物联网的概念及发展前景

Ⅱ　物联网的概念及发展前景

1　物联网的概念

物联网（Internet of Things）是在计算机互联网的基础上，利用标识技术、传感技术、有线和无线数据通信技术、自动控制技术等，构造一个覆盖世界上万事万物的网络，使得物体能够彼此自动地进行“交流”和“协调”而无须人的干预。

物联网的概念是美国麻省理工学院的Auto-ID中心在1999年提出的，但是其雏形早在越南战争时期就已经出现。在1968年北越发动规模空前的“春节攻势”以后的几年内，美军在胡志明小道等处先后投下几十万个震动和音响传感器，通过在空中盘旋的飞机接受传感器发送的无线信号，构成监视北越军队活动的实时战场信息网络。由于当时传感器配备的电源只能维持几周时间，加上北越军队采用驱赶牛群进行干扰以及训练猴群进行排除等对抗手段，使得该战场信息网络的效果大打折扣。

由于物联网的早期雏形是一个采集信息的传感器网络，所以现在也有人把物联网称为传感网（sensor network）。但实际上物联网和传感网在概念上并不相同，主要区别在于传感网只能够感知物体，而物联网除了感知以外还能够标识和控制物体；传感网是小范围的局域网或者专业网，而物联网则是互联网向物的延伸，是全国乃至全球范围的。因此，物联网是比传感网更大和更高级的概念。目前传感网层面的技术已经发展得比较成熟，而物联网层面的技术还处于早期探索阶段，真正的大规模应用还需要一段时间。

和物联网的概念很接近的是所谓“泛在网（Ubiquitous Network）”的概念。泛在网的概念是日本野村综合研究所前任理事长村上辉康在1999年提出的，主要流行于日、韩等国家，其定义是：泛在网的社会将是由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。根据这样的构想，泛在网将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”通信，即在任何时间（anytime）、任何地点（anywhere）、任何人（anyone）、任何物（anything）之间都能顺畅地通信。“4A”通信能力仅是泛在网社会的基础，更重要的是建立在泛在网之上的各种应用。因为目前设想中的泛在网和物联网的应用领域（智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电网等）基本相同，所以可以把泛在网看作是物联网的日、韩版本。

物联网将把新一代信息技术充分地运用在各行各业之中，具体地说，就是把必要的信息采集设备（如射频识别RFID装置、各种传感器、全球定位系统等）和作动设备（如继电器、伺服电机等），嵌入和装备到所有必要的人造和天然物体（如电网、油气管道、铁路、公路、桥梁、隧道、建筑、供水系统、大坝、火车、汽车、船舶、飞机、农田、森林、河流、湖泊、海洋、高山、沙漠、冰川、火山等）中，加上包括互联网在内的有线和无线信息传输系统以及采用云计算技术和超级计算机的信息处理系统，构成无所不在的实时信息采集、传输、储存和处理网络，实现人类社会与物理系统的网络整合。这个整合网络能够对人员、机器设备和基础设施实施实时和自动的管理和控制。在此基础上，人类将能够以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智能（smart）^[6]”状态，提高资源配置的效率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人类的社会活动（包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活）将发生翻天覆地的变化。人类正走向“物联网”时代，但这个过程可能需要几十年的时间。

2　发达国家对物联网的关注

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过物联网主动进行信息交换。射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。

2008年11月6日，IBM首席执行官彭明盛（Samuel J. Palmisano）在美国对外关系理事会的一次会议上作了题为《智慧的地球：下一代领导人议程》的讲话，指出世界正变得不仅更小、更扁平，而且“更智慧”，首次提出了“智慧地球（smarter planet）”这一概念。

2009年1月28日，刚刚就任美国总统的奥巴马与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，IBM首席执行官彭明盛在会上建议新政府结合经济刺激计划投资作为“智慧地球”重要组成部分的新一代的智慧型基础设施。奥巴马对此给予了积极的回应：“经济刺激资金将会投入到宽带网络和新兴技术中去，……这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。”

此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，并在世界范围内引起轰动，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，该策略认为IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把传感器和作动器嵌入到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”。

今天，“智慧地球”策略被不少美国人认为与当年催生互联网革命的“信息高速公路”战略有许多相似之处，同样被认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该策略能否掀起像当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。

2009年6月18日，欧盟的欧洲共同体委员会发表了题为《物联网——欧洲行动计划》的报告，估计全世界光是需要连接的“机器”就有500亿～700亿台，其中目前只有1%是已经连接的。该报告预计物联网将在未来5～15年内显著地改变人类社会的运行方式，并提出了欧盟需要采取行动的14个方面。

“物联网”被称为继计算机、互联网、移动通信网之后，全球信息产业的又一次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。

