技术探索之物联网：趋势篇——我国物联网面临的挑战和发展方向

当前全球物联网技术体系、商业模式、产业生态仍在不断演变和探索中，物联网发展呈现出平台化、云化、开源化的特征，并与移动互联网、云计算、大数据融为一体，成为ICT 生态中重要的一环。物联网系统将逐步具备开放应用接口能力，在统一架构和开放平台下支持多种应用的分发和部署，支持各类人与物的接入，实现信息共享和融合协同。在新一轮物联网发展布局的关键窗口期，我国应坚持明确产业发展方向，加快战略布局，加强产业链和创新链协同，打造产业生态系统，推进我国物联网发展进入新的阶段。 

一、我国物联网发展面临的主要挑战

1. 应用向高端智能化的升级将进一步放大我国传感器产业的基础能力薄弱的短板

我国传感器市场高速增长的态势和本土企业的低端供给能力之间的差距成为制约我国物联网产业发展的基本问题。2015 年我国传感器、MEMS 传感市场规模达到1100 亿元和278 亿元，受车联网、智能家居、可穿戴等规模化物联网应用发展的影响，预计到2020 年分别达到2115 亿元和609 亿元，整体保持高速增长态势。虽然市场高速增长，但目前跨国公司在中国MEMS 传感器市场占比高达60%，国内企业在技术水平、生产工艺、规模和盈利能力等方面的差距导致国内传感器市场高度依赖进口。一是传感器企业产值偏低。国内传感器企业中产值过亿的厂商占比13%，全国不足200 家；二是产品种类相对单一。目前全国传感器产品种类齐全的企业占比不足3%，产品线单一，综合竞争能力偏弱；三是研发生产技术相对落后，相较国际领先企业，新品研制落后5-10 年，产业化规模生产技术工艺落后10 年以上。 

我国物联网升级发展对传感器产业要求进一步提升。国内传感器企业规模偏小，定位比较专，技术水平不高，盈利能力不稳等情况导致我国主流产品高度依靠进口。特别是高端传感器方面，由于种类多、跨学科研发技术水平高、开发成本大，企业不愿承担开发风险，造成我国高端传感器基本依靠进口。2015 年，我国中高端传感器进口比例达到80%。而随着工业互联网、车联网等行业和应用的兴起，我国物联网的简单应用向高端应用转变。在工业控制、车辆碰撞预警、车路交互等应用场景中对高精度、智能化的高端传感器需求将大幅提升， 传感器特别是高端传感器的产业能力薄弱的短板在我国物联网应用升级发展过程中将进一步凸显。 

2. 物联网在行业中的深度应用面临诸多障碍，大规模示范应用的推进方式需进一步探索

虽然物联网技术能力进步对行业发展的重要作用越来越被企业认可，但物联网特别是传感技术在关系到国计民生的重要领域的深度应用还存在着成本、成熟度、行业应用人员的信息化水平等一系列障碍。一是建设运维成本较高。在行业中应用物联网相关技术需要对现有的工具、设备、设施甚至管理和生产流程进行改造，企业不仅首次投入较大，且后续养护成本较高。二是可用性和成熟度要求较高。对于工业制造、安全生产等重要行业，对物联网技术的可用性和成熟度均要求较高，对物联网技术部署采取相对保守的部署策略。三是对行业应用人员的信息化水平要求较高。物联网技术的应用对行业从业人员提出了更高的要求，对技术的理解不够充分，可能导致应用的深度与广度与当前物联网技术的发展水平不能匹配。 

大规模示范应用一直是引领我国物联网发展的重要方式。而在各级物联网示范应用中，主要关注是物联网技术的垂直型应用，缺少对物联网开放平台、操作系统等关键水平环节的考虑。在下一阶段物联网推进过程中，应结合物联网产业生态构建，探索利用物联网关键水平环节的开放共享构建开环大规模应用的推进方式，推动物联网数据的共享利用和应用模式的完善，带动物联网数据资源交易规则制定， 投融资等配套措施的完善。 

3. 以平台为核心构建产业生态将面临更为严峻的国际竞争

产业生态的竞争将加速物联网平台市场的整合。随着各方对物联网平台重视程度不断加深，围绕物联网平台的竞争将激化，物联网平台市场走向整合是大势所趋。一方面，巨头企业均已布局物联网平台， 中小和初创企业建设物联网平台热潮开始降温，物联网平台数量增长将趋于稳定。另一方面，物联网平台成为产业界兼并热点，大型平台企业积极兼并小型平台企业以增强实力，反映平台市场整合已经开始。与互联网平台相似，物联网平台的成长表现出“网络外部性”特征， 随着平台聚合的上下游企业、应用开发者等资源增加，平台价值不断提升，对其进一步吸引资源产生正反馈促进作用，形成强者更强的发展格局。以平台化服务为核心的产业生态很可能走向类似移动互联网的发展路径，形成少数几家物联网平台为核心的产业生态主导产业发展方向的格局。在此趋势下，物联网平台市场整合将加速，竞争将更加激烈。 

