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物聯網白皮書(中國信息通信研究院)
日期:2017-02-24 17:40:04   作者:
自“智慧地球”提出以來,物聯網的概念在全球范圍內迅速被認可,并成為新一輪科技革命與產業變革的核心驅動力。2016年以來,在世界經濟復蘇曲折的大背景下,以物聯網為代表的信息通信技術正加快轉化為現實生產力,從淺層次的工具和產品深化為重塑生產組織方式的基礎設施和關鍵要素,深刻改變著傳統產業形態和人們的生活方式,催生了大量新技術、新產品、新模式,引發了全球數字經濟浪潮。

與此同時,物聯網產業在全球范圍內呈現加速發展的態勢。知名企業利用自身優勢加快在行業應用、平臺、網絡、操作系統、傳感器件等技術環節的布局,搶抓物聯網新一輪發展戰略機遇的意向非常突出。對于物聯網產業發展前景的普遍看好和政府、企業的戰略性投入推動物聯網迅速進入以水平環節為核心,以“云-管-端”一體化布局為模式的生態構建新階段。

值此物聯網發展的關鍵時期,本白皮書把握全球物聯網政策、應用、技術和產業方面的最新進展和發展態勢,研判物聯網產業生態構建的特點和主要方式,在對中國物聯網現階段情況歸納總結的基礎上,探討中國物聯網面臨的挑戰和今后的發展方向,希望與業內同仁共享成果,共謀發展,共話未來。


一、 全球物聯網發展總體態勢


(一) 全球物聯網發展進入新階段,當前正處于產業爆發前的戰略機遇期


全球物聯網應用增長態勢明顯,萬物互聯時代開啟。當今時代,全球新一輪科技革命和產業變革正在孕育興起,信息通信技術以前所未有的速度轉化為現實生產力,深刻改變著全球經濟格局、利益格局、安全格局。物聯網作為信息通信技術的典型代表,在全球范圍內呈現加速發展的態勢。不同行業和不同類型的物聯網應用的普及和逐漸成熟推動物聯網的發展進入萬物互聯的新時代,可穿戴設備、智能家電、自動駕駛汽車、智能機器人等,數以百億計的新設備將接入網絡,預計到2020年全球聯網設備數量將達到260億個,物聯網市場規模達到1.9萬億美元。到2018年,全球車聯網的市場規模將達到400億歐元,年均復合增長率達到25%,2018年全球智能制造及智能工廠相關市場規模將達2,500億美元;全球可穿戴設備出貨量從2014年1960萬增長到2019年1.26億;截止2020年,全世界智慧城市總投資將達到1200億美元。萬物互聯在推動海量設備接入的同時,將在網絡中形成海量數據,預計2020年全球聯網設備帶來數據將達到44ZB,物聯網數據價值的發掘將進一步推動物聯網應用呈現爆發性增長,促進生產生活和社會管理方式不斷向智能化、精細化、網絡化方向轉變。

技術進步和產業的逐步成熟推動物聯網發展進入新階段。物聯網發展在經歷概念驅動、示范應用引領之后,技術的顯著進步和產業的逐步成熟推動物聯網發展進入新的階段。一是產業成熟度提升帶來物聯網部署成本不斷下降。相比10年前,全球物聯網處理器價格下降98%,傳感器價格下降54%,帶寬價格下降97%,成本的降低為物聯網大規模部署提供了基礎。二是聯網技術不斷突破。聯網技術是物聯網產業興起的重要條件,在全球范圍內低功率廣域網(LPWAN)技術快速興起并逐步商用,面向物聯網廣覆蓋、低時延場景的5G技術標準化進程加速,同時工業以太網、LTE-V、短距離通信技術等相關通信技術也取得顯著進展。三是數據處理技術與能力有明顯提升。隨著大數據整體技術體系的基本形成,信息提取、知識表現、機器學習等人工智能研究方法和應用技術發展迅速。大數據技術在物聯網中的應用能夠有效釋放物聯網數據的潛在價值。四是產業生態構建所需的關鍵能力加速成熟。云計算的成熟、開源軟件等有效降低了企業構建生態的門檻,推動全球范圍內水平化物聯網平臺的興起和物聯網操作系統的進步。

產業要素的完備和發展條件的成熟推動物聯網發展進入新的階段。利用產業的水平核心環節構建完善的產業生態成為這一階段的主要發展模式。這一階段物聯網體現出以下特征:

平臺化服務。利用物聯網平臺打破垂直行業的“應用孤島”,促進大規模開環應用的發展,形成新的業態,實現服務的增值化。同時利用平臺對數據的匯聚,在平臺上挖掘物聯網數據價值,衍生新的應用類型和應用模式。

泛在化連接。廣域網和短距離通信技術的不斷應用推動更多的傳感器設備接入網絡,為物聯網提供大范圍、大規模的連接能力,實現物聯網數據實時傳輸與動態處理。在梅特卡夫定律8的作用下,泛在化連接將不斷增大物聯網的產業價值。

智能化終端。物聯網端系統的智能化主要體現在兩個方面,一是傳感器等底層設備自身向著智能化的方向發展,另一方面通過引入物聯網操作系統等軟件,降低底層面向異構硬件開發的難度,支持不同設備之間的本地化協同,并實現面向多應用場景的靈活配置。

全球抓搶物聯網產業機遇意向突出,物聯網發展處于產業生態的關鍵布局期。政府層面,各國高度重視物聯網新一輪發展帶來的產業機遇,美國、歐盟等發達國家和地區在戰略設計、產業生態組織、政策環境建設、大規模應用示范方面大力推進,搶抓物聯網機遇的意向非常突出。資本市場同樣看好物聯網發展前景,對從事物聯網相關公司的投資持續增加。自2012年以來,物聯網領域創業企業融資達到1260億美元,過去五年,可穿戴/健康領域產生了最多的投資交易。

在產業層面,產業巨頭紛紛制定其物聯網發展戰略,并通過并購、合作等方式快速進行重點行業和產業鏈關鍵環節的布局,意圖爭奪物聯網未來發展的戰略導向,提升對整個產業的把控能力。2015
年5月,華為公司公開“1+2+1”的物聯網發展戰略,明確向物聯網進軍的發展戰略;10 月微軟公司正式發布物聯網套件Azure IoT Suite,協助企業簡化物聯網在云端應用部署及管理;2016年3月,
思科以14億美元并購物聯網平臺提供商Jasper,并成立物聯網事業部;7月,軟銀公司以322億美金收購 ARM,并明確表示看好ARM在物聯網時代的發展前景;12月谷歌公司對外公布物聯網操作系統Android Things 的開發者預覽版本,并更新其“Weave”協議。除此之外,亞馬遜、蘋果、Intel、高通、SAP、IBM、阿里巴巴、騰訊、百度、GE、AT&T等全球知名企業均從不同環節布局物聯網,產業大規模發展的條件正快速形成,未來2-3年將成為物聯網產業生態發展的關鍵時期。


(二) 傳統產業智能化升級和規模化消費市場興起推動物聯網的突破創新和加速推廣


從物聯網概念興起發展至今,龐大市場中各類應用長時間并存,并成波次、接力式推進物聯網的發展。當前全球物聯網進入了由傳統行業升級和規模化消費市場推動的新一輪發展浪潮。一是工業/制造業等傳統產業的智能化升級成為推動物聯網突破創新的重要契機。工業/制造業作為國家的戰略性基礎行業,具有規模巨大、帶動性強的特點,歷來是世界各國發展競爭的焦點。隨著世界經濟下行壓力的增加和新技術變革的出現,各國積極應對新一輪科技革命和產業變革帶來的挑戰,美國“先進制造業伙伴計劃”、德國“工業4.0”、中國“中國制造2025”等一系列國家戰略的提出和實施,其根本出發點在于搶占新一輪國際制造業競爭制高點。物聯網技術是工業/制造業轉型升級的基礎。工業/制造業轉型升級將推動在產品、設備、流程、服務中物聯網感知技術應用,網絡連接的部署和基于物聯網平臺的業務分析和數據處理,加速推動物聯網突破創新。另一個巨大的發展動力是規模化消費市場的興起加速物聯網的推廣。具有人口級市場規模的物聯網應用,包括車聯網、智慧城市(社會公共事業、公共管理)、智能家居、智能硬件等成為當前物聯網發展的熱點領域,主要原因一是規模效益顯著,提供了廣闊的市場空間;二是業務分布范圍廣,利于釋放物聯網廣域連接的潛力;三是面向消費市場具有清晰的商業模式并具有高附加值。

1. 物聯網成為工業轉型升級的基礎設施和關鍵要素,帶來更大發展前景和經濟價值

在傳統行業智能化升級過程中,物聯網正從淺層次的工具和產品深化為重塑生產組織方式的基礎設施和關鍵要素。在工業轉型發展的過程中,物聯網作為工業互聯網、智能制造發展的基礎,工業傳感感知、工業物聯網數據平臺等成為新型工業技術體系中不必可少的能力,其重要性不斷凸顯。在工業轉型升級過程中,越來越多的企業認識到物聯網的通用性和重要性,也使得物聯網技術能力在工業技術體系中的位置正在不斷“下沉”,成為轉型升級所需的基礎設施和關鍵要素。

物聯網加速提升生產能力,推動服務化轉型。主要國家和龍頭企業在推動工業互聯網、智能制造部署實施的過程中,推動物聯網在工業領域實現從局部突破到全面擴散、從提效增質到推動發展模式轉變。當前物聯網相關技術和產品在工業領域主要應用涉及以下兩個方面:一是基于工廠內部的傳感器實現的智能化生產。通過在產線上裝配傳感器和通信模塊,動態感知設施、材料、人員的狀態,實現生產過程的智能決策和動態優化,顯著提升全流程生產效率、提高質量、降低成本。例如海爾公司通過在自動流水線上的托盤和關鍵位置安裝RFID標簽和讀寫器,采集產品位置信息,打通從PLC、WMS、MES到ERP的數據,實現對個性化產品配件生產的智能決策。二是實現服務化轉型。

利用傳感器獲得的海量實時數據,結合平臺側的大數據分析、建模與仿真等技術,提供預測性維護、性能優化等服務,實現企業服務化轉型。GE公司通過Predix平臺提供的一系列服務是這類應用的典型代表。

2. 車聯網圍繞智能化和網聯化進行應用的創新突破

智能化、網聯化是車聯網發展的主線。一是車載操作系統從單一功能向綜合智能業務支撐發展。汽車操作系統從早期的主要承載Telematics業務逐步向支撐infotainment業務、V2X業務等綜合智能業務的方向發展。二是信息網聯技術成為智能網聯駕駛的基礎,將實現車內、車人、車車、車路、車與云服務平臺的V2X全方位網絡連接。通過通信及互聯網技術,可突破單車智能的非視距感知、車輛信息共享等技術瓶頸,最終實現智能網聯駕駛的各種應用,已經成為汽車產業的未來發展趨勢。

目前車聯網總體還處于發展初期,車聯網應用以舒適和信息娛樂類為主。車聯網應用主要包括三類,一是舒適和信息娛樂類應用,二是安全服務類應用,三是節能高效類應用。未來隨著4G、5G、V2X通信以及自動駕駛系統等新技術應用,車聯網將提供更多安全、節能、高效以及高帶寬需求的業務,車聯網業務體系將逐漸豐富,汽車開始從代步工具向信息平臺、娛樂平臺、智能控制平臺轉化,汽車空間將越來越多的開放給業務開發者,新型汽車業務生態將逐步構建。

