我国物联网产业发展现状和建议

2021-12-29李孟良马盈政

成组技术与生产现代化 2021年3期

李孟良，马盈政

(1．中国电子技术标准化研究院物联网研究中心，北京 100007;2.国机工业互联网研究院有限公司工业互联网创新推广中心，河南郑州450007)

物联网是感知技术、传输技术、网络技术、平台技术等的集成与应用，能为新一轮科技革命和产业变革提供技术支撑。物联网技术的大规模使用，可以为信息技术提供环境基础[1-3]。目前，物联网产业的发展已经从“概念界定、政府主导、应用示范”的培育阶段进入“跨界融合、集成创新、规模应用、生态加速”的应用阶段[4]，初步具备满足行业互联互通、系统集成和智能化升级等方面需求的能力。在物联网进入万亿级的垂直行业市场需求阶段后，制造业、民生行业、公共服务行业、消费电子行业是物联网最重要的应用领域。IDC研究数据显示，2020年全球物联网支出达6 904.7亿美元，其中中国市场支出达1 629.5亿美元，占到了23.6%的份额。IDC预测，到2025年全球物联网市场将达到1.1万亿美元，年均复合增长11.4%，其中中国市场占比将增加到25.9%，成为全球物联网市场规模最大的国家。由于中国的疫情得到快速有效控制，工业物联网、车联网、智慧城市等场景的市场空间较大，IDC预计中国的物联网支出规模将在2025年达到3 069.8亿美元，未来5年复合增长率在13.4%左右。然而，在物联网从局部性应用向大规模应用转变中，面临的问题还是相当严峻的，行业壁垒阻隔、网络技术限制、应用成本制约、建设方向盲目等问题，很容易导致物联网在行业中的应用不达预期。

1 物联网技术发展的意义

物联网概念经过20多年的发展，已经从基础技术攻关、应用拓展，发展到了向垂直应用大规模渗透阶段。物联网技术是新一轮科技革命和产业变革的重点发展领域，推进物联网产业健康有序发展，对传统产业转型升级和高质量发展具有重要的战略意义。面对重大的发展机遇，互联网行业、通信行业、软件行业等各产业巨头强势入局，生态构建和产业布局正在全球范围内加速铺开。在此发展背景下，迫切需要大力发展物联网技术，促进物联网行业的大规模应用推广，加快产业转型升级，推动产业高质量发展。

1.1 物联网有助于传统产业的转型升级、提质增效

物联网应用已经覆盖工业、农业、能源、物流等行业，在促进产业转型升级、提质增效的过程中发挥了重要作用。但物联网在不同行业中存在着部署规划碎片化、技术实施碎片化、服务业务碎片化的问题，使物联网产业无法实现系统性发展，阻碍了物联网在各行业的彻底贯通[5-7]。其中，部署规划碎片化主要体现在各行业的物联网应用演进路径不同，也有出于业务目的刻意制造的不同的技术标准。技术实施碎片化主要体现在技术标准不统一，例如物联网通信协议有几十种之多，更有协议衍生变种，如蓝牙协议在不同行业衍生私有版本等问题。在工业物联网应用中，常见的标准协议就有几十种，若考虑私有协议，数量可达千种。通信协议的不同导致了物联网技术应用碎片化的效应，难以打破个别领域的垄断格局，增加了物联网在行业应用的时间成本和技术难度。物联网在各行业的广泛应用，需要政府机构与产业市场充分协调，因为它涉及政府机构和各类商业组织。由于服务对象与业务目标不同造成行业组织之间的孤立，导致物联网应用实施链的断层，欠缺跨系统、跨部门、跨组织、跨行业的协调与协作。

1.2 物联网技术有助于产业生态链的健康发展

物联网的实现需要一个健康完整的产业生态链，根据当前物联网初步形成的终端、边缘、网络、平台和用户等关键环节，物联网产业链应包括芯片提供商、传感器供应商、模组制造商、终端设备商、网络运营商、平台服务商、系统集成商和服务应用提供商，还有物联网技术相关研究机构、标准化机构及第三方检测认证机构。物联网产业的规模化发展离不开上述各相关方的协作配合，更离不开政府管理部门的监督管理。

