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技术探索之物联网:现状篇——全球物联网发展现状及态势

2017-05-06 17:41:46小毕 11684

技术探索之物联网:现状篇——全球物联网发展现状及态势

全球物联网应用增长态势明显,不同行业和不同类型的物联网应用的普及和逐渐成熟推动物联网的发展进入万物互联的新时代,可穿戴设备、智能家电、自动驾驶汽车、智能机器人等,数以百亿计的新设备将接入网络,预计到2020年全球联网设备数量将达到260亿个,物联网市场规模达到1.9万亿美元。本月毕友技术探索系列,将聚焦物联网主题,围绕物联网的现状、趋势、技术、应用、创新模式等方面深度探讨。

1、全球物联网发展进入新阶段,当前正处于产业爆发前的战略机遇期

当今时代,全球新一轮科技革命和产业变革正在孕育兴起,信息通信技术以前所未有的速度转化为现实生产力,深刻改变着全球经济格局、利益格局、安全格局。物联网作为信息通信技术的典型代表,在全球范围内呈现加速发展的态势。不同行业和不同类型的物联网应用的普及和逐渐成熟推动物联网的发展进入万物互联的新时代,可穿戴设备、智能家电、自动驾驶汽车、智能机器人等,数以百亿计的新设备将接入网络,预计到2020年全球联网设备数量将达到260亿个,物联网市场规模达到1.9万亿美元。到2018年,全球车联网的市场规模将达到400亿欧元,年均复合增长率达到25%,2018年全球智能制造及智能工厂相关市场规模将达2,500 亿美元;全球可穿戴设备出货量从2014年1960万增长到2019年1.26亿;截止2020年,全世界智慧城市总投资将达到1200亿美元。万物互联在推动海量设备接入的同时,将在网络中形成海量数据,预计2020年全球联网设备带来数据将达到44ZB,物联网数据价值的发掘将进一步推动物联网应用呈现爆发性增长,促进生产生活和社会管理方式不断向智能化、精细化、网络化方向转变。

技术进步和产业的逐步成熟推动物联网发展进入新阶段。物联网发展在经历概念驱动、示范应用引领之后,技术的显著进步和产业的逐步成熟推动物联网发展进入新的阶段。一是产业成熟度提升带来物联网部署成本不断下降。相比10年前,全球物联网处理器价格下降98%,传感器价格下降54%,带宽价格下降97%,成本的降低为物联网大规模部署提供了基础。二是联网技术不断突破。联网技术是物联网产业兴起的重要条件,在全球范围内低功率广域网(LPWAN)技术快速兴起并逐步商用,面向物联网广覆盖、低时延场景的5G技术标准化进程加速,同时工业以太网、LTE-V、短距离通信技术等相关通信技术也取得显著进展。三是数据处理技术与能力有明显提升。随着大数据整体技术体系的基本形成,信息提取、知识表现、机器学习等人工智能研究方法和应用技术发展迅速。大数据技术在物联网中的应用能够有效释放物联网数据的潜在价值。四是产业生态构建所需的关键能力加速成熟。云计算的成熟、开源软件等有效降低了企业构建生态的门槛,推动全球范围内水平化物联网平台的兴起和物联网操作系统的进步。

产业要素的完备和发展条件的成熟推动物联网发展进入新的阶段。利用产业的水平核心环节构建完善的产业生态成为这一阶段的主要发展模式。这一阶段物联网体现出以下特征:

平台化服务。利用物联网平台打破垂直行业的“应用孤岛”,促进大规模开环应用的发展,形成新的业态,实现服务的增值化。同时利用平台对数据的汇聚,在平台上挖掘物联网数据价值,衍生新的应用类型和应用模式。

泛在化连接。广域网和短距离通信技术的不断应用推动更多的传感器设备接入网络,为物联网提供大范围、大规模的连接能力,实现物联网数据实时传输与动态处理。在梅特卡夫定律的作用下,泛在化连接将不断增大物联网的产业价值。

智能化终端。物联网端系统的智能化主要体现在两个方面,一是传感器等底层设备自身向着智能化的方向发展,另一方面通过引入物联网操作系统等软件,降低底层面向异构硬件开发的难度,支持不同设备之间的本地化协同,并实现面向多应用场景的灵活配置。

