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物联网发展现状及趋势分析

发表于:2018-06-14 作者:佚名 来源:今日头条 点击数:

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用,对新一轮产业变革和经济社会绿色、智能、可持续发展具有重要意义。因其具有巨大增长潜能,已是当今经济发展和科技创新的战略制高点,成为各个国家构建社会新模式和重塑国家长期竞争力的先导。

物联网发展现状及趋势分析

一、什么是物联网

1. 物联网的定义

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,指的是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其英文名称是“The Internet of things”,也称作“The Internet of everything”。顾名思义,“物联网就是物物相连的互联网”。其含义有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。因此,“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。

  • 1991年美国麻省理工学院(MIT)的Kevin Ashton教授首次提出物联网的概念。
  • 1999年MIT建立了“自动识别中心(Auto-ID Center)”,提出“万物皆可通过网络互联”,阐明了物联网的基本含义。早期的物联网是依托射频识别(RFID)技术的物流网络。
  • 2005年11月,国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005:物联网》,引用了“物联网”的概念。物联网的定义和覆盖范围有了较大的拓展,不再只是指基于RFID技术的物联网。
  • 2009年欧盟执委会发表了欧洲物联网行动计划,描绘了物联网技术的应用前景,提出欧盟政府要加强对物联网的管理,促进物联网的发展。
  • 2009年1月28日,IBM首次提出“智慧地球”概念,建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年,美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。
  • 2009年8月,温家宝总理在无锡视察时提出“感知中国”,无锡市率先建立了“感知中国”研究中心,中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院。其后,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,写入十一届全国人大三次会议政府工作报告。
  • 2005年11月17日,ITU正式提出“物联网”概念。“物联网”颠覆了人类之前物理基础设施和IT基础设施截然分开的传统思维,将具有自我标识、感知和智能的物理实体基于通信技术有效连接在一起,使得政府管理、生产制造、社会管理,以及个人生活实现互联互通,被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。

目前,国际上公认的物联网定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2. 物联网的发展历程

  • 物联网发展第一阶段:物联网连接大规模建立阶段,越来越多的设备在放入通信模块后通过移动网络、WiFi、蓝牙、RFID、ZigBee等连接技术连接入网。在这一阶段网络基础设施建设、连接建设及管理、终端智能化是核心。
  • 物联网发展第二阶段:大量连接入网的设备状态被感知,产生海量数据,形成了物联网大数据。在这一阶段,传感器、计量器等器件进一步智能化,多样化的数据被感知和采集,汇集到云平台进行存储、分类处理和分析。该阶段主要投资机会在AEP平台、云存储、云计算、数据分析等。
  • 物联网发展第三阶段:初始人工智能已经实现,对物联网产生数据的智能分析和物联网行业应用及服务将体现出核心价值。Gartner预测,2020年物联网应用与服务产值将达到2620亿美元,市场规模超过物联网基础设施领域的4倍。该阶段物联网数据发挥出最大价值,企业对传感数据进行分析并利用分析结果构建解决方案实现商业变现。这一阶段主要投资者机会在于物联网综合解决方案提供商、人工智能、机器学习厂商等。

