航天物联网发展系列研究报告第一期.docx

1、航天物联网发展系列研究报告第一期物联网发展情报研究系列报告（一）主办单位：上海航天技术研究院研发部承办单位：上海航天技术基础所2011年4月基础篇：物联网与物联网产业第一章：物联网概述1、物联网的定义物联网（Internet Of Things）概念的提出已经有十余年的历史，并在世界范围内引起越来越高的关注。在国内，随着政府对物联网产业关注和支持力度的显著提高，物联网已经逐渐从产业愿景走向现实应用。但由于物联网的概念一直以来缺乏清晰可辨识的定义，以及一些利益相关方针对这一概念进行基于自身利益的解读，使得市场各方对其内涵和外延认识不清，这既造成了产业应用界、技术投资界和证券市场在投资方向上的混乱

2、，也可能使政府的支持方向产生偏差。物联网的概念是1999年提出的。过去在中国，物联网被称之为传感网。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些实用的传感网。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，正式提出了“物联网”的概念。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因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日

3、常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联盟(ITU)2005 年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。2009年9月，在北京举办的物联网与企业环境中欧研讨会上，欧盟委员会信息和社会媒体司RFID部门负责人给出了欧盟对物联网的定义：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝

4、整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道构成未来互联网。根据国内外机构与专家的物联网定义，简单的归纳总结：物联网就是“物物相连的智能互联网”。这有三意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯，第三，该网络具有智能属性，可进行智能控制、自动监测与自动操作。更具体一点，物联网（The Internet of things）是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定

5、位、跟踪、监控和管理的一种网络。这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：1、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有CPU；5、要有操作系统；6、要有专门的应用程序；7、要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。图1 物联网引入第三维连接（资料来源：日信证券）2、物联网基本原理“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施

6、，在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。在物联网上，通过对所有身边的实际事物安装智能芯片，利用射频自动识别(RFID)等技术，让物品能“开口说话”，告知其余人或物有关的静态、动态信息。标签中存储着规范而具有互用性的信息。再通过光电式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等传感装置，借助有线、无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。图2 物联网 物品静态数据识别与交换技术逻辑简图3、物联网发展远景物联网用途广泛，遍及智能交通、航空

7、航天、汽车物流、环境监控、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。2011年3月11日，日本东北部海域发生里氏8.8级地震，并引发巨大的海啸，地震及海啸造成损失惨重。值得思考的是，今后如何防患于未然把损失降到最小，如何利用现代手段加强防灾减灾？蓬勃发展的物联网技术，今后在防灾减灾中又应该扮演什么角色？英国科学家已经在研究如何使用RFID和传感器来监控地震中的房屋，如果研制成功，将大大缓解灾害损失。他们把已建成在希腊的原型称为自治愈房屋。这种房屋在墙中专门设计了缝隙空间，并且墙体中加入了可在强压下变为流体的

8、材料。如果受到地震引起的压力，流体回流到缝隙中，不会对固体墙面产生影响。其结果是，房屋依旧存在，但可能会移动位置。如果建筑没有坍塌，通过RFID和传感器收集的数据会用来判别位置偏移量。此外，建筑中的RFID标签和传感器可以共同构建一套警报系统，来预警即将到来的地震。如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。人类可以以更加精细化和动态化的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。EPOSS在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段：2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售

9、和制药领域，20102015年物体互联，20152020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。 具体情况如下：表1 未来物联网的发展2010年前2010-2015年2015-2020年 2020年后 技术愿景 单个物体间互联 物物间联网； 无处不在的标签和传感器网络 半智能化； 标签、物件可执行指令 全智能化 标准化 RFID安全隐私标准；确定无线频带； 分布式控制处理协议针对特定产业的标准； 交互式协议和交互频率； 电源和容错协议 网络交互标准；智能器件间系统 智能相应行为标准；健康安全 产品化应用 RFID在物流、零售、医疗产业应用； 建立不同系统间交互的框架（协议和频率）增

10、加互操作性、 分布式控制及分布式数据库； 特定融合网络； 恶劣环境下应用 分布式代码执行； 全球化应用； 自适应系统； 分布式存储、 分布式处理 人、物、服务网络的融合； 产业整合； 异质系统间应用 器件 更小、更价廉标签、传感器、主动系统；智能多波段射频天线提高信息容量、 感知能力；拓展标签、读取设备、 高频传输速度； 片上集成射频； 与其他材料整合 超高速传输；、具有执行能力标签；智能标签；自主标签；协同标签； 新材料 更廉价材料； 新物理效应； 可生物降解器件；纳米功率处理组件功耗 低功耗芯片组； 降低能源消耗； 低功耗芯片组； 超薄电池； 电源优化系统 改善能量管理； 提高电池性能；