我国物联网平台处于发展初期，与国际相比存在一定差距。当前， 以阿里巴巴、腾讯、百度为代表的互联网企业基于自身传统优势构建开放平台，电信运营商基于M2M 运营经验加速构建物联网平台，行业巨头开始平台化转型，部分初创企业发展势头迅猛。但总体看来，我国物联网平台仍处于发展初期，在聚合资源以及带动技术产品、组织管理、经营模式创新方面的潜力远未充分释放，相对国际领先物联网平台的竞争优势不明显。在国内物联网平台企业尚未有效“走出去” 的情况下，国外物联网平台已加速进入国内市场，如GE 已宣布Predix 平台向全球企业开放。未来几年，国内物联网平台及围绕平台构建产业生态将面临更严峻的竞争格局。 

物联网生态的操作系统环节基础相对薄弱，创新发展存在困难。由于在移动互联网时代，国产操作系统处于弱势地位，发展物联网重量级操作系统无法直接将移动互联网操作系统优势转移，相比于国外基础尚显不足。同时，考虑到物联网OS 架构趋于一致性，在原来PC和移动互联网时代的OS 专利问题可能转移到物联网上，为我国操作系统发展带来新的挑战。此外，生态和标准仍未健全，主要话语权掌握在国外企业手中。与国外相比，我国操作系统、应用与服务暂未形成良好生态，大部分产品仍然仅停留在应用层面，海量数据汇集之后并没有提供相应的数据分析等进一步应用，造成数据浪费。 

4. 标准在推动产业链协同发展方面的作用不突出，对行业发展的引领性仍需加强

物联网产业具有产业链长、环节多、关联性强等显著特点。目前各行业均在结合自身需要制定物联网相关应用标准，但在行业协同制定标准，实现标准互联互通、开放共享，推动产业链协同发展和创新方面仍需进一步强化，特别是物联网平台、操作系统等将成为数据开放、共享的重要环节，需要进一步加强标准化工作。 

物联网评价指标类标准对于明确应用发展方向，提升技术水平， 监督市场管理均具有较强的引领性作用。目前根据城市功能和地理区位、经济水平和生活水平，按照城市发展的信息化水平和成熟度，我国在智慧城市领域已经建立了较为完善的评估框架和指标体系标准， 同样在智能家居、智能硬件领域，消费者、监管机构和建设方均希望通过建立统一的评价指标标准实现对产品的质量和用户体验等进行规范，推动市场的成熟。 

5. 边缘计算的兴起带来新的产业机遇，需进一步加强前瞻性布局

边缘计算是融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，在靠近物或数据源头的网络边缘侧，就近提供智能互联服务，满足行业在处理的敏捷性、业务智能化、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求。边缘计算作为一种新的技术理念，主要聚焦实时、短周期数据的分析和处理，并与云计算形成模式互补。在物联网行业应用中，特别是在工业控制领域，边缘计算是实现分布式自治控制工业自动化架构的重要支撑，在预测性维护、能效管理、智能制造等领域有着广泛的应用前景。边缘计算的兴起也将重新定义“云-管- 端”之间的关系，带来新一轮的技术变革和产业发展机遇。 

为了抓住新的产业发展机遇，2016 年11 月30 日，华为、中国科学院沈阳自动化研究所、中国信息通信研究院、英特尔公司、ARM 和软通动力信息技术(集团)有限公司联合倡议发起的边缘计算产业联盟。边缘计算的发展将影响网络连接、云平台、操作系统等物联网核心技术和产品的演进和发展，需要进行前瞻性布局，积极抢占技术创新高地。 

6. 物联网安全问题日益突出，我国物联网安全保障能力亟需提升

物联网节点分布广，数量多，应用环境复杂，计算和存储能力有限，无法应用常规的安全防护手段，使得物联网的安全性相对脆弱。随着物联网应用在工业、能源、电力、交通等国家战略性基础行业， 一旦发生安全问题，将造成难以估量的损失。从伊朗的震网病毒攻击核设施的事件，去年年底乌克兰电网受木马影响而局部停电时间到今年美国发生的物联网终端被木马控制发起攻击导致互联网瘫痪的事件，物联网安全问题日益突出。为了应对物联网的安全问题，2016 年11 月美国国土安全部（DHS）发布《保障物联网安全战略原则》， 并表示 “保障物联网安全已演变为国土安全问题”，并规定了基本安全措施和对美国市场上的物联网产品的安全要求。 