3. 物聯網在智慧城市中的應用推廣不斷深入

隨著全球范圍內智慧城市建設持續升溫,物聯網作為其核心基礎要素,在各領域應用規模不斷擴大。據估算,物聯網應用項目中智慧城市相關項目占比達到20%,僅次于工業領域相關項目占比10。當前,各國積極推動物聯網在智慧城市建設中應用,呈現兩大趨勢。

一是構建基于物聯網的立體化信息采集網絡。為增強城市感知能力,構建大規模、全覆蓋的信息采集網絡成為全球智慧城市重點建設方向。從信息采集設備部署規模來看,2016年全球智慧城市各領域使用聯網設備數量達到16億,較2015年增長39%,2020年將突破97億。從部署區域來看,信息采集網絡全面覆蓋空天地海,實現對公共設施、車輛、人流等地上信息,供水、排水、熱力、燃氣等各類管線運行狀態等地下信息,空氣質量等空中信息,以及水流、潮汐、水質等水中信息的全面實時采集。海量城市感知數據匯聚到智慧城市綜合管理運營平臺,結合航空攝影測量、地下管線探測、三維視圖等技術構建出城市運行狀態的虛擬投影,有力支撐城市管理和事件調度。

二是開展各領域應用技術研發和試驗示范。美國加大對智慧城市領域物聯網技術研發的資金支持,在“智慧城市”國家計劃中,通過國家科學基金會(NSF)和國家標準和技術研究所(NIST)向全國學術機構分別提供3500萬美元和1000萬美元以加強基礎技術研發,并通過國土安全部、交通部、能源部、商務部等政府相關部門投入4500萬元,支持安全、能源、氣候應對、交通等領域應用技術研發。美國“智慧城市”國家計劃將城市作為物聯網技術研發和應用的試驗床,鼓勵各公私機構展開區域合作,部署物聯網應用。紐約憑借LinkNYC項目和各類物聯網技術試驗和大規模商用,在2016年智慧城市博覽世界會議獲得最佳智慧城市獎。英國倫敦、伯明翰、曼徹斯特等城市打造“智慧技術試驗床”、“物聯網城市示范區”,推動物聯網應用在智慧城市領域推廣。

4. 技術發展和消費升級帶動物聯網產品智能化趨勢加速

物聯網終端產品以微處理+連接芯片為底層元器件架構,芯片、通信技術、智能傳感器等端側物聯網技術推動其感知和連接能力不斷提升;物聯網平臺興起,為數據變現提供基礎,促進終端產品的數據分析、人機交互能力升級發展。物聯網技術發展與消費品行業跨界融合,為終端智能化帶來條件,新產品、新應用不斷涌現。2015年智能硬件出貨量約達14億臺,且增長速度不斷加快,由2014年的27%提高到2015年的35%。從產品形態和功能的發展來看,智能硬件不斷創新。當前智能硬件已經出現智能可穿戴、智能家居、智能車載、智能無人機等規模產品體系,涉及家庭、教育、安保、物流、政府辦公等十余個行業領域。


(三) 各國政府意圖搶抓發展先機,塑造物聯網國際競爭優勢


美國物聯網重點聚焦于以工業互聯網為基礎的先進制造體系構建。據 2016年上半年統計,美國物聯網支出將從今年的2320億美元增長到2019年的3570億美元,復合年增長率達到16.1%。其中制造業、交通行業在2016年成為物聯網行業支出最大的部分。為了繼續在物聯網領域保持領先地位,美國參議院商業委員會2016年批準通過成立工作委員會為美國政府推動物聯網創新提供頂層框架設計、創新建議和為推動物聯網發展的頻譜規劃,美國眾議院能源與商務委員會宣布成立兩黨工作組對物聯網政策進行審查并提交總結建議。

美國商務部、總統行政辦公室、國家科學與技術委員會、先進制造國家項目辦公室在2016年初向國會聯合提交了首份國家制造創新網絡年度報告和戰略計劃,希望借助先進的網絡技術基礎重塑美國在制造業的領先優勢。2016年6月,由美國能源部和加州大學洛杉磯分校共同牽頭成立的第九家制造業創新中心“智能制造創新中心”在洛杉磯成立,聯邦機構和非聯邦機構各投資7000萬美元用于重點推動智能傳感器、數據分析和系統控制的研發、部署和應用。同時工業12數據來源:根據Gartner物聯網設備出貨量數據估算互聯網聯盟(IIC)發布工業互聯網體系安全架構,華為、博世、施耐德、SAP接替AT&T成為新的核心會員。

歐盟嘗試“由外及內”方式打造開環物聯網的新策略。通過構造和提高外部生態環境來間接作用于行業整體,力圖實現“歐盟數字化單一市場戰略(DSM)”中所提出的一個單一的物聯網市場、一個蓬勃的物聯網生態系統、一個以“人”為中心的物聯網方法。歐盟為此先后在2015年重構物聯網創新聯盟(AIOTI),在2016年組建物聯網創新平臺(IOT-EPI),希望構建一個蓬勃發展的、可持續的歐洲物聯網生態系統,最大化發揮平臺開發、互操作、信息共享等“水平化”共性技術和能力的作用。同時,歐盟通過“地平線2020”研發計劃在物聯網領域投入近2億歐元,建設連接智能對象的物聯網平臺,開展物聯網水平行動,推動物聯網集成和平臺研究創新,特別是重點選取自動網聯汽車、智慧城市、智能可穿戴設備、智能農業和食品安全、智能養老等五個方面開展大規模示范應用,希望構建大規模開環物聯網生態體系。

日本、韓國、俄羅斯等國家持續加大物聯網推進力度。2016年日本物聯網市場規模62000億日元,到2020年將達到138000億日元。在日本總務省和經濟產業省指導下由2000多家國內外企業組成的“物聯網推進聯盟”在2016年10月與美國工業互聯網聯盟(IIC)、德國工業4.0平臺簽署合作備忘錄,希望美日德聯合推進物聯網標準合作。韓國選擇以人工智能、智慧城市、虛擬現實等九大國家創新項目作為發掘新經濟增長動力和提升國民生活質量的新引擎,未來十年間韓國未來創造科學部將投入超過2萬億韓元推進這九大項目,同時韓國運營商積極部署推進物聯網專用網絡建設。俄羅斯首次對外宣稱啟動物聯網研究及應用部署。俄羅斯互聯網創新發展基金制定了物聯網技術發展“路線圖”草案,俄羅斯工業貿易部、俄羅斯通信與大眾傳媒部、互聯網創新發展基金、俄羅斯各聯邦主體和其他有關政府機構將在此基礎上進一步確定試驗項目、試點行業和地區。預計試驗項目將在2017-2018年啟動,到2020年計劃實施至少20個項目。


二、 物聯網產業關鍵環節重大進展和產業生態構建情況


(一) 物聯網平臺成為產業發展制高點,平臺功能和服務模式不斷完善


平臺商業價值初步顯現,將對物聯網行業發展產生重大影響。近年來,物聯網平臺的營收規模保持高速增長,2015年已達近3億美元,預計2020年將超過16億美元,增速達到33%。平臺將為整個物聯網行業發展帶來顯著影響,主要體現在以下三方面。一是加速產
業價值向軟件和基于數據的服務轉移。平臺匯聚海量端設備的數據信息,利用大數據分析等技術挖掘潛在價值,推動物聯網行業形成“數據衍生創新服務”的新業態,基于平臺提供遠程故障診斷、生命周期管理等增值服務等,豐富服務內容。二是利用共性能力覆蓋垂直行業,加速產業發展。平臺整合不同行業分散的信息、用戶、設施等資源及外部的開發資源,利用通用功能和接口開發適用不同行業的應用,降低投入成本,提升開發效率,并實現跨行業、跨領域資源互通,推動大規模開環應用的發展。三是推動服務模式轉變。平臺吸引設備供應商、網絡運營商、系統集成商、應用開發商等產業鏈上下游企業形成互利共贏的生態圈,既可以滿足用戶多樣化需求,也能夠利用快速迭代的開發模式短時間響應行業用戶的特定需求,實現向集成服務模式轉變。

面向產業應用不斷豐富功能成為平臺服務商主要發力點。從功能框架來看,物聯網平臺從底層到上層分別提供設備管理、連接管理、應用使能和業務分析等主要功能。平臺服務商大多面向單層功能構建平臺,例如,智能硬件廠商專注設備管理平臺,網絡運營商專注連接管理平臺,IT服務商和各行業領域服務商等專注應用使能平臺和業務分析平臺。當前,為支撐構建端到端解決方案,Predix、AWS IoT、IBM Watson等大型平臺不斷豐富平臺功能,呈現多功能一體化發展趨勢。此外,隨著物聯網在行業領域的應用不斷深化,平臺連接設備量巨大、環境復雜、用戶多元等問題將更為突出,不斷提升連接靈活、規模擴展、數據安全、應用開發簡易、操作友好等平臺能力也成為未來平臺主要發展方向。


(二) 短距離技術與低功率廣域網的發展顯著提升物聯網的泛在連接能力


1. LPWAN 在全球成為發展熱點,企業采取多種方式提供物聯網連接能力

巨大市場空間推動全球范圍內廣域網連接技術出現爆發式增長,并形成了以LPWAN為核心的網絡連接服務體系。目前全球范圍內,面向物聯網的LPWAN技術可分為兩類:一是授權頻段的廣域網技術,以3GPP定義的NB-IoT、LTE演進技術eMTC等為代表;另一類是非授權頻段的廣域網技術,包括LoRa、PRMA、Sigfox等技術。不同類別的LPWAN 技術的主導方、部署方式、服務模式均存在差異。

全球運營商通過提供網絡連接和配套服務構建連接服務體系。優質的網絡連接是運營商在物聯網中最基礎和核心能力。全球電信運營商為了更好的支撐物聯網的發展,在現有公眾移動通信網的基礎上,一是不斷優化現有網絡能力。通過在核心網側部署物聯網專屬設備,在業務網側建設獨立的物聯網運營管理和運營支撐平臺,提供面向物聯網的連接服務能力。二是研究和加速部署新的網絡連接能力。中國、韓國、歐洲、中東、北美的多家運營商加速布局NB-IoT,已經開展了基于pre-standard的NB-IoT技術的試點,并開啟了端到端的技術和業務驗證,預計2017年NB-IoT將在全球范圍內大規模部署。為了盡快占領物聯網市場,美國的Comcast、韓國SK telecom、印度的塔塔通信等一些運營商則采用更為成熟的LoRa技術建網,快速具備新的網絡能力。三是提供配套服務構建生態。電信運營商將自身具有的測試、認證、計費、安全等能力打包對外開放,一方面帶來直接收益,另一方面可以聚集優質合作伙伴。AT&T向合作伙伴提供M2X、Flow、Connection Kite等平臺服務,提供包括網絡、存儲、測試、認證等能力,并采取分階段收費模式,在開發、測試初期采取免費模式,在推向市場化階段和定制化服務需要支付一定的費用。美國另一電信運營商Verizon也在平臺、網絡、終端、應用上全面發力,推出ThingSpace平臺,為開發人員創建、推出、管理物聯網服務提供工具。

行業企業通過自建專網的方式提供物聯網連接能力。非授權頻段的LPWAN(如 LoRa、Sigfox)經過2-3年的發展,目前技術已經基本成熟并具備了一定的產業基礎,包括芯片、模組、終端、運營、應用在內的產業各環節正在加速商業化。為了滿足行業的特定運營需求,部分行業用戶選擇自建非授權頻段LPWAN的方式提供物聯網服務。對于電力、燃氣、水務等行業用戶而言,利用非授權頻段技術構建自身的LPWAN提供自用物聯網業務,具有網絡部署簡單、組網靈活、服務成本較低等優勢,并在定價、用戶服務方面保持了一定的可控性。