欧洲共同体委员会的报告认为，物联网的发展有几个重要趋势。一是规模性（scale），规模性有两重含义，既是指联网的物体数量越来越多，又是指联网的包括越来越小的物体，甚至最终包括纳米级的物体。二是流动性（mobility），联网的包括处于运动状态的物体，甚至处于高速运动状态的物体。三是异质性和复杂性（heterogeneity and complexity），联网的物体种类越来越多，涉及的应用也越来越多，因而互通性（interoperability）的问题会越来越突出。

美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年，世界上物与物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比1。因此，“物联网”是下一个万亿级的通信业务。

3　物联网在中国的发展前景

目前我国也在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。

2009年2月24日，IBM大中华区首席执行官钱大群在“2009IBM论坛”上公布了名为“智慧地球”的最新策略。针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，“智慧地球”这一策略将会产生更大的价值。

在策略发布会上，IBM还提出，如果在基础建设的执行中植入“智慧”的理念，不仅能够在短期内有力地刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。

钱大群表示，当今世界许多重大的问题如金融危机、能源危机和环境恶化等，实际上都可以用更加“智慧”的方式解决。全球经济形势低迷也孕育着未来的发展机遇，中国应该借此机遇开创新产业和新市场，加速发展，摆脱经济危机的影响。

目前，我国的无线通信网络已经覆盖了城乡，从繁华的城市到偏僻的农村，从海岛到珠穆朗玛峰，到处都有无线网络的覆盖。3G及以上级别的无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施，安置在各种天然和人造物体上的传感器产生的数字信号通过无处不在的无线网络不断传送出去，控制这些物体的数字信号则不断传送进来。而超级计算机和云计算技术的运用，使得对数以万亿计的各类物体进行实时动态管理成为可能。

在“物联网”这个全新产业中，我国的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。中科院早在1999年就启动了物联网研究，与其他国家相比具有同发优势。该院组成了2 000多人的团队，先后投入数亿元，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在全球物联网领域，中国与德国、美国、日本、韩国一起，成为国际标准制定的主导国。

业内专家表示，我国掌握“物联网”的国际话语权，不仅仅体现在技术领先，更在于我国是世界上少数几个能实现产业化的国家之一。作为世界首屈一指的制造业大国，以及正在经历人类历史上最大规模的工业化、城市化和基础设施建设进程的国家，中国在物联网技术的研发和应用上享有得天独厚的优势。

中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心是国内目前研究物联网的核心机构。2009年8月7日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对无锡微纳传感网工程技术研发中心予以高度关注。温家宝总理指出：“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。江苏省委省政府接到指示后认真落实总理的要求，突出抓好平台建设和应用示范工作，并迅速形成了研发与产业突破的先发优势。无锡市则作出部署，举全市之力，抢占新一轮科技革命制高点，把无锡建成传感网信息技术的创新高地、人才高地和产业高地。

2009年，无锡微纳传感网工程技术研发中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用，首批价值1 500万元的传感安全防护设备销售成功，这套设备由10万个微小的传感器组成，散布在墙头、墙角、墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息，分析判断爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。在多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。由于效率高于美国和以色列的防入侵产品，国家民航总局正式发文，要求全国民用机场都要采用国产传感网防入侵系统。截至2009年8月，仅浦东机场直接采购传感网产品金额就高达4 000多万元，加上配件共5 000万元。据估计，若全国近200家民用机场都加装防入侵系统，将产生上百亿元的市场规模。

中国移动总裁王建宙多次强调，物联网将成为中国移动未来的发展重点。他表示将会邀请中国台湾生产RFID、传感器和条形码的厂商和中国移动合作。据他介绍，运用物联网技术，上海移动已为多家行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。作为形式多样的物联网应用在各行各业大显神通的先导，上海移动目前已将超过10万个芯片装载在出租车、公交车上，确保城市交通的有序运作。在上海世博会期间，“车务通”将全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅。面向物流企业运输管理的“e物流”，将为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务，大大提升物流企业综合竞争能力。

此外，在“物联网”普及以后，用于动物、植物和机器、物体的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，最近几年就需要数以亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。

4　智能电网

未来的智能电网就是物联网的一个重要的子系统，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过应用先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的自动控制技术以及先进的决策支持系统技术，实现电网的可靠、安全、经济、高效和环境友好的目标。其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪消费者需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入以及资产的优化高效运行。

预计到2030年前后，中国将初步建成一个覆盖其主要经济地带的智能电网，它不但包括常规能源（煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能）电厂和电网，而且包括非常规能源（风能、太阳能、潮汐能）电厂以及所有主要用电设备。利用传感器对发电、输电、配电、供电、用电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合，智能电网将在供给端实时地监测和预测影响发电的各种人为和自然因素，如煤炭、石油、天然气、浓缩铀的价格、生产、消费、库存和运输，水库的水位，影响非常规能源发电的风力、日照和潮位，发电输电设备的建设和维修；并相应地在需求端监测和预测影响用电的各种人为和自然因素。