对于我国而言，需要重视物联网安全问题，并根据物联网技术特点和产业部署要求，尽快提升物联网安全保障能力。重点考虑推进物联网安全标准体系建设，建立物联网安全防护制度，完善信息安全重大事件应急响应机制。全面开展物联网产品和系统安全测评与评估， 增强物联网基础设施、重大系统和重要信息的安全保障能力，确保工业、能源、电力、交通等重要系统安全可控。 

二、我国物联网发展方向

1. 加速掌握物联网产业生态核心环节，利用垂直一体化模式打造产业生态体系

物联网平台成为产业生态构建的核心关键环节，掌握物联网平台就掌握了物联网生态的主动权。物联网平台在产业发展中的关键作用和主要国际巨头在平台上的战略布局使得平台成为构建物联网生态的“牛鼻子”。就我国而言，提升我国企业物联网平台处理的技术能力， 加速形成物联网平台与行业的对接，培育平台上的应用开发者群体， 成为构建产业生态的重点。 

垂直一体化布局成为打造产业生态的重要模式。虽然物联网平台的重要性日益凸显，但由于物联网中企业众多，平台阵营林立，使得仅依靠平台难以打造完善的产业生态。通过“云-端-网”的多要素垂直一体化布局，覆盖产业的各环节，为用户提供整体方案，更有利于生态的打造。在布局方式上，一是单个企业利用自身优势，在不同环节同时布局，协同推进，如华为推出的“1+2+1”物联网战略；二是通过产业链上下游企业之间的合作进行一体化布局，如Jasper 平台与电信运营商之间开展的合作；三是通过参与全球开源生态，将自身产品与开源操作系统、开源网络协议进行结合，实现一体化布局。 

构建物联网“双创”平台，扶持创新型中小企业，建立互促发展的生态合作机制。支持大型行业企业、电信运营商和互联网企业积极构建以产业关键水平环节为核心的开放式“双创”平台，打造生态中的龙头企业和优质品牌。将“双创”平台打造成技术攻关、创业孵化、投融资和人才培养的高地。利用“双创”平台，扶持一批“专、精、特、新”创新型中小企业。利用创新组织的小型化、分散化的特点， 一方面通过快速迭代、协同开发等方式加速物联网技术、设备、理念与制造、交通、医疗、环境等传统行业在装备、系统、流程、管理、组织、商业模式中集成应用；另一方面通过中小企业与用户需求形成对接，构建客户需求深度挖掘、实时感知、快速响应、及时满足的发展模式，最终在我国形成多产业生态共存、良性竞争、互促发展的增长机制。 

2. 持续推动物联网与行业发展的深度融合和规模应用

推进物联网集成创新和规模化应用。全力支持市场需求旺盛、应用模式清晰的重点领域，结合重大应用示范工程，复制推广成熟模式。在智能制造方面，利用RFID、传感器等技术，建设信息物理系统和工业互联网；在智能交通和车联网方面，加快车联网示范区建设，开展智能交通、自动驾驶、汽车电子标识等应用示范和推广；在健康服务方面，建立临床数据应用中心，开展智能可穿戴设备远程健康管理、老人看护等应用；在节能环保方面，运用物联网提升能源管理智能化水平，开展污染源监控和生态环境监测。引导骨干企业发挥引领作用， 加快制定关键技术标准，带动技术、产品、解决方案不断成熟，成本不断下降，应用快速推广。 

推动跨行业物联网标准的制定。支持我国行业企业、行业标准化组织等参加物联网国际标准化，与电信网络运营商、设备制造商、互联网服务提供商共同推进国际标准化，逐步形成“以产业促标准研制， 以标准促生态构建”良性发展局面。加速对窄带物联网、短距离网络技术等物联网网络信息技术的自主创新和国际标准研制，考虑通过产业联盟主导、设立试验性物联网测试床等措施，实现跨行业、跨产业行业共同制定物联网标准。 

3. 依托市场和技术创新优势，推动产业链上下游联动发展

加强上下游协同，扩大生态影响力，迅速占领增量市场。2015年中国物联网产业快速发展，成为全球最大增量市场，我国操作系统企业有可能利用市场机遇占据优势。同时，操作系统市场竞争集中度不高，尚未形成主导企业，虽然大部分操作系统基于linux定制开发，但也比较碎片化，有利于新的进入者。我国企业应该把握机遇，在发展操作系统同时，联动上下游。一，与硬件企业合作，规范硬件驱动程序接口和API接口；二，加强与应用开发者合作，不断将算法和代码结合特定场景进行优化；三，加强与平台运营企业合作，配合平台侧实现状态查询、传感器管理、故障诊断与远程恢复等功能。