目前全球已經有多個地區和企業采用非授權頻段的LPWAN技術建設專網,德國電力與燃氣供應商E.ON將在德國數個城市布署LoRa網絡;Ingenu公司采用PRMA技術在全球已經部署了38個專用網絡;電力生產商ENGIE和物聯網網絡運營商UnaBiz在今年7月宣布新加坡部署SIGFOX網絡的計劃。

2. 兩大模式推動短距離連接能力發展,應用框架加速整合

兩大核心構建物聯網短距離連接服務。底層短距離通信協議和應用框架成為短距離連接服務能力的兩大構建核心。目前底層短距離通信協議連接生態封閉與開放模式并存發展,其中以Z-wave聯盟為代表的單一短距離連接協議為核心的封閉模式因具備互聯產業的先天優勢,發展較為迅猛,已經形成一定的產業影響力;而以Zigbee聯盟為代表的不同短距離協議兼容為核心的開放模式也在逐步發力,以更加開放的姿態打造互聯互通,未來有望成為引領全球短距離連接服務的重要方式。應用協議框架連接生態初期由英特爾、高通、微軟、通用等巨頭領銜并分頭推進,開放互聯聯盟OCF(The Open Connectivity Foundation)、Allseenalliance等組織成為主要發力陣地。

依托強制認證的封閉模式迅速發展。封閉模式主要由聯盟把控產業各個環節,強制聯盟內元器件提供商、設備廠商、解決方案提供商按照統一的標準提供相關產品,保障產品/系統互聯互通。以Z-wave聯盟為例,目前已有200多家供應商提供的超過1300款認證產品可以實現互聯互通,形成了一定的產業規模和影響力。然而封閉模式主要局限于同一短距離協議內的產品互通,跨協議互通考慮不足,當前使用網關實現跨協議互通的方式也對封閉模式發展形成了挑戰。

依賴全球合作的開放模式開始發力。以Zigbee聯盟為例,一方面Zigbe3.0實現內部互通,初步可打通不同廠家部分產品。依托Zigebee已有的芯片、平臺、模塊、工具與服務、測試實驗室和終端產品的生態系統,當前正在進行Zigbee產品開發的廠家僅需軟件升級就可以逐步過渡到Zigbee 3.0上來。另一方面,ZigBee聯盟宣布將在Thread網路架構上實現ZigBee的應用層協議的合作事宜,IC廠商宣布支持。通過內外互通探索,開放模式有望建立以現有產業成熟、技術開放的短距離連接能力為核心的合作模式,成為全球互聯生態的引領者。

應用框架組織之間加速整合,形成新的短距離連接服務能力。技術應用場景的豐富性造成短距離通信技術類型多樣,帶來企業產品對于短距離技術選擇的復雜性。應用框架是在短距離通信協議之上解決兼容性和互聯互通的應用技術。2016年10月,兩大消費性物聯網應用框架推動組織OCF與AllSeen Alliance決定合并,打破了目前廠商各立山頭的物聯網應用框架生態。兩大組織合并后將逐步進行AllJoyn或IoTivity解決方案的橋接與雙邊支援,合力支持OCF的統一部署IoTivity相關的規范,有望催生一個共通的開放性短距離連接架構,成為除Apple主導的HomeKit應用程式框架與Google主導的Weave通訊協議兩大陣營之外最大的物聯網標準,并通過強大的技術能力與眾多廠商支援優勢,力爭提供短距離連接技術之間更廣泛互通性。


(三) 物聯網操作系統面向可伸縮、互通性實現創新發展


物聯網操作系統興起,呈現兩種發展路徑。當前正在發展的物聯網操作系統介于PC、手機等復雜操作系統與傳統簡單嵌入式操作系統之間,運行的CPU主頻在500MHz-1GHz左右,具備一定的用戶交互能力和支持豐富的低功耗網絡連接協議,同時有模塊化、內核可伸縮、云端適配、自組網等技術特征,方便終端廠商結合設備規格進行二次開發。物聯網操作系統的發展呈現兩種技術路徑,一是由智能手機操作系統剪裁而來,具備較強的應用能力,同時獲得智能手機生態的強大支持,如蘋果的WatchOS、安卓的Android Wear目前在智能可穿戴設備領域的份額已突破70%;該路線的缺點是很難保證對底層應用的最優化,也難以兼顧多種應用場景。二是針對傳統嵌入式操作系統進行功能優化,直接針對底層硬件平臺開發,擁有更高的可靠性和更強的性能表現。如ARM的mbed、華為的LiteOS、ThingSquare的Contiki等;但這種技術路線需要打造全新的應用生態體系,面臨多方面的挑戰。

物聯網操作系統軟件架構趨于一致,側重實現伸縮性、互通性和可靠性。為解決應用碎片化問題,物聯網 OS 層通用化演進態勢明顯,技術架構均由內核、外圍模塊、協同框架、智能引擎、集成開發環境等組成,且具備物聯網獨有特點。內核更具彈性,輕量級內核保留任務調度和通信功能,重量級內核通過重新編譯和二進制模塊選擇加載線程調度、內存管理、本地存儲等所需應用。外圍功能模塊注重可伸縮性,將網絡協議棧等功能組件從內核中獨立出來,并根據設備具體功能按需保留。此外,協同框架主要面向設備互聯提供云端接口或云應用引擎;智能公共引擎則面向人工智能,提供語義識別,機器學習等接口。總的來說,物聯網操作系統架構上的改變更迎合物聯網各類應用差異化發展需求。

融合操作系統初現,前景仍有待觀望。由于可穿戴、無人機、機器人等物聯網終端形態功能各異,開發人員需針對不同終端進行多次開發,為提高應用開發效率,企業多從操作系統入手解決跨平臺開發難題。如微軟Win10 IoT通過設備系列實現API共用,開發工具獲取通用API,下載安裝時自動識別設備環境并編譯出專用API,保證在代碼統一編寫的同時,保持自身特有屬性。但由于用戶習慣多停留在win32系統上,且物聯網整體仍處于發展初期,微軟的物聯網終端占有率較低,因此應用提供商不愿投入更多的開發資源,導致win10 IoT發展緩慢。此外,谷歌正全力打造的融合操作系統Fuchsia采用全新Magenta內核、Escher渲染器以及Dart語言,欲支持32位和64位的ARM處理器和64位PC處理器考慮到系統開發仍需時日,發展前景仍有待觀察。
 

(四) 物聯網傳感及芯片產業發展空間廣闊,技術變革持續加劇


全球傳感器產業快速增長,信息通信行業成為全球最大應用市場。伴隨MEMS技術的規模應用導致傳感器單價的快速下降,全球傳感器市場的總體出貨量已經達到百億級規模。2015年全球傳感器市場規模超過1萬億元,出貨量超過五百億顆,預計到2020年翻一番,其中MEMS傳感器價低量大,占據約8%的產值份額和35%的出貨量。當前,信息通信、汽車電子、醫療電子和工業電子是傳感應用最廣泛的四大領域,其中信息通信領域占據約30%的市場份額,成為最大的行業應用市場。信息通信行業(消費電子、通信設備)在MEMS器件市場的占比更高,達到45.6%。麥克風、壓力傳感器、加速計、陀螺儀、慣性傳感器、數字羅盤是應用最多、增長較快的MEMS傳感器產品。

MEMS引領傳感器技術產業變革,并加速向更廣泛應用領域滲透。MEMS傳感器具備的體積小、質量輕、低功耗、高精度、設計制造靈活、集成度高、能夠批量生產等優勢,這些技術特點與傳感器微型化、批量生產化、集成化、智能化創新發展方向高度契合,因此MEMS傳感器已經成為移動互聯網、物聯網時代技術產業變革的重要驅動力之一。MEMS技術涉及微電子、材料學、力學、化學、機械學等諸多領域學科,是人類科技發展過程中的一次重大的跨領域技術融合創新,它因汽車工業和消費電子而崛起,目前正加速向工業電子、醫療電子等新興領域滲透。

企業商業模式圍繞價值提升持續創新升級。物聯網碎片化市場特征漸顯,新興應用市場對傳感器智能化、軟件算法上的要求也更高,單一功能的傳感器已經不能滿足客戶的差異化需求。當前,全球傳感器龍頭企業已經從簡單功能的分立器件生產制造不斷向高精度,自帶算法模型的智能化、模塊化的傳感器系統級產品集成制造發展,傳感器產品的價值不斷由硬件向軟件算法和應用遷移,傳感器的功能也在不斷由“察覺與度量”向“詮釋”轉變。從商業模式來看,傳感器已經進入集傳感、智能與系統為一體的解決方案時代。 

物聯網MCU加速向高性能、低功耗、高集成度方向發展。物聯網時代的到來,對終端芯片的計算、處理和傳輸能力提出了越來越高的要求,促使MCU從8位/16位向32位邁進。2015年,32位MCU的銷售占比超過了總額的一半。同時,相關的軟件開發環境也提升到32位,且可以向下兼容,以提供更具彈性的開發空間。物聯網連接設備的爆發式增長促使人們關注設備的功耗和續航時間。比如散布在橋梁或者隧道中用于檢測位移形變的傳感器節點,數量龐大且只能依靠電池供電,要求續航時間達到十年以上,對MCU的功耗提出了非常苛刻的要求。SoC已成為集成電路設計的關鍵技術,正向物聯網芯片領域滲透,高集成度的MCU+成為趨勢。傳統分立無線通信芯片外掛MCU的方案已被淘汰,各大設計廠商開始將無線通信和MCU集成在一起,減少芯片面積,同時降低芯片價格。隨著SoC和SiP技術的發展,實現傳感器、MCU和無線模塊的單芯片集成的MCU+方案正逐漸成為趨勢。

物聯網NB-IoT芯片備受關注,各大企業積極布局。隨著NB-IoT標準確定,華為海思、高通、Intel、Nodric、銳迪科、聯發科、中興微等均在積極研發NB-IoT芯片,并計劃在2016/2017年正式商用。高通提前布局,在2015年10月推出的專為物聯網設計的支持低功耗和長距離傳輸的MDM 9206調制解調器。目前僅支持 Cat-M1(eMTC),后期可通過軟件升級的方式實現NB-IoT支持。廣域網通信芯片從支持單一技術向支持多制式發展演進。Intel已發布針對NB-IoT的XMM 7115、XMM 7315調制解調器。其中,XMM 7115專為用來支持NB-IoT的設備和應用,支持低于200Kbps的下行峰值數據速率的設備,適用于能源、農業和運輸等行業;XMM 7315同時支持LTE Cat.M與NB-IoT兩種標準,適合用在大規模覆蓋率、低功耗以及低成本的終端產品,更適合全球化布局的OEM廠商。 


