景能够落地的标配，是智慧城市、智能交通、智能家居等众多新兴行业得以蓬勃发展的技术支持。本文从智能物联技术体系角度，探究智能物联产业基本现状，系统梳理“端、管、边、云、用”五位一体的产业链条，以期为智能物联行业企业发展与职能部门决策提供重要参考。

关键词：智能物联;技术体系;产业链

基金项目：中国职业技术教育学会2019-2020年度职业教育教学改革课题研究项目：“对接智能物联产业链的人才培养多元化创新研究”（项目编号：1910196）

中图分类号：F49 文獻标识码：A

收录日期：2020年8月7日

在人工智能AI与物联网IoT经过多年的相互试探和交互后，2017年智能物联的概念被正式提出，英文缩写为：AIoT。人工智能与物联网的结合成为了新的技术路径，智能物联也成为了产业布局的热门趋势。物联网是人工智能的连接者，肩负了海量数据的感知和收集，人工智能则成为物联网的CPU，通过物联网收集的数据在边缘层或云端进行深度分析，以提前发现异常并预测未来，AIoT让万物互联演进到万物智联。二者并不是简单的堆叠，而是技术、产业及经济体制深度融合的智能化生态系统。

一、智能物联的技术体系

2019年是智能物联产业形态落地的初年，尤其是5G移动通信为AIoT提供了大连接、大带宽、低时延的通信时效;移动边缘计算解决了边缘侧进行机器学习及深度学习的算力问题，与物联网云平台形成了很好的互补;区块链2.0又有力保障AIoT所形成的大量碎片化数据的安全与隐私。这些信息通信技术的先进生产力都急速加剧了智能物联产业链的落地，同时也改变了物联网产业的慢热性。

（一）智能物联终端的腾飞——“硬科技”技术。“硬科技”技术是指以人工智能、基因技术、航空航天、脑科学、光电芯片、新材料等为代表的高精尖科技，李克强也形象的指出“硬科技”就是比“高科技”还要高的技术，智能终端在“硬科技”上的主要应用体现在人工智能、基因技术和光电芯片。

传统的CPU芯片的低算力、高价格完全不适用智能终端，以图形处理单元GPU、现场可编程门阵列FPGA、专用集成电路ASIC为代表新一代芯片技术已经登上时代舞台。GPU虽然核心众多可以勉强满足算力要求，但是其昂贵的价格已经使其失去性价比;FPGA属于半定制芯片，只广泛的应用于AI服务器中;ASIC属于专用芯片，是目前智能终端主要使用的芯片架构。CPU、GPU、FPGA、ASIC四类的芯片都是冯·诺依曼结构，所以FPGA、ASIC也无法解决冯·诺依曼的瓶颈问题。智能终端芯片的未来一定是类脑芯片的架构，2019年8月清华大学研究团队已经开发出全球首款异构融合类脑芯片“天机芯”。AI芯片技术的提升，也推动了传感器、射频识别、嵌入式操作系统等一系列产业的发展。

智能终端的发展同样也离不开人工智能技术的进步，人工智能产生在第三次工业革命——数字信息化时代，并在第四次工业革命——信息智能化时代处于了主导地位。从1950年的图灵测试开始，人工智能历经了符号学派、控制学派、连接学派三个阶段的繁荣与萧条，终于在近几年，伴随着AI芯片算力的提升和深度神经网络算法的精确，开始出现大规模的应用落地。其主要技术包括机器学习与深度学习、自然语言处理、智能语音技术、计算机视觉技术、生物识别技术、知识工程、智适应学习、自主无人系统、脑机接口等。

（二）智能物联网络的管道——5G移动通信。2019年可谓是第五代移动通信5G的元年，它主要有增强型移动宽带、超可靠低时延、海量物联三大应用场景，工作频段有6GHZ以下和25GHZ以上，6GHZ以下的频段主要就是满足广域低功耗的物联网设备直接的通信。5G的关键能力主要包括大规模天线、灵活频谱共享、高频信号等无线类技术;网络功能虚拟化、软件定义网络、无线接入网云等网络架构技术;无线资源调度与共享、网络切片、网络边缘缓存与计算等新型应用技术。

2019年6月工信部为移动、联通、电信、广电发放了四张5G牌照后，四大运营商均开始紧锣密鼓的建设5G基站，截至2019年12月份，我国已部署5G基站12.6万个。国家电网也杀入了5G的战备，目前正在与广电密切合作，构建电力物联网。5G技术和产业链的形成可以说补强了智能物联的管道传输，很好地解决了无人驾驶、工业互联网、远程医药等这些广域物联通信的低速率与高延迟等问题，快速推动了智能物联网的进步。

