物联网 The Internet of Things

当前的互联网只限于信息共享，网络则被认为是互联网发展的第三阶段。网络可以构造地区性的网络、企事业内部网络、局域网网络，甚至家庭网络和个人网络。网络的根本特征并不一定是它的规模，而是资源共享，消除资源孤岛。 网络技术具有很大的应用潜力，能同时调动数百万台计算机完成某一个计算任务，能汇集数千科学家之力共同完成同一项科学试验，还可以让分布在各地的人们在虚拟环境中实现面对面交流。 发展历程 网络研究起源于过去十年美国政府资助的高性能计算科研项目。这项研究的目标是将跨地域的多台高性能计算机、大型数据库、大型的科研设备、通信设备、可视化设备和各种传感器等整合成一个巨大的超级计算机系统，以支持科学计算和科学研究。 微软公司把开发力量集中在数据网络上，关注使用网络共享信息，而不是网络的计算能力，这反映了学术和研究领域内的分歧。事实上，很多用于学术领域的网络技术都能够成为商业应用。 Argonne Globus是美国阿贡（Argonne）国家实验室的网络技术研发项目，全美12所大学和研究机构参与了该项目。Globus对资源管理、安全、信息服务及数据管理等网络计算的关键理论进行研究，开发能在各种平台上运行的网络计算工具软件，帮助规划和组建大型的网络试验平台，开发适合大型网络系统运行的大型应用程序。 目前，Globus技术已在美国航天局网络、欧洲数据网络、美国国家技术网络等8个项目中得到应用。2005年8月，美国国际商用机器公司（IBM）宣布投入数十亿美元研发网络计算，与Globus合作开发开放的网络计算标准，并宣称网络的价值不仅仅限于科学计算，商业应用也有很好的前景。网络计算和Globus从开始幕后走到前台，受到前所未有的关注。 中国非常重视发展网络技术，由863计划“高性能计算机及其核心软件”重大专项支持建设的中国国家网络项目在高性能计算机、网络软件、网络环境和应用等方面取得了创新性成果。具有18万亿次聚合计算能力、支持网络研究和网络应用的网络试验床——中国国家网络，已于2005年12月21日正式开通运行。这意味着通过网络技术，中国已能有效整合全国范围内大型计算机的计算资源，形成一个强大的计算平台，帮助科研单位和科技工作者等实现计算资源共享、数据共享和协同合作。 关键技术 网络的关键技术有网络结点、宽带网络系统、资源管理和任务调度工具、应用层的可视化工具。网络结点是网络计算资源的提供者，包括高端服务器、集群系统、MPP系统大型存储设备、数据库等。宽带网络系统是在网络计算环境中，提供高性能通信的必要手段。资源管理和任务调度工具用来解决资源的描述、组织和管理等关键问题。任务调度工具根据当前系统的负载情况，对系统内的任务进行动态调度，提高系统的运行效率。网络计算主要是科学计算，它往往伴随着海量数据。如果把计算结果转换成直观的图形信息，就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难。这需要开发能在网络计算中传输和读取，并提供友好用户界面的可视化工具。 研究现状 网络计算通常着眼于大型应用项目，按照Globus技术，大型应用项目应由许多组织协同完成，它们形成一个“虚拟组织”，各组织拥有的计算资源在虚拟组织里共享，协同完成项目。对于共享而言，有价值的不是设备本身而是实体的接口或界面。 从技术角度看，共享是资源或实体间的互 *** 作。Globus技术设定，网络环境下的互 *** 作意味着需要开发一套通用协议，用于描述消息的格式和消息交换的规则。在协议之上则需要开发一系列服务，这与建立在TCP/IP（传输控制协议/网际协议）上的万维网服务原理相同。在服务中先定义应用编程接口，基于这些接口再构建软件开发工具。 Globus网络计算协议建立在网际协议之上，以网际协议中的通信、路由、名字解析等功能为基础。Globus协议分为构造层、连接层、资源层、汇集层和应用层五层。每层都有各自的服务、应用编程接口和软件开发工具、上层协议调用下层协议的服务。网络内的全局应用都需通过协议提供的服务调用 *** 作系统。 构造层功能是向上提供网络中可供共享的资源，是物理或逻辑实体。常用的共享资源包括处理能力、存储系统、目录、网络资源、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。连接层是网络中网络事务处理通信与授权控制的核心协议。构造层提交的各资源间的数据交换都在这一层控制下实现的。各资源间的授权验证、安全控制也在此实现。资源层的作用是对单个资源实施控制，与可用资源进行安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数据。 汇集层的作用是将资源层提交的受控资源汇集在一起，供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制，汇集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网络启动、负荷控制、账户管理等多种功能。