物联网白皮书()21

物联网白皮书(2014)工业和信息化部电信研究院2014年5月版权声明本白皮书版权属于工业和信息化部电信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源：工业和信息化部电信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。【工业和信息化部电信研究院，物联网白皮书（2014）[]，】前言当前，新一代信息通信技术正在全球范围内引发新一轮的产业变革，成为推动经济社会发展的重要力量。物联网作为我国战略性新兴产业的重要组成部分，正在进入深化应用的新阶段。物联网与传统产业、其它信息技术不断融合渗透，催生出新兴业态和新的应用，在加快经济发展方式转变、促进传统产业转型升级、服务社会民生方面正发挥越来越重要的作用。我院2011版物联网白皮书重点通过原创性地系统梳理，对物联网的内涵、关键要素、技术体系、产业体系和资源体系等内容进行了澄清。2014版白皮书则重点从战略、应用、技术和标准、产业四个角度分析并归纳2012年以来物联网发展的整体特点和亮点，探寻物联网发展的内在规律，并对未来发展重点方向进行研判。正文一、全球物联网发展状况（一）发达国家把握物联网发展契机，积极进行战略布局当前，以移动互联网、物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息通信技术（ICT）创新活跃，发展迅猛，正在全球范围内掀起新一轮科技革命和产业变革。物联网通过与其它ICT技术的不断融合，正加速与制造技术、新能源、新材料等其他领域的渗透。面对国际金融危机引致的经济困局，以及新一轮技术革命可能带来的历史机遇，发达国家政府纷纷进行物联网战略布局，开始重新审视实体经济和制造业战略地位，瞄准重大融合创新技术的研发与应用，寻找新一轮增长动力，以期把握未来国际经济科技竞争主动权。继美国政府提出制造业复兴战略以来，美国逐步将物联网的发展和重塑美国制造优势计划结合起来以期重新占领制造业制高点。美国竞争力委员会（CouncilonCompetitiveness）指出“数字技术、纳米技术变革正在开辟美国制造业的广阔创新空间”。自2011年以来，美国政府先后发布了先进制造伙伴计划、总统创新伙伴计划，将以物联网技术为根基的网络物理系统（Cyber-PhysicalSystem，CPS）列为扶持重点，并引入企业与大学的技术专家共同制定其参考框架和技术协议，持续推进物联网在各行业中的部署。在此过程中出现了“工业互联网（IndustrialInternet）”的概念，美国总统创新伙伴项目（PIF）提出政府和行业合作，创造新一代的可互操作、动态、高效的“智能系统”-工业互联网，其内涵是基于物联网、工业云计算和大数据应用，架构在宽带网络基础之上，实现人、数据与机器的高度融合，从而促进更完善的服务和更先进的应用。美国国家标准与技术研究院（NIST）组织其工业界和ICT产业界的龙头企业，共同推动工业互联网相关标准框架的制定，通用电气（GE）公司联合亚马逊、埃森哲、思科等企业共同打造支持“工业互联网”战略的物联网与大数据分析平台。欧盟建立了相对完善的物联网政策体系，积极推动物联网技术研发。近年来，欧盟对物联网科技创新的重视程度越来越高，相关物联网政策已经涵盖了技术研发、应用领域、标准制定、管理监控、未来愿景等各个领域，发布了信息化战略框架、行动计划、战略研究路线图等，并试图通过“创新型联盟”快速推动物联网融合创新在多个领域中的深度渗透。欧盟在第七科研框架计划（FrameworkProgram7，FP7）下，设立了IoT-A、IoT6、openIoT等一系列项目对物联网进行了研发，在智能电网、智慧城市、智能交通方面进行了积极部署。欧盟在2013年通过了“地平线2020”科研计划，旨在利用科技创新促进增长、增加就业，以塑造欧洲在未来发展的竞争新优势。“地平线2020”计划中，物联网领域的研发重点集中在传感器、架构、标识、安全和隐私、语义互操作性等方面。