面向云计算和大数据,紧随云端结合趋势。硬件在物联网带来的价值占比将逐步减小，厂商必须通过应用软件或服务创造大部分的营收，因此云端的云计算和大数据利用价值逐步提升。操作系统与云端结合趋势也为我国发展操作系统带来了有利条件。目前开发物联网操作系统的中国厂商都有互联网和云端的相关背景。如阿里巴巴凭借本身阿里云优势推出yunOS；华为依托本身连接优势，大力推行低功耗广域网，并将此优势延续至操作系统，推出“1+2+1”物联网策略，以“操作系统+连接+平台”迅速抢占物联网市场。在此基础上，积极发展操作系统和云端平台的耦合，引入云应用引擎，加强端云合作。

4. 加快构建本土物联网传感及芯片产业体系，持续增强产业综合竞争力

大力开展关键技术攻关，提升产业核心竞争能力。当前除消费电子、汽车电子外，工业、医疗等传感器应用领域正快速扩张，整体市场十分广阔。同时，具有更加高效、精确、稳定特点的基于新原理、新材料、新工艺的传感器产品正在快速涌现，产业创新十分活跃。因此我国企业应紧紧把握市场快速扩张与技术持续创新机遇，开展设计、制造、封装关键工艺技术研发，同时积极布局面向未来的传感器前沿技术，从根本上提升产业的核心竞争力。从细分环节来看，设计方面重点攻关模拟仿真、EDA 工具、软件算法、MEMS 与IC 联合设计等核心技术；制造方面，突破核心硅基MEMS 加工、与IC 集成等技术，提升工艺一致性水平，探索柔性制造模式；封测方面，推动器件级、晶圆级封装和系统级测试技术，鼓励企业研发个性、大规模、高可靠测试设备；此外，鼓励企业布局面向未来发展的新型传感器制造、集成、智能化等技术，逐步构建高水准的技术创新体系。 

推动产业链协同升级，提升产品集成智能水平。当前，受传感器产品单价快速下跌及信息智能化处理能力不足的驱动，传感器技术正在由单一器件设计制造向系统化、模块化融合创新方向发展，产品集成化、智能化程度不断提升。本土企业应紧跟技术发展趋势，强化产业链上下游合作，增强产业协同发展能力。国内设计、制造、封测企业应积极开展技术协同攻关，集中力量突破基于新材料、新结构、新原理的新型传感器制造技术；同时，积极建立企业间紧密合作关系， 加速企业新设计、新工艺的产品转化周期。此外，本土上游传感器制造，下游系统集成、通信厂商应强化商业合作，积极开展传感器系统级产品的研发与制造，提升本土传感器集成化、智能化水平。 

以我国信息通信优势带动物联网芯片技术研发和应用，积极参与市场竞争。依托我国在移动通信、互联网发展中积累的设备制造、网络运营及面向个人消费领域的应用服务等优势，带动物联网芯片特别是物联网通信芯片的技术研发，推动设计、制造、封测等产业链环节共同发展。同时把握智能硬件、新型可穿戴设备的发展趋势，加速国产芯片在短距离通信、广域网通信等领域的应用。通信芯片企业需立足消费类产品领域，重视关键技术研发，逐步拓展到更多应用领域。

在短距离通信领域，依托新岸线、乐鑫科技为代表的一批国产WiFi 芯片，跟随博通、高通以及德州仪器等国家厂商步伐，紧盯新一代WiFi 技术HaLow，加紧推出高集成度、低功耗和易用性的MCU+WiFi 单芯片模块，抢占市场先机。在广域网通信领域，依托华为和中兴在NB-IoT 标准上的主导和先发优势，推出具的NB-IoT 核心芯片，构建具有自主知识产权的“芯片-终端-系统”整体解决方案，联合国内外运营商大规模部署商用NB-IoT 网络，积极与停车场、水电燃气等公司等开展智能停车、智能抄表等场景应用。 

完善公共服务平台建设，支撑本土产业发展。传感器创新中心、测试中心等公共服务平台，能够通过联合研发、协助设计、试产验证、批量代工、测试认证、知识产权运营、技术产业咨询等多种方式有效支撑本土传感器技术产业创新发展。当前，本土公共服务平台应着力完善并更新现有设备设施，提升平台承载能力；积极开展关键基础技术联合研发、专利运营、标准制定等工作，建立标准化工艺库，提升工艺通用性。同时，平台应充分调动高校、科研院所智力资源，打通产学研用通道，积极开展协同创新与人才培养，为本土产业发展提供技术与人才支撑。此外，平台应与行业协会、产业联盟等公共行业机构共同利用丰富经验参与制定相关政府规划、公共政策、行业标准与行业数据统计等事务，充分支撑产业发展。 

来源：中国信通院