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物联网概念演进与技术创新

  早在2009年,物联网就被列为我国重点发展战略产业。2018年12月,物联网第一次在中央经济工作会议上作为新型基础设施被提出。2020年4月,国家发改委首次明确新型基础设施建设(以下简称“新基建”)的范围,包含以5G、物联网为代表的信息基础设施,以大数据、人工智能等技术深度应用的融合基础设施,和以支撑科学研究、技术开发等的创新基础设施。今年5月,全国将“新基建”写入政府工作报告。

  2020年是“十四五”规划年,物联网行业也因席卷全球的新冠疫情按下了快进键。2020年,我国物联网经历了第一个“黄金十年”,在新十年开始之际,本文将梳理物联网在技术、政策和市场发展征程中的主要特征及关键节点,固本强基,扬长避短,迎接进一步融合产业、赋能产业、促进产业释放数字经济新动能的智能网联新时代。

  物联网发展至今,通过搭建一套集数据感知、搜集、传输、计算及分析为一体的数据管理闭环,物联网正在不断推动物理世界向数字世界转换,大力发展以数据为核心生产要素的数字经济体系,并优先在智慧城市、工业互联网、车联网等重点行业形成了具有行业特色的解决方案,在数字经济体系发展中起到了重要的先导示范作用。

  从最初的感知网,再到如今数字经济体系的核心要素之一,物联网已经实现了在国家战略、行业发展引导、企业经营策略及用户业务体验等视角的度理念进步,形成了一套“顶层设计+具体行业应用”的概念体系,未来将在各个行业进一步深度扩充。

  物联网广义上泛指将万事、万物互相联网,其构成核心要素有三:一是具有感知能力且能联网的世界万物,二是建立在电信和互联网基础上的庞大网络;三是能够挖掘数据价值的超强算力。

  三个维度的技术创新与突破是物联网蓬勃发展的重要支撑,也与新基建中的信息基础设施、融合信息基础设施和创新应用基础设施分别对应。一方面,感知技术的进步加速了数字化征程,时至今日,感知技术正逐渐由高精度采集向融合处理、交换信息能力的智能化方向升级;另一方面,通信技术不断迭代奠定网络大框架,从始发于19世纪对机器间有线无线通信方式的探索,到冷战背景下早期互联网与卫星网络雏形的诞生,再到今天第五代移动通信技术(5G)的扬帆启航,6G启动也进入展望。

  与此同时,计算技术助力产业经济数字化发展,以大数据、人工智能、区块链、先进计算等为典型代表的新一代计算技术正与传统产业不断融合,以数据中心和智能计算中心为核心的算力基础设施也在充分挖掘物联网产生的数据价值,成为价值链条的关键核心。

  过去十年,各国政策导向积极明朗、关键技术落地支撑、商业应用百花齐放,市场表现稳中有进,是物联网产业发展的黄金十年。

  在政策方面,各国高度重视物联网发展,纷纷将物联网计划写入国家重大战略性文件。各国政府制定物联网政策逐渐呈现两大特点:一是将物联网发展战略与数字经济社会相连接,聚焦国民经济重点信息化领域,优先发展重点垂直行业领域;二是着力关注安全和协同两个要素,关注物联网网络安全、数据安全和终端安全。

  同时,物联网应用场景的碎片化性质决定了对打通设备间的数据通道实现数据流动的必然需求,政府各部门跨行业的协同管理也十分迫切。

  在技术层面,从底层硬件,到上层应用,从通信网络,到业务集成平台都取得了长足的进步。以网络层的通信技术为例,通信接入技术在过去十年花开遍地,组成了从有线到无线、从长距到短距等适用于多种场景的丰富技术资源池。

  同时,各类通信接入技术都在不断演进,提升速率、功耗和覆盖范围等相关性能指标以满足各种多样化的市场需求。

  首先,在短距离无线通信技术层面,以Wi-Fi为例,从最初的8011.11b发展到现在8011.11x,截至2019年,Wi-Fi已有近20年的发展历史。

  其次,随着入网设备的大幅增加和应用场景的多样化需求,以低成本、低数据量、低能耗且远距离为主要特征的低功耗广域网(LPWAN)的开始受到重视。其最早出现于20世纪末,由于场景局限性和2G的问世而淡出市场。2009年Sigfox成立,非授权频谱技术市场再度发展,随后出现的LoRa等系列非授权频谱技术,也加速了LPWAN的全面铺开。