(五) 標準化、開源模式和知識產權的推進為物聯網規模化發展和有序競爭提供基礎


1. 全球物聯網標準化進程加速,標準合作趨勢顯現

全球物聯網標準化體系框架基本建立,物聯網關鍵網絡技術標準逐步聚焦并快速推進。全球物聯網相關的標準化組織眾多。隨著物聯網的不斷發展和標準化持續推進,目前已經基本形成了包括總體性標準、基礎共性標準和行業應用標準在內的全球物聯網標準化體系框架。其中,總體性標準主要側重物聯網總體性場景、需求、體系框架、標識以及安全(包括隱私)等標準制定。負責總體性標準制定的標準組織之一ITU-T在2015年10月成立SG20(物聯網及其應用包括智慧城市和社區)研究組推動物聯網和智慧城市相關標準的制定。同時隨著“霧”計算技術理念的興起,2015年11月,OpenFog聯盟成立,意圖推動霧計算/邊緣計算的相關標準化工作。基礎共性標準中包括感知標準、通信標準和平臺及共性技術標準。2016年平臺及共性技術標準進展明顯,oneM2M啟動R3標準的研制,W3C的WoT(web of things)興趣組工作基本完成,預計2017年將成立工作組。業務應用類標準包括面向消費類的公眾物聯網應用標準和行業物聯網應用類標準。2016年發展迅速的工業互聯網聯盟IIC主要定義工業領域對物聯網的需求,并與其它標準化組織對接完成標準化。 

同時,2016年全球主要標準化組織紛紛加速推動面向物聯網的關鍵網絡技術標準。2015年11月,由華為、愛立信、中興、沃達豐等公司推動的窄帶物聯網(NB-IoT)標準在3GPP立項。2016年6月,3GPP在韓國釜山會議上宣布NB-IoT標準凍結。NB-IoT標準的快速推進表明產業界普遍看好物聯網的巨大市場空間,并通過統一的全球性標準推動和支持產業快速發展。2016年3月,3GPP面向中低速率機器通信的eMTC標準凍結,9月面向車聯網應用的V2V標準凍結。除了基于蜂窩網的網絡技術外,2016年2月WiFi聯盟正式發布新一代WiFi標準“HaLow”,適合低功耗、長距離的物聯網設備。2016年12月,新一代藍牙技術BT5正式發布。

國際電聯智慧城市評估系列標準通過,推動全球智慧城市建設和標準的落地實施。2016年4月,ITU-T通過“智慧可持續發展城市評估指標”系列標準。該系列標準對標聯合國可持續發展目標,在充分研究ICT技術在智慧可持續發展城市中所起作用的基礎上,整合了聯合國歐洲經濟委員會、聯合國人居署、聯合國環境署、聯合國發展計劃署等其它聯合國機構的評估指標,成為智慧城市領域最權威、最具影響力的評估指標系列標準之一。同時,目前ITU-T正在全球范圍內開展智慧可持續發展城市的評估工作,來推進全球智慧城市的創建。目前包括迪拜、新加坡在內的7個城市簽約成為首批評估試點城市。

標準化組織之間開展合作推進物聯網標準的制定和實施,避免標準出現分化。ISO、IEC、ITU-T三大全球性標準化組織建立了協調工作機制,并于2016年5月召開第一次聯合工作會議,通報各自的工作進展和標準制定計劃。三大標準化組織的協調工作將有利于減少全球范圍內物聯網和智慧城市標準化的重復工作,對推動不同標準化組織的互補合作起到積極作用。另外,歐洲標準化組織 oneM2M目前正在與ITU-T就標準合作進行協商,并計劃將oneM2M 制定的標準上升為ITU-T的全球性標準。同時,oneM2M還在R3標準制定過程中與OSGi聯盟合作,推動oneM2M標準的部署與實施。2016年10月,短距離通信領域的兩大標準組織Open Connectivity Foundation(OCF)與AllSeen Alliance決定合并,雙方將在各自規定的參考架構中增加橋接功能,相互打通。標準化組織的協調合作有利于減少全球范圍內物聯網標準化的重復工作,避免標準分化,對形成統一的物聯網標準體系起到積極作用。

2. 開源模式成為推動物聯網標準落地和產業推進重要手段

物聯網開源興起,平臺、終端和短距離互聯成為開源熱點。物聯網標準林立的局面為開源軟件的發展創造了空間,開源軟件成為標準落地、構建和擴大生態、增加企業影響力的重要手段。各標準化組織也非常重視開源軟件在推動標準落地實施,快速占領市場方面的作用,包括W3C、OCF、oneM2M等標準均通過開源的方式,直接面向產品開發和應用部署指導產業進行應用。目前物聯網領域全球主要的開源軟件涵蓋了物聯網端系統、短距離連接、物聯網架構、物聯網應用、物聯網安全和隱私等重要方面,其中物聯網平臺、物聯網操作系統以及短距離連接成為開源發展最為活躍的技術領域。

物聯網開源軟件將在消費領域首先興起。由于物聯網既涵蓋智能硬件、智能家居、可穿戴設備等消費領域,又包括制造業、水電等行業領域,使得物聯網技術發展天然存在開源/閉源兩條路線。而由于消費領域物聯網終端類型多、連接場景較為復雜,造成軟硬件開發兼容性要求高,在發展初期需要降低技術門檻加速普及,因此物聯網開源軟件將在消費領域首先興起。

物聯網操作系統呈現開源為主、閉源并存的發展趨勢。從產業上看,物聯網目前尚處于發展期,需降低技術門檻加速技術產品普及,開源作為生態構建手段,有利于加速物聯網發展。從技術上看,由于物聯網終端形態各異、連接互通性要求高、碎片化嚴重等,導致軟硬件開發兼容性要求較高,開源開放可以基于操作系統構建上下游兼容較好的生態圈,助力物聯網產業和應用快速發展。如LiteOS采取開源策略,構建包括芯片、模塊、開源硬件、創客以及軟件開發者等玩家的開源社區;ARM公司的mbed OS采用免費且部分開源的模式,固件當中仍然存在二進制機制,而且其中一部分以受到嚴密保護的閉源驅動程序形式提供給由芯片制造商推出的系統芯片產品。此外,航空航天、水利、電利、國防等特殊領域出于安全性、保密性、可靠性等方面的考慮,始終堅持封閉的生態系統,閉源操作系統發展路徑仍將長期存在。

3. 熱點應用領域和重點技術的物聯網知識產權訴訟風險提升

物聯網專利涉及產業關鍵環節的多個技術領域,成為市場競爭的必要手段。物聯網對技術的融合也帶來了知識產權的大聚合,專利技術創新聚焦物聯網平臺、操作系統、通信技術、傳感器、芯片、安全等諸多技術領域。其中,與物聯網云平臺、大數據分析和處理相關的專利成為近年來國際IT企業、互聯網企業關注的熱點;NB-IoT和基于LTE的MTC網絡成為眾多通信企業競爭的制高點,企業通過在標準制定過程中“預埋”專利以鞏固競爭優勢;移動通信、MEMS傳感器、有線網、短距離通信技術發展時間長久,產業鏈上下游參與專利布局的企業眾多,大量非專利實施主體(NPE)的參與加劇了“專利叢林”現象,形成了密集的專利網絡。因而,物聯網產業從感知、網絡、平臺到應用,任何一家企業都難以進行全面的專利布局,專利主體眾多,關系錯綜復雜,物聯網的知識產權問題將成為企業無法回避的基本問題。

國際巨頭積極開展物聯網專利布局,以搶占下一程競爭制高點。國際巨頭企業在物聯網領域的專利布局如火如荼,以車聯網、可穿戴設備和智能家居為代表的消費物聯網為例,三星從2011年起陸續圍繞智能家居控制系統、可穿戴設備的用戶識別、支持多協議的設備配對、網絡互連、功耗等多方面布局專利;華為搶占物聯網通信技術發展先機,在M2M設備群組通信、NB-IoT、V2V等領域廣泛布局專利;蘋果加強在可穿戴設備的人機交互領域的布局,專利涵蓋語音、指紋、眼球等生物識別技術;谷歌在智能家居領域的安全監控、健康醫療傳感設備方面申請專利,并通過收購Nest擴充它在智能恒溫器等產品從底層算法至上層人機交互的專利組合;大眾、豐田、通用汽車等傳統車企圍繞車聯網的輔助駕駛、車載信息服務進行廣泛的布局,專利覆蓋緊急救援、駕駛行為分析、車輛防盜、停車定位、遠程監控、碰撞檢測等多方面的技術。

行業應用類專利儲備競爭激烈,車聯網和工業領域倍受關注。物聯網業務環節專利競爭熱點頻發,一方面物聯網應用和業務環節技術發展更迭快、研發門檻相對較低、技術周期較短,相應的專利申請也呈現申請主體多元化和熱點變化快等特點。另一方面,應用環節的專利以非標準專利為主,所涉及技術主要是用于實現產品和應用的個性化需求,很少受技術標準限制,所以技術自由度較高,變化較快。從物聯網應用場景來看,工業、車聯網、電子商務應用類專利量最多,圍繞輔助駕駛、工業生產控制、環境監測、電力等應用的專利大量出現。中國近年來物聯網企業和高校在行業應用領域提交了大量的專利申請,并越來越注重物聯網產品的外觀設計專利申請。整體來看,我國企業在華專利申請具有數量優勢,部分進軍海外市場的企業已相繼開展海外專利布局。中國物聯網中小企業和高校并未將專利優勢轉化成市場優勢。

物聯網企業存在專利侵權訴訟風險。隨著物聯網產業對網絡通信的重視程度加深,掌握較多通信標準專利的傳統通信企業試圖將專利費的收取對象從智能終端轉向蛋糕更大的物聯網市場。擁有較多標準通信專利的權利人將會進一步利用標準專利來加強市場控制力,最大限度的攫取市場利益。比如,2016年9月由愛立信、高通、中興通訊和InterDigital、KPN、Sony聯合推出的Avanci專利池就瞄準了全球互聯汽車和智能電表市場的2G/3G/4G通信技術授權。可預見的是,將會有其他的專利聯盟或專利強勢的通信企業采用相同的專利策略,向其他物聯網領域的企業收取通信技術的專利許可費。累積的專利許可費將成為制約中小型物聯網企業壯大發展的重要影響因素之一,同時造成以收取許可費或是排除競爭對手為目的的專利侵權訴訟將頻發。


(六) 物聯網產業生態構建進入關鍵期,產業各方圍繞物聯網平臺加速布局


1. 產業生態構建成為物聯網產業競合焦點

產業兼并整合加劇,產業生態的整合能力將成為核心競爭力。當前,物聯網產業已度過企業自由生長為主的早期階段,巨頭企業圍繞產業生態主導權展開競爭,加強戰略性布局,加速推動產業整合。一方面,通過兼并實現跨環節延伸和本環節整合。物聯網平臺成為產業兼并熱點,自2014年起全球圍繞物聯網平臺的并購事件多達20起以上;傳感器設計企業成為下游應用廠商、傳統IC設計和制造廠商投資和并購的主要目標,2015年到2016年8月MEMS傳感器產業已出現20余起重大并購事件。另一方面,企業積極通過產業合作實現優勢互補。IBM與ARM于2015年9月宣布建立合作伙伴關系,以雙方在芯片和云平臺領域的優勢互補,推動各自物聯網業務發展;美的與華為于2016年7月宣布開展全面合作,共享芯片、操作系統、數據挖掘等技術資源和渠道資源,推動雙方移動終端和家居產品的互聯互通,強化智慧家居領域的生態主導權。

在物聯網“碎片化”發展階段,企業之間競爭主要在特定產業環節針對產品技術、價格和質量以“點對點”形式展開,如圍繞同類終端設備的制造商之間的競爭、圍繞同類網絡服務的運營商之間的競爭、圍繞同類應用的軟件開發商之間的競爭。當前,面向芯片、操作系統、網絡服務、物聯網平臺和應用開發等關鍵環節,以IBM、蘋果、GE和華為等為代表的主要企業積極開展跨環節鏈式布局,產業競爭已轉變為生態鏈之間跨行業、跨環節的綜合整合能力競爭。未來,巨頭企業將進一步發揮產業整合能力,依托關鍵環節布局打造生態核心,聚合上下游中小企業形成產業陣營價值競爭的格局。