德国联邦政府在《高技术战略2020行动计划》中明确提出了工业4.0理念。工业4.0作为未来十大行动计划之一，政府将投资超过2亿欧元，从而巩固德国在工业制造领域的优势地位，引领未来全球的工业发展。在2013年4月汉诺威工业博览会上，德国正式发布了关于实施“工业4.0”战略的建议1。工业4.0将软件、传感器和通信系统集成于CPS，通过将物联网与服务引入制造业重构全新的生产体系，改变制造业发展范式，形成新的产业革命。韩国政府则预见到以物联网为代表的信息技术产业与传统产业融合发展的广阔前景，持续推动融合创新。继《韩国IT融合发展战略》之后，韩国政府持续推动传统产业与ICT的融合创新，并为ICT融合发展确立了法规制度、组织机构和市场监管基础，以确保韩国企业在全球化市场中的差异化竞争优势。近年来，韩国政府通过在汽车、造船、服装等行业设立IT融合革新中心，已经撮合三星等IT企业通过物联网技术与现代汽车等制造企业缔结战略合作项目，规模开展了智能化融合产品的联合研发与产品生产。2013年10月，韩国政府发布了ICT研究与开发计划“ICTWAVE”，目标是未来5年投入8.5万亿韩元（80亿美元），在内容、平台、网络、设备和安全5大领域发展10大ICT关键技术和15项关键服务，其中物联网平台被列入10大关键技术。韩国科学信息通信技术和未来规划部（MSIP）还计划在2014年推出物联网国家行动计划，进一步推动ICT与其它产业的融合。（二）物联网应用稳步发展，市场化机制正逐步形成受各国战略引领和市场推动，全球物联网应用呈现加速发展态势，物联网所带动的新型信息化与传统领域走向深度融合，物联网对行业和市场所带来的冲击和影响已经广受关注。总体来看，全球物联网应用仍处于发展初期，物联网在行业领域的应用逐步广泛深入，在公共市场的应用开始显现，M2M（机器与机器通信）、车联网、智能电网是近两年全球发展较快的重点应用领域。M2M是率先形成完整产业链和内在驱动力的应用。M2M市场非常活跃，发展非常迅猛。到2013年底，全球M2M连接数达到1.95亿，年复合增长率为38%。M2M连接数占据移动连接数的比例从2010年的1.4%提高到2013年的2.8%2，预计2014年底全球M2M连接数将达到2.5亿。电信运营商仍是M2M的主要推动者，法国电信Orange是欧洲第一家提供完整M2M方案的电信运营商，德国电信在2012年2月推出了M2M全球运营平台，AT&T通过与云服务和软件提供商Axeda公司合作，向企业提供M2M应用开发平台（ADPs），帮助企业解决开发中的共性问题。目前（截止2014年5月），全球已有428家移动运营商提供M2M服务，在安防、汽车、工业检测、自动化、医疗和智慧能源管理等领域增长非常快。车联网是市场化潜力最大的应用领域之一。车联网可以实现智能交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化服务，正在成为汽车工业信息化提速的突破口。以车联网逐步普及为标志，汽车工业已经开始进入“智慧时代”。以美国为例，2013年出产的低端车型已实现联网，具有自动泊车、自动跟车及主动避撞等功能。全球车载信息服务市场非常活跃，成规模的厂商多达数百家，最具代表性的全球化车载信息服务平台如通用的安吉星（OnStar）、丰田的G-book。截至2013年年底，安吉星已经在全球拥有超过660万的用户。（截至2014年年底，安吉星已经在全球拥有超过700万的用户，其中中国地区用户数量达80万【数据来源于www.onstar.com.cn】）。2014年1月份，雪佛兰、AT&T和OnStar宣布密切合作，通过AT&T的4GLTE网络，由OnStar为雪佛兰汽车提供基于HTML5的应用程序商店服务，包括音乐、天气、新闻、汽车健康检测等多项内容。全球智能电网应用进入发展高峰期。2013年与智能电网配套使用的智能电表安装数量已超过7.6亿只，到2020年智能电网预计将覆盖全世界80%的人口。2011年，美国制定了四项支柱性政策推动智能电网建设，目前其应用效果已经显现，三分之一的美国人用上了智能电表，高峰时用电量减少了20%～30%；平均停电时间缩短了20%[3]。