物联网发展的现状、面临挑战与未来趋势
2024-12-31龚克
摘 要：物联网（IoT）作为全球数字化转型的重要驱动力，经历了从传感器技术到5G与人工智能深度融合的发展历程，已广泛应用于多个领域。尽管其应用场景不断扩展，但仍在标准化、隐私保护、网络覆盖等方面存在不足。本文简要回顾了物联网的发展历程，总结了其当前面临的主要挑战，并重点探讨了未来物联网智能化、安全化和绿色化转型发展的趋势，旨在为相关技术研究与产业发展提供参考方向。
关键词：物联网；人工智能；标准化；信息安全；绿色转型
物联网（IoT）作为信息技术领域的一个重要分支，自20世纪90年代以来逐步兴起，经历了多次技术突破和产业化进程。从早期的传感器技术应用，到5G和人工智能（AI）的深度融合，物联网正在成为全球数字化转型的重要驱动力。尽管物联网已经取得了显著的发展，但其实际应用过程中依然面临一系列挑战，包括标准化缺失、数据安全隐患、网络覆盖不均等问题。本文重点回顾和分析物联网的发展历程、当前面临的挑战以及未来的技术发展趋势，以期为相关领域的学术研究与技术创新发展提供一定参考。
一、物联网的发展历程概述
物联网（IoT）概念的提出，标志着全球信息技术发展进入了一个新的阶段。尽管物联网技术最早可以追溯至20世纪90年代，但这一概念在国际社会的正式提出是在2005年11月国际电联（ITU）举行的“信息社会世界峰会（WSIS）”上发布的《ITU互联网报告2005：物联网》中。该报告不仅阐明了物联网的技术框架，还强调了物联网在推动全球信息化进程中的战略性作用，标志着这一概念的国际化与全球推广。
之后，物联网的理念和技术得到了各国政府和企业的广泛关注。在美国，奥巴马总统就职后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，时任IBM首席执行官提出了“智慧地球”构想，建议美国政府加大对新一代智慧基础设施的投资。这一构想的核心是通过在电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各类基础设施中嵌入传感器，构建一个万物互联、无缝对接的物联网体系。此举不仅为美国的物联网建设提供了方向指引，也对全球物联网发展产生了深远影响。
物联网同样成为我国国家战略的一部分。随着“智慧中国”“感知中国”等战略目标的提出，我国的物联网产业进入了快速发展轨道，为全球物联网发展提供了新的动力和方向。在推动物联网发展的过程中，我国聚焦技术创新、应用示范与产业协同，推动了物联网产业链的快速布局与发展。
（一）物联网的持续增长与技术演进
自2010年以来，全球物联网的发展呈现出持续增长的态势。从各类网络的应用发展来看，物联网已经涵盖了个域网、局域网、低功耗广域网（LPWAN）、有线网等多个领域，并达到了年均11%的复合增长率，以较强的动力和较快的速度不断向前发展。尽管这一增速略低于同期互联网的20%左右的增长率，但依然反映出物联网技术和应用的强劲动力。
物联网在全球信息技术体系中的地位逐步上升，尤其是随着5G技术的广泛应用和低功耗广域网技术的突破，物联网的技术支撑能力得到了显著增强。5G技术通过提供更高的传输速率和低延迟等优势，推动了物联网在智慧城市、自动驾驶、智慧医疗等领域的应用。同时，低功耗广域网的发展也为物联网的广泛部署创造了条件，特别是在物联网设备普遍需要低功耗、长距离通讯的场景中，低功耗广域网展现出其独特的优势。
另外，边缘计算的兴起也为物联网的应用提供了新的动力。随着人工智能技术的不断发展，边缘计算与物联网的融合，推动了物联网数据处理能力的提升，使得数据不再仅仅依赖于云端计算，而是在网络边缘完成初步的处理与决策。这一趋势进一步加强了物联网在实时性、智能化和自动化方面的应用价值。
（二）物联网与人工智能的相互关系
随着传感器技术的进步，特别是人工智能和物联网的融合，我们正进入智能物联网的发展新阶段。物联网与人工智能作为当前信息技术发展的两大核心领域，其发展历程具有明显的对比性。人工智能的历史可以追溯到1956年的达特茅斯会议，一群多学科的年轻人首次提出了“人工智能”的概念，经历了半个世纪的多次波折。直到2006年，人工智能才迎来了深度学习算法的突破，但其发展依然较为缓慢。直到2012年，随着大数据与深度学习算法结合起来，实现了人工智能的新突破，并在2014年通过“图灵测试”，快速进入了实际应用阶段，特别是在图像识别、语音识别等领域取得了显著成果。近年来，借助于语义矢量、自注意力机制和超大参数模型，生成式人工智能突飞猛进。