產業價值和增長空間向軟件和基于數據的服務轉移。隨著海量感知設備帶來的數據積累,基于數據的建模設計、執行控制系統、產品全生命周期管理等軟件正在解構和重塑物聯網行業應用,行業的產品、企業流程、生產方式、創新能力、商業模式和產業生態正在被軟件和基于數據的服務定義。雖然在物聯網中基于數據的服務內容和模式創新尚未形成統一發展思路,發揮數據潛在價值的能力和手段仍然缺失,但產業價值和增長空間仍然不可避免從傳感器、網絡設備等硬件開發和部署向軟件和基于數據的服務轉移。這種變化趨勢體現在兩個方面,一是在物聯網產業鏈環節中,物聯網平臺作為軟件開發和數據服務的核心,重要性和價值將不斷提升。據麥肯錫預測,至2025年,軟件商和集成服務商在物聯網價值鏈所占份額將會進一步增加,達到60%-85%。二是物聯網產業價值通過軟件與硬件、軟件與服務的整合在實現著價值創新,主要表現MEMS不斷向高精度且自帶算法模型的智能化、系統化方向發展。應美盛移動電子解決方案內部包括慣性傳感器、運動算法、以及其Motion Apps平臺,博世汽車安全解決方案內部集成了流量、壓力、慣性傳感器以及高級安全穩定算法等,通過軟件實現硬件價值的提升。

物聯網平臺成為產業生態構建的核心要素。隨著各國政府、產業鏈上下游主要企業的持續推進,物聯網產業正步入跨界融合、開放創新和規模化發展的新時期。未來2-3年,將是全球物聯網產業生態形成的關鍵期。一方面,面對碎片化的物聯網市場格局,構建開放共享、合作共贏的產業生態已成為產業界共識。產業生態的形成將加速物聯網生產資料(數據)、人才、資本等發展關鍵要素在產業不同環節之間流動,提供產業生長壯大的內生動力。另一方面,包括終端側的芯片、傳感器、操作系統和邊緣計算,網絡側的低功率廣域網連接和短距離連接,應用側的物聯網平臺和應用,以及作為共性基礎的標準體系和開源社區等在內,構建物聯網產業生態的關鍵環節和基礎要素已經完備,且發展不斷成熟。在產業價值不斷向軟件和基于數據的服務轉移的大趨勢下,物聯網平臺憑借其對產業鏈上下游企業整合、促進開環應用發展的關鍵作用,成為產業生態構建的核心要素。

2.產業各方圍繞物聯網平臺加速布局

當前,IT服務商、行業企業、互聯網企業、電信運營商等四大陣營均圍繞物聯網平臺,依托各自優勢,從不同切入點展開產業生態建設。IT服務商以云生態圈為基礎,以數據驅動構建生態。IT服務商具備強大的基礎設施支撐、豐富的分析計算工具、成熟的定價體系和全面的安全保障策略,已形成成熟的云服務系統,并以原有平臺為基礎積極拓展物聯網業務,通過聯合上下游企業,布局物聯網產業生態。

一方面,聯合硬件制造廠商,補強設備連接和管理能力,布局“平臺+硬件”增強提供端到端解決方案的能力。Amazon通過硬件合作伙伴計劃,與艾睿電子、博通、英特爾、聯發科、微芯、高通和瑞薩等廠商合作,推出Amazon AWS IoT平臺,將物聯網設備與云連接,實現安全的數據交互、處理和分析,促進物聯網產品和服務快速開發。IBM與傳感器、處理器、傳輸芯片、IP技術廠商廣泛合作,包括ARM、TI、NI等,使盡可能多的設備連接到IBM云端的Watson IoT Platform。另一方面,聯合行業應用集成商,逐步向行業領域滲透。Microsoft于2015年推出AzureIoT套件,于2016年收購物聯網服務企業Solair,瞄準搶占制造、零售、食品飲料和交通等垂直行業物聯網應用市場。Amazon于2015年3月收購2lemetry,實現跟蹤和管理接入企業系統的IP賬號和連接設備。

行業企業利用垂直行業優勢,圍繞工業應用智能化構建生態。通用電氣(GE)、西門子等制造行業巨頭根植于工業制造領域,工業應用研發和實施優勢突出,以“平臺+應用”為重點,聯合三大類產業力量共同布局工業互聯網生態。一是聯合IT服務商,推動IT(信息技術)和OT(運營技術)深度融合,強化平臺的計算分析能力。GE于2016年宣布其工業互聯網Predix平臺登陸Microsoft Azure云平臺,為工業客戶提供服務,并獲得人工智能等數據分析技術支持,幫助客戶從工業設施中洞察智能。二是廣泛聯合應用開發商,激發應用創新活力。GE推出了Predix應用工廠,匯聚工業應用開發商,打造制造業“APP應用商店”。此外,Predix平臺具備超過60個專業領域技術資源、強大的開發者社區、開放的應用開發接口,預計2020年平臺上開發者將超過10萬,工業應用超過50萬。三是帶動中小制造業企業,推動工業應用落地實施。GE作為制造業巨頭,以Predix平臺和工業應用重構旗下業務,提高生產效率,將發揮示范效應。

互聯網企業基于移動互聯網平臺拓展物聯網平臺服務,利用入口和用戶優勢構建生態。蘋果、谷歌以及國內騰訊、阿里等互聯網巨頭基于移動互聯網平臺已構建形成完整產業生態。隨著智能終端和智能應用井噴式發展,互聯網企業積極聯合智能硬件廠商強勢進軍物聯網市場,在智能家居、可穿戴設備、車聯網、移動醫療等消費領域布局構建物聯網生態。一是發揮超級應用入口優勢,匯集智能終端應用數據,騰訊公司利用微信平臺龐大的用戶群體、牢固的用戶粘性、簡單的接入方式和可繼承的用戶習慣等優勢,打造微信智能硬件開放平臺,聚集和接入一批智能硬件服務廠商,匯集大量用戶的智能應用數據。

二是利用智能操作系統優勢,蘋果公司基于操作系統iOS多年建立的用戶粘性和使用習慣,推出HomeKit平臺,聯合飛利浦、霍尼韋爾和海爾等廠商進軍智能家居市場。谷歌發布物聯網操作系統Android Things,幫助開發者將產品連上云端服務。阿里巴巴公司以YunOS和云平臺為核心,近期推出物聯網平臺,借助阿里云生態中的云計算、大數據等資源,從芯片模組、工業設計、設備聯網、平臺搭建、app應用,到電商流量、銷售渠道,為物聯網企業構建打通上下游全產業鏈的生態系統。

電信運營商發揮連接優勢,立足通信管道構建生態。得益于廣闊的網絡覆蓋與生產或認證提供連接能力的物聯網通信模塊,電信運營商以M2M應用為核心著手布局物聯網平臺生態。開放平臺能力成為電信運營商構建生態的一個主要策略,美國Verizon推出Thing Space平臺,通過簡易自助式服務界面向開發者提供諸多免費APIs和與配套件捆綁的硬件,簡化物聯網應用的開發和部署。美國AT&T向合作伙伴提供M2X、Flow、Connection Kite等平臺服務,開放網絡、存儲、測試、認證等能力。中國移動2014年推出自主研發的OneNET平臺,向合作伙伴提供開放API、應用開發模板、組態工具軟件等能力,幫助合作伙伴降低應用開發和部署成本,打造開放、共贏的物聯網生態系統。此外,聚合行業應用領域的領軍企業,促進終端、網絡和平臺的協同發展成為電信運營商構建生態的另一主要策略。AT&T瞄準車聯網、智慧城市、家庭連接、商業連接、智能設備和智能醫療六大應用領域,成立車聯網研究室,先后與Maersk船舶公司、紅牛、BD醫療、Otis電梯和SunPower太陽能等公司建立合作關系。Verizon收購Sensity Systems物聯網創業公司加強物聯網業務,力圖掌控和驅動城市、大學和場館等數字化轉型。中國移動發布“物聯網開放平臺OneNET全球合作伙伴招募計劃”,商用18個月實現物聯卡用戶數突破2000萬。

產業生態格局尚未確立,各陣營之間競爭與合作并存。當前,明確、成熟的物聯網產業生態尚未形成,各巨頭企業均處在布局階段,企業之間既有競爭又有合作。競爭方面,一是圍繞產業鏈上下游企業和應用開發者,巨頭企業積極爭取更多產業力量共同構建產業生態,提升物聯網平臺價值;二是圍繞市場,通過提供端到端完整的解決方案,培育產業生態的固定用戶群體。合作方面,單一物聯網平臺企業難以從底層到上層提供包括設備管理、連接管理、應用使能和業務分析在內的完整平臺功能,不同平臺企業之間積極展開合作,實現優勢互補。2016年初,PTC和Bosch宣布成立技術聯盟,整合Thing Worx和Bosch IoT Suite,實現設備管理平臺與應用使能平臺之間的強強聯合,為用戶提供更全面的平臺服務。據IOT Analytics統計,PTC在物聯網平臺市場份額方面處于領導地位。GE通過與微軟建立戰略合作伙伴關系,將推動Predix平臺與Azure IoT Suite、Cortana智能套件的深入整合,獲得人工智能、自然語言處理、高級數據可視化等技術和企業應用方面的支持。2016年11月,GE與SAP宣布將推動Predix平臺與SAPHANA云平臺的集成,并在資產管理領域加深合作。


三、中國物聯網的發展情況


在中央系列頂層設計和各地各部門的不懈努力下,中國物聯網發展取得了顯著成效。產業規模方面,從2009年的1700億元躍升至2015年超過7500億元,年復合增長率超過25%,機器到機器應用的終端數量超過1億。標準體系方面,制定了物聯網綜合標準化體系指南,梳理標準項目共計900余項,物聯網參考架構、智能制造、電子健康指標評估、物聯網語義和大數據等多個中國主導的國際物聯網發布。產業布局方面,已形成環渤海、長三角、泛珠三角以及中西部地區四大區域集聚發展的空間格局,無錫、重慶、杭州、福建等國家級物聯網產業基地建設初見成效,北京、上海、深圳、成都等地物聯網產業園區建設蓬勃發展。


(一)中國物聯網政策接力布局,有力推進頂層設計不斷完善


智能制造政策措施集中發力。制造業成為“十三五”時期中國物聯網的重要應用領域之一,以信息物理系統(CPS)為代表的物聯網技術將在制造業智能化、網絡化、服務化等轉型升級方面發揮重要作用。2015年5月國務院印發《中國制造2025》并成立國家制造強國建設領導小組,部署全面推進實施制造強國戰略。其后,工業和信息化部啟動年度智能制造試點示范,截止目前已設立上百個示范項目。2016年8月工業和信息化部、發展改革委、科技部、財政部四部委聯合發布《智能制造工程實施指南》,加速標準化實施,明確財稅金融支持。此外,各地方加強智能制造規劃實施,目前已有21個省份出臺對接政策,智能制造在全國各地全面鋪開。

智慧城市指導方針繼續深化。2016年國家“十三五”規劃進一步提出了加強現代信息基礎設施建設,推進大數據和物聯網發展,建設智慧城市的理念,物聯網對新型城市建設意義仍舊重大。2016年9月,國務院進一步發布《關于加快推進“互聯網+政務服務”工作的指導意見》,提出了“創新應用互聯網、物聯網、云計算和大數據等技術,加強統籌,注重實效,分級分類推進新型智慧城市建設,打造透明高效的服務型政府”。為落實國務院關于智慧城市的指導方針,國家各部委陸續出臺相關政策舉措,“十三五”期間國家發展和改革委與中央網信辦、智慧城市部際協調工作組等將共同推出100個“新型智慧城市”試點,開展智慧城市建設效果評價工作,分行業、分領域選取一批有代表性的智慧城市優秀案例,以點帶面,促進城鎮化發展質量和水平全面提升。國家標準委、國家旅游局、國家測繪地理信息局等也陸續出臺指導意見,對標準體系、智慧醫療、智慧旅游、地理信息資源建設等推進落實。