应用层是网络上用户的应用程序，它先通过各层的应用编程接口调用相应的服务，再通过服务调用网络上的资源来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数。为便于网络应用程序的开发，需要构建支持网络计算的库函数。 目前，Globus体系结构已为一些大型网络所采用。研究人员已经在天气预报、高能物理实验、航空器研究等领域开发了一些基于Globus网络计算的应用程序。虽然这些应用仍属试验性质，但它证明了网络计算可以完成不少超级计算机难以胜任的大型应用任务。可以预见，网络技术将很快掀起下一波互联网浪潮。面对即将到来的第三代互联网应用，很多发达国家都投入了大量研究资金，希望能抓住机遇，掌握未来的命运。 中国也加强了网络方面的投入。中科院计算所为自己的网络起名为“织女星网络”（Vega Grid），目标是具有大规模数据处理、高性能计算、资源共享和提高资源利用率的能力。与国内外其他网络研究项目相比，织女星网络的最大特点是“服务网络”。中国许多行业，如能源、交通、气象、水利、农林、教育、环保等对高性能计算网络即信息网络的需求非常巨大。预计在最近两三年内，就能看到更多的网络技术应用实例。 应用领域 网络技术的应用领域很广，主要有以下几方面。 分布式超级计算 分布式超级计算将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来，并用网络中间件软件“粘合”起来，形成比单台超级计算机强大得多的计算平台。 分布式仪器系统 分布式仪器系统使用网络管理分布在各地的贵重仪器系统，提供远程访问仪器设备的手段，提高仪器的利用率，方便用户的使用。 数据密集型计算并行计算技术往往是由一些计算密集型应用推动的，特别是一些带有巨大挑战性质的应用，大大促进了对高性能并行体系结构、编程环境、大规模可视化等领域的研究。数据密集型计算的应用比计算密集型的应用多得多，它对应的数据网络更侧重于数据的存储、传输和处理，计算网络则更侧重于计算能力的提高。在这个领域独占鳌头的项目是欧洲核子中心开展的数据网络（DataGrid）项目，其目标是处理2005年建成的大型强子对撞机源源不断产生的PB/s量级实验数据。 远程沉浸 这是一种特殊的网络化虚拟现实环境。它是对现实或历史的逼真反映，对高性能计算结果或数据库可视化。“沉浸”是指人可以完全融入其中：各地的参与者通过网络聚集在同一个虚拟空间里，既可以随意漫游，又可以相互沟通，还可以与虚拟环境交互，使之发生改变。目前，已经开发出几十个远程沉浸应用，包括虚拟历史博物馆、协同学习环境等。远程沉浸可以广泛应用于交互式科学可视化、教育、训练、艺术、娱乐、工业设计、信息可视化等许多领域。 信息集成 网络最初是以集成异构计算平台的身份出现，接着进入分布式海量数据处理领域。信息网络通过统一的信息交换架构和大量的中间件，向用户提供“信息随手可得”式的服务。网络信息集成将更多应用在商业上，分布在世界各地的应用程序和各种信息通过网络能进行无缝融合和沟通，从而形成崭新的商业机会。 信息集成如信息网络、服务网络、知识网络等，是近几年网络流行起来的应用方向。2002年，Globus联盟和IBM在全球网络论坛上发布了开放性网络服务架构及其详细规范，把Globus标准与支持商用的万维网服务标准结合起来。2004年，Globus联盟、IBM和惠普（HP）等又联合发布了新的网络标准草案，把开放性网络服务架构详细规范I转换成6个用于扩展万维网服务的规范，网络服务已与万维网服务彻底融为一体，标志着网络商用化时代的来临。 网络技术的发展，标准是关键。就像TCP/IP协议是因特网的核心一样，构建网络计算也需要对核心——标准协议和服务进行定义。目前，一些标准化团体正在积极行动。迄今为止，网络计算虽还没有正式的标准，但在核心技术上，相关机构与企业已达成一致，由美国阿贡国家实验室与南加州大学信息科学学院合作开发的Globus 计算工具软件已成为网络计算实际的标准，已有12家著名计算机和软件厂商宣布将采用Globus 计算工具软件。作为一种开放架构和开放标准基础设施，Globus 计算工具软件提供了构建网络应用所需的很多基本服务，如安全、资源发现、资源管理、数据访问等。目前所有重大的网络项目都是基于Globus 计算工具软件提供的协议与服务的。 除了标准以外，安全和可管理性、人才的缺乏也是网络计算亟待解决的一个问题，否则它将无法成为企业的商业架构。在真正实现商业应用之前，还需要解决许多问题。即便如此，构建全球网络的前景仍是无法抗拒的。 主要功能 一般来说，计算机网络可以提供以下一些主要功能： 资源共享 网络的出现使资源共享变得很简单，交流的双方可以跨越时空的障碍，随时随地传递信息。 信息传输与集中处理 数据是通过网络传递到服务器中，由服务器集中处理后再回送到终端。 负载均衡与分布处理 负载均衡同样是网络的一大特长。举个典型的例子：一个大型ICP（Internet内容提供商）为了支持更多的用户访问他的网站，在全世界多个地方放置了相同内容的>