全球抓抢物联网产业机遇意向突出,物联网发展处于产业生态的关键布局期。政府层面,各国高度重视物联网新一轮发展带来的产业机遇,美国、欧盟等发达国家和地区在战略设计、产业生态组织、政策环境建设、大规模应用示范方面大力推进,抢抓物联网机遇的意向非常突出。资本市场同样看好物联网发展前景,对从事物联网相关公司的投资持续增加。自2012年以来,物联网领域创业企业融资达到1260亿美元,过去五年,可穿戴/健康领域产生了最多的投资交易。2015年以来,工业相关投资增长迅速,成为最热门的物联网投资领域。在产业层面,产业巨头纷纷制定其物联网发展战略,并通过并购、合作等方式快速进行重点行业和产业链关键环节的布局,意图争夺物联网未来发展的战略导向,提升对整个产业的把控能力。2015年5月,华为公司公开“1+2+1”的物联网发展战略,明确向物联网进军的发展战略;10月微软公司正式发布物联网套件Azure IoT Suite,协助企业简化物联网在云端应用部署及管理;2016年3月,思科以14亿美元并购物联网平台提供商Jasper,并成立物联网事业部;7月,软银公司以322亿美金收购ARM,并明确表示看好ARM在物联网时代的发展前景;12月谷歌公司对外公布物联网操作系统Android Things的开发者预览版本,并更新其“Weave”协议。除此之外,亚马逊、苹果、Intel、高通、SAP、IBM、阿里巴巴、腾讯、百度、GE、AT&T等全球知名企业均从不同环节布局物联网,产业大规模发展的条件正快速形成,未来2-3年将成为物联网产业生态发展的关键时期。

2、传统产业智能化升级和规模化消费市场兴起推动物联网的突破创新和加速推广

从物联网概念兴起发展至今,庞大市场中各类应用长时间并存,并成波次、接力式推进物联网的发展。当前全球物联网进入了由传统行业升级和规模化消费市场推动的新一轮发展浪潮。一是工业/制造业等传统产业的智能化升级成为推动物联网突破创新的重要契机。工业/制造业作为国家的战略性基础行业,具有规模巨大、带动性强的特点,历来是世界各国发展竞争的焦点。随着世界经济下行压力的增加和新技术变革的出现,各国积极应对新一轮科技革命和产业变革带来的挑战,美国“先进制造业伙伴计划”、德国“工业4.0”、中国“中国制造2025”等一系列国家战略的提出和实施,其根本出发点在于抢占新一轮国际制造业竞争制高点。物联网技术是工业/制造业转型升级的基础。工业/制造业转型升级将推动在产品、设备、流程、服务中物联网感知技术应用,网络连接的部署和基于物联网平台的业务分析和数据处理,加速推动物联网突破创新。另一个巨大的发展动力是规模化消费市场的兴起加速物联网的推广。具有人口级市场规模的物联网应用,包括车联网、智慧城市(社会公共事业、公共管理)、智能家居、智能硬件等成为当前物联网发展的热点领域,主要原因一是规模效益显著,提供了广阔的市场空间;二是业务分布范围广,利于释放物联网广域连接的潜力;三是面向消费市场具有清晰的商业模式并具有高附加值。

1)物联网成为工业转型升级的基础设施和关键要素,带来更大发展前景和经济价值

在传统行业智能化升级过程中,物联网正从浅层次的工具和产品深化为重塑生产组织方式的基础设施和关键要素。在工业转型发展的过程中,物联网作为工业互联网、智能制造发展的基础,工业传感感知、工业物联网数据平台等成为新型工业技术体系中不必可少的能力,其重要性不断凸显。在工业转型升级过程中,越来越多的企业认识到物联网的通用性和重要性,也使得物联网技术能力在工业技术体系中的位置正在不断“下沉”,成为转型升级所需的基础设施和关键要素。