11、能量捕获（储能、光伏）；印刷电池；超低功耗芯片组 可再生能源； 多种能源来源；能量捕获；恶劣环境下发电； 能量循环利用 能量捕获； 生物降解电池； 无线电力传输 4、物联网发展对经济影响有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30：1，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的业务。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、中国等都在投入巨资深入研究探

12、索物联网。我国也正在高度关注、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组织开展攻关，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。在“物联网”普及以后，用于动物、植物和机器、物品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，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按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。表2 传统产业与物联网产业对比表3 中国物联网行业应用市场规模预测（亿元）医疗电力安防交通环境金融物流其他合计2011年28042

13、078045010024023050030002012年450620100055018033035082043002015年120011001500100030055065012007500第二章：国外现状目前，国外对物联网的研发、应用主要集中在美、欧、日、韩等少数国家，其最初的研发方向主要是条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域应用，而随着RFID、传感器技术、近程通信以及计算技术等的发展，近年来其研发、应用开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施、航天航空、军事等领域。1、国外物联网发展现状1）欧盟 2009年，欧盟执委会发表了题为“Internet of Things -An ac

14、tion plan for Europe”的物联网行动方案，描绘了物联网技术应用的前景，并提出要加强欧盟政府对物联网的管理，消除物联网发展的障碍。行动方案提出以下政策建议：（1）加强物联网管理，包括：制定一系列物联网的管理规则；建立一个有效的分布式管理（decentralised management）架构，使全球管理机构可以公开、公平、尽责的履行管理职能。（2）完善隐私和个人数据保护，包括：持续监测隐私和个人数据保护问题，修订相关立法，加强相关方对话等；执委会将针对个人可以随时断开联网环境（the silence of the chips）开展技术、法律层面的辩论。（3）提高物联网的可信度（

15、Trust）、接受度（Acceptance）、安全性（Security）。（4）推广标准化，执委会将评估现有物联网相关标准并推动制定新的标准，持续监测欧洲标准组织（ETSI、CEN、CENELEC）、国际标准组织（ISO、ITU）以及其它标准组织（IETF、EPC global等）物联网标准的制定进度，确保物联网标准的制定是在各相关方的积极参与下，以一种开放、透明、协商一致的方式达成。（5）加强相关研发，包括：通过欧盟第7期科研框架计划项目（FP7）支持物联网相关技术研发，如微机电、非硅基组件、能量收集技术（energy harvesting technologies）、无所不在的定位（ubi

16、quitous positioning）、无线通信智能系统网（networks of wirelessly communicating smart systems）、语义学（Semantics）、基于设计层面的隐私和安全保护（privac- and security- by design）、软件仿真人工推理（software emulating human reasoning ）以及其它创新应用，通过公私伙伴模式（PPP）支持包括未来互联网（Future Internet）等在内项目建设，并将其作为刺激欧洲经济复苏措施的一部分。（6）建立开放式的创新环境，通过欧盟竞争力和创新框架计划（CIP）

17、利用一些有助于提升社会福利的先导项目推动物联网部署，这些先导项目主要包括e-health、e-accessibility、应对气候变迁、消除社会数字鸿沟等。（7）增强机构间协调，为加深各相关方对物联网机遇、挑战的理解，共同推动物联网发展，欧盟执委会定期向等欧洲议会、欧盟理事会、欧洲经济与社会委员会、欧洲地区委员会、数据保护法案29工作组等相关机构通报物联网发展状况。（8）加强国际对话，加强欧盟与国际伙伴在物联网相关领域的对话，推动相关的联合行动、分享最佳实践经验。（9）推广物联网标签、传感器在废物循环利用方面的应用。（10）加强对物联网发展的监测和统计，包括对发展物联网所需的无线频谱的管理、对

18、电磁影响等管理。2）美国 美国非常重视物联网的战略地位，在国家情报委员会（NIC）发表的2025对美国利益潜在影响的关键技术报告中，将物联网列为六种关键技术之一。美国国防部在2005年将“智能微尘”（SMARTDUST）列为重点研发项目。国家科学基金会的“全球网络环境研究”（GENI）把在下一代互联网上组建传感器子网作为其中重要一项内容。2009年2月17日，奥巴马总统签署生效的2009年美国恢复与再投资法案中提出在智能电网、卫生医疗信息技术应用和教育信息技术进行大量投资，这些投资建设与物联网技术直接相关。物联网与新能源一道，成为美国摆脱金融危机振兴经济的两大核心武器。美国在物联网的发展方面再