作者：郑琼洁 刘 勇

近年来江苏省物联网产业规模保持25%以上的增长率，物联网产业整体规模位居全国前列。截至2019年，全省物联网相关产业规模近7000亿元，形成了以支撑层、感知层、传输层、平台层和应用层为代表的物联网产业结构。其中，应用层的占比不断增加，涌现出一批有技术、有市场、上规模的物联网企业，全省物联网企业已超3000家，年销售收入10亿元以上的企业达到40余家，从业人员达到30余万人。江苏物联网产业发展先发优势不断凸显、规模效应与集聚效应不断凸显、产业布局持续优化、产业链条不断延展、骨干企业的龙头效应不断显现，自主创新能力不断增强，尤其是在国际物联网产业标准制定中占据了重要的地位，已成为江苏产业发展的高地和区域名片。

与此同时，有三大因素制约江苏物联网产业的发展。

（一）技术与市场对接不畅，骨干企业创新带动力不强

近年来，江苏物联网企业数量迅速攀升，物联网技术研发能力也大幅提升，但从企业的盈利情况看，有近五成的中小企业处于亏损或不盈利状态，这些企业的可持续发展能力较弱，主要原因是这些企业的技术与市场无法实现有效对接，存在技术市场化和应用推广难的问题。从江苏物联网产业的总体来看，其产业总体规模和企业的规模较小，缺少产业发展带动力强的上游骨干企业，尤其缺少“专尖特精”的物联网企业。骨干企业带动作用不强。在传感器环节，缺乏具有自主知识产权的创新型骨干企业，在系统集成环节，缺乏具有软硬件、网络、平台、应用流程耦合的一体化高端综合集成服务能力的龙头企业和大型服务商。同时龙头和骨干企业与产业链相关企业合作不够紧密，技术与市场对接不畅，许多物联网产品和技术处于产业链的低端，核心技术链和产业链尚未形成，整体核心竞争力不强。

（二）核心技术亟待突破，标准化建设有待加强

江苏虽然是我国物联网产业发展的先行区和物联网产业发展的重要示范区，但与国外发达国家相比仍存在一定的差距，主要表现在：规模化产能较小、核心技术不强、处于产业链的低端，感知与智能处理产业与国外差距较大。核心芯片、基础性系统、基础性架构等关键领域与国外相比存在较大差距，中高端传感器依赖进口，智能处理和云计算的基础架构由发达国家主导，缺乏能实现硬件、物联网、网络、平台、应用和业务流程端到端大系统综合集成企业，智能和微型传感器、超高频和微波射频识别（RFID）、地理位置感知等感知技术，以及近距离无线通信、低功耗传感网节点、人机/机器智能交互（M2M）终端、异构网络融合、网络管理等传输技术、基于MEMS 工艺、薄膜工艺技术形成的敏感芯片等相关技术研发水平和标准制定工作落后。物联网的整体研发能力不强，大多数领域的核心技术尚处在研发阶段，从物联网核心架构到各层的技术体制与产品接口大多未实现标准化，物联网标准化工作尚处于起步阶段，标准化建设有待于进一步加强。

（三）研发投入力度不够，创新人才不足

物联网产业技术研发需要投资大量的资金和人才。在研发资金投入方面，与广东（深圳市、广州市）相比，江苏每年对物联网产业发展资金投入力度不大，对物联网企业研发支撑不足，同时与广东企业（腾讯、华为、中兴等企业）相比，江苏物联网企业研发经费投入占比整体较小。在创新人才支持方面，与广东相比，江苏物联网产业发展人才引培力度较小，同时也存在着人才引培政策制度不完善和不够落地、对稀缺高端人才的招引和需求量最大的中端人才的引流不足、一流的人才梯队缺失等问题。