3. 物联网的架构

标准的物联网系统可以大致分为四个层面:感知识别层、网络构建层、管理服务层、综合应用层。

  • 感知识别层:感知识别层位于物联网四层模型的最底端,是所有上层结构的基础。在这个层面上,把成千上万个传感器或阅读器安放在物理物体上,比如氧气传感器、压力传感器、光强传感器、声音传感器等,形成一定规模的传感网。通过这些传感器,感知这个物理物体周围的环境信息;当上层反馈命令时,通过单片机、简单或者复杂的机械可使物理物体完成特定命令。
  • 网络构建层:网络是物联网最重要的基础设施之一。网络构建层负责向上层传输感知信息和向下层传输命令。这个层面就是利用互联网、无线宽带网、无线低速网络、移动通信网络等各种网络形式传递海量的信息。
  • 管理服务层:管理服务层主要解决解决数据如何存储(数据库与海量存储技术)、如何检索(搜索引擎)、如何使用(数据挖掘与机器学习)、如何不被滥用(数据安全与隐私保护)等问题。简言之,这个层面就是把收集到的信息进行有效整合和利用,是物联网的精髓所在。
  • 综合应用层:物联网产业链的最顶层,是面向客户的各类应用。传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化,典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等;而物联网应用以“物”或者物理世界为中心,涵盖我们现在常听到比较新鲜的高级词汇,比如物品追踪、环境感知、智能物流、智能交通、智能电网等。

4. 物流网的主要技术

“物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”,是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术;其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间,进行信息交换和通讯。在物联网应用中有五项关键技术。

  • 网络通信技术。网络通信技术包含很多重要技术,其中M2M技术最为关键。“M2M”是“Machine-to-Machine”的缩写,用来表示机器对机器之间的连接与通信。从功能和潜在用途角度看,M2M引起了整个“物联网”的产生。
  • 传感器技术。传感器是摄取信息的关键器件,它是物联网中不可缺少的信息采集手段。目前传感器技术已渗透到科学和国民经济的各个领域,在工农生产、科学研究及改善人民生活等方面,起着越来越重要的作用。
  • RFID标签也是一种传感器技术,也可称为射频识别技术,该技术利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。由于RFID具有无需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应各种工作环境、可实现高速和多标签同时识别等优势,因此RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
  • 嵌入式系统技术:是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。
  • 云计算。云计算是一种按使用量付费的模式,这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络,服务器,存储,应用软件,服务),这些资源能够被快速提供,只需投入很少的管理工作,或与服务供应商进行很少的交互。

二、全球物联网发展现状和态势

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

2013年-2017年,全球物联网市场规模由398亿美元增长至798亿美元,2018年将达到1036亿美元,整体规模呈现加速扩张趋势。预计到2020年,全球联网设备数量将达到260亿个,年复合增长率达到20%;全球联网设备带来的数据将达到44ZB,这一数据将是2012年的22倍,年复合增长率48%。据预计,2020年世界总人口将处于73亿和85亿人的区间,如果按70%的互联网渗透率计算,2020年全球互联网人数规模将在51亿和60亿之间。

2013-2018年全球物联网市场规模及预测图

图1:2013-2018年全球物联网市场规模及预测图(单位:亿美元)

2013年-2020年全球物联网设备数量及预测图

图2:2013年-2020年全球物联网设备数量及预测图(亿台)

(1) 技术进步和产业的逐步成熟推动物联网发展进入新阶段。

  • 一是产业成熟度提升促使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%,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。目前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。
  • 四是产业生态构建所需的关键能力加速成熟。云计算、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。

(2) 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。

这一阶段物联网主要特征是:

  • 一是平台化服务。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。
  • 二是泛在化连接。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。
  • 三是智能化终端。一方面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。

2. 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

(1) 在政府层面,各国高度重视物联网新一轮发展带来的产业机遇。

其中,美国以物联网应用为核心的“智慧地球”计划、欧盟的十四点行动计划、日本的“U-Japan计划”、韩国的“IT839战略”和“u-Korea”战略、新加坡的“下一代I-Hub”计划、台湾的“U-Taiwan”计划等都将物联网作为当前发展的重要战略目标。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。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。

(2) 在产业层面,产业巨头纷纷制定其物联网发展战略,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。

2015年5月,华为公司公开“1+2+1”的物联网发展战略,明确了向物联网进军的发展战略;同年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,思科公司以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,明确表示看好ARM在物联网时代的发展前景;12月,谷歌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。