19、次取得优势地位，EPCglobal标准已经在国际上取得主动地位，许多国家采纳了这一标准架构。并且，美国在物联网技术研究开发和应用方面一直居世界领先地位，RFID技术最早在美国军方使用，无线传感网络也首先用在作战时的单兵联络。新一代物联网，网格计算技术等也首先在美国开展研究，新近开发的各种无线传感技术标准主要由美国企业所掌控。在智能微机电系统（MEMS）传感器开发方面，美国也领先一步。例如，佛罗里达大学和飞思卡尔半导体公司开发的低功耗、低成本的MEMS运动传感器、Rutgers大学开发的多模无线传感器（MUSE）多芯片模块、伊利诺斯州Urbaba-Champaign大学开发的热红外（IR）无线M

20、EMS传感器等，这些技术将为物联网发展奠定良好的基础。在国家层面上，美国在更大方位地进行信息化战略部署，推进信息技术领域的企业重组，巩固信息技术领域的垄断地位；在争取继续完全控制下一代互联网（IPv6）的根服务器的同时，在全球推行EPC标准体系，力图主导全球物联网的发展，确保美国在国际上的信息控制地位。表3 近年美国振兴经济法案中与ICT相关计划整理3）韩国自1997年起，韩国政府出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策，如下表。达成上述政策目标，实现建设u化社会的愿景，韩国政府持续推动各项相关基础建设、核心产业技术发展，RFID/USN（传感器网）就是其中之一。韩国政府最早在“u-IT 83

21、9”计划就将RFID/USN列入发展重点，并在此后推出一系列相关实施计划。目前，韩国的RFID发展已经从先导应用开始全面推广，而USN也进入实验性应用阶段。在此基础上，2009年韩国通信委员会出台了物联网基础设施构建基本规划，将物联网市场确定为新增长动力。物联网基础设施构建基本规划提出到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息通信技术强国”的目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。表4 韩国政府信息化相关产业政策图2 韩国RFID/USN相关推进计划4）日本 上世纪90年代中期

22、以来，日本政府相继制定了e-japan、u-japan、i-japan等多项国家信息技术发展战略，从大规模开展信息基础设施建设入手，稳步推进，不断拓展和深化信息技术的应用，以此带动本国社会、经济发展。其中，日本的u-japan、i-japan战略与当前提出的物联网概念有许多共通之处。2008年，日本总务省提出“u-Japan xICT”政策。“x”代表不同领域乘以ICT的含义，一共涉及三个领域“产业xICT”、“地区xICT”、“生活（人）xICT”。将u-Japan政策的重心从之前的单纯关注居民生活品质提升拓展到带动产业及地区发展，即通过各行业、地区与ICT的深化融合，进而实现经济增长的目的

23、。“产业 xICT”也就是通过ICT的有效应用，实现产业变革，推动新应用的发展；“地区 xICT”也就是通过ICT以电子方式联系人与地区社会，促进地方经济发展；“生活（人） xICT”也就是有效应用ICT达到生活方式变革，实现无所不在的网络社会环境。2009年7月，日本IT战略本部颁布了日本新一代的信息化战略“i-Japan”战略，为了让数字信息技术融入每一个角落，首先将政策目标聚焦在三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育，提出到2015年，透过数位技术达到“新的行政改革”，使行政流程简化、效率化、标准化、透明化，同时推动电子病历、远程医疗、远程教育等应用的发展。第三章

24、：国内现状1、中国发展物联网的机遇中国发展物联网有如下优势：第一，我国早在1999年就启动了物联网核心技术传感网技术研究，研发水平处于世界前列，成为目前能够实现物联网完整产业链的国家之一；在物联网基础设施方面，我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持；在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高；在经济实力上，我国已经成为世界第三大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。第二、国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。目前我国的技术研发水平已处于世界前列，中科院早在10年前就

25、启动了传感网研究，先后投入数亿元，目前中国与德国、美国、英国、韩国等国一起，成为国际标准制定的主要国家之一。 第三、中国已经攻克了物联网的核心技术。2009年10月24日，在中国第四届中国民营科技企业博览会上，西安优势微电子公司宣布：中国的第一颗物联网的中国芯“唐芯一号”芯片研制成功，唐芯一号芯片是一颗2.4G超低功耗射频可编程片上系统PSoC，可以满足各种条件下无线传感网、无线个域网、有源RFID等物联网应用的特殊需要，为我国的物联网产业的发展奠定了基础。第四、中国在物联网领域享有国际话语权。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

