1.3 物联网的发展
1.物联网发展现状
全球多个国家和地区高度重视物联网的发展，发布了一系列政策来驱动物联网技术的持续创新。欧洲联盟、美国近10年推出了多个战略规划以推动物联网发展，如2017年美国国家电信和信息管理局推出《加快物联网发展绿皮书》，提出进一步发挥政府作用，将物联网作为国家战略。在政策牵引和市场发展的双轮驱动下，全球物联网加速发展。截至2018年年底，全球联网设备数量多达220亿，美国山间医疗保健公司（IHC，Intermountain Healthcare）与国际数据公司（IDC，International Data Company）等多个机构预测，2020年物联网设备总联网数量已超260亿。物联网应用场景持续扩展，市场内生动力促使物联网高速发展。制造商、互联网企业、运营商纷纷大范围布局发展物联网，促使物联网与人工智能、边缘计算等技术融合发展。以智能工业、车联网、智慧物流等为代表的产业化应用逐渐形成规模。智能电网、智慧城市、M2M、智能化平台等行业应用成为全球物联网的应用重点。在中国，2019年工业和信息化部发布《“5G+工业互联网”512工程推进方案》，明确将工业互联网作为未来5G落地的重要应用场景之一。在产业政策逐渐落地的支持下，中国工业互联网市场规模逐年扩大，增速维持在10%以上的较高水平。在智慧物流领域，我国已有600万余辆车辆、3 000余座内河设施和近3 000座海上设施使用北斗卫星导航系统。未来，随着物流行业进一步扩展设施联网设备，智慧物流将得到快速的发展。骨干企业纷纷加快物联网战略布局，随着海量数据存储、数据分析、数据感知、网络传统制造技术水平的不断提升，我国的物联网也将广泛地应用于工业、农业、交通、社会治理等方面。
2.物联网发展趋势
物联网技术呈现融合发展、集成创新、规模应用、生态加速的特点，热点技术不断涌现。网络和平台加速规模部署，为物联网的全面推广奠定了基础。当下，我国的物联网技术处于融合发展的阶段，技术体系正在加速重构，物联网广域网络的规模部署和网络技术不断实现突破。物联网核心技术体系如图1.6所示。物联网标识广泛地用于物联网技术领域的各个环节，是物联网技术领域的应用基础；物联网平台、物联网安全技术是物联网技术的支撑和保障；LPWAN技术与5G是整个技术领域的核心和热点；边缘计算、区块链技术近年来与物联网技术融合发展，催生了物联网领域产业新应用。
（1）标识体系促进物联网产业规模化发展
标识体系是实现物联网万物互联的基础，是实现数据可追溯的关键，在过去的10年受到了政府、企业的高度重视。物联网标识体系主要包括根节点、国家顶级节点和二级节点，各节点存储特定的信息。2015年，《物联网标识体系物品编码Ecode》（GB/T 31866—2015）正式颁布，截至2019年，平台标识注册量超792亿（个），主要用于工业、农业、零售、城市建设等方面。在消费电子方面，标识体系已主要用于智能家居领域，相关方通过使用统一的标识体系能够实现不同家电设备、数据采集终端和软件服务平台的数据互通、解析和管理，产生更多智慧家居使用场景。在工业领域，工业互联网标识体系为传统制造设备、产品、零部件添加可追溯的标识，为工业智能化和跨企业的数据互通和共享提供了可能。从长远发展来看，一方面，需要完善标识解析领域标准研制和平台试验的验证，减缓全球物联网标识异构对我国的影响；另一方面，需要对物联网资源进行进一步的优化整合，加深标识体系在汽车、航天、船舶、医疗等重点行业的应用推广。
图1.6 物联网核心技术体系
（2）LPWAN放大物联网终端设备潜力
LPWAN适用于低速率、远距离、大量连接的应用场景，解决了面向物联网应用的广域覆盖大规模网络连接的问题，弥补了传统蜂窝技术的不足，加速了物联网的应用和规模化部署，随着万物互联和网络基础建设的发展，LPWAN未来发展潜力巨大。截至2019年12月，全球商用LPWAN网络数量达98（张），其中NB-Io T网络数量达60（张），国内以华为海思、紫光展锐、联发科为首的制造商在NB-Io T软/硬件及芯片方面投入巨大并已实现产品的商用。2020年，NB-Io T标准已正式纳入ITU IMT-2020 5G标准，NB-Io T也将有利于解决我国物联网行业的碎片化问题。未来，NB-Io T技术将更大规模地用于智能家居、智慧金融等智慧领域。
（3）5G成为物联网产业发展新一轮驱动
5G主要应用于增强移动宽带（e MBB，enhanced mobile broadband）、大规模机器类通信（m MTC，massive machine type of communication）和超可靠低时延通信（uRLLC，ultrareliable and low latency communication）3类场景。e MBB为4K、8K超高清视频直播传输提供了所需的大带宽保障，适用于虚拟现实、增强现实等应用场景，可以满足高速图像传输和处理需求，大幅度地提升用户体验。uRLLC为自动驾驶等物联网应用场景提供了应用条件，今后5G将为车联网带来重大的发展机遇，车联网借助5G将迎来爆发式的发展。百度、阿里巴巴、京东、滴滴等企业均在布局商用5G自动驾驶。m MTC保障了海量设备的物物互联，主要面向大规模物联网业务，如m MTC能够满足电网海量基础设施数据采集和安全传输的需求，帮助配电网完成智能抄表、数据传输、状态监控和智能化控制，为智能电网提供有效的解决方案。未来，在行业信息化需求与市场技术迭代的双重推进下，“5G+”将进一步加强物联网与其他新一代信息技术的融合应用。