3. 传统产业智能化升级和规模化消费市场的兴起推动物联网创新突破和应用加深

从物联网概念兴起发展至今,各类应用长时间并存,并成波次、接力式推进物联网的发展。以2018年为例,工业/制造业将成为物联网领域支出占比最大的产业,预计支出金额将达到1890亿美元,占总体比重为24.47%;运输业和车联网、智能建筑等跨产业物联网的支出金额将分别达到850亿美元和920亿美元;消费者物联网支出金额将达620亿美元,位居第五大产业类别,主要应用包括智能家庭、家庭自动化以及智能家电。

2018年各领域物联网应用支出分布图

图3:2018年各领域物联网应用支出分布图

(1) 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。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。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。

(2) 规模化消费市场的兴起加速物联网的推广。目前车联网、智慧城市(社会公共事业、公共管理)、智能家居、智能硬件、智能安防等成为当前物联网发展的热点领域。

三、中国物联网发展现状

在我国,物联网概念的前身是传感网。中国科学院早在1999年就启动了传感网技术的研究,并取得了一系列的科研成果。2009年以后,国内出现了对物联网技术进行集中研究的浪潮;2010年物联网被写入了政府工作报告,发展物联网提升到发展战略高度。“十二五”时期,我国在物联网发展政策环境、技术研发、标准研制、产业培育以及行业应用方面取得了显著成绩,物联网应用推广进入实质阶段,示范效应明显;“十三五”规划纲要明确提出“发展物联网开环应用”,将致力于加强通用协议和标准的研究,推动物联网不同行业不同领域应用间的互联互通、资源共享和应用协同。近年来,在“中国制造2025”、“互联网+”等战略带动下,物联网产业呈现蓬勃生机。

1. 生态体系逐步完善

随着技术、标准、网络的不断成熟,物联网产业正在进入快速发展阶段,2017年产业规模已突破11000亿元,复合增长率达到25%,形成了完整的产业链条,涌现诸多优秀的芯片、终端、设备生产商以及解决方案提供商。

从我国物联网产业链中各层级发展成熟度来看:设备层当前已进入成熟期。其中M2M服务、中高频RFID、二维码等产业环节具有一定优势,但基础芯片设计、高端传感器制造及智能信息处理等高端产品仍依赖进口。目前,我国从事传感器的研制、生产和应用的企业有2000多家,市场销售额突破1000亿,但小型企业占比超过七成,产品以低端为主。高端产品进口占比较大,其中传感器约60%,传感器芯片约80%,MEMS芯片基本100%进口。连接层(包括通信芯片模块及网络传输)在国内发展较为成熟,竞争度较为集中。其中华为海思、中兴物联等开发的面向物联网的通信模块,在国际市场竞争力突出。平台层分为网络运营和平台运营。其中,网络运营主要是三大电信运营商,平台运营相对于国外IBMPTCJasper等巨头,我国仍处于起步阶段,还尚未出现平台层巨头。应用层当前处于成长期。随着上述基础设施的不断完善,物联网对工业、交通、安防等各行业应用渗透不断提高,应用市场将成为物联网最大细分市场。其中智能制造、车联网、消费智能终端市场等已形成一定的市场规模,均处于成长期。

2. 市场规模迅速增长

我国物联网产业规模从2009年1700亿元跃升至2017年11860亿元,年复合增长率超过25%。未来几年,我国物联网市场仍将保持高速增长态势。预计到2022年,中国物联网整体市场规模在3.1万亿元,年复合增长率在22%左右,并将在智能穿戴设备、无人机等领域出现龙头企业。

2013-2018我国物联网产业规模及预测(

图4:2013-2018我国物联网产业规模及预测(单位:亿元)

2016年底,移动物联网连接数为1.4亿,其中M2M应用终端数量超过1亿,占全球总量的31%。预计到2020年,M2M连接数有望达到3.36亿,年复合增长率约为29%,而LPWAN技术将另外提供7.3亿连接,使得全市场连接总数达到10亿。

