物联网产业发展的机遇与挑战

物联网产业发展的机遇与挑战

1网络概念和发展1.1物联网的概念目前，物联网的一般定义是通过rfid、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪和其他信息传感器设备根据合同协议连接到网络。实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理。按照国际电信联盟(ITU)的定义,物联网主要解决物到物(ThingtoThing,T2T)、人到物(HumantoThing,H2T)、人到人(HumantoHuman,H2H)之间的互连。欧盟对物联网的定义为:一个基于标准、协议的动态全球网络基础设施,其中物理和虚拟物具有身份标识、物理属性、虚拟特性和智能接口,并与互联网无缝衔接。简言之,物联网的核心是实现物物相连,是互联网向物理世界的横向和纵向延伸,其支撑架构仍然是基于互联网,是实体基础设施和信息基础设施的衔接。物联网产业链可以细分为标识、感知、处理、信息传送、控制管理五个环节,每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。1.2国外物联网发展现状基于在信息产业领域(尤其是互联网领域)的领先地位,美国于20世纪90年代中期最早提出物联网概念,先后提出以物联网构建“数字地球”、“智慧地球”的规划和设想。其后,欧盟、日本等纷纷将物联网产业作为战略性产业加以推动。金融危机后美国、欧盟、日本等更是加大了刺激措施和资源投入,力争抢占在物联网领域的战略制高点。2009年,欧盟提出“E-Europe”物联网行动计划,出台《物联网战略研究路线图》、《RFID与物联网模型》,在《数字化进程规划》中阐释了物联网,提出加快物联网产业发展的战略性举措,同时,欧盟委员会从人本角度提出“物联网要植根于保证提供预期社会和经济利益的价值观体系和政策框架之中”。日本在2001年提出“E-Japan(电子)”、2004年提出“U-Japan(无处不在的)”基础上,2009年提出了实现数字、安心、活力社会目标的“I-Japan”战略部署,此外,还提出了数字日本创新计划,对物联网产业发展目标和措施进行了阐释。韩国于2002年提出“E-Korea(电子)”、2004年提出“U-Korea”,其目标是信息技术与服务的发展不仅要满足产业和经济增长,而且为生活、文化带来革命性的进步。2010年9月,韩国确立了到2012年通过构建世界最先进的传感器网基础实施,打造未来广播通信融合领域超一流ICT强国的目标。目前,国际上关于物联网应用主要还集中在RFID技术应用上,其中,在智能交通、智能建筑、身份识别、物资管理等方面已有成功的应用。欧洲智能系统集成联盟(EPOSS)在《2020年的物联网》(InternetofThingsin2020)报告中分析预测,未来物联网的发展将经历四个阶段。第一阶段(2010年之前):RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域;第二阶段(2010—2015年)实现物体互联;第三阶段(2015—2020年)物体进入半智能化;第四阶段(2020年后)物体进入全智能化。美国权威预测机构ForresterResearch预测:到2020年,世界上物物互联的业务跟人与人通信业务相比将达到30:1,物联网被称为是下一个万亿级的通信业务,具有巨大的市场潜力。美国HarborResearch公司的统计数据表明,全球无线M2M连接数量将从2008年的7300万增至2013年的4.3亿。我国物联网概念前身为传感网,中国科学院于1999年启动了传感网的研究,并取得了一些科研成果。国内对物联网集中研究出现在2009年以后,2010年物联网写入政府工作报告。从EPOSS关于物联网阶段划分来看,目前物联网发展正处于第二阶段即物体互联阶段。据工信部的统计:2009年我国传感器产业产值接近600万亿元,其中RFID产业85万亿元,M2M市场规模10亿元,云计算和物联网应用服务尚未商业化,从目前产业结构、产业规模来看,中国物联网产业发展仍处于初级阶段,技术、标准、产品以及市场均不成熟,预计到“十二五”末物联网产业将达到5000亿级的规模,万亿级规模需要到“十三五”后期。2感网络技术国际电信联盟报告提出,物联网主要需要四项关键性应用技术:标记物体的RFID技术,感知物体的传感网络技术,思考物体的智能技术,微缩物体的纳米技术。欧盟《物联网研究路线图》将物联网研究划分为了十个层面:感知发布与识别,物联网宏观架构,通信(OSI物理与数据链路层),组网(OSI网络层),软件平台、中间件(OSI网络层以上),硬件,情报提炼,搜索引擎,能源管理,信息安全。2.1其他物联网应用RFID是物联感知的核心。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术,被称为是下一代条码技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,用于控制、检测和跟踪物体。