物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計方法論研究

楊海濤，王 佳，許 靜，李連杰，劉 光

（1.北京電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100048；2.北京歌華有線電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，北京 100007）

1 引言

當前世界各發(fā)達國家均將物聯(lián)網(wǎng)視為搶占新一輪科技發(fā)展制高點的創(chuàng)新風(fēng)口，我國也將其作為新興產(chǎn)業(yè)上升為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度，物聯(lián)網(wǎng)已成為國家戰(zhàn)略計劃中的重要內(nèi)容。對物聯(lián)網(wǎng)進行頂層設(shè)計，可以更好地促進本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為智慧城市的建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計的方法論也日益得到業(yè)界的重視。

2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形勢

2.1 國際發(fā)展形勢

面對龐大的物聯(lián)網(wǎng)藍海市場，世界各國相繼推出國家性物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略規(guī)劃，美國、歐盟、日本、韓國、新加坡等紛紛推出本國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，將物聯(lián)網(wǎng)作為搶占新一輪經(jīng)濟科技發(fā)展制高點的重大戰(zhàn)略。

在政策層面，美、日、韓、歐盟啟動了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物聯(lián)網(wǎng)行動計劃”等國家性戰(zhàn)略區(qū)域戰(zhàn)略計劃。

在關(guān)鍵技術(shù)層面，基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)RFID，成為市場最為關(guān)注技術(shù)，全球RFID市場持續(xù)升溫，并呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，與此同時，RFID的應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，目前RFID正處于迅速成熟的時期，許多國家都將RFID作為一項重要產(chǎn)業(yè)予以積極推動。國際標準組織紛紛研究制定相關(guān)技術(shù)標準。傳感器技術(shù)、IPv6、5G、LPWAN、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了強大的技術(shù)支撐。

在應(yīng)用層面，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈準備日益成熟，場景落地規(guī)模漸起。智能可穿戴設(shè)備、智能家電、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能機器人等數(shù)以萬億計的新設(shè)備將接入網(wǎng)絡(luò)，形成海量數(shù)據(jù)，應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，促進生產(chǎn)生活和社會管理方式進一步向智能化、精細化、網(wǎng)絡(luò)化方向轉(zhuǎn)變，經(jīng)濟社會發(fā)展更加智能、高效，一個萬物互聯(lián)的時代呼之欲出。

2.2 國內(nèi)發(fā)展形勢

我國已將物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)上升為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度，并在“十三五”規(guī)劃中明確提出，要推動物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、重點領(lǐng)域突破及應(yīng)用示范落地。

在政策層面，國務(wù)院、國家部委先后多次出臺相關(guān)的政策，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)指明了發(fā)展方向。各地方政府也在不斷加強物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的政策支持力度，促進本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在基礎(chǔ)設(shè)施層面，RFID、傳感器、攝像頭等成熟技術(shù)已在各地區(qū)的城市管理、視頻監(jiān)控、物流溯源等各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，低功耗廣域網(wǎng)中的NB-IoT模組也已開始在智能表具、智能燈桿等應(yīng)用場景規(guī)模部署。三大運營商均開啟NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并開始商用。

在應(yīng)用層面，各大城市以“智慧城市”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用解決方案為突破口和主攻方向，先后進行了多項物聯(lián)網(wǎng)城市應(yīng)用示范工程建設(shè)，應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)性增長。

在產(chǎn)業(yè)層面，產(chǎn)業(yè)鏈條已初步形成，產(chǎn)業(yè)發(fā)展具備良好的基礎(chǔ)。面向服務(wù)的商業(yè)模式創(chuàng)新活躍，個人和家庭市場應(yīng)用逐步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進入高速成長期。

3 頂層設(shè)計的概念與基本原則

3.1 頂層設(shè)計的概念

“頂層設(shè)計”這一概念源于軟件工程領(lǐng)域的“自頂向下、逐步求精”（Top-down Design）的設(shè)計思想。意思就是從宏觀、全局的系統(tǒng)設(shè)計開始，逐步向下細化求精，把復(fù)雜的問題分解成可以解決的子問題，每個子問題可以再進一步分解，直到問題簡單到可以很容易地解決。

“頂層設(shè)計”現(xiàn)已成為一個被各行各業(yè)廣泛使用的名詞，對其概念的理解略有不同。幾種有代表性的定義包括：

一是頂層設(shè)計是一個工程學(xué)概念，本義是統(tǒng)籌考慮項目各層次和各要素，追根溯源，統(tǒng)攬全局，在最高層次上尋求問題的解決之道[1]；

二是頂層設(shè)計是運用系統(tǒng)論的方法，從全局的角度，對某項任務(wù)或者某個項目的各方面、各層次、各要素統(tǒng)籌規(guī)劃，以集中有效資源，高效快捷地實現(xiàn)目標[2]；

三是頂層設(shè)計是一項工程“整體理念”的具體化，例如，要完成某一項大工程，就要實現(xiàn)理念一致、功能協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、資源共享、部件標準化等系統(tǒng)論的方法，從全局視覺出發(fā)，對項目的各個層次、要素進行統(tǒng)籌考慮[3]；四是頂層設(shè)計通俗地講就是指價值理念與操作實踐之間的藍圖[4]。