車聯網政策扶持全面開花。自2015年7月,國務院《“互聯網+”行動指導意見》中提出要積極推廣車聯網等智能化技術應用,加快智能輔助駕駛、復雜環境感知、車載智能設備等產品的研發與應用,車聯網開始在國家層面上全面布局。2016年7月,國家發展和改革委、交通運輸部聯合發布《推進“互聯網+”便捷交通促進智能交通發展的實施方案》,明確提出利用物聯網等技術,推動跨地域、跨類型交通信息的互聯互通,建設先進感知監測系統,形成動態感知、全面覆蓋、泛在互聯的交通運輸運行監控體系。工業和信息化部相繼啟動車聯網創新發展工作方案、智能網聯汽車總體規劃及智能網聯汽車標準體系建設方案等相關工作。2016年國家重大科技研發專項進一步向車聯網傾斜,中德智能網聯汽車、車聯網標準及測試驗證合作項目啟動,聯合推進技術研發、標準制定,搭建測試認證環境。北京、上海、重慶、杭州、常熟等示范區開展建設,構建車聯網應用規模試驗外場,實現輔助駕駛和部分自動駕駛關鍵場景的應用示范,打造車聯網融合應用路測、驗證及示范的預商用環境,推動各項關鍵技術的研發與產業化。


(二)物聯網在傳統行業、城市管理和個人消費領域的應用不斷深化,為中國產業結構調整提供新動能


當前,中國經濟發展已進入新常態,勞動力、土地等要素成本優勢正在減弱,迫切需要調整優化產業結構、轉換新舊發展動能。物聯網作為新一代信息通信技術高度集成和綜合應用的典范,將為中國信息產業發展開辟新空間:一是經濟增長新空間。物聯網發展極大激發5G網絡、云計算、大數據等技術創新活力,帶動智能制造、車聯網、新型傳感器等行業創新,經濟增長點將不斷出現。二是產業投資新方向。物聯網發展將使得感知能力融入到物理設施中,從而帶動高速、移動、安全、泛在的新一代信息基礎設施的建設,以及能源、交通等重要行業設施的智能化改造。基礎設施的建設和改造將帶動大量的產業投資機遇。三是信息消費的新市場。智能穿戴、智能家居、智能汽車等新產品不斷涌現,不斷刺激新的信息產品和信息服務消費需求,將開辟出規模巨大的信息消費新市場。

工業互聯網培育制造業發展新動能。制造業是國民經濟的主體,也是推進供給側結構性改革的主戰場,物聯網的融合滲透將有力推動制造業的技術進步、效率提升和組織變革。中國正在組織實施《中國制造2025》,將智能制造作為主攻方向,推動制造業與互聯網融合發展,通過物聯網等新技術在企業研發、制造、管理、服務等全流程的集成應用,提升生產效率和產品質量,提高制造業供給結構的適應性和靈活性,努力實現制造業的“數字化、網絡化、智能化”。2016年2月1日,在工業和信息化部指導下,中國信息通信研究院聯合制造業、通信業、互聯網等企業共同發起成立了工業互聯網產業聯盟,通過聯盟加強產學研用協作,加快推進工業互聯網發展。到2016年底,聯盟成員已經超過270家,發布《工業互聯網體系架構(版本1.0)》、《工業互聯網推進實施指南》、《工業大數據白皮書》等研究成果。

新型城鎮化推動智慧城市步入實質建設階段,感知設施統籌集約部署和物聯網數據開放共享成為發展重點。作為新型城鎮化的重要方向之一,截止2015年底,中國智慧城市建設數量達到386個,副省級以上城市、地級城市、縣級城市建設智慧城市比例分別達到100%、74%和32%。各地智慧城市在推進物聯網應用中,通過前端集約采集與后端數據融通,釋放物聯感知紅利。一是物聯網設施統籌部署推動市政基礎設施智能化轉型。感知設施與城市基礎設施同步統籌集約部署,發揮疊加效應。當前,集成天氣溫度感知、高清視頻監控、WiFi通信、報警能力等多功能智慧路燈,已經在上海、廣州等城市推廣使用。城市采用物聯網技術,進行市政水、電、氣管網的統一、智能監測預警,已成為各地智慧城市的重要實踐。二是以城市運營管理中心匯聚開放共享的感知信息,構建物聯網開環應用新格局。南京、銀川等智慧城市建設,通過打造城市級智能運營管理中心,打破以部門、行業為邊界的孤島式信息感知與處理格局,充分采集、匯聚城市多領域、多部門感知數據,圍繞交通出行、安防應急、低碳環保等領域,開展感知數據的關聯挖掘,有效促進城市管理級物聯網開環應用的發展。

物聯網技術發展和消費升級帶動終端產品智能化趨勢加速,逐步形成規模化產品體系。終端產品以微處理+連接芯片為底層元器件架構,芯片、通信技術、智能傳感器等端側物聯網技術推動其感知和連接能力不斷提升;物聯網平臺興起,為數據變現提供基礎,促進終端產品的數據分析、人機交互能力升級發展。物聯網技術發展與消費品行業跨界融合,為終端智能化帶來條件,新產品、新應用不斷涌現,智能硬件等新型物聯網終端出現多個十億元以上規模產品,并初步形成智能穿戴設備、智能服務機器人、智能車載設備等規模化產品領域。

目前中國部分產品增長速度快于全球,預計至2020年中國智能硬件產品和服務的總體市場規模可達萬億水平。在智能穿戴設備、智能無人機等領域中已經出現世界領先的龍頭企業,如大疆科技占據全球無人機市場約70%以上的份額,2016年第一季度小米手環出貨量占據全球智能手環22.8%的市場份額,名列第二。


(三)中國在物聯網基礎關鍵環節的技術創新持續推進,產業能力逐步提升


中國積極引領全球NB-IoT標準及產業發展。NB-IoT是面向低功耗、廣覆蓋的全球統一標準,可依托現有蜂窩網絡快速構建低成本全覆蓋的物聯網,服務眾多行業領域,有力支撐互聯網+。中國的華為公司與在3GPP國際標準化組織提出NB-IoT(窄帶物聯)需求,并在全球范圍內與愛立信、高通等企業共同引領了NB-IoT標準的制定,并與2016年6月發布該標準。NB-IoT技術得到了全球LTE產業陣營的認可和積極投入,產業鏈正在加速形成。中國華為、中興、大唐等企業正在逐步形成包括芯片、模組、終端、核心網在內的各環節的設備生產和網絡建設能力。中國運營商均提出了各自NB-IoT的商用計劃,圍繞NB-IoT的產品的生產和商業化正在加速發展。中國聯通今年在上海迪斯尼園區通過NB-IoT部署豐富的物聯網業務。在900MHz頻點頻段部署了10個室外站點覆蓋整個園區,并且于2016年6月開通全部站點。通過NB-IoT網絡,在園區內提供智能停車、智能水表業務,后續將拓展到環境監控、人流管理等。中國移動在福州、杭州等地開展智能水表、智能停車等業務。中國電信也在深圳開展智能水表等業務,并計劃在2017年上半年800MHz全面開通NB-IoT業務。

國內企業紛紛布局新型操作系統,輕量級系統發展較快。當前我國物聯網操作系統在不同領域發展存在較大差異。在智能家居領域,慶科mico與阿里YunOS發展較好,聯合底層硬件提供商、家電整機廠商等初步構建了自主生態體系。阿里云以YunOS和云平臺為核心,在兼容所有主流移動芯片架構、MCU平臺的基礎上,采用組建商業聯盟、開放運營模式、創新產品服務策略打通智能家居等多個終端領域,并通過應用預裝、大數據精準營銷等手段形成良性的利益分成機制;目前阿里云與超過40家硬件廠商建立合作關系,推出較多成熟的智能家居產品,并取得較好的應用效果。在機器人領域,人工智能創業團隊圖靈機器人發布機器人專用操作系統TuringOS,擁有10萬名合作伙伴接入,累計響應超過1300億次請求。在車載電子領域,wince、QNX和安卓占據大部分市場份額,本土企業尚未推出成型產品。

中國傳感器市場增長迅猛,本土產業鏈趨于完備。在物聯網應用的驅動下,2015年中國傳感器市場規模達1100億元,預計到2020年將達到2115億元,年復合增長率達到14%。目前中國面向物聯網應用的傳感器已基本覆蓋運動、環境、光學等幾個大類、數十個小類,涌現出以歌爾聲學、瑞聲科技、格科微、豪威科技、美新半導體、明皜科技、敏芯微電子等為代表的國際知名廠商。伴隨中芯國際、華潤上華、晶方、長電等傳統半導體制造封測廠商的進入,以及傳感器公共服務平臺的快速發展,中國傳感器產業創新體系逐步完善,產業組織模式加速向專業化分工的虛擬IDM模式轉移。

本土廠商開始由分立器件生產商向系統化解決方案提供商轉型。為滿足物聯網靈活、智能、集成化發展需求,提升傳感器產品附加值,本土廠商持續強化集成方案提供能力,如瑞聲科技整合包括聲學(揚聲器、麥克風)、光學(攝像頭、VCM、鏡頭)等多種傳感器以及多種數據融合處理算法在內的智能終端一體化解決方案,幫助廠商快速形成產品推向市場;明皜科技推出集成陀螺儀、三軸加速度計等傳感器,微處理器以及具有自主error correcting算法的掃地機器人導航模塊,并實現即插即用,可助力整機廠商加快產品上市進程。

中國物聯網MCU企業依托自身基礎優勢,聯合下游應用企業,布局細分應用。中國物聯網芯片企業初步具備了一定的技術、產業和應用基礎,但是企業規模較小,難以打通完整生態鏈,需要聯合下游應用、服務企業,進軍可穿戴、智能家居、工業控制等細分領域。北京君正依托自身在MIPS架構上的技術積累,推出針對可穿戴式設備、智能家等領域的低功耗MCU,并與Imagination、騰訊、科大訊飛等在軟硬件、云服務展開合作,打造產業生態鏈。兆易創新依托自身在MCU關鍵部件NOR Flash上的生產制造優勢,借鑒意法半導體、恩智浦(已被高通收購)等國際巨頭采用ARM Cortex-M3內核的成功經驗,注重豐富產品線,聯合應用企業推出了適用于安防監控、工業控制、人機界面等領域的解決方案。