其实传统物联网十几年的慢热除了终端不智能的问题以外，最核心的问题就是在广域范围的管道传输上，近几年除了5G通信为物联网补强之外，物联网管道的基础建设也取得了很大发展。基于授权频段的NB-IoT和基于非授权免费频段的Lora等技术，完全改变了广域物联网在距离和功耗上不能得兼的问题，性能优势远超传统物联的ZigBee网络。近期NB-IoT还会与卫星物联网紧密融合，彻底打透物联网的连接数量和连接范围，实现森林、海洋、沙漠的泛在网络全覆盖。

（三）智能物联资源的储备——云资源与边缘资源的协同。智能物联网资源的建设要归功于云计算与边缘计算的长足进步，尤其是二者协同场景打造的分布式云资源，更是智能物联快速落地的强心剂。在物联网分布式云中，云计算位于资源中心，主要解决海量数据的存储与分析处理、深度学习的模型训练与预测。边缘计算则更靠近终端一侧，是云服务向网络边缘的延伸。主要解决终端的实时控制、快速决策及局部数据的存储与处理。

物联网的云/边协同主要是在基础设施即服务、平台即服务、软件即服务三个层面进行资源、数据、智能、应用、业务、服务的六种协同方式，云/边协同的智能物联网主要应用在梯联网、工业互联网、车路协同网、内容分发网、智慧家庭网、农业生产网等。云/边协同很好地降低了云服务器计算的压力，减少了网络带宽的压力，而且边缘计算对于终端来讲还起到了隐私保护等优势。

（四）智能物联安全的新保障——“物链网”技术。2018年，微软、IBM等企业在物联网行业会议（“物联网+区块链”应用峰会）上正式提出“物链网”概念，被称为万物的区块链，英文名称为：Blockchain of Things，定义为：物链网=物联网×区块链。智能物联提供了先进的生产力，实现了海量设备的智联，但同时也带来了数据安全、隐私保护、网间协作和信任机制等方面的诸多问题。区块链提供了智能型分布式架构的生产关系，其自身的不可篡改、共识机制和去中心化等特性，完美解决了万物智联的各种问题，充分适应了生产力的发展。

“物链网”技术代表了物联网与区块链之间的融合，是智能化生态应用场景的重头戏。使用“物链网”技术可以提升网络的覆盖能力、边缘的计算能力、身份的认证能力、设备的防护能力和数据的管理能力，同时也降低了物联网络建设与维护的成本，推进了智能物联网络向更加灵活化、智能化的高级形态演进。使用“物链网”技术构建的应用平台，可“去中心化”的将各类物联设备、能力系统、应用服务等软硬资源有效连接融合，打通物理与虚拟世界，最大限度满足了智能物联在信任建立、交易加速、海量连接上的需求。

二、智能物联产业链现状

AIoT产业研究院提供的2020中国物联网产业全景图谱中看到，智能物联产业链细分成了“端、管、边、云、用”五种产业模式。“端”是指物联网终端，完成环境感知、数据采集与发送等功能;“管”是指物联网数据传输的管道，承担网络通信的功能;“边”是指边缘计算，完成终端数据的算力资源和平台资源，协助终端实现快速智能化决策;“云”是指云计算，位于云资源池中心，完成全局性、非实时、长周期业务数据的分析、计算和储存;“用”是指智能物联具体应用的表现形式，是产业链的最终成果。

（一）物联网终端产業。物联网终端产业细分为芯片、感知设备等硬件产业和嵌入式系统、语音/生物识别等软件产业。芯片作为物联网终端的核心元器件之一，主要有控制芯片、通信芯片、人工智能芯片三类，各种类别芯片大量供应商参与的格局已经形成，产业代表有华为海思、联发科、美国高通、阿里平头哥、德州仪器、英伟达等众多产业巨头。感知设备重要的组成部分是传感器和射频标识，产业代表有博士、北京必创、信达物联等。嵌入式系统是终端智能化的重要保障，产业代表有华为的lite OS和鸿蒙OS、阿里的AliOS Things、腾讯的TencentOS tiny等。语音/生物识别是终端智能的应用软件，产业代表有科大讯飞、旷世科技、商汤科技等企业。

（二）物联网通信产业。物联网的通信产业分为无线物联和卫星物联两种。无线物联细分为：非授权频谱WiFi6的WLAN，企业代表有新华三、锐捷网络、思科等;非授权频谱Lorawan的广域物联，企业代表有腾讯云LPWA、博大光通、华数传媒等;授权频谱NB-IoT的工业无线，企业代表有华为、四信等;授权频谱NB-IoT的运营管理，企业代表有中国电信、中国联通等。卫星物联是指使用商用卫星进行数据采集，实现天地一体的物联网系统，代表企业有长光卫星、行云科技、银行航天等。