德国、英国、北欧及美国加州在加紧开发以分布式电源为主体的智能电网关键技术——“虚拟电厂”，以实现“可再生能源的最大化利用”，此外还利用信息通信技术精确控制电力需求。“需求响应（DemandResponse，DR）”是智能电网的发展重点之一，利用电力需求的弹性特点，通过引导用户短期或长期改变用电模式，减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而优化资源配置，保障电网的稳定性。欧美国家针对用电大户的DR已经普及，日本横滨市和北九州市也开始对普通家庭的需求响应进行论证。（三）物联网技术创新活跃，IP化和语义化成为技术标准热点全球各国不断深化物联网技术研究，围绕物联网的技术研究和创新持续活跃，同时也加速了物联网国际标准化进程。物联网体系架构对推动物联网规模和可持续发展具有重要意义而成为全球关注和推进的重点，多种短距离通信技术互补共存并面向重点行业领域特殊需求加快优化和适配，无线传感网方面跨异构传输机制的网络层和应用层协议成为研发热点，语义技术作为推进物联网感知信息自动识别处理和共享的基础而受到普遍重视，物联网与移动互联网在端管云多层融合协同发展。1.物联网体系架构设计依然是国际关注和推进重点针对物联网的通用体系架构研究成为国际关注的重点，欧盟在FP7中设立了两个关于物联网体系架构的项目，其中SENSEI项目目标是通过互联网将分布在全球的传感器与执行器网络链接起来，IoT-A项目目标是建立物联网体系结构参考模型。韩国电子与通信技术研究所（ETRI）提出了泛在传感器网络（UbiquitousSensorNetwork，USN）体系架构并已形成国际电信联盟（ITU-T）标准，目前正在进一步推动基于Web的物联网架构的国际标准化工作。物联网标准化组织（oneM2M）自成立以来，在需求、架构、语义等方面积极开展研究，目前正在积极开展基于表征状态转移风格（RESTful）的体系架构的标准化工作。2.感知层短距离通信技术共存发展针对物联网应用特点和低功耗目标，各国际组织不断推动新的技术标准研究。IEEE802.11针对物联网应用场景，正在开发工作在1GHz以下频段面向物联网应用的802.11ah协议标准，目标支持更灵活的速率如低速率等级、可支持上千个节点、支持长时间电池供电。IEEE802.15.4q工作组针对传感网应用正在开发超低功耗无线个域网标准，目标功率降低到15mw以下。蓝牙特别兴趣组（SIG）推出的蓝牙4.0版本标准中，最大特点是支持低功耗模式。根据SIG测试，低功耗蓝牙与高速蓝牙相比，能够降低近90%的功耗，使用1颗纽扣电池的工作时间最多可达1年以上。智能电网、智能交通、智能医疗等应用市场的发展，推动不同无线技术在不同应用场景下的竞争融合发展。智能电网领域将形成基于802.15.4g与802.11ah之间的竞争格局；智能交通领域基于802.11p的短距离通信技术和基于LTE的宽带移动通信技术都有一定程度的应用；智能医疗领域支持低功耗模式的蓝牙4.0版本和基于802.15.6的体域网【备注：人体上或人体内的应用】技术共存发展。3.无线传感网IP化步伐加快虽然目前无线传感网组网仍以非IP技术为主，但将IP技术特别是IPv6技术延伸应用到感知层已经成为重要的趋势。互联网工程任务组（IETF）积极推动轻量级IPv6技术在无线传感器网的应用，6LoWPAN、RoLL、CoAP等核心标准已经基本制定完成，其中6LoWPAN协议底层采用IEEE802.15.4规定的物理层（PHY）和媒质接入控制（MAC）层协议，网络层则根据节点资源受限和低功耗等特点对IPv6协议进行了裁剪和优化。ZigBee联盟的智能电力SmartEnergy2.0应用框架已经全面支持IP协议，同时联盟还成立了IP-stack工作组以制定IPv6协议在ZigBee中的应用方法。工业无线标准ISA-100.11a已明确支持6LoWPAN协议。围绕轻量级IPv6的互操作性测试成为