物联网产业包括感知层、网络层、平台层和应用层。其产业图谱如图1所示。

图1 物联网产业图谱

物联网感知层包括无线模组、芯片和传感器。它作为物理实体感知的枢纽，通过物与物之间相连接，能将接收到的物理信息感知转化成电信号，包括物体的温度、湿度、光强、高差、压力等。物联网的传输层包括通信传输和设备制造。它以无线传输为主。传输层的核心是物联网的模组。物联网的平台层包括操作系统、设备管理平台和应用开发平台。物联网的应用层是指物联网在具体行业中的应用，包括工业互联网、车联网、智慧城市等典型应用场景。

1.3 物联网技术有助于提高产品质量，增强国际竞争力

针对物联网终端、系统和应用的复杂性，应结合物联网新技术，研发物联网产业上下游的测试、评价评估等系统。基于不同物联网终端和应用要求，应重新配置新的测试系统，以降低成本开销，提高效率，最大限度地降低物联网模组、终端、芯片的验证和生产测试成本。同时，帮助国内企业提升自主创新能力，提高产品质量，增加产品的国际竞争力，快速在终端商用、系统集成、物联网应用等层面实现大规模应用。

2 物联网技术产业现状

2.1 国外方面

2.1.1 传统科技企业以物联网技术为抓手进行转型升级

随着传感技术、网络通信技术、大数据、云计算等的快速发展，物联网正不断向各个领域渗透融合，为企业的研发、生产、管理和服务等带来深刻变革[8]。各类传统科技企业纷纷谋篇布局，从产业链的不同节点抢占行业制高点。具体而言，科技巨头通过外延并购或者内生研发的模式进入物联网行业。例如，在芯片产品方面，高思并购物联网平台提供商Jasper technologies公司，并成立物联网事业部而发力物联网平台领域；在平台方面，微软收购意大利物联网平台Solair，将物联网服务整合进微软的Azure Iot平台，用于加强微软的物联网和企业云服务能力；在终端方面，谷歌和三星在智能家居方面投入巨大[9]。

2.1.2 重视核心研发，赋能产业升级

英特尔公司针对物联网产业链不同环节的不同需求，重点研发Quark、Intel Atom、酷睿、至强等系列物联网专用芯片，探索并使用英特尔配套硬软件产品及技术，实现由各英特尔产品构建由物到云的一致架构，提供企业全方位物联网应用解决方案。英特尔企图以芯片设计领域的优势切入物联网应用领域，着眼贯通产业链的生态建设，占据物联网行业应用领域制高点。目前，英特尔以智能汽车产业为核心战略，快速完成外延并购，并重点研发车规级芯片Apollo Lake，试图基于其强大的计算能力打破电子模块分立的格局，实现芯片和汽车操作系统的完美融合，成为智能汽车产业的核心玩家。

2.1.3 引领先进技术实践，拓展行业应用创新

全球行业领军企业积极谋划5G部署，5G作为下一代通信技术，能支撑数百亿海量物联网设备连接，让一切设备激活互联。目前，国外龙头企业已率先涉足5G物联网领域，创新物联网应用，拓展应用场景。奥迪和爱立信计划将5G技术应用于汽车生产，共同探索5G技术的潜力，以满足汽车生产的高需求。双方的专家将在德国盖梅尔斯海姆的“奥迪生产实验室”技术中心开展外场测试。AT&T公司与三星电子联手打造了美国第一个专注于生产线的5G测试台。

2.1.4 欧美构建了物联网应用产业联盟

欧美企业通过缔结联盟组织的方式将物联网行业带入良性发展的轨道，并极大促进了企业和组织间的合作。国际性物联网行业联盟主要包括OCF、IIC、oneM2M等，其中OCF(开放互联基金)由微软、思科、通用电气、高通、英特尔和三星等科技巨头联合成立。成立该联盟的目的之一在于创建物联网规范和协议，确保各制造商的设备能兼容共处。IIC(工业互联网联盟)是一家新兴的企业联合会，以美国GE公司为发起人，联合AT&T、思科、IBM和英特尔4家行业巨头，目标是推动工业互联网发展与物联网应用实践知识的扩散。

2.2 国内方面

2.2.1 物联网产业链关键环节核心研发能力薄弱

物联网芯片、CPU、传感器、控制器、操作系统、中间件等核心技术的基础能力薄弱，高端产品研发能力不强，在物联网产业链的关键环节核心技术基础有待加强。国内物联网应用上70%的感知节点还需要进口芯片，90%以上的高频射频技术芯片仍以进口为主，缺乏核心自主知产权。物联网感知芯片的技术是制约产业发展的最大瓶颈，直接影响物联网的应用。