为此，建议从以下三方面入手推动江苏省物联网产业高质量发展。

（一）增强龙头效应，打造产业核心技术创新高地

一是打造一流物联网创新企业。大力支持引进国内外龙头企业，鼓励支持企业进行产业前瞻性与共性关键技术创新和应用试点创新，鼓励企业树立品牌意识，打造一批物联网行业的龙头和骨干企业，突出龙头骨干引领作用，建设一流创新企业。通过“以评促建”和“以评促改”，完善企业的评价考核体系，加大核心技术自主可控程度、研发成果质量、创新辐射带动作用等指标的权重，引导龙头骨干企业加大研发投入，优化研发支出结构，联合高校院所加强“卡脖子”技术相关的基础研究和应用基础研究，加快提升攻关引领能力。二是建设物联网产业重大创新平台。强化企业主体创新地位，鼓励重点领域龙头企业联合产业链企业开展协同创新，重点在物联网领域突破一批“卡脖子”技术和“杀手锏”技术。加快建设江苏物联网创新促进中心、国家高性能计算应用技术创新中心、江苏省先进封装与系统集成制造业创新中心、国家传感网工程技术研究中心等一批国家级、省部级重大创新平台。加强与高校院所合作对接，协同开展基础研究和技术攻关。三是提升物联网产业链协同能力。壮大产业集群，带动民营企业创新能力建设。推动产业集群式发展，强化企业专业化协作和配套能力。围绕“卡脖子”技术攻关，支持民企广泛参与龙头、骨干企业和高校院所等牵头的项目，组建创新联合体，加快形成强协同、弱耦合的创新生态。根据任务体量和条件要求，鼓励民企牵头申报。同时，通过完善 科技 创新政策，加强创新服务供给，激发创新创业活力，引导民企加大研发投入，完善技术创新体系，推动“小而美、小而精”的 科技 型中小企业蓬勃发展，与“国家队”之间形成优势互补的局面。

（二）强化技术与市场协同，搭建 科技 创新协同攻关体系

攻破物联网关键技术，提升物联网产业核心能力需要政府、企业、高校、科研机构、 社会 中介服务机构和个人等的创新行为主体，以及创新资源和创新环境协同实现。一是提升技术体系化能力，实施锻“长板”、补“短板”相结合的系统性战略布局。面对日益严峻的外部环境挑战，在推进物联网技术跨界创新时，应从战略高度、以战略思维系统谋划 科技 创新布局，优化 科技 计划，形成锻“长板”、补“短板”相结合的系统性战略部署路径规划，形成多维度、多循环的关键技术供给体系和对内对外开放合作格局。二是提高组织体系化能力，打通知识突破与商业实现的价值链接。对于物联网产业关键核心技术的攻关，要 探索 大纵深、跨学科的研发模式，打通产学研创新链、产业链、价值链，拓展包括产业大基金在内的各类创新投资渠道，实现集科学发现、技术跃升和产业化方向于一体的突破，实现知识突破与未来面向商用生态的有效衔接。聚焦全球竞争的源头技术供给，不仅是追逐“国际发表热点”，更需要形成核心技术突破后的持续改良机制，及时跨越技术商用的成熟度阈值。实现知识突破与商业实现的价值衔接，需要改革当前重大 科技 创新工程的组织实施方式。三是鼓励重大攻关计划的创新单元之间的知识共享。鼓励物联网创新能力强的创新型领军企业，与其他创新主体形成协同互动。在核心技术攻关上，借鉴重大公共创新平台的成功经验，制定权责分明的知识产权共享和保护机制，鼓励各类战略 科技 力量形成优势资源平台的吸引力和合作凝聚力，引领对领域的核心科学问题和共性技术的持续攻关。