同时，物联网也在平稳且迅速地发展。尽管物联网的技术起步稍晚，但得益于信息技术、通信技术、传感器技术等多领域的交叉融合，物联网的应用场景在短短几年间已经取得了显著突破。尤其是随着5G、人工智能等技术的深度融合，物联网逐渐从单纯的“传感+通信”的技术体系发展为具有智能化、自动化能力的系统，开启了其在智慧城市、智能制造、自动化交通等领域的新纪元。
因此，物联网与人工智能的发展并非互相独立，而是相辅相成，共同推动了技术创新与应用扩展。人工智能为物联网提供了智能决策与数据处理能力，而物联网则为人工智能提供了更为广泛的数据来源与应用场景，二者的融合催生了智能物联网这一新发展方向。
二、当前物联网发展面临的主要挑战
尽管物联网在技术创新和应用层面取得了显著成就，但随着其逐步走向成熟，仍面临诸多亟待解决的问题。以下将从五个主要方面探讨物联网发展过程中所面临的挑战。
（一）物联网的标准化
与互联网和移动通信的统一标准相比，物联网由于涉及的应用场景极为多样，导致标准化进程较为滞后。目前，物联网中的设备和系统由不同厂商和行业提供，每个行业和厂商所采用的技术标准差异较大，使得设备间的互联互通问题愈加复杂。物联网技术的应用涉及智能家居到智能医疗、从智能交通到工业自动化等多个领域，每个应用场景都可能面临不同的技术标准，这使得跨领域的技术融合变得更加困难，而且造成成本的提高和可靠性的下降。为促进物联网产业的规模化发展，亟须形成统一的技术标准，确保设备之间能够实现无缝连接，降低系统集成成本，推动技术应用的普及和创新。为此，可能需要参考“LEGO”积木的思路，实现基本模块标准化和模块组合多样化的统一。
（二）安全性与隐私保护
随着物联网设备在各行各业的广泛应用，数据的安全性和隐私保护问题日益凸显。物联网设备通常需要持续收集和传输大量数据，涉及个人用户、企业以及政府单位等多方敏感信息的交换和存储。由于物联网的设备和系统通常具有较高的互联性，数据传输路径长且复杂，因此其安全性和隐私保护面临较大挑战。而在物联网的大规模应用中，数据泄露、恶意攻击、网络入侵等安全风险显著增加。因此，如何确保物联网设备的安全性，制定全球统一的安全标准，增强设备和系统的防护能力，已成为推动物联网持续健康发展的关键问题。
（三）网络覆盖与稳定性不足
物联网的应用对网络的覆盖和通信能力提出了较高要求。尽管5G和低功耗广域网等新型通信技术已在一定程度上解决了部分通信问题，但在一些边远地区和低密度区域，物联网的网络覆盖依然存在一定不足，现有通信技术难以满足物联网设备的稳定连接需求，导致设备的互联互通存在较大困难。这需要新的技术突破，目前国家通讯联盟在第六代移动通信的愿景中提出了“通感一体”，以期为物联网发展开辟新路径。
（四）跨领域融合面临挑战
物联网的应用不仅涉及信息技术和通信技术，还需要与各行业的专业知识深度融合。在这些复杂的应用场景中，物联网技术必须与特定领域的知识体系、业务流程和技术标准紧密结合，才能实现技术的落地和应用价值的最大化。然而，由于各行业间的管理体制和专业知识壁垒，物联网技术的跨领域融合面临较大的难度。因此，突破行业之间的体制和知识壁垒，加强跨领域的合作与技术共享，是物联网能够实现广泛应用的关键。
（五）商业模式尚未成熟
尽管物联网技术的应用前景广阔，但当前其商业模式仍处于探索阶段，尚未形成成熟的盈利机制。目前，物联网的盈利模式大多集中于设备销售、数据处理、云服务等领域，但这些模式的商业化进程较慢，仍面临市场接受度不足、盈利能力不强等问题。因此，如何通过创新商业模式推动物联网产业的可持续发展，已经成为当前产业发展的重要课题。
三、物联网发展的未来趋势：智能、安全、可控、绿色
随着物联网技术的逐步成熟，物联网即将进入一个全新的发展阶段。未来，物联网将不再是单一的技术体系，而是融合人工智能、大数据、云计算等前沿技术，形成一个高度智能化、协同化的综合系统。本文认为未来物联网将从四个重要方向出发，即智能化、信息安全、自主可控、绿色化转型。
（一）智能化物联网：人工智能与物联网的深度融合
智能化是物联网未来发展的核心趋势之一。物联网与人工智能之间的关系呈现出双向互动：一方面，物联网为人工智能提供了其所需的数据基础；另一方面，人工智能则赋能物联网，使其具备更强的智能化处理能力。物联网是一个数据采集和传输的网络，涉及大量的感知设备、传感器和节点，依赖其准确性、实时性和全面性来为人工智能提供数据支撑。物联网设备的性能直接影响到人工智能系统能够获得的数据质量，因此物联网的完善与发展为人工智能的应用提供了坚实的基础。人工智能技术的引入，可以有效解决物联网当前面临的部分瓶颈。通过智能化的数据处理、设备控制与维护，以及智能资源调度与配置，人工智能可以提升物联网系统的智能化水平，使之更有效、更精准、更及时地反映客观世界的变化。此外，物联网的普遍连接，也是人工智能系统和应用之间的互联互通，可以形成一个庞大的群体智能系统。
（二）信息安全与隐私保护：保障物联网的安全性