事實上，頂層設(shè)計代表的是一種系統(tǒng)論思想和全局觀念，其主要特征有三個：

一是頂層決定性，頂層設(shè)計是自高端向低端展開的設(shè)計方法，核心理念與目標都源自頂層，因此頂層決定底層，高端決定低端；

二是整體關(guān)聯(lián)性，頂層設(shè)計強調(diào)設(shè)計對象內(nèi)部要素之間圍繞核心理念和頂層目標所形成的關(guān)聯(lián)、匹配與有機銜接；

三是實際可操作性，設(shè)計的基本要求是表述簡潔明確，設(shè)計成果具備實踐可行性，因此頂層設(shè)計成果應(yīng)是可實施、可操作的。

3.2 頂層設(shè)計的基本原則

構(gòu)建一個既能體現(xiàn)發(fā)展戰(zhàn)略、明確工作計劃，又能實際可操作的頂層設(shè)計，確實存在很大的難度，根據(jù)頂層設(shè)計的特征，其基本方法主要包括以下幾點：

（1）統(tǒng)分結(jié)合，分層設(shè)計。一個區(qū)域或領(lǐng)域的頂層設(shè)計，由于涉及的部門眾多，業(yè)務(wù)關(guān)系復(fù)雜，單憑一個總體設(shè)計是難以做實的，因此可以通過設(shè)定若干設(shè)計層級，將原本一個難以理清的問題分解到不同層面去細化。比如，區(qū)域性的頂層設(shè)計可以有3 個層次的設(shè)計互相配合：第一個層面是本區(qū)域或領(lǐng)域的總體設(shè)計，第二個層面是對總體設(shè)計確定的重點業(yè)務(wù)或者重點方面分別進行設(shè)計，第三個層面是按照上一層次的要求，制定一個實施步驟。頂層設(shè)計層次的分解，也是一個任務(wù)分解的過程，形成一個內(nèi)在更為統(tǒng)一的頂設(shè)體系。

（2）著眼現(xiàn)狀，注重規(guī)劃。一個區(qū)域或領(lǐng)域的頂層設(shè)計，應(yīng)依托于該區(qū)域或領(lǐng)域的現(xiàn)狀，對現(xiàn)狀的梳理是做實頂層設(shè)計的前提。只有在每一個層次的設(shè)計上確定并圍繞關(guān)鍵現(xiàn)狀進行分析和統(tǒng)籌規(guī)劃，才能梳理需求、確定優(yōu)先級，制定出切實可行的可以依照操作的“行動指南”。

（3）重視架構(gòu)，加強標準。一個足夠“實在”的頂層設(shè)計，應(yīng)該有清晰的藍圖和明確的架構(gòu)。應(yīng)該對架構(gòu)給予盡可能詳盡的確定，同時要對其內(nèi)部邏輯關(guān)系作清晰的梳理和劃分。此外，應(yīng)在頂層設(shè)計的整個過程中加強“標準化”，一方面充分利用已有的標準，另一方面對新的標準提出新的需求，以實施和操作需求反過來思考對標準的需求，體現(xiàn)這樣思路的頂層設(shè)計應(yīng)該更具有可行性和可操作性。

（4）對標分析，制定戰(zhàn)略。一個體現(xiàn)先進方向的頂層設(shè)計，需要在規(guī)劃過程中進行標桿對比，借助于標桿管理的理論和方法，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。標桿法是通過標桿對比，找出差距，尋找不斷改進的途徑。

比較理想的方法是與競爭者比較，即使用競爭標桿來確認競爭者中最佳實務(wù)者，判斷其取得最佳實務(wù)的因素，以資借鑒，從而制定相應(yīng)戰(zhàn)略，建立起相應(yīng)的趕超目標。

4 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計的方法論

4.1 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計的內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)的頂層設(shè)計包括物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目標，架構(gòu)設(shè)計，解決方案藍圖，保障機制和實施路線。在進行物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計之前，應(yīng)首先明確物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計與智慧城市頂層設(shè)計之間的關(guān)系，物聯(lián)網(wǎng)是與智慧城市相輔相成的，智慧城市偏重于應(yīng)用，而物聯(lián)網(wǎng)則偏重于基礎(chǔ)設(shè)施，物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市的神經(jīng)元，離開了物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市就好似無源之水、無本之木。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計的思路

物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計總體規(guī)劃思路如下圖所示：

圖1 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計思路

頂層設(shè)計主要按照以下工作節(jié)點展開：背景資料收集、標桿研究、調(diào)研訪談、需求分析、戰(zhàn)略定位設(shè)計、架構(gòu)設(shè)計、實施方案等。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計方法論

4.3.1 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計常用方法

物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計與信息化頂層設(shè)計類似，所采用的常用方法也類似：