2.2.2 物联网应用的商业模式创新性不足

以共享经济、O2O、滴滴打车为代表的物联网应用，由于部署成本低、面向消费级的特点，商业模式较易复制、见效快，短时间内出现了大量同质化企业，也均一定程度上实现了盈利。但由于这种模式太注重短期效益，未经过试点或应用，经过一段时间的快速发展，暴露出了后台保障不完善、安全措施缺位等问题。直接对社会公共秩序、人身安全、食品安全等消费者切身利益，造成了实质性影响。

2.2.3 面向企业、行业级的物联网应用差距较大

面向垂直行业的物联网应用目前仍处于行业试点阶段，如制造业的远程运维,通过物联网技术手段解决制造设备运行状态监控、故障远程诊断及运行维护等问题；农业物联网基于运用物联网系统的温度、湿度、光照传感器等设备，实现农业的精准调控；智能交通的路况监控可通过物联网的感知技术、数据通讯技术、标识解析等技术手段，建立实时、准确、高效的综合交通路况监控系统。不同行业间仍存在割据的问题，彼此之间很难实现融合，互不借鉴，且盈利模式不明确，往往以客户需求为导向，存在盈利模式不具备复制性等问题[10-12]。

3 我国物联网产业发展中存在的问题

3.1 物联网关键技术、产品竞争力薄弱

物联网芯片、CPU、操作系统、控制器等核心技术基础能力薄弱，高端产品研发能力不强，原始创新能力与发达国家差距较大[13]。目前领先的RFID和传感网企业主要集中在美国，尤其是加利福尼亚州北部的硅谷地区集中了大量的物联网基础芯片和设备企业；欧盟在基础通信芯片方面具有一定的竞争优势，拥有较多的M2M通信模块企业。在国内物联网应用方面，约70%的感知节点芯片还需要进口，组网成本居高不下。这些技术是制约产业发展的最大瓶颈。

3.2 物联网产业生态未形成

我国没有像欧美组建的OCF、IIC一样由多个龙头企业联合组建的生态体系联盟，产业生态上很难避免企业间的竞争。科技龙头企业在构建物联网联盟方面持封闭谨慎态度，不能促进物联网产业的发展，甚至阻碍了产业的健康发展。虽然我国拥有覆盖所有省级行政区域的数十个物联网行业协会，但众多物联网行业协会各自为政，没有形成合力，在推动物联网标准制定和产业发展方面动力不足，未能形成健康有序的物联网行业联盟组织[14]。

3.3 物联网产业发展的商业模式不清晰

物联网应用的商业模式主要包括面向企业、面向消费者和面向垂直行业的商业模式。面向企业的商业模式多是做平台、解决方案以及系统集成，包括直接型商业模式、平台型商业模式和生态型商业模式；面向消费者开展的租约式商业模式，以共享单车、共享充电宝、共享雨伞为代表的共享经济；面向垂直行业的物联网应用目前仍处于行业试点阶段，如工业制造、农业物联网、智慧城市、车联网等垂直行业。

3.4 物联网网络安全技术待加强

随着物联网行业的物理系统和基础设施连接到无线网络，越来越多的设备出现在IT系统的不同网络环境中。物联网的安全风险在于国家黑客系统，面对的是全力以赴的网络攻击，全生命周期的风险也越来越高。物联网中众多联网设备是由不同公司生产并最后组装在一起的软件、硬件和固件构造出来的，物联网芯片制造商和软件供应商对产品的支持存在一定的时限，只要有一个薄弱环节出现漏洞，整个物联网将变得脆弱而易被攻击，因此亟需加强物联网网络安全关键技术的研发。

4 促进我国物联网产业发展的建议

4.1 加强核心研发能力，促进产业链升级

通过整合国家科技资源，支持面向物联网应用的芯片、元器件、传感器、执行器、控制器、中间件、物联网操作系统等核心研发能力的提升，推动自主可靠的核心技术产品逐步具备替代能力，加强5G、NB-IoT等先进物联网技术向行业应用纵深拓展，促进我国物联网产业链的水平提升[15]。

4.2 组建开放包容的物联网产业联盟，加快健康生态的构建

要推动物联网技术的长远发展，就必须构建良好的产业生态：一是组建由政府或国家级研究机构等不具备盈利性质的第三方机构牵头的物联网产业联盟[16-18]，对物联网生态圈中不同定位、不同规模的企业进行聚合，形成健康的产业生态；二是整合地方行业协会资源，建立物联网行业交流平台，实现物联网政策、技术、产业动态等方面的及时交流。