按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW),不同频率的技术参数及应用领域有所不同(见表1)。目前,基于RFID技术的典型应用有:动物标识溯源系统、未来示范商店、RFID-SIM卡手机、手机钱包、手机购电、手机票(内置RFID卡)、手机门禁(内置RFID卡)以及欧美的共享汽车等等。很多人已将这些典型应用称为基本意义上的物联网应用,但是这些应用目前尚未形成规模化。如上海世博未来商店,其运作模式具备物联网应用的典型特征,但是系统研发以及RFID标签以及其他设备成本高昂,在未形成规模化应用前设备成本无法分摊,这成为推广应用的制约因素,在短期内很难形成大范围的商业应用模式。异构网络是物联应用承载体。物联通信共享最终依靠各种有线及无线通信技术作为信息和数据的传输载体,其涵盖网络接入和骨干传输等多个层面。以IPv6为核心的下一代网络为物联网的发展创造了良好的基础和条件,中近距离无线通信技术成为物联网的研究重点。由于物联网所使用的频段内包括大量物联网设备及WiFi、超宽带、ZigBee、蓝牙等,频谱空间拥挤制约了物联网的实际大规模应用。因此,提升频谱资源利用率,切实提高物联网应用的频谱保障能力,保证异种物联网的共存,才能实现其异构网络间的互联互通互操作。云计算和服务支撑物联应用。由于物联网感知并囊括了海量的设备和数据信息,海量数据的计算与处理是物联网的支撑,但目前也是物联网应用和服务保障的瓶颈。物联网如要形成规模应用,面临的重大挑战即是海量信息的整合、存储、处理、挖掘等。云计算是解决该问题的有效途径,采用云计算技术可实现信息存储资源和计算能力的分布式共享,为海量信息的高效利用提供支撑。安全服务是物联应用保障。物联网的开放性、匿名性决定了其不可避免存在安全隐患,因此在网络架构上势必做到“无限互联,有限互通”,在物理、网络、应用等各个层面着力研究物联网安全关键技术,满足机密性、真实性、完整性、抗抵赖性等要求。2.2物联网在我国的发展现状对物联网产业的PEST分析表明,我国发展物联网方面在政治、经济、社会、技术等方面均存在很大的优势,但发展中面临的现实困难和问题也不可回避,在稀缺资源、关键技术、安全保障、立法方面需走在前面。政策优势。《国家中长期科学与技术发展规划(2006年—2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。2010年召开的十七届五中全会上,将推进物联网应用列入“十二五”规划中,对进一步推进物联网产业发展做出部署。目前的政策环境、产业布局为物联网产业的发展奠定了良好的基础。物联网在国内的推动和发展,归纳起来主要有以下三点。一是强化概念推广。由于物联网的构建涉及众多产业部门,无论是物体标记、芯片和传感器制造、网络平台、计算技术、系统集成等相关领域及个人都将参与其中,因此对于物联网概念的推广至关重要。二是产业政策推动。2010年,国务院、发改委、工信部等有关部门相继开始政策预研和制定工作,从财政、信贷、税收等方面对物联网产业进行扶植,从而促进物联网产业的规模化。三是强化配套建设。中国物联网研发中心、无锡物联网产业研究院、中关村物联网产业联盟、物联网技术产业联盟等相继建立,各高校、科研机构、运营商、高新企业等的技术研发、标准化进展及重大专项的设立等都将大力推动物联网产业的快速发展。资源优势。我国是世界第三大经济体,具备较为雄厚的实力积极扶持物联网产业的发展。2011年1月19日CNNIC发布的《第27次中国互联网络发展状况统计报告》显示,目前我国网民总数为4.57亿人,互联网普及率34.3%,国内巨大的互联网市场,为物联网产业化提供了基础条件。此外,我国的无线通信网络已经覆盖了城乡,我国无线通信网络和宽带覆盖率高,为物联网的发展提供了坚实的基础。RFID应用方面已有较好的基础,无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展。在物联网产业中,我国的技术研发水平与其他国家相比具有同发优势(如传感技术、TD-SCDMA、唐芯一号等),具备从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链技术支撑能力。可以说,物联网技术在智能交通、环境保护、政府工作、精准农业、尖端物流、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、个人健康等多个领域具有良好的应用前景。3中国物联网产业发展的瓶颈3.1物联网核心技术难以满足国际需求标准是实现物联网产业规模经济性、促使异构系统互通互用协同工作,确保安全、推动应用、降低成本的基础,是确保规模经济性首先要考虑的问题。然而目前存在物联网标准共存的局面,行业发展的顶层设计还需要进一步加大力度。以RFID技术和应用为例,GS1、EPCGlobal、ISO等全球性组织以及日本UID、美国IEEE、AIMGlobal(国际自动识别技术协会)等积极参与到RFID相关标准的制订中,WiFi、WiMax、蓝牙、ZigBee、专用短程通信协议(DSRC)等多种无线通信技术并存。国际范围内,美国在争取继续完全控制下一代互联网(IPv6)的根服务器的同时,在全球推行EPC标准体系,力图主导全球物联网的发展,确保美国在国际上的信息控制地位。