（4）边缘计算催生百万级物联网设备
一方面，边缘计算支撑边缘计算专用人工智能芯片快速演进，边缘计算专用人工智能芯片将在架构复杂度、算法多样性及多场景适应性上不断创新和提升，进一步与边缘设备在性能、功耗与尺寸间平衡。另一方面，边缘计算与云计算协同发展，作为云计算的深化，边缘计算极大地补充了云计算在实时性、智能性和安全管控上的不足，云计算和边缘计算的进一步融合，为物联网中连接的设备带来了稳定性，并能够通过处理更接近源头的数据来解决时延问题。同时，云计算与5G协同发展，5G商用为边缘计算的快速发展提供了新的机遇，5G的快速处理、低时延等特点可以在迅速响应方面提供一个新的途径，能够对端、边缘、云进行联合优化。边缘计算的这种能力，可以从用户体验、功耗、计算负载、性能、成本等方面在物联网设备、边缘设备和云设备之间智能配置资源，为联合优化提供一种新的途径。未来，边缘计算将推动更多新的平台和案例出现，超过百万的物联网设备和海量的数据将通过云实现连接和交互。
（5）物联网安全是物联网行业发展重点
物联网安全是物联网行业发展的重点，物联网设备的连接性和内置安全性的普遍不足已被忽略了很长时间，除了少量智能手机芯片，用于物联网的终端芯片较少加入安全芯片，普遍不具备抗网络攻击的能力。同时，终端物联网设备接入公网后更将成为公网的安全隐患。整体来说，我国物联网行业尚未建立有效的安全防御体系和安全生态。调研结果显示，我国97%的企业在实现物联网技术时开始关注安全性问题，80%的企业认为部署物联网的最大壁垒之一是数据安全隐私。未来，应从体系上全面构建物联网安全架构，在设备层面加强基础设施创新，从源头保障物联网安全。在网络层面，加大5G、区块链、云计算安全部署，实现安全可靠的通信与存储。在应用层面，加大与人工智能、边缘计算的结合，构建智能化的安全体系。未来，物联网安全管理、安全标准、安全技术服务和安全监管将显得尤为重要。
（6）面向服务的智能物联网是必然趋势
目前，信息产业已从“以网络为中心”转向“以服务为中心”，单一化、碎片式的物联网应用已不足以应对市场的多样化新兴需求。先进计算、数字孪生等技术与物联网领域融合发展，面向各类边缘服务场景的智能化服务云平台、工业大数据平台逐渐完善。以大型互联网公司、运营商、电力公司等为代表的服务提供商加速对海量数据的整合利用，纷纷打造智能物联网平台，实现垂直行业价值变现，按需提供开放式服务，打造物联网产业生态圈。未来，物联网行业将趋于规模化和智能化，水平化和垂直化平台将相互渗透，物联网边界将逐渐模糊化。
3.物联网发展面临的挑战
虽然物联网近年来的发展已经渐成规模，世界各国都投入了巨大的人力、物力、财力来进行相关的研究和开发，但是在技术、管理、成本、政策、安全等方面仍然存在许多需要攻克的难题。
（1）技术标准的统一与协调
目前，传统互联网的标准并不适合物联网。物联网感知层的数据多源异构，不同的设备有不同的接口，不同的技术标准。使用的网络类型不同、行业的应用方向不同导致存在不同的网络协议和体系架构。建立统一的物联网体系架构和统一的技术标准是物联网正在面对的难题。
（2）管理平台问题
物联网自身就是一个复杂的网络体系，加之应用领域遍及各行各业，不可避免地存在很大的交叉性。如果这个网络体系没有一个专门的综合平台对信息进行分类管理，就会出现大量的信息冗余、重复工作、重复建设，造成资源浪费。每个行业的应用各自独立，成本高、效率低，体现不出物联网的优势，势必会影响物联网的推广。物联网现急需一个能整合各行业资源的统一管理平台，使其能形成一个完整的产业链模式。
（3）成本问题
就目前来看，各国对物联网都积极支持，但能够真正投入并大规模使用的物联网项目少之又少。譬如，实现RFID技术最基本的电子标签及读卡器，其成本价格一直无法达到企业的预期，性价比不高；传感网络是一种多跳自组织网络，极易遭到环境因素或人为因素的破坏，若要保证网络通畅，并能实时、安全地传送可靠信息，网络的维护成本需要很高。在成本没有达到普遍可以接受的范围时，物联网的发展只能是空谈。
（4）安全性问题
传统的互联网发展成熟、应用广泛，尚存在安全漏洞。物联网作为新兴产物，相对于互联网体系结构更复杂、更没有统一标准，各方面的安全问题也更加突出。作为其关键实现技术之一的传感器网络存在非常大的安全问题。暴露在自然环境下的传感器，特别是一些放置在恶劣环境中的传感器对于如何长期维持网络的完整性提出了新的要求。这不仅受环境因素影响，也受到人为因素的影响。RFID作为物联网的另一关键实现技术，是一种事先将电子标签植入物品中以达到实时监控状态的技术，这对于部分标签物的所有者来说势必会造成一些个人隐私的暴露，个人信息的安全性存在问题，不仅影响个人信息安全，也会影响企业之间、国家之间的信息安全。如何在使用物联网的过程中做到信息化和安全化的平衡至关重要。