國際物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展動向

海寧

當前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為國際競爭的重要焦點。比如，美國已將物聯(lián)網(wǎng)上升為國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的重點之一；歐盟制定了促進物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的行動計劃；日本的U-Japan計劃將物聯(lián)網(wǎng)作為四項重點戰(zhàn)略領域之一；韓國的IT839戰(zhàn)略將物聯(lián)網(wǎng)作為三大基礎建設重點之一……發(fā)達國家一方面加大力度發(fā)展傳感器節(jié)點核心芯片、嵌入式操作系統(tǒng)、智能計算等核心技術(shù)，另一方面加快標準制定和產(chǎn)業(yè)化進程，謀求在未來物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展及國際競爭中占據(jù)有利位置。

從總體來看，國際物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展大致呈現(xiàn)以下特點：

技術(shù)路線兩大方向

各國在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展路線的選擇上側(cè)重不同，主要集中在兩大方向。

一是以追求技術(shù)的突破為目標，主要以歐洲為代表。2008年，歐盟推出《2020 年的物聯(lián)網(wǎng)：未來路線圖》（《Internet of Things in 2020：ROAD MAP FOR THE FUTURE》），全面闡明了歐洲未來技術(shù)發(fā)展以及需要突破的階段目標：2010年前，主要降低傳感器的成本和能耗；2010～2015年，重點形成局部應用的傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)閉環(huán)的典型整合應用；2015～2020年，實現(xiàn)對所有對象和標簽的編碼，形成統(tǒng)一連接的物聯(lián)網(wǎng)；2020年之后，主要是使任何對象實現(xiàn)智能化，全面挖掘物聯(lián)網(wǎng)潛能，形成鏈接人、物與服務的統(tǒng)一的泛在網(wǎng)絡。

2009年6月，歐盟發(fā)布了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》（《Internet of Things—An Action Plan for Europe》），以確保歐洲在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的過程中起主導作用，該行動計劃在世界范圍內(nèi)首次系統(tǒng)地提出了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的管理設想。2009年9月，歐盟發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》（《Internet of Things Strategic Research Road Map》），明確了物聯(lián)網(wǎng)愿景和通用定義的細化，重點對未來物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)、架構(gòu)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、軟件和算法、數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù)、發(fā)現(xiàn)和搜索引擎技術(shù)、電力和能源存儲技術(shù)等十二項關(guān)鍵技術(shù)，進行了全面分析。

二是以追求技術(shù)成果加快應用為主攻方向，主要以美國為代表。2008年7月，美國國家情報局（NIC）發(fā)表了《2025 年對美國利益潛在影響的6種關(guān)鍵技術(shù)》（《Six Technologies with Potential Impacts on US Interests out to 2025》）報告，強調(diào)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用將會改變美國的國家競爭力，并詳細描述了物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵的應用階段：2007～2009年，在美國大型零售連鎖店采用RFID標簽的托盤和包裝管理；2010年，在美國大型零售連鎖店開始全面部署RFID，同時在醫(yī)療保健機構(gòu)、大型組織和政府機構(gòu)采用RFID標簽管理個人檔案；2011～2013年，實現(xiàn)用戶通過手機掃描器閱讀RFID標簽；2014～2016年，車輛逐步具備遠程診斷系統(tǒng)；2017年，開始普及無所不在的定位技術(shù)，初期實現(xiàn)手機定位技術(shù)；2018～2019年，在日常用品上安裝無線接收器，推廣無所不在的定位技術(shù)；2020年，重新分配頻譜資源；2021～2025年，美國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進入創(chuàng)新、增長、機遇和變革階段，用戶和供應商通過日常物件的互聯(lián)實現(xiàn)協(xié)同。

作為技術(shù)應用的主體，美國企業(yè)加快了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用。如美國高通公司制定了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品發(fā)展路線圖，其中高端產(chǎn)品（包括TMS4 MSM8960 和 MDM9x15 芯片組）主要面向高端M2M應用，如汽車信息娛樂和數(shù)字標牌。

關(guān)鍵技術(shù)體系基本形成

隨著各國對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)投入的增長，以及技術(shù)應用的不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領域中不少關(guān)鍵技術(shù)相繼取得突破，加快形成了該領域的技術(shù)體系。

當前，物聯(lián)網(wǎng)體系主要分為四個層面：感知層（用于采集信息，即傳感器），傳輸層（用于傳輸信息，即傳輸網(wǎng)絡），處理層（用于支持信息傳輸和處理，即信息處理過程中的相關(guān)技術(shù)，主要負責提供各種類型的平臺來串聯(lián)各種傳輸網(wǎng)絡和應用服務），以及應用層（用于信息處理，即軟件平臺）（見下圖）。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖

其中，感知層的關(guān)鍵技術(shù)是芯片、模塊、終端技術(shù)，重點是提供更敏感、更全面的感知能力，解決低功耗、小型化和低成本問題；傳輸層的關(guān)鍵技術(shù)是適應各種現(xiàn)場環(huán)境，構(gòu)建穩(wěn)定、無縫的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，重點是解決位置服務（QoS）；處理層的關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡的融合，重點解決支撐平臺與應用服務平臺。根據(jù)調(diào)研分析，物聯(lián)網(wǎng)涉及領域非常廣泛，關(guān)鍵的技術(shù)領域包括物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)、硬件和器件技術(shù)、標識技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、信息處理技術(shù)、安全技術(shù)、能量存儲技術(shù)等八大領域，130多項關(guān)鍵技術(shù)點。

MEMS技術(shù)舉足輕重

由于微機電系統(tǒng)（MEMS）的傳感器具有微型化、低功耗等特點，把信息的獲取、處理和執(zhí)行進行集成，已成為物聯(lián)網(wǎng)感知層智能化終端的主要技術(shù)。同時，物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展對MEMS技術(shù)提出了高可靠性和穩(wěn)定性等要求，推動著MEMS技術(shù)的發(fā)展。

一是融合發(fā)展，即MEMS制造工藝與集成電路CMOS生產(chǎn)工藝融合進一步加強。將傳感器與CMOS信號處理電路融合在技術(shù)上有許多優(yōu)勢，尤其是有利于通過CMOS技術(shù)實現(xiàn)MEMS的批量化生產(chǎn)。

同時，通過單芯片化或者芯片接合，可以大幅減少寄生容量，提升兩者電路的連接性能，并有利于減小組件封裝面積等。值得關(guān)注的是，在CMOS上形成MEMS的方法已被美國德州儀器用于投影儀（DLP）數(shù)字微鏡元件（DMD）的生產(chǎn)；在MEMS周圍形成CMOS電路的單芯片化方法已被美國亞德諾半導體公司（Analog Devices）用在加速度傳感器等產(chǎn)品上。

二是制造標準化，即MEMS設計制造的標準化不斷加速。目前，MEMS技術(shù)設計規(guī)則正由定制轉(zhuǎn)向標準化。而隨著標準化的進程，MEMS構(gòu)造將作為 IP（Intellectual Property）內(nèi)核，在設計時能夠被重復利用，從而降低MEMS的設計難度和成本，大大提高設計效率，據(jù)預測設計標準化后單個產(chǎn)品的開發(fā)周期將會縮短至 1～3 年。隨著設計標準化的推進，代工模式有逐步取代基于IDM 的自主生產(chǎn)模式的趨勢，目前從事代工的臺積電、聯(lián)電等領先企業(yè)均開發(fā)出了MEMS制程技術(shù)。

M2M等取得重要進展

M2M：技術(shù)標準化加速推進。各大標準化組織均從不同角度開展了M2M相關(guān)標準制定工作。歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）以典型物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務為例，例如從智能醫(yī)療、電子商務、自動化城市、智能抄表和智能電網(wǎng)的相關(guān)研究入手，完成對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求的分析、支持物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的概要層體系結(jié)構(gòu)設計以及相關(guān)數(shù)據(jù)模型、接口和過程的定義；第三代合作伙伴計劃（3GPP/3GPP2）以移動通信技術(shù)為工作核心，重點研究3G、LTE/CDMA網(wǎng)絡針對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務提供而需要實施的網(wǎng)絡優(yōu)化相關(guān)技術(shù)，研究涉及業(yè)務需求、核心網(wǎng)和無線網(wǎng)優(yōu)化、安全等領域；中國通信標準化協(xié)會（CCSA）早在 2009 年就完成了M2M的業(yè)務研究報告，與M2M相關(guān)的其他研究工作也已經(jīng)展開。

無線傳感網(wǎng)技術(shù)：研發(fā)成果豐富。節(jié)點芯片上有德州儀器（TI）、愛特梅爾（Atmel）等知名芯片企業(yè)開發(fā)處理器芯片、Chipcon等提供無線傳感網(wǎng)芯片等；在軟件上，許多著名公司為節(jié)點的組網(wǎng)開發(fā)了軟件協(xié)議，美國加州伯克利大學研發(fā)的節(jié)點專用操作系統(tǒng)TinyOS，為無線傳感網(wǎng)的組建和其他方面的測試研究提供了基礎。