中國在部分物聯網國際標準化組織中逐步占據優勢地位。中國物聯網標準化工作中持續發揮積極作用,主導了一些重要領域標準的制定工作,逐步占據優勢地位。一是中國專家在標準化組織中擔任了部分重要職位為推進中國主導的相關標準奠定了良好基礎。截至2016年3月,在OneM2M、3GPP、ITU、IEEE等主要標準化組織物聯網相關領域,中國獲得30多項物聯網相關標準組織相關領導席位,主持相關領域標準化工作,有力的提升了中國國際標準影響力。二是國內單位積極立項,中國成為物聯網標準化推進的重要力量。依托中國在移動通信、互聯網等方面的長期技術積累和服務創新,中國企業持續進行技術創新和標準投入,在物聯網無線廣域通信網、基于web技術的物聯網服務能力、可穿戴設備、車聯網等領域形成了與發達國家共同主導標準制定的態勢,共同推進了全球移動物聯基礎設施和業務應用的發展。三是在重要標準上中國逐步確立主導優勢。中國在物聯網語義、物聯網大數據、物聯網網關等重要領域主導相關標準的制定工作,逐步形成在標準制定上的優勢。2016年4月,由中國在ITU-T主導的“智慧可持續發展城市評估指標”系列國際標準獲得通過,將成為全球智慧城市領域最權威、最具影響力的評估指標標準之一。同月,ISO/IECJTC1發布由中國主導的物聯網參考架構標準。中國自主研發的物聯網安全關鍵技術TRAIS和NEAU標準被相繼納入RFID安全和NFC安全國際標準,實現了在物聯網安全領域的標準突破。


(四)國際競爭加劇和平臺化趨勢促使中國物聯網進入產業生態構建新階段


全球產業界高度重視物聯網平臺化趨勢,正加快構建將系統提供商、開發者、設備制造商乃至用戶等多個環節緊密耦合的生態體系,國際產業生態競爭日趨激烈。在這一形勢下,中國物聯網也正加速從單點發力向生態體系的構建轉變。

行業巨頭開放資源和能力,向平臺化服務轉型。制造業等傳統行業巨頭相繼推出物聯網平臺,發揮帶動作用實現行業資源和能力的開放共享,推動行業整體創新發展。海爾作為家電巨頭推出U+平臺,與上百家企業展開合作,實現不同品類、品牌的產品或服務互聯,目前接入自有和第三方智能家電和硬件產品已達百萬級,類別超過120個。基于每日超過1億條的設備上報數據,U+平臺開展大數據分析,例如與江蘇電網居民能效系統對接實現空調負荷需求響應管理,取得突出經濟社會效益。三一重工內部物聯網平臺8年間已積累23萬臺設備實時運行數據和5000多種參數,近期將推出對外開放的樹根互聯平臺,以實現服務、制造、研發、信用控制等價值共享。華為打造Ocean Connect平臺作為其“1+2+1”物聯網戰略的重要組成,依托平臺強大的開放與集成能力,面向家居、車聯網和城市治理等領域構建產業生態。

電信運營商積極布局物聯網平臺,構建產業合作生態,向行業用戶提供端到端的綜合服務方案。以“連接為基礎,以平臺為核心,以方案為延伸”的發展思路已經成為中國電信運營商布局物聯網的共識,但在具體的發展路徑上略有差異。中國移動自主開發OneNET開放平臺,聚合芯片、模組、軟件開發商、系統集成商等行業合作伙伴,為用戶提供涵蓋“云-管-端”整體解決方案。目前,中國移動的物聯網業務在用戶規模和收入規模方面均領先另外兩家。中國電信和中國聯通分別與愛立信、Jasper合作,借助合作伙伴的平臺開發和運營能力,聚焦車聯網、醫療、醫療等垂直行業,聯合上下游合作伙伴,提供以智能連接為核心的產品和應用服務,力爭在特定的垂直行業獲得領先優勢。

互聯網企業加速探索物聯網發展新空間。依托中國互聯網產業取得的巨大進步,互聯網企業在可穿戴、智能硬件、車聯網等領域和大數據處理、云平臺、操作系統技術等方面均有著自身優勢。中國互聯網企業充分利用自身優勢,積極布局物聯網生態,探索新的市場機遇。目前,以BAT為代表的領先的互聯網企業均部署了各自的物聯網平臺,意圖打造物聯網生態。百度推出了物聯網接入平臺IoTHub,阿里開發了云物聯網套件,騰訊發布QQ物聯·智能硬件開放平臺,京東、360等企業也在開展物聯網平臺建設。同時,機智云、慶科等其他互聯網企業也立足各自優勢,積極構建物聯網生態。


四、中國物聯網面臨的挑戰和發展方向


當前全球物聯網技術體系、商業模式、產業生態仍在不斷演變和探索中,物聯網發展呈現出平臺化、云化、開源化的特征,并與移動互聯網、云計算、大數據融為一體,成為ICT生態中重要的一環。物聯網系統將逐步具備開放應用接口能力,在統一架構和開放平臺下支持多種應用的分發和部署,支持各類人與物的接入,實現信息共享和融合協同。在新一輪物聯網發展布局的關鍵窗口期,中國應堅持明確產業發展方向,加快戰略布局,加強產業鏈和創新鏈協同,打造產業生態系統,推進中國物聯網發展進入新的階段。


(一)中國物聯網發展面臨的主要挑戰


1.應用向高端智能化的升級將進一步放大中國傳感器產業的基礎能力薄弱的短板

中國傳感器市場高速增長的態勢和本土企業的低端供給能力之間的差距成為制約中國物聯網產業發展的基本問題。2015年中國傳感器、MEMS傳感市場規模達到1100億元和278億元,受車聯網、智能家居、可穿戴等規模化物聯網應用發展的影響,預計到2020年分別達到2115億元和609億元,整體保持高速增長態勢。雖然市場高速增長,但目前跨國公司在中國MEMS傳感器市場占比高達60%,國內企業在技術水平、生產工藝、規模和盈利能力等方面的差距導致國內傳感器市場高度依賴進口。一是傳感器企業產值偏低。國內傳感器企業中產值過億的廠商占比13%,全國不足200家;二是產品種類相對單一。目前全國傳感器產品種類齊全的企業占比不足3%,產品線單一,綜合競爭能力偏弱;三是研發生產技術相對落后,相較國際領先企業,新品研制落后5-10年,產業化規模生產技術工藝落后10年以上。

中國物聯網升級發展對傳感器產業要求進一步提升。國內傳感器企業規模偏小,定位比較專,技術水平不高,盈利能力不穩等情況導致中國主流產品高度依靠進口。特別是高端傳感器方面,由于種類多、跨學科研發技術水平高、開發成本大,企業不愿承擔開發風險,造成中國高端傳感器基本依靠進口。2015年,中國中高端傳感器進口比例達到80%。而隨著工業互聯網、車聯網等行業和應用的興起,中國物聯網的簡單應用向高端應用轉變。在工業控制、車輛碰撞預警、車路交互等應用場景中對高精度、智能化的高端傳感器需求將大幅提升,傳感器特別是高端傳感器的產業能力薄弱的短板在中國物聯網應用升級發展過程中將進一步凸顯。

2.物聯網在行業中的深度應用面臨諸多障礙,大規模示范應用的推進方式需進一步探索

雖然物聯網技術能力進步對行業發展的重要作用越來越被企業認可,但物聯網特別是傳感技術在關系到國計民生的重要領域的深度應用還存在著成本、成熟度、行業應用人員的信息化水平等一系列障礙。一是建設運維成本較高。在行業中應用物聯網相關技術需要對現有的工具、設備、設施甚至管理和生產流程進行改造,企業不僅首次投入較大,且后續養護成本較高。二是可用性和成熟度要求較高。對于工業制造、安全生產等重要行業,對物聯網技術的可用性和成熟度均要求較高,對物聯網技術部署采取相對保守的部署策略。三是對行業應用人員的信息化水平要求較高。物聯網技術的應用對行業從業人員提出了更高的要求,對技術的理解不夠充分,可能導致應用的深度與廣度與當前物聯網技術的發展水平不能匹配。

大規模示范應用一直是引領中國物聯網發展的重要方式。而在各級物聯網示范應用中,主要關注是物聯網技術的垂直型應用,缺少對物聯網開放平臺、操作系統等關鍵水平環節的考慮。在下一階段物聯網推進過程中,應結合物聯網產業生態構建,探索利用物聯網關鍵水平環節的開放共享構建開環大規模應用的推進方式,推動物聯網數據的共享利用和應用模式的完善,帶動物聯網數據資源交易規則制定,投融資等配套措施的完善。

3.以平臺為核心構建產業生態將面臨更為嚴峻的國際競爭

產業生態的競爭將加速物聯網平臺市場的整合。隨著各方對物聯網平臺重視程度不斷加深,圍繞物聯網平臺的競爭將激化,物聯網平臺市場走向整合是大勢所趨。一方面,巨頭企業均已布局物聯網平臺,中小和初創企業建設物聯網平臺熱潮開始降溫,物聯網平臺數量增長將趨于穩定。另一方面,物聯網平臺成為產業界兼并熱點,大型平臺企業積極兼并小型平臺企業以增強實力,反映平臺市場整合已經開始。

與互聯網平臺相似,物聯網平臺的成長表現出“網絡外部性”特征,隨著平臺聚合的上下游企業、應用開發者等資源增加,平臺價值不斷提升,對其進一步吸引資源產生正反饋促進作用,形成強者更強的發展格局。以平臺化服務為核心的產業生態很可能走向類似移動互聯網的發展路徑,形成少數幾家物聯網平臺為核心的產業生態主導產業發展方向的格局。在此趨勢下,物聯網平臺市場整合將加速,競爭將更加激烈。

中國物聯網平臺處于發展初期,與國際相比存在一定差距。當前,以阿里巴巴、騰訊、百度為代表的互聯網企業基于自身傳統優勢構建開放平臺,電信運營商基于M2M運營經驗加速構建物聯網平臺,行業巨頭開始平臺化轉型,部分初創企業發展勢頭迅猛。但總體看來,我國物聯網平臺仍處于發展初期,在聚合資源以及帶動技術產品、組織管理、經營模式創新方面的潛力遠未充分釋放,相對國際領先物聯網平臺的競爭優勢不明顯。在國內物聯網平臺企業尚未有效“走出去”的情況下,國外物聯網平臺已加速進入國內市場,如GE已宣布Predix平臺向全球企業開放。未來幾年,國內物聯網平臺及圍繞平臺構建產業生態將面臨更嚴峻的競爭格局。

物聯網生態的操作系統環節基礎相對薄弱,創新發展存在困難。由于在移動互聯網時代,國產操作系統處于弱勢地位,發展物聯網重量級操作系統無法直接將移動互聯網操作系統優勢轉移,相比于國外基礎尚顯不足。同時,考慮到物聯網OS架構趨于一致性,在原來PC和移動互聯網時代的OS專利問題可能轉移到物聯網上,為中國操作系統發展帶來新的挑戰。此外,生態和標準仍未健全,主要話語權掌握在國外企業手中。與國外相比,中國操作系統、應用與服務暫未形成良好生態,大部分產品仍然僅停留在應用層面,海量數據匯集之后并沒有提供相應的數據分析等進一步應用,造成數據浪費。

4.標準在推動產業鏈協同發展方面的作用不突出,對行業發展的引領性仍需加強

物聯網產業具有產業鏈長、環節多、關聯性強等顯著特點。目前各行業均在結合自身需要制定物聯網相關應用標準,但在行業協同制定標準,實現標準互聯互通、開放共享,推動產業鏈協同發展和創新方面仍需進一步強化,特別是物聯網平臺、操作系統等將成為數據開放、共享的重要環節,需要進一步加強標準化工作。

物聯網評價指標類標準對于明確應用發展方向,提升技術水平,監督市場管理均具有較強的引領性作用。目前根據城市功能和地理區位、經濟水平和生活水平,按照城市發展的信息化水平和成熟度,我國在智慧城市領域已經建立了較為完善的評估框架和指標體系標準,同樣在智能家居、智能硬件領域,消費者、監管機構和建設方均希望通過建立統一的評價指標標準實現對產品的質量和用戶體驗等進行規范,推動市場的成熟。