为了加强物联网的安全性，首先需要构建更加完善的加密机制和数据脱敏技术。通过智能化的技术手段，物联网能够在数据传输、存储和访问过程中实现高效加密，保护数据不受未经授权的访问与篡改。此外，节点认证、访问控制等安全措施也应进一步强化，确保物联网系统中各设备和用户的身份认证更加严格，提升系统整体的防护能力。智能化技术的引入不仅能够加强物联网系统的安全防护，还能够实时监测潜在的安全风险，快速识别并应对可能存在的安全威胁。这种“智能化的安全防护”将是未来物联网可持续发展的保障。
（三）信息技术自主可控：创新与产业链保障
在当前全球政治经济格局深刻变化的背景下，信息技术的自主可控问题变得尤为突出，尤其是在芯片、操作系统等核心技术领域，全球供应链的不稳定性和贸易保护主义给物联网技术的自主发展带来了巨大挑战。因此，构建自主可控的技术体系已成为推动物联网发展的必要举措。我国在这一领域的关键任务是推动自主芯片、操作系统及软硬件生态系统的建设。例如，国内的海光芯片、飞腾芯片逐渐具备与国际同类产品竞争的能力，但要实现从硬件到软件的全链条自主化，特别是形成产业形态，仍面临许多挑战。如何在保证安全的基础上，推动物联网创新应用，将应用构建在自主可控的芯片和操作系统之上，是当前亟须解决的问题。
发展自主可控的物联网技术不仅仅是为了满足国内市场的安全需求，还有助于推动中国智能物联网技术的国际化应用。通过技术创新和自主知识产权的积累，我国有望在物联网领域占据领先地位，把中国的智能物联网技术、系统、产品和服务推向世界，为全球可持续发展作出贡献。
（四）绿色化转型：物联网助力可持续发展
可持续发展是关系人类生存发展的不二选择。随着全球环保意识的不断增强，物联网将在绿色转型中发挥重要作用。绿色物联网的核心目标是通过物联网技术推动资源的高效利用、环境保护和生态修复，实现数字化与绿色化的双重转型。物联网在能源管理和环境保护中作用十分显著。在智能电网和能源监测中，物联网通过实时采集数据并进行分析以及高效的资源调度，实现能源节约与合理分配。同时，物联网可以优化环境监测和污染防治，保护绿色环境。通过智能化垃圾分类与回收系统，促进资源高效循环，降低环境负担，实时监控废弃物情况，进一步推动绿色经济的发展。
物联网作为新时代信息技术的重要组成部分，正迎来前所未有的发展机遇。随着技术的不断进步，物联网将在智能化、安全性、绿色化等多个领域迎来新突破。未来，物联网不仅将促进产业的数字化转型，还将为全球可持续发展贡献力量。然而，要实现这一目标，物联网面临的技术、标准化、安全性等挑战亟待解决。通过技术创新、政策支持以及产业协同，物联网有望成为推动全球信息化和可持续发展的重要力量。
（作者系世界工程组织联合会前任主席、中国新一代人工智能战略研究院执行院长。本文根据其在2024（第九届）世界物联网大会上的演讲整理，略有删减，经本人确认）
IoT Development： Current Status， Challenges and Future Trends
Gong Ke
Abstract： As a key driver of global digital transformation， the Internet of Things （IoT） has evolved from sensor technology to deep integration with 5G and artificial intelligence， finding applications across various sectors. Despite its expanding use cases， challenges remain in areas such as standardization， privacy protection， and network coverage. This paper reviews the development of IoT， summarizes its current challenges， and explores trends toward intelligent， secure， and green transformation， aiming to provide guidance for related technological research and industrial development.
Keywords： Internet of Things； Artificial Intelligence； Standardization； Information Security； Green Transformation