（三）加大要素投入，优化物联网产业发展政策环境

一是加大资金投入，创新财政资金支持政策。统筹利用现有资金资源，加大对物联网产业发展的支持。采用政府引导、市场化运作方式， 探索 建立国家物联网产业专项投资基金。鼓励运用政府和 社会 资本合作模式，引导 社会 资本参与重大项目建设。深化产融合作，在风险可控的前提下，推动商业银行创新信贷产品和金融服务，推动政策性银行在国家规定的业务范围内，根据自身职能定位为符合条件的企业提供信贷支持。健全融资担保体系，完善风险补偿机制，鼓励金融机构开展股权抵押、知识产权质押业务，试点信用保险、 科技 保险，研究合同质押、资质抵押的法律地位和可行性。二是完善人才引育体系，打造人才技术梯队。鼓励高校面向产业发展需求，优化专业设置和人才培养方案，培育物联网和信息技术人才力量和后备干部。支持高校院所高层次人才到企业任职或兼职，选聘优秀 科技 企业家到高校担任“产业教授”，实现人才双向流动。鼓励产业园区、企业、实训（实习）机构，以及江苏高校、职业（技工）院校，联合或独立开展江苏物联网集群产才融合示范基地评估，打造一批特色化示范性物联网学院、物联网实训（实习）基地。三是加大对外宣传，提升政策效度。通过举办展会、大赛等多种形式搭建企业技术交流平台为本地企业营造良好的发展氛围。力争更多国家级、省级改革试点、创新平台落户江苏，进一步强化产业发展和企业需求导向，进一步加大宣传力度，对外推广重点项目、产品，帮助企业快速发展，进一步彰显全链扶持和分类施策原则，不断提升新政策的覆盖面、含金量、精准度。

作者单位：南京市 社会 科学院、江苏省扬子江创新型城市研究院/江南大学中国物联网发展战略研究基地

本文刊于《中国发展观察》杂志2021年第3-4期合刊

《中国发展观察》由国务院发展研究中心主管、中国发展出版社主办、中国发展观察杂志社编辑出版，是以发展为主线、以经济为重点的综合性半月刊，开设有战略、宏观、区域、世界、法治、 社会 、文化、前沿、产业、智库论坛等栏目，具有较强的前瞻性、权威性、可读性。《中国发展观察》在学术理论界、各级党政机关以及企业家阶层拥有广泛而稳固的读者群，并被中国 社会 科学院、国家发展改革委等重要机构和中国知网、维普资讯等权威数据库列为核心期刊或来源期刊。

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物联网没有主平台，就像互联网一样，它不依托于平台，是普通的化的，大众化的。

物联网的标准化是国家在该领域实力的综合体现

物联网的标准化是国家在该领域综合实力的体现，而架构标准则是标准化的核心，就像宪法之于法律的意义。

我国在2014年1月提交了物联网顶层架构国际标准立项申请，至3月投票结束，第一轮没有通过，2014年5月再次提交，9月正式通过。这是美日等西方发达国家同盟没有预料到的。

互联网的架构是美国人的，因为中国拿到了国际物联网架构的设计权、主导权，物联网架构是中国人的。当时我们非常高兴、自豪、开心、激动、兴奋，标准通过以后我们曾觉得高枕无忧了。

物联网起源于多个领域

多个领域都在推进物联网的研究，很多条线都在做物联网。

电信领域推动物联网的研究应用是较早的领域之一，叫M2M（机器到机器的通讯），目前的发展不像想象得那么快。

互联网领域，则是大家所熟知的IOT（Internet of Things物的互联网），1999年MIT提出，是强调把互联网延伸到物体上的连接，最初IOT的声音并不是很大，随着互联网的快速发展，现在IOT的声音大过了M2M，但是，这一领域真正的大的典型应用还没有出现。

传感器领域，则称之为网络化的传感器，较为知名的如Smart Dust（智能尘埃）于1997年被提出，这个领域实际上也是很小，大约2000年过后的几年，这一条线的热度非常高。

传感器网络领域，早年也是物联网的强大的生力军，在上世纪80年代、90年代从军用开始应用到民用，最著名的是ZigBee联盟，但更注重于短距离互联。

溯源、标识领域，就是大家熟悉的激光码、条码、二维码、RFID等， RFID最早出现于上世纪60年代，美国的一个敌我识别系统。但是市场总空间还是很小，功能很弱，主要是标识。

智能化也是在物联网领域声音比较大的另一个分支，强调物联网的核心是智能化，以IBM为代表，比如智慧地球、智慧城市。

在工业自动化的领域，美国2006年提出了CPS(Cyber-Physical Systems信息物理系统)，目前主要还是在学术界有一些声音，在应用层面声音不是很大。

还有众多的行业，比如安防、消防、环保等等，都从各自的领域提出了物联网的需求，并实践探索。

在中国，我们感知中国则把物联网作为物理在研究，从1999年开始，从实体世界的角度研究推动物联网技术和标准，并走在了世界的前列。

不管哪个领域探索物联网，都有一个共同的特点，就是面向实体世界，解决我们现实实体世界中的问题。

参考资料：

物联网与感知中国梦_中国网

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