  再次,授权蜂窝无线通信技术也在不断突破,自2009年3GPP开始启动LTE的技术标准细分以来,不断调整网络性能指标以满足差异化应用场景需求。如2014年R12提出Cat.0标准,2016年提出NB-IoT和LTE-M标准,2017年 R14开启5G技术标准等。2020年,R17将进一步调整5G、NB-IoT等体系,随着2G/3G在我国退网进程加快,LTE系列标准和NB-IoT将仍在较长时间内发挥作用。

  最后,作为授权频段的典型LPWA技术代表NB-IoT (窄带物联网),在过去十年间经历了频繁的迭代,并于近年迎来官方助力。2020年5月7日,工信部发布《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》,宣布将推动2G/3G物联网业务迁移转网,建立NB-IoT、4G(含LTE-Cat1)和5G协同发展的移动物联网综合生态体系;随后在7月9日,ITU正式批准NB-IoT为5G标准,NB-IoT成为mMTC(大规模机器类通信)场景下的重要技术支撑。此类举措将为移动物联网造就显著成长空间,也为NB-IoT在LPWA领域扩张带来市场信心,加速我国物联网产业的发展。

  通过梳理国际咨询机构关于物联网连接历史预测数据发现,过去十年,全球物联网市场的表现与历史阶段的预期相较稳中有进,甚至超额完成了部分机构的预测目标。

  2020年,在政策利好的大环境下,得益于技术的迅速迭代与商业模式的创新,物联网市场迎来发展新的里程碑。GSMA统计数据显示,截至2018年底,全球蜂窝物联网连接规模突破10亿;2019年我国突破10亿。2020年1月,全球NB-IoT连接数突破一亿大关,增长动力源自中国;2月,中国NB-IoT连接数突破一亿大关。

  自2013年Rel-13 ,NB-IoT标准在3GPP组织中开始制定,到2016年首个NB-IoT标准发布,再到2020年Rel-16冻结,NB-IoT正式成为5G标准核心组成部分。如今,NB-IoT已实现在全球50多个国家大规模商用,未来,全球统一的技术演进与更长的技术生命周期将进一步降低商业化风险,为NB-IoT产业发展带来更强定力。

  与此同时,业界对NB-IoT的市场表现也持积极态度。据市场研究机构OMDIA机构分析,2019年,全球包括2G/3G/4G在内的蜂窝模组出货量突破3亿,预计2025年达到6亿。其中包括NB-IoT和LTE-M技术的LPWA模组出货量逼近2亿,5G逼近1000万。

  此外,5G将为NB-IoT发展带来协同效应也形成行业共识,据Analysys Mason 预测,5G助力物联网在应用层发力,表现为各个传统领域联网终端数剧增。2028年,全球物联网5G总连接数达到1.5亿,其中车联网将为主要应用领域。

  2005年ITU的物联网报告的第六章,以“2020年一天的生活”为题,描述了当时的社会对未来物联网重塑下2020年的生活的美好遐想:车辆问题自动告警、全自动汽车维修、智能手表电子付款、饮料机个性化推荐、眼镜接听视频电话等。

  现在回首,当年遐想的应用场景已实现了大半。现在,我国物联网经过近十年来的探索与积累,带来了更加全面的认知,也赋予了未来更广阔的想象和发展空间。

  随着终端设备普及率和入网率的不断提高,作为一项系统工程的物联网,需要感知层、网络层和应用层协同发展,作为打通数字烟囱的关键要素,共同搭建完善流畅的数字产业生态。另外,物联网数据和设备安全的重要性日益凸显,物联网场景的多元化、芯片计算能力对终端成本考验较大,都将带来不同程度影响。

  2020年,新冠疫情爆发,危中有机,促发“新基建”发展高峰。放眼下一个十年,相信通过政策、技术和市场的利好因素的内外力共同驱动下,以及“新基建”启动快进键的作用下,物联网将会迎来下一个黄金十年。

 
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