26、络的覆盖。无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施，安置在动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送出去。“云计算”技术的运用，使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。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，与其它国家相比具有同发优势。目前中国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，已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。2、中国发展物联网的挑战中国发展物联网有以下几方面的挑战：1）国家安全问题中国大型企业、政府机构，如果与国外机构，进行项目合作，如何确保

27、企业商业机密、国家机密不被泄漏？这不仅是一个技术问题，而且还涉及到国家安全问题，必须引起高度重视。2）隐私问题在物联网中，射频识别技术是一个很重要的技术。在射频识别系统中，标签有可能预先被嵌入任何物品中，比如人们的日常生活物品中，但由于该物品（比如衣物）的拥有者，不一定能够觉察该物品预先已嵌入有电子标签以及自身可能不受控制地被扫描、定位和追踪，这势必会使个人的隐私问题受到侵犯。因此，如何确保标签物的拥有者个人隐私不受侵犯便成为射频识别技术以至物联网推广的关键问题。而且，这不仅仅是一个技术问题，还涉及到政治和法律问题。这个问题必须引起高度重视并从技术上和法律上予以解决。造成侵犯个人隐私问题的关键

28、在于射频识别标签的基本功能：任意一个标签的标识（ID）或识别码都能在远程被任意的扫描，且标签自动地，不加区别地回应阅读器的指令并将其所存储的信息传输给阅读器。这一特性可用来追踪和定位某个特定用户或物品，从而获得相关的隐私信息。这就带来了如何确保嵌入有标签的物品的持有者个人隐私不受侵犯的问题。3）物联网的政策和法规物联网不是一个小产品，也不是只是一个小企业可以做出来，做起来，它不仅需要技术，更是牵涉到各个行业，各个产业，需要多种力量的整合。这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策法规，保证行业的正常发展。对于复杂的物联网，必须有政府的政策支持，政府必须要有专门人和

29、专门的机构研究和协调，才能有真正意义的发展。4）技术标准的统一与协调互联网发展到今天，有一件事是解决的非常好，就是标准化问题解决的非常好，全球进行传输的协议TCP/IP协议，路由器协议，终端的构架与操作系统，这些都解决的非常好，因此，可以在全世界任何一个角落，使用每一台电脑连接到互联网中去，可以很方便的上网。物联网发展过程中，传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现，可能会采用不同的技术方案。如果各行其是，那结果是灾难的，大量的小而破的专用网，相互无法连通，不能进行联网，不能形成规模经济，不能形成整合的商业模式，也不能降低研发成本。因此，尽快统一技术标准，形成一个管理机制，这是物联网马上就要

30、面对问题，开始时，这个问题解决得好，以后就很容易，开始解决不好，积重难返，那么以后问题就很难解决。5）管理平台问题物联网的价值在什么地方？在于网，而不在于物。传感是容易的，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。因此，建立一个全国性的，庞大的，综合的业务管理平台，把各种传感信息进行收集，进行分门别类的管理，进行有指向性的传输，这就是一个大问题。一个小企业甚至都可以开发出传感技术，开发出传感应用。但是一个小企业没有办法建立起一个全国性高效率的网络。没有这个平台，各自为政的结果一定是效率低，成本高，很难发展起来，也很难起到效果。6）安全问题物联网目前的

31、传感技术是有可能被任何人进行感知的，它对于产品的主人而言，有这样的一个体系，可以方便的进行管理。但是，它也存在着一个巨大的问题，其他人也能进行感知，比如产品的竞争对手，那么如何做到在感知、传输、应用过程中，这些有价值的信息可以为我所用，却不被别人所用，尤其不被竞争对手所用。这就需要在安全上下功夫，形成一套强大的安全体系。现在应该说，会有哪些安全问题出现，如何应对这些安全问题，怎么进行屏蔽都是一些非常复杂的问题，甚至是不清晰的。但是这些问题一定值得注意，尤其是这个管理平台的提供者。安全问题解决不好，有一天可能有价值的物联网会成为给竞争对手提供信息方便的平台，那么它的价值就会大大的打折扣，也不会有企业愿意和敢于去使用。7）应用的开发问题物联网的价值不是一个可传感的网络，而是必须各个行业参与进来进行应用，不同行业，会有不同的应用，也会有各自不同的要求，这些必须根据行业的特点，进行深入的研究和有价值的开发。这些应用开发不能依靠运营商，也不能仅仅依靠所谓物联网企业，因为运营商和技术企业都无法理解行业的要求和这个行业具体的特点。很大程度上，这是非常难的一步，也是需要时间来等待。需要一个物联网的体系基本形