（三）边缘计算产业。边缘计算产业分为边缘计算硬件和边缘计算软件。边缘计算硬件细分为边缘芯片、边缘服务器和分布式数据中心，边缘芯片产业代表有Arm的 Cortex-M55和Ethos-U55、华为的Ascend 310等;边缘服务器产业代表有新华三的HPE Edgeline、中兴通信的边缘云等;分布式数据中心产业代表有施耐德的IMDC、思科的ACI等。边缘计算软件平台实现了分布式边/云系统的协同，产业代表有亚马逊的Wavelength、阿里的LinkEdge、百度智能云等。

（四）云计算产业。云计算产业分为系统平台和通用能力平台。系统平台完成了边/云系统协同的云资源建设，产业代表有阿里云Link平台、百度云天工物联网平台、腾讯IoT Explorer云平台等。通用能力平台包括了人工智能平台，物联网安全平台、物联网区块链平台，产业代表有依图科技、360、万向区块链等

（五）智能物联产业应用。在我国“十三五”规划纲要中，明确指出要实施网络强国战略，加快建设“数字中国”，推动物联网、云计算和人工智能等技术向各行业全面融合渗透，构建万物互联、融合创新、智能协同、安全可控的新一代信息技术产业体系。由此可以看出，中共中央、国务院非常重视智能物联在智慧城市、智慧家庭、智能制造、智慧物流、智慧医疗等产业领域的应用融合。

智慧城市是通过海量的物联网感知终端，实时全面的表述城市的运行状态，构建城市的虚拟镜像，实现智能管理和调控。在政府政务方面，物联网、云计算等技术手段实现了各职能部门资源的高度整合，提高政府的业务办理和管理效率，形成了高效便民的新型政府体制。在城市公用事业方面，NB-IoT、LoRa等低功耗广域网络的商用，给公用事业带来了更适用的接入网络技术。基于物联网的城市管网监测、供水供气调度、城市公共资产管理等应用也在不断涌现;交通管理方面，计算机视觉、车联网等技术能够实时分析城市交通流量，缩短了车辆等待时间，实现了机动车道、非机动车道全天候实时监控。

智慧家庭是家居行业与物联网技术融合发展的产物，代表着智能家居已经全面迈进全屋智能时代，同时也会为地产、装修公司、设备商、平台企业及集成服务商的转型升级赋能。智慧家庭包括家庭安防、灯光氛围、环境控制、智能家电、控制软件、智慧社区等七个子系统。

智能制造是由物联网、人工智能、大数据等技术驱动下生产方式的变革，促进了工厂设备之间、产品与消费者之间的“智能联接”。智能制造实现了制造业的数字化、物联化、智能化，并贯穿于产品的制造和服务全生命周期及相应系统的优化集成，不断提升企业的产品质量、效益和服务水平，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。

智慧物流是依托物联网技术形成的开放共享、高效便捷、绿色安全的生态体系，使信息通信技术在物流领域广泛应用，仓储、运输、配送等环节智能化水平显著提升，物流组织方式不断优化创新。智慧物流的技术亮点有：物流设备均有传感器——“物联”;传感器Lora或NB-IoT联接——“联网”;摄像头自主运算——边缘计算;物流仓储学会思考——“智能”。

智慧医疗领域是通过RFID、传感网络等物联网技术对医疗对象进行处理和交互，实现医疗对象的自动化、可视化、数字化管理。在2020年新冠肺炎疫情防控过程中，智慧医疗的新应用不断涌现。百度的疫情防控智能外呼平台，完成流动人员、本地居民的排查和通知;链飞科技的全国区块链疫情监测平台，实时追踪全国各省市新冠肺炎进展情况;科大讯飞的讯飞医疗语音，完成新冠肺炎疫情的防控和宣教;旷视科技的发热及潜在被感染对象筛查与分析系统，完成大流量通道每秒15人的篩查速度且受检者不必摘下口罩;高新兴科技的体温检测机器人，可一次测量10个人并追踪数据源;普渡科技的疫情配送机器人，可为隔离的患者每日配送餐饮、药品;东富龙医疗的疫情消毒机器人，可进行360度无死角消毒;猎户星空的智能诊疗机器人，可配合医生进行日常的查房、施药工作;欧孚通信的NB-IoT穿戴设备，可对隔离患者进行定位监控。

三、结语

智能物联对实体经济的融合赋能，是智能物联整体业务享有十万亿的市场空间。2019年，受益于智慧城市业务的规模化落地及边缘计算的初步普及，中国智能物联市场规模突破3，000亿大关，并直指4，000亿量级。2009～2019年是中国物联网产业发展的第1个十年，2020年是“十三五”收官的重要之年，同时也是中国物联网产业下一个十年周期的起点。虽然我们现在无法看到十年后的经济发展，但是下一个十年一定是智能物联产业爆发的十年，智能物联的产业项目也会如雨后春笋般落地生根，并快速发展。

主要参考文献：

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