3. 行业应用领域加速突进

现阶段,国家物联网正广泛应用于电力、交通、环保、物流、工业、医疗、水利、安防、电力等领域,并形成了包含芯片和元器件、设备、软件、系统集成、电信运营、物联网服务在内的较为完善的产业链体系,为诸多行业实现精细化管理提供了有力的支撑,大大提升了管理能力和水平,改变了行业运行模式。在这些领域,涌现出一批较强实力物联网领军企业,初步建成一批共性技术研发、检验检测、投融资、标识解析、成果转化、人才培训、信息服务等公共服务平台。

4. 标准体系局部取得突破

近年来,我国在物联网国际标准化中的影响力不断提升,国内越来越多企业开始积极参与国际标准的制定工作,我国已经成为ITU相应物联网工作组的主导国之一,并牵头制定了首个国际物联网总体标准——《物联网概览》。我国相关企业和单位一直深入参与3GPPMTC相关标准的制定工作。标准体系方面,制定了物联网综合标准化体系指南,梳理标准项目共计900余项,物联网参考架构、智能制造、电子健康指标评估、物联网语义和大数据等多个我国主导的国际物联网分布。国内标准研制方面,我国对传感器网络、传感器网络与通信网融合、RFID、M2M、物联网体系架构等共性标准的研制不断深化。

5. 创新成果不断涌现

目前,国内在物联网领域已经建成一批重点实验室,汇聚整合多行业、多领域的创新资源,基本覆盖了物联网技术创新各环节,物联网专利申请数量逐年增加,2016年达到7872件。2017年,工信部确定正式组建组网方案及推广计划,国内三大基础电信企业均已启动窄带物联网(NB-IOT)网络建设,将逐步实现全国范围广泛覆盖,NB-IOT发展在国际话语中的主导权不断提高。2017年,中国移动、中国电信、中国联通分别计划新增物联网用户1亿、0.25亿、0.2亿,累计总用户分别达到2亿、0.47亿、0.63亿户,全网基站规模超过40万站,一批省市已经开始了商用网络。江西鹰潭、福建福州等很多地方政府都支持NB-IOT发展,正在推进数十万台基于NB-IOT的智能水表部署;西藏正在尝试将NB-IOT网络引入到牦牛市场。

2017年三大基础电信企业NB-IOT建设工作

图5:2017年三大基础电信企业NB-IOT建设工作

6. 产业集群优势突显

目前,我国物联网产业发展逐渐呈现集群性、区域性的分布特征,已初步形成环渤海、长三角、泛珠三角以及中西部地区四大区域集聚发展的空间格局,并建立起无锡、重庆、杭州、福州四个国家级物联网产业发展示范基地和多个物联网产业基地,围绕北京、上海、无锡、杭州、广州、深圳、武汉、重庆八大城市建立产业联盟和研发中心。以无锡示范区为例,2017年无锡物联网企业超过2000家,物联网产业营业收入约2500亿元,无锡企业累计牵头和参与制定的物联网国际、国家标准52项,承接的物联网工程遍及30个国家400多座城市,无锡已经成为全国首个物联网全域覆盖的地级市,成为中国乃至世界物联网发展最具活力的地区之一。

各区域产业集聚各有特色,物联网应用发展各有侧重,产业领域和公共服务保持协调发展。其中,环渤海地区是中国物联网产业重要的研发、设计、设备制造及系统集成基地;中西部地区物联网产业发展迅速,各重点省市纷纷结合自身优势,布局物联网产业,抢占市场先机;长三角地区物联网产业发展主要定位于产业链高端环节,从物联网软硬件核心产品和技术两个关键环节入手,实施标准与专利战略,形成全国物联网产业核心,促进龙头企业的培育和集聚;泛珠三角地区是国内电子整机的重要生产基地,电子信息产业链各环节发展成熟。