目前,我国在部分物联网关键技术的研发水平上位于世界前列,与美国、日本等国一起为国际标准制定的主要国家,然而,在产业领域却不容乐观。从事物联网终端生产的企业众多且涉及不同行业,行业需求多样化导致物联网终端模块接口和传输标准难以形成统一标准。标准的缺失和核心技术产品的产业化配套能力不足,成为产业发展的制约因素。因此,坚持自主创新与开放兼容并重的标准战略,推进物联网国家标准的制定是当务之急。3.2加大基础和应用方面的研究投入物联网包括4大项关键应用技术:感知与标识技术、网络与通信技术、计算与服务技术、管理与支撑技术。由于互联网、3G高速上网平台及无线网络传输技术目前较为成熟,国内物联网技术的关注热点主要集中在传感器、RFID、云计算及普适服务等领域。目前,物联网的发展正处于起步阶段,中国物联网的技术创新能力仍显不足,自主知识产权的技术和产品与发达国家相比仍有较大差距。在物联网的快速发展期,尤其须高度警惕和有效避免物联网产业核心技术空心化问题。因此,要加大对基础和应用方面研究的投入力度,只有掌握了核心技术才能不受制于人。一方面,政府和各大研究机构应加大基础研究的力度,在鼓励产业研发方面有适度的政策倾斜。另一方面,发挥企业的主体作用,各生产厂商和运营商应加强技术创新,并将创新成果及时申请为专利或上升为标准,逐步推动物联网产业的良性发展。3.3ipv6地址使用量将增加由于RFID技术的逐步成熟,物体标签制造、标记以及信息等均不是稀缺资源,而由于IP地址的资源稀缺性,海量物质资源基于互联网的标记和寻址问题将成为瓶颈。以上海世博会应用为例,仅浦东机场的电子围栏就消耗IP地址20万个;对现有的市民液化气钢瓶安装电子标签使用IP地址115万个;铁路部门对现有的55万节车皮安装电子标签又使用了55万个IP地址。未来五年,我国IP地址需求量将激增,其中固定互联网需求为5亿个,移动互联网需求为10亿个,物联网需求量为100亿个,按照IP地址33%的利用率来推算,我国未来IP需求量将达到345亿个。而我国目前仅有2.3亿个IPv4地址,显然已无法满足高速增长的需求。新开发的IPv6使IP地址总量由2的32次方跃升至2的128次方。CNNIC数据显示:2008年11月以来,美国申请IPv6地址15117块,地址拥有量从2008年排名第11位跃升至第1位。日本申请IPv6地址8494块,摆脱了在第一代IPv4申请应用中的落后局面;我国IPv6地址拥有量仅为116块,排名从2008年的第16位下降到第18位,地址拥有量仅为美国的1/148。因此,我国IPv6地址申请和规划还需要进一步加强部署。3.4物联网产业处于关键应用示范阶段,尚未形成稳定的市场优势国际电信联盟在物联网报告中指出,物联网产业发展的挑战不仅仅在于技术问题,还在于市场的规模化应用。只有规模化应用才能有效降低边际成本,形成产业发展的良性机制和盈利模式,激发市场的活力。规模化应用不足将成为制约物联网产业形成、关键技术突破和标准化的瓶颈,难以激发产业链各环节的参与积极性。关于物联网应用,可以划分为关键应用、规模应用、普遍应用三个阶段。虽然传感网应用领域现已有一些典型案例和规划(如未来商店、自助图书馆、汽车物联网等),然而目前中国的物联网产业尚未形成稳定的、可实现规模化经营的商业模式,仍处于关键应用示范阶段。物联网应用涉及环节众多,面对的是跨行业不同规模、不同需求的细分市场,单一产品或服务在细分市场间的通用性和可移植性差。从感应层面而言,感应器将嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道、动物等各种物体和微观个体中,才能将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的充分整合。中国的市场优势为物联网规模化应用创造了有利条件。目前,如中国移动等一大批企业已积极参与到物联网相关的技术和产品研发、系统集成中。产业的发展还需要更多地覆盖众多产业链环节的企业参与其中,从而推进产业的规模化经营。鼓励国内企业切实发挥主体作用,积极参与物联网产业的技术创新,推动产业的规模化经营是产业发展的内在动力。3.5专利设置以专利为研发,专利使用手段较少。在中国《第一财经日报》报道,美国在RFID专利方面申请总量超过欧盟、世界知识产权组织、日本以及中国大陆等多个区域专利申请总量的总和,高达53%。截至2009年,我国本土企业中国移动、大唐移动、清华同方等物联网产业链上的40余家企业和研发机构共拥有专利411件,并进行了16项软件著作权登记,中国这一领域专利申请量仅1028个,仅为美国的6.5%、日本的45.7%。且中国专利多以实用新型为主,发明型专利较少,而国外企业与组织在中国申请的专利,发明专利授权量远高于国内。“技术专利化、专利标准化、标准垄断化”是信息经济时代国际竞争的既定规则,专利技术与技术标准的捆绑,是当今世界技术标准的发展趋势。在物联网产业发展方面,我国尚处在初始阶段,企业技术创新能力不强,掌握的关键技术欠缺,有利于新技术新产品产业化的政策法规体系还不够健全,支持产业创新的投融资和财税政策、体制