5.邊緣計算的興起帶來新的產業機遇,需進一步加強前瞻性布局

邊緣計算是融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺,在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側,就近提供智能互聯服務,滿足行業在處理的敏捷性、業務智能化、數據聚合與互操作、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。邊緣計算作為一種新的技術理念,主要聚焦實時、短周期數據的分析和處理,并與云計算形成模式互補。在物聯網行業應用中,特別是在工業控制領域,邊緣計算是實現分布式自治控制工業自動化架構的重要支撐,在預測性維護、能效管理、智能制造等領域有著廣泛的應用前景。邊緣計算的興起也將重新定義“云-管-端”之間的關系,帶來新一輪的技術變革和產業發展機遇。

為了抓住新的產業發展機遇,2016年11月30日,華為、中國科學院沈陽自動化研究所、中國信息通信研究院、英特爾公司、ARM和軟通動力信息技術(集團)有限公司聯合倡議發起的邊緣計算產業聯盟。邊緣計算的發展將影響網絡連接、云平臺、操作系統等物聯網核心技術和產品的演進和發展,需要進行前瞻性布局,積極搶占技術創新高地。

6.物聯網安全問題日益突出,中國物聯網安全保障能力亟需提升

物聯網節點分布廣,數量多,應用環境復雜,計算和存儲能力有限,無法應用常規的安全防護手段,使得物聯網的安全性相對脆弱。隨著物聯網應用在工業、能源、電力、交通等國家戰略性基礎行業,一旦發生安全問題,將造成難以估量的損失。從伊朗的震網病毒攻擊核設施的事件,去年年底烏克蘭電網受木馬影響而局部停電時間到今年美國發生的物聯網終端被木馬控制發起攻擊導致互聯網癱瘓的事件,物聯網安全問題日益突出。為了應對物聯網的安全問題,2016年11月美國國土安全部(DHS)發布《保障物聯網安全戰略原則》,并表示“保障物聯網安全已演變為國土安全問題”,并規定了基本安全措施和對美國市場上的物聯網產品的安全要求。

對于中國而言,需要重視物聯網安全問題,并根據物聯網技術特點和產業部署要求,盡快提升物聯網安全保障能力。重點考慮推進物聯網安全標準體系建設,建立物聯網安全防護制度,完善信息安全重大事件應急響應機制。全面開展物聯網產品和系統安全測評與評估,增強物聯網基礎設施、重大系統和重要信息的安全保障能力,確保工業、能源、電力、交通等重要系統安全可控。


(二)中國物聯網發展方向


1.加速掌握物聯網產業生態核心環節,利用垂直一體化模式打造產業生態體系

物聯網平臺成為產業生態構建的核心關鍵環節,掌握物聯網平臺就掌握了物聯網生態的主動權。物聯網平臺在產業發展中的關鍵作用和主要國際巨頭在平臺上的戰略布局使得平臺成為構建物聯網生態的“牛鼻子”。就中國而言,提升中國企業物聯網平臺處理的技術能力,加速形成物聯網平臺與行業的對接,培育平臺上的應用開發者群體,成為構建產業生態的重點。

垂直一體化布局成為打造產業生態的重要模式。雖然物聯網平臺的重要性日益凸顯,但由于物聯網中企業眾多,平臺陣營林立,使得僅依靠平臺難以打造完善的產業生態。通過“云-端-網”的多要素垂直一體化布局,覆蓋產業的各環節,為用戶提供整體方案,更有利于生態的打造。在布局方式上,一是單個企業利用自身優勢,在不同環節同時布局,協同推進,如華為推出的“1+2+1”物聯網戰略;二是通過產業鏈上下游企業之間的合作進行一體化布局,如Jasper平臺與電信運營商之間開展的合作;三是通過參與全球開源生態,將自身產品與開源操作系統、開源網絡協議進行結合,實現一體化布局。

構建物聯網“雙創”平臺,扶持創新型中小企業,建立互促發展的生態合作機制。支持大型行業企業、電信運營商和互聯網企業積極構建以產業關鍵水平環節為核心的開放式“雙創”平臺,打造生態中的龍頭企業和優質品牌。將“雙創”平臺打造成技術攻關、創業孵化、投融資和人才培養的高地。利用“雙創”平臺,扶持一批“專、精、特、新”創新型中小企業。利用創新組織的小型化、分散化的特點,一方面通過快速迭代、協同開發等方式加速物聯網技術、設備、理念與制造、交通、醫療、環境等傳統行業在裝備、系統、流程、管理、組織、商業模式中集成應用;另一方面通過中小企業與用戶需求形成對接,構建客戶需求深度挖掘、實時感知、快速響應、及時滿足的發展模式,最終在中國形成多產業生態共存、良性競爭、互促發展的增長機制。

2.持續推動物聯網與行業發展的深度融合和規模應用

推進物聯網集成創新和規模化應用。全力支持市場需求旺盛、應用模式清晰的重點領域,結合重大應用示范工程,復制推廣成熟模式。在智能制造方面,利用RFID、傳感器等技術,建設信息物理系統和工業互聯網;在智能交通和車聯網方面,加快車聯網示范區建設,開展智能交通、自動駕駛、汽車電子標識等應用示范和推廣;在健康服務方面,建立臨床數據應用中心,開展智能可穿戴設備遠程健康管理、老人看護等應用;在節能環保方面,運用物聯網提升能源管理智能化水平,開展污染源監控和生態環境監測。引導骨干企業發揮引領作用,加快制定關鍵技術標準,帶動技術、產品、解決方案不斷成熟,成本不斷下降,應用快速推廣。

推動跨行業物聯網標準的制定。支持中國行業企業、行業標準化組織等參加物聯網國際標準化,與電信網絡運營商、設備制造商、互聯網服務提供商共同推進國際標準化,逐步形成“以產業促標準研制,以標準促生態構建”良性發展局面。加速對窄帶物聯網、短距離網絡技術等物聯網網絡信息技術的自主創新和國際標準研制,考慮通過產業聯盟主導、設立試驗性物聯網測試床等措施,實現跨行業、跨產業行業共同制定物聯網標準。

3. 依托市場和技術創新優勢,推動產業鏈上下游聯動發展

加強上下游協同,擴大生態影響力,迅速占領增量市場。2015年中國物聯網產業快速發展,成為全球最大增量市場,中國操作系統企業有可能利用市場機遇占據優勢。同時,操作系統市場競爭集中度不高,尚未形成主導企業,雖然大部分操作系統基于Linux定制開發,但也比較碎片化,有利于新的進入者。中國企業應該把握機遇,在發展操作系統同時,聯動上下游。
一,與硬件企業合作,規范硬件驅動程序接口和API接口;
二,加強與應用開發者合作,不斷將算法和代碼結合特定場景進行優化;
三,加強與平臺運營企業合作,配合平臺側實現狀態查詢、傳感器管理、故障診斷與遠程恢復等功能。

面向云計算和大數據,緊隨云端結合趨勢。硬件在物聯網帶來的價值占比將逐步減小,廠商必須通過應用軟件或服務創造大部分的營收,因此云端的云計算和大數據利用價值逐步提升。操作系統與云端結合趨勢也為中國發展操作系統帶來了有利條件。目前開發物聯網操作系統的中國廠商都有互聯網和云端的相關背景。如阿里巴巴憑借本身阿里云優勢推出 yunOS;華為依托本身連接優勢,大力推行低功耗廣域網,并將此優勢延續至操作系統,推出“1+2+1”物聯網策略,以“操作系統+連接+平臺”迅速搶占物聯網市場。在此基礎上,積極發展操作系統和云端平臺的耦合,引入云應用引擎,加強端云合作。

4. 加快構建本土物聯網傳感及芯片產業體系,持續增強產業綜合競爭力

大力開展關鍵技術攻關,提升產業核心競爭能力。當前除消費電子、汽車電子外,工業、醫療等傳感器應用領域正快速擴張,整體市場十分廣闊。同時,具有更加高效、精確、穩定特點的基于新原理、新材料、新工藝的傳感器產品正在快速涌現,產業創新十分活躍。因此中國企業應緊緊把握市場快速擴張與技術持續創新機遇,開展設計、制造、封裝關鍵工藝技術研發,同時積極布局面向未來的傳感器前沿技術,從根本上提升產業的核心競爭力。從細分環節來看,設計方面重點攻關模擬仿真、EDA工具、軟件算法、MEMS與IC聯合設計等核心技術;制造方面,突破核心硅基MEMS加工、與IC集成等技術,提升工藝一致性水平,探索柔性制造模式;封測方面,推動器件級、晶圓級封裝和系統級測試技術,鼓勵企業研發個性、大規模、高可靠測試設備;此外,鼓勵企業布局面向未來發展的新型傳感器制造、集成、智能化等技術,逐步構建高水準的技術創新體系。

推動產業鏈協同升級,提升產品集成智能水平。當前,受傳感器產品單價快速下跌及信息智能化處理能力不足的驅動,傳感器技術正在由單一器件設計制造向系統化、模塊化融合創新方向發展,產品集成化、智能化程度不斷提升。本土企業應緊跟技術發展趨勢,強化產業鏈上下游合作,增強產業協同發展能力。國內設計、制造、封測企業應積極開展技術協同攻關,集中力量突破基于新材料、新結構、新原理的新型傳感器制造技術;同時,積極建立企業間緊密合作關系,加速企業新設計、新工藝的產品轉化周期。此外,本土上游傳感器制造,下游系統集成、通信廠商應強化商業合作,積極開展傳感器系統級產品的研發與制造,提升本土傳感器集成化、智能化水平。

以中國信息通信優勢帶動物聯網芯片技術研發和應用,積極參與市場競爭。依托中國在移動通信、互聯網發展中積累的設備制造、網絡運營及面向個人消費領域的應用服務等優勢,帶動物聯網芯片特別是物聯網通信芯片的技術研發,推動設計、制造、封測等產業鏈環節共同發展。同時把握智能硬件、新型可穿戴設備的發展趨勢,加速國產芯片在短距離通信、廣域網通信等領域的應用。通信芯片企業需立足消費類產品領域,重視關鍵技術研發,逐步拓展到更多應用領域。

在短距離通信領域,依托新岸線、樂鑫科技為代表的一批國產WiFi芯片,跟隨博通、高通以及德州儀器等國家廠商步伐,緊盯新一代WiFi技術HaLow,加緊推出高集成度、低功耗和易用性的MCU+WiFi單芯片模塊,搶占市場先機。在廣域網通信領域,依托華為和中興在NB-IoT標準上的主導和先發優勢,推出具的NB-IoT核心芯片,構建具有自主知識產權的“芯片-終端-系統”整體解決方案,聯合國內外運營商大規模部署商用NB-IoT網絡,積極與停車場、水電燃氣等公司等開展智能停車、智能抄表等場景應用。

完善公共服務平臺建設,支撐本土產業發展。傳感器創新中心、測試中心等公共服務平臺,能夠通過聯合研發、協助設計、試產驗證、批量代工、測試認證、知識產權運營、技術產業咨詢等多種方式有效支撐本土傳感器技術產業創新發展。當前,本土公共服務平臺應著力完善并更新現有設備設施,提升平臺承載能力;積極開展關鍵基礎技術聯合研發、專利運營、標準制定等工作,建立標準化工藝庫,提升工藝通用性。同時,平臺應充分調動高校、科研院所智力資源,打通產學研用通道,積極開展協同創新與人才培養,為本土產業發展提供技術與人才支撐。此外,平臺應與行業協會、產業聯盟等公共行業機構共同利用豐富經驗參與制定相關政府規劃、公共政策、行業標準與行業數據統計等事務,充分支撐產業發展。

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