同時，該領域有關(guān)標準已經(jīng)發(fā)布。電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）發(fā)布了 802.15.4標準，是面向低成本、低功耗、低速率傳輸網(wǎng)絡應用開發(fā)的專用無線通信協(xié)議，它詳細定義了PHY和MAC層通信接口，從趨勢上看，很可能成為未來無線傳感網(wǎng)領域的PHY/MAC標準；ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定、頒布了實現(xiàn)傳感器節(jié)點組網(wǎng)的ZigBee協(xié)議規(guī)范。

無線射頻識別技術(shù)（RFID）：企業(yè)研發(fā)的熱點領域。美國德州儀器、英特爾等企業(yè)均投入巨資進行RFID領域芯片開發(fā)，訊寶（Symbol）等研發(fā)出同時可以閱讀條形碼和RFID的掃描器，IBM、微軟和惠普等也在積極開發(fā)相應的軟件及系統(tǒng)來支持RFID的應用；歐洲飛利浦、意法半導體（ST）在積極開發(fā)廉價RFID芯片，Checkpoint在開發(fā)支持多系統(tǒng)的RFID識別系統(tǒng)，諾基亞在開發(fā)并推廣其能夠基于RFID的移動電話購物系統(tǒng)，SAP則在積極開發(fā)支持RFID的企業(yè)應用管理軟件。

成果應用不斷加快

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加快突破，其成果應用和產(chǎn)業(yè)化的進程也不斷加快。

MEMS：產(chǎn)業(yè)化正處于快速起步階段。據(jù)統(tǒng)計，2011年MEMS產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長率為16%，達到100億美元。當前，MEMS的自身產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍較小，但對國民經(jīng)濟的諸多行業(yè)起到了巨大的帶動作用。據(jù)預測，2016年MEMS產(chǎn)業(yè)將帶動1000億美元的系統(tǒng)應用，而到2020年，還將翻一番，達到2000億美元。

目前，蘋果、谷歌、臉譜等已經(jīng)開始組建自己的MEMS團隊。目前，汽車電子和消費電子將成為未來兩大支柱應用領域。據(jù)市場分析公司Semico Research 研究顯示，未來5年，汽車電子和智能手機將是MEMS應用兩大主要市場，它們對總體規(guī)模的貢獻率將在60%以上。其中，2011年，智能手機中的MEMS產(chǎn)品銷售額占20%；2011～2015年，年均復合增長率將達38%。智能手機將在2014年取代汽車，成為MEMS的最大應用市場。

M2M：應用市場增長迅速。M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)應用最普遍的形式之一。目前，M2M應用市場增長迅速，IDATE指出，2008年全球M2M通信市場規(guī)模為111.7 歐元，2013年將增長到295億歐元，年復合增長率為24.7%。當前，M2M技術(shù)在歐洲、美國、韓國、日本等國家實現(xiàn)了安全監(jiān)測、公共交通系統(tǒng)、車隊管理、工業(yè)自動化、城市信息化等領域的應用。

廣闊的市場前景使得包括英國電信（BT）和沃達豐（Vodafone）、德國T-Mobile、日本NTT-DoCoMo和韓國SK等電信運營商著力推動M2M發(fā)展，也極大促進了應用技術(shù)研發(fā)。目前研發(fā)熱點主要集中在定位/跟蹤/導航、移動支付、安全/監(jiān)控、健康醫(yī)療、遠程抄表等領域。

RFID：產(chǎn)業(yè)化領域?qū)⒉粩鄶U展。目前，RFID技術(shù)應用主要集中在零售業(yè)、運輸系統(tǒng)（電子票證）、畜禽動物朔源領域。據(jù)預測，電子護照、食品農(nóng)副產(chǎn)品溯源、集裝箱聯(lián)運、服裝零售、醫(yī)療保健、罪犯及假釋犯人管理、傳感網(wǎng)等將成為潛力最大、競爭最激烈的RFID技術(shù)應用領域。

據(jù)市場分析公司IDTechEx公司預計，2011年全球RFID市場規(guī)模將達到60億美元，成長率約11%，其中，中國已經(jīng)超過日本、德國，成為全球排名第3的RFID應用市場。

在歐美發(fā)達國家紛紛發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，搶占未來國際競爭制高點的今天，我們也應把握時機，爭當先鋒。一方面，將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)上升為國家戰(zhàn)略，制定促進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和現(xiàn)實應用的長遠發(fā)展規(guī)劃；另一方面，積極破解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中存在的瓶頸問題，爭取在關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應用領域有所作為。