物联网加速提升生产能力,推动服务化转型。主要国家和龙头企业在推动工业互联网、智能制造部署实施的过程中,推动物联网在工业领域实现从局部突破到全面扩散、从提效增质到推动发展模式转变。当前物联网相关技术和产品在工业领域主要应用涉及以下两个方面:一是基于工厂内部的传感器实现的智能化生产。通过在产线上装配传感器和通信模块,动态感知设施、材料、人员的状态,实现生产过程的智能决策和动态优化,显著提升全流程生产效率、提高质量、降低成本。例如海尔公司通过在自动流水线上的托盘和关键位置安装RFID标签和读写器,采集产品位置信息,打通从PLC、WMS、MES到ERP的数据,实现对个性化产品配件生产的智能决策。二是实现服务化转型。利用传感器获得的海量实时数据,结合平台侧的大数据分析、建模与仿真等技术,提供预测性维护、性能优化等服务,实现企业服务化转型。GE公司通过Predix平台提供的一系列服务是这类应用的典型代表。

2)车联网围绕智能化和网联化进行应用的创新突破

智能化、网联化是车联网发展的主线。一是车载操作系统从单一功能向综合智能业务支撑发展。汽车操作系统从早期的主要承载Telematics业务逐步向支撑infotainment业务、V2X业务等综合智能业务的方向发展。二是信息网联技术成为智能网联驾驶的基础,将实现车内、车人、车车、车路、车与云服务平台的V2X全方位网络连接。通过通信及互联网技术,可突破单车智能的非视距感知、车辆信息共享等技术瓶颈,最终实现智能网联驾驶的各种应用,已经成为汽车产业的未来发展趋势。

目前车联网总体还处于发展初期,车联网应用以舒适和信息娱乐类为主。车联网应用主要包括三类,一是舒适和信息娱乐类应用,二是安全服务类应用,三是节能高效类应用。未来随着4G、5G、V2X通信以及自动驾驶系统等新技术应用,车联网将提供更多安全、节能、高效以及高带宽需求的业务,车联网业务体系将逐渐丰富,汽车开始从代步工具向信息平台、娱乐平台、智能控制平台转化,汽车空间将越来越多的开放给业务开发者,新型汽车业务生态将逐步构建。

3)物联网在智慧城市中的应用推广不断深入

随着全球范围内智慧城市建设持续升温,物联网作为其核心基础要素,在各领域应用规模不断扩大。据估算,物联网应用项目中智慧城市相关项目占比达到20%,仅次于工业领域相关项目占比。当前,各国积极推动物联网在智慧城市建设中应用,呈现两大趋势。

一是构建基于物联网的立体化信息采集网络。为增强城市感知能力,构建大规模、全覆盖的信息采集网络成为全球智慧城市重点建设方向。从信息采集设备部署规模来看,2016年全球智慧城市各领域使用联网设备数量达到16亿,较2015年增长39%,2020年将突破97亿。从部署区域来看,信息采集网络全面覆盖空天地海,实现对公共设施、车辆、人流等地上信息,供水、排水、热力、燃气等各类管线运行状态等地下信息,空气质量等空中信息,以及水流、潮汐、水质等水中信息的全面实时采集。海量城市感知数据汇聚到智慧城市综合管理运营平台,结合航空摄影测量、地下管线探测、三维视图等技术构建出城市运行状态的虚拟投影,有力支撑城市管理和事件调度。

二是开展各领域应用技术研发和试验示范。美国加大对智慧城市领域物联网技术研发的资金支持,在“智慧城市”国家计划中,通过国家科学基金会(NSF)和国家标准和技术研究所(NIST)向全国学术机构分别提供3500万美元和1000万美元以加强基础技术研发,并通过国土安全部、交通部、能源部、商务部等政府相关部门投入4500万元,支持安全、能源、气候应对、交通等领域应用技术研发。美国“智慧城市”国家计划将城市作为物联网技术研发和应用的试验床,鼓励各公私机构展开区域合作,部署物联网应用。纽约凭借LinkNYC项目和各类物联网技术试验和大规模商用,在2016年智慧城市博览世界会议获得最佳智慧城市奖。英国伦敦、伯明翰、曼彻斯特等城市打造“智慧技术试验床”、“物联网城市示范区”,推动物联网应用在智慧城市领域推广。