智能电网的功效一是提高经济性，能够充分利用物联网的信息采集、传输、处理功能和自动控制功能，充分发挥市场机制的作用，通过分类浮动的智能价格（smart price），实现电力的生产者和使用者的最优互动、匹配甚至互相转化，从而最大限度地提高电力系统的效率。

在智能电网中，消费者将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进消费者参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一个重要特征。从智能电网的角度来看，消费者的需求是可以通过价格进行管理的资源，充分发挥价格机制的作用将有助于平衡供求关系，确保系统的可靠性；从消费者的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。在智能电网中，消费者将根据其电力需求和电力系统满足其需求的能力的平衡来调整其消费。同时需求响应计划将满足消费者在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电力需求的能力，使电力公司尽量减少资本开支和营运开支，通过降低线损和减少效率低下的调峰电厂的运营，同时也提供了大量的环境效益。在智能电网中，和消费者建立的双向实时的通信系统是实现鼓励和促进消费者积极参与电力系统运行和管理的基础。

实际上，消费者的日常电力消费管理是由智能电表自动进行的。智能电表不断接受实时电价预报、电网目前的状况、计划停电信息以及其他一些服务的实时和预报信息，并根据这些信息制定电力消费方案。电力消费者只需要在入网的时候以及电力消费模式发生永久性变动的时候才需要进行人工干预。

电力消费者可以通过提高需求的分类等级来实现电力消费成本的最小化。因为消费者对电力消费的管理可以细化到每个用电装置，所以可以通过协调各个用电装置的电力消费来提高需求的等级。消费者也可以通过和其他消费者进行电力消费的协调来提高需求的等级。消费者还可以通过添置储电储能设备来提高需求的等级。消费者还可以通过添置自备发电设备，即成为电力市场的产销一体者（prosumer），来提高需求的等级。相应地，电力生产者也可以通过对电力生产的精细管理和添置储电设备来提高供给的分类等级，甚至也可以通过建设需求高度灵活的用电设备成为电力市场的产销一体者。这样一来，电力市场就将成为自我优化和有机发展的智能市场（smart market）。

二是提高可靠性，遇到电力供应低谷和电力需求高峰时，智能电网能够在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口，从而达到对整个电力系统运行的优化管理；遇到自然灾害或者人为的物理攻击和网络攻击时，能够相应地及时启动和关闭必要的设备，从而最大限度地降低损失和最快地恢复正常供电。

由于智能电网通过智能价格鼓励消费者和生产者通过添置储电设备等来提高需求和供给的等级，这也就提高了电力系统的可靠性。

三是提高环保性，智能电网能够将受自然因素影响波动大的清洁能源接入电网，如太阳能、风能、潮汐能等，实现分布式能源管理，最大限度地提高清洁能源的利用率，降低二氧化碳和其他污染物的排放。智能电网能够根据物联网中的气象信息中心对影响非常规能源发电的风力、日照、潮位等的预报，预测各地区各时段的清洁电力供给的自然波动，然后通过电力价格预报调节清洁电力和非清洁电力的供给和需求，从而实现清洁能源的充分利用。

由于智能电网能够自动收集、存储和分析电力生产者、电力消费者和电力产销一体者对电力价格的反应数据，也就是说掌握电力供给函数和消费函数，因而能够准确预测电力的供给和需求，准确设定实现供需平衡的电力供给价格和需求价格。

智能电网不仅能够优化现有电力系统的运行，而且能够优化电力系统的发展建设。新增的或者扩容的电力生产者、电力消费者和电力产销一体者都必须根据智能电网的智能电价来进行决策，从而使得电力系统的规模扩张必然导致其效率提高，实现内涵发展。

根据潘晔：《新传感网产业“物联网”孕育新经济增长点》；腾讯科技：《温家宝指导传感网发展，力争主导制定国际标准》；洪晓红、孙权：《无锡“联姻”北邮大，吹响中国“物联网”建设先锋号》；刘晓午：《物联网时代到来了吗》；何学民：《“智能电网”的最新动向和最新思路》；百度百科：《物联网》；互动百科：《智能电网》；ITU：ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things；Commission of the European Communities：Internet of Things：An action plan for Europe；Adam Christensen：Economic Stimulus Remarks from IBM's CEO at the White House；Michael Chui，Markus Löffler and Roger Roberts：The Internet of Things等编写。

【注释】

[1]根据我国《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的界定，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等。

[2]参见《未来五年中国汽车市场的新机遇》，http：//auto.qq.com/a/20090905/000160.htm。

[3]拓墣产业研究所（TRI），原报告参见：http：//www.mysolar.com.cn/html/shichang/2009/0206/8311. html。

[4]本小节的主要内容摘自闫洪：《国内外集成电路技术发展现状与差距》，载《电子元器件资讯》，2007年第5期。

[5]以下统计数据中，有关IC设计业的数据不包括整机生产企业内部的产值，因此可能低估了中国IC设计业的整体规模。

[6]smart的汉译有多种，包括“聪明”、“智慧”、“智能”、“灵巧”等。本文除引文外，统一译为“智能”。