四、我国物联网行业发展趋势

1. 从行业整体发展态势来看,国内物联网行业未来应用的广度和效益更加巨大

随着连网设备技术的进步、标准体系的成熟以及政策的推动,物联网应用领域在不断拓宽,新的应用场景将不断涌现。未来几年内,我国物联网产业将在智能电网、智能家居、数字城市、智能医疗、智能物流、车用传感器等领域率先普及,预计将实现三万亿的总产值,成为产业革命重要的推动力。

(1) 智能物流将成为行业发展趋势。目前,我国物流成本相当于GDP的16%,而美国通过大规模应用智能物流将物流成本占比降到10%以下。因此,在物流管理领域应用物联网,对于大幅降低物流成本、促进物流信息技术相关的标准化体系建设、建立依托在集成化物联网信息平台基础之上的现代物流系统意义重大。预计到2020年,我国物联网在物流领域的市场规模将达到2802亿元,较2016年翻一番。

(2) 物联网智能医疗前景看好。目前,医疗卫生信息化是国家信息化发展的重点,已纳入“十三五”国家网络安全和信息化建设重点,将实现重点突破。未来几年,我国医疗信息化规模将持续增长,预计到2021年医疗信息化规模将超过870亿元,物联网在智能医疗市场规模的年复合增长率将维持在20%左右。医疗物联网未来在医疗领域的应用模式主要有以下几个方面:

物联网在医疗领域应用模式

图6:物联网在医疗领域应用模式

(3) 智能家居领域将迎来较快发展机遇。预计在“十三五”期间,国内物联网在家居领域需求规模将继续迎来较快发展机遇,特别是美的、小米等企业跨界合作形式的涌现,坚定了行业快速发展的信心。预计到2021年物联网在智能家居市场规模能突破500亿元。

(4) 车联网发展更加成熟。目前,车联网市场内生动力强大,相关技术标准日趋成熟,全面推广的各方面条件基本具备,将成为物联网应用的率先突破方向。预计2020年汽车网联化将与汽车智能化交汇融合。

2. 按区域结构分析,国内物联网分工协作格局进一步明显

目前,国内物联网产业已初步形成环渤海、长三角、泛珠三角以及中西部地区等四大区域集聚发展的总体产业空间格局。未来中国物联网产业空间演变将呈现出三大趋势:

  • 产业发展“多点开花”,热点地区将不断涌现。天津、昆明、宁波等城市将物联网产业作为本地区重点发展的产业领域。吉林、山西、河南、湖南、贵州等省,以及合肥、厦门、大连等城市,也在积极谋划本地区物联网产业的发展。
  • 产业分布“星火燎原”,二、三线城市纷纷投身物联网产业发展。徐州、佛山、四川双流县、河北固安县、山东微山县等市县开始积极培育发展物联网产业。
  • 产业演变“合纵连横”,区域分工将进一步显现。目前,国内物联网产业分布呈现相对集中的态势,随着未来国内物联网产业规模的不断壮大,以及应用领域的不断拓展,产业链之间的分工与整合也将随之进行,区域之间的分工协作格局也将进一步显现。

3. 按技术应用来看,物联网与5G、大数据、云计算、人工智能、区块链等新一代信息技术的融合进一步加深

作为新一代信息技术的重要组成部分,物联网的跨界融合、集成创新和规模化发展,在促进传统产业转型升级方面起到了巨大的作用。当前,NB-IOT、5G、人工智能(AI)、云计算、大数据、区块链、边缘计算等一系列新的技术和题材将不断地注入物联网领域,助力“物联网+行业应用”快速落地,促使物联网在工业、能源、交通、医疗、新零售等领域不断普及,也催生了智能门锁、智能音箱、无人机等诸多单品成为物联网的新应用。未来几年,人工智能、区块链、大数据、云计算等和物联网的关系将会被理顺,进而构建出一个新的、泛在的智能ICT(信息、通信和技术)基础设施,应用于全社会和行业。同时,随着物联网的壮大,安全问题将被提上日程。

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