（1）能力分解法。采用自上而下進行分析與設(shè)計的思想方法；包括基于能力的需求分析、制定能力演進計劃、進行能力集成設(shè)計等內(nèi)容。

（2）體系結(jié)構(gòu)法。是國內(nèi)外信息化體系建設(shè)普遍應(yīng)用的頂層設(shè)計方法；注重采用規(guī)范化的設(shè)計過程，從多個視角對體系建設(shè)進行描述。

（3）發(fā)展路線法。注重體系演化分析，利用整體性的框架，采用多種決策分析方法、制定規(guī)范化的流程。

（4）風(fēng)險矩陣法。主要用于對采辦風(fēng)險和潛在影響進行評估；該方法重視成本、計劃、性能的綜合風(fēng)險分析與評估，可用于分析信息化建設(shè)有關(guān)因素之間的相互關(guān)系，評估和規(guī)避決策風(fēng)險。

4.3.2 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計方法論

物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計不能直接沿用任何一種視角或方法論，但應(yīng)有選擇的借鑒其中的分類方法、分析視角、參考模型、評估方法等方面的部分成熟理念，從而制定一套符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及架構(gòu)需求的方法論。

物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計主要內(nèi)容應(yīng)包括“摸清現(xiàn)狀、對標分析、戰(zhàn)略定位、繪制藍圖、實施路線”幾個方面。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計主要內(nèi)容

4.4 物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計方法論分階段闡釋

4.4.1 摸清現(xiàn)狀

摸清現(xiàn)狀不只是對城市或地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研，在進行物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計之前，應(yīng)首先對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的國家政策、地方政策予以收集整理，對物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展趨勢、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢進行研究，從而對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢進行研判，才能確保物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計達到的戰(zhàn)略高度。

通過制訂詳細的調(diào)研方案及調(diào)研計劃，對本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀進行調(diào)研，從而理清本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的優(yōu)勢與劣勢，以及存在的問題，對現(xiàn)狀的充分了解與認識，是物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計具有可落地性、可操作性的基礎(chǔ)。

4.4.2 對標分析

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步，目前在國內(nèi)及國際已有多個城市形成了具有各自城市特點的典型應(yīng)用，如無錫的物聯(lián)網(wǎng)特色小鎮(zhèn)、鷹潭的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園等，與先進城市的對標能迅速發(fā)現(xiàn)本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的差距，使我們在進行物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計時，戰(zhàn)略定位更加清晰，發(fā)展目標更加明確。

通過摸清現(xiàn)狀與對標分析，可以使物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計的需求更加明確。

4.4.3 戰(zhàn)略定位

物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計的戰(zhàn)略定位是要明確本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展思路和發(fā)展目標，城市發(fā)展的定位、目標及策略是智慧城市建設(shè)的目標，而智慧城市的建設(shè)目標是統(tǒng)領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)等各項基礎(chǔ)設(shè)施的“指揮棒”，物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計必須滿足智慧城市發(fā)展目標的業(yè)務(wù)需求。

物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計的戰(zhàn)略定位設(shè)計包括指導(dǎo)思想、基本原則、發(fā)展定位和目標、總體框架等內(nèi)容。

4.4.4 繪制藍圖

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略定位，提出本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)，并從系統(tǒng)、業(yè)務(wù)、安全和保障等幾個維度進行分析，形成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)架構(gòu)、安全架構(gòu)和標準、保障體系。

系統(tǒng)架構(gòu)：依據(jù)本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，提出新建或改建的基礎(chǔ)設(shè)施需求，依據(jù)“集約建設(shè)、資源共享、適度超前”的原則，設(shè)計開放、面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)。

業(yè)務(wù)架構(gòu)：依據(jù)本地區(qū)城市建設(shè)對物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，分析業(yè)務(wù)提供方、業(yè)務(wù)服務(wù)對象、業(yè)務(wù)服務(wù)渠道等多方面因素，梳理、構(gòu)建形成物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)。

安全架構(gòu)：依據(jù)信息安全相關(guān)標準規(guī)范，結(jié)合國家政策文件中有關(guān)網(wǎng)絡(luò)和信息安全治理要求，從規(guī)則、技術(shù)、管理等維度進行綜合設(shè)計，形成物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)。

標準和保障體系：結(jié)合本地區(qū)特點，在遵循國家行業(yè)及地方標準基礎(chǔ)上，形成可支撐當?shù)匚锫?lián)網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的標準及保障體系。

4.4.5 實施路線

實施路線是物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計可操作性的重要體現(xiàn)，在規(guī)劃實現(xiàn)路徑時，應(yīng)進行項目清單的分析與任務(wù)分解，明確每項重點項目，項目目標及建設(shè)內(nèi)容，項目投資，項目周期，建設(shè)運營模式，牽頭單位，參與單位，指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)分步推進，有序開展。

5 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計是一項龐雜的系統(tǒng)工程，而物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計與本地區(qū)智慧城市頂層設(shè)計密不可分，在編制物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計時，應(yīng)特別注重對現(xiàn)狀的分析，并結(jié)合與先進城市或地區(qū)的對標分析，才能使物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計具有戰(zhàn)略高度，并具有實際可操作性?！?/p>