4)技术发展和消费升级带动物联网产品智能化趋势加速

物联网终端产品以微处理+连接芯片为底层元器件架构,芯片、通信技术、智能传感器等端侧物联网技术推动其感知和连接能力不断提升;物联网平台兴起,为数据变现提供基础,促进终端产品的数据分析、人机交互能力升级发展。物联网技术发展与消费品行业跨界融合,为终端智能化带来条件,新产品、新应用不断涌现。2015年智能硬件出货量约达14亿台,且增长速度不断加快,由2014年的27%提高到2015年的35%。从产品形态和功能的发展来看,智能硬件不断创新。当前智能硬件已经出现智能可穿戴、智能家居、智能车载、智能无人机等规模产品体系,涉及家庭、教育、安保、物流、政府办公等十余个行业领域。

3、各国政府意图抢抓发展先机,塑造物联网国际竞争优势

美国物联网重点聚焦于以工业互联网为基础的先进制造体系构建。据2016年上半年统计,美国物联网支出将从今年的2320亿美元增长到2019年的3570亿美元,复合年增长率达到16.1%。其中制造业、交通行业在2016年成为物联网行业支出最大的部分。为了继续在物联网领域保持领先地位,美国参议院商业委员会2016年批准通过成立工作委员会为美国政府推动物联网创新提供顶层框架设计、创新建议和为推动物联网发展的频谱规划,美国众议院能源与商务委员会宣布成立两党工作组对物联网政策进行审查并提交总结建议。

美国商务部、总统行政办公室、国家科学与技术委员会、先进制造国家项目办公室在2016年初向国会联合提交了首份国家制造创新网络年度报告和战略计划,希望借助先进的网络技术基础重塑美国在制造业的领先优势。2016年6月,由美国能源部和加州大学洛杉矶分校共同牵头成立的第九家制造业创新中心“智能制造创新中心”在洛杉矶成立,联邦机构和非联邦机构各投资7000万美元用于重点推动智能传感器、数据分析和系统控制的研发、部署和应用。同时工业互联网联盟(IIC)发布工业互联网体系安全架构,华为、博世、施耐德、SAP接替AT&T成为新的核心会员。

欧盟尝试“由外及内”方式打造开环物联网的新策略。通过构造和提高外部生态环境来间接作用于行业整体,力图实现“欧盟数字化单一市场战略(DSM)”中所提出的一个单一的物联网市场、一个蓬勃的物联网生态系统、一个以“人”为中心的物联网方法。欧盟为此先后在2015年重构物联网创新联盟(AIOTI),在2016年组建物联网创新平台(IOT-EPI),希望构建一个蓬勃发展的、可持续的欧洲物联网生态系统,最大化发挥平台开发、互操作、信息共享等“水平化”共性技术和能力的作用。同时,欧盟通过“地平线2020”研发计划在物联网领域投入近2亿欧元,建设连接智能对象的物联网平台,开展物联网水平行动,推动物联网集成和平台研究创新,特别是重点选取自动网联汽车、智慧城市、智能可穿戴设备、智能农业和食品安全、智能养老等五个方面开展大规模示范应用,希望构建大规模开环物联网生态体系。

日本、韩国、俄罗斯等国家持续加大物联网推进力度。2016年日本物联网市场规模62000亿日元,到2020年将达到138000亿日元。在日本总务省和经济产业省指导下由2000多家国内外企业组成的“物联网推进联盟”在2016年10月与美国工业互联网联盟(IIC)、德国工业4.0平台签署合作备忘录,希望美日德联合推进物联网标准合作。韩国选择以人工智能、智慧城市、虚拟现实等九大国家创新项目作为发掘新经济增长动力和提升国民生活质量的新引擎,未来十年间韩国未来创造科学部将投入超过2万亿韩元推进这九大项目,同时韩国运营商积极部署推进物联网专用网络建设。俄罗斯首次对外宣称启动物联网研究及应用部署。俄罗斯互联网创新发展基金制定了物联网技术发展“路线图”草案,俄罗斯工业贸易部、俄罗斯通信与大众传媒部、互联网创新发展基金、俄罗斯各联邦主体和其他有关政府机构将在此基础上进一步确定试验项目、试点行业和地区。预计试验项目将在2017至2018年启动,到2020年计划实施至少20个项目。

来源:中国信通院