物联网“寒武纪大爆发”正在来临

■本期观点

物联网被视为继计算机、互联网之后的第三次信息产业浪潮。在 科技 发展和 社会 需求的推动下，物联网的“寒武纪大爆发”正在来临。

当前，物联网在各行业数字化变革中的赋能作用已非常明显，气象行业也是受益者之一。物联网的发展最终将彻底改变气象行业，在物联网设备急剧增加并相互连接的条件下，获取气象数据的渠道将被前所未有地拓宽，气象观测数据的质量和精度也将得到前所未有的提升。

物联网与人工智能、云计算的发展密不可分，三者就像打开宝藏的三把钥匙一样，只有同时拧动才能开启宝藏之门。区块链为物联网穿上了一道“铠甲”，可防止气象数据被黑客篡改或窃取。

■本期嘉宾：中国气象局气象探测中心高级工程师 张明

华风气象传媒集团副总经理 陈钻

安徽省气象局人工影响天气办公室高级工程师 李建邦

在距今542亿年前，有一段时期出现了大量的较高等生物，物种多样性呈爆发式增长——这就是寒武纪生命大爆发。至于爆发的原因，一些科学家认为是因为某些生物（比如著名的三叶虫）进化出了眼睛。有了眼睛之后，这些生物开始追逐捕食其他生物。更为重要的是，眼睛作为一种传感器，能够收集大量数据，而随着数据量的增加，大脑的学习周期就会加快，从而进一步推动之后的生物进化。

物联网被视为继计算机、互联网之后的第三次信息产业浪潮，从进化的视角来看，物联网实际上就是人类 社会 进化出的“眼睛”。《商业内参》（BI Intelligence）今年发布的《2019年全球物联网发展研究报告》指出，预计到2025年全球物联网设备将超过640亿个，远高于2018年的100亿和2017年的90亿。据预测，到2035年将有超过1万亿个物联网器件能在云端保存传感器数据。

物联网的“寒武纪大爆发”正在来临。

物联网的前世今生

物联网，顾名思义，就是物物相连的互联网。说来有些不可思议，物联网这个概念的提出最初来源于一款脱销的口红。

上世纪90年代，麻省理工学院教授凯文·艾什顿在宝洁公司做品牌经理时，发现一款棕色的口红总是缺货，但实际上库存里却还有不少。于是他开始思考：如果在口红的包装中内置一种应用了无线射频识别技术（RFID）的无线通信芯片，并且有一个无线网络能随时接收芯片传来的数据，那么零售商们就可以随时知道货架上有哪些商品，并且及时补货。“物联网”这个概念由此提出，凯文·艾什顿也因此被称为“物联网之父”。

RFID是物联网的核心技术之一，并且在第二次世界大战期间就出现了最早的雏形。当时，英国军队利用无线电发射器加上雷达来识别敌军和友军的飞机。2000年后，RFID技术得到大规模应用，基于物流和供应链管理的物联网开始构建起来。“当我们需要把所有‘物’连接在一起的时候，一个重要的问题就是如何判断出谁是谁，而射频识别技术就是为了解决‘唯一性’问题，为每一个‘物’贴上一个独一无二的身份标签。”张明说。

物与物之间除了要相互识别外，还要能进行数据收集和数据交换，这就不得不提到传感器了。这个词乍听之下你可能觉得有点陌生，但事实上我们周围无处不是传感器，比如气象卫星、监控摄像头、无人机等，都可以看作是采集数据的传感器。此外，手机上也有大量的传感器，比如GPS、重力感应器、红外感应器、摄像头、环境光感受器等。从这个意义上来说，手机其实就是一个物联网集成设备。未来，内置丰富传感器的智能手机可以发挥测量仪器的作用，收集气温、大气压和大气潮汐等数据。

除了射频识别和传感器技术外，物联网还包括智能处理和嵌入式技术。根据张明对未来趋势的分析判断，正在迅猛发展的5G技术将成为物联网发展 历史 上的重大里程碑事件，让“万物互联”从根本上摆脱网络环境的制约，极大地降低物联网的建设成本，并使物联网的服务水平突飞猛进。

总之，真正的物联网是由网络连接的感应器自动捕获、分析数据，自行作出决定，需要机器具备自主学习、自主决策的能力，整个过程不再需要人的干预。

气象+物联网

中国信息通信研究院发布的《2018物联网白皮书》指出，全球物联网产业规模由2008年的500亿美元增长至2018年的1510亿美元。在连接数快速增长和梅特卡夫定律的作用下，物联网在各行业的新一轮应用已经开启，落地增速加快，物联网在各行业数字化变革中的赋能作用已非常明显。

气象行业作为大数据的应用者，较早地接受了物联网的赋能。在一些发达国家，物联网技术已被广泛应用于气象监测预警、气象预报、气象信息传输和气象服务等各个层面。例如，美国应用物联网技术，已实现全自动地面观测。2012年6月，美国国家天气局成功应用物联网技术研发了无线紧急预警系统。该系统可根据恶劣天气经过的路径确定受影响区域，以此搜寻该区域内所有手机发出的信号，自动匹配发送人群，既提高了预警准确性，又避免了信息扰民。日本气象厅于2007年就建成了基于物联网的地震感知预警系统。

韩国气象厅采用RFID技术来监测天气变化，通过布设无线感应器，建立自动天气系统，实现对温度、气压、湿度、风、沉淀物、降雪、可视性、云层、地表地下温度等要素的实时监测和天气系统的追踪，有效提高了气象服务能力和保障水平。

“在国内，物联网技术已应用到气象信息监测、气象信息发布服务和专业气象服务等领域，并初步开发了部分应用系统和产品。”李建邦说。

物联网将手机、车辆甚至雨伞等物件的潜力完全释放了出来，使其一一成为获取天气数据的手段。各种各样的传感器很快就将遍布各个角落，这意味着天气数据将无处不在。“物联网的发展最终将彻底改变气象行业。”张明说，在物联网设备急剧增加并相互连接的条件下，获取气象数据的渠道将被前所未有地拓宽，气象观测数据的质量和精度也将得到前所未有的提升。

物联网与人工智能、云计算、区块链

不管一个人的能力有多强，他都只能观察到事物的某些切面，并且其观察范围主要限于人体感官所能达到的区域。要想获得宏观视角甚至“上帝视角”，我们就需要不断拓展自身的感知能力，让“触角”不断延伸。物联网最大的作用之一就是让人类 社会 拥有了“上帝视角”，极大地拓展了人类的感知能力，开辟了信息采集的新维度。

如果说物联网是人类 社会 进化出的“眼睛”，那么人工智能就是“大脑”。气象数据当前总量大约为23PB，仅每天产生的数据量就达几十个TB。事实上，这样体量的数据已经让气象工作者疲于应对，很多数据的价值根本没时间去挖掘。试想一下，当物联网设备的数量达到千万级甚至亿级时，其产生的数据量将庞大得让人难以想象，之前的数据量根本无法与之同日而语。这时，运用人工智能来处理传感器数据几乎就成为唯一选择。此外，如此海量的数据如果全部部署到业务端或本地，那么所花代价将随搬迁数据体量的倍增而呈几何倍数增长，原本已因系统过多而不堪重负的业务单位将雪上加霜。云计算可以将业务系统所需要的一切资源部署在云端，而人工智能就可以直接在“云”上处理海量气象数据。

更为重要的是，在海量气象数据的“喂养”下，人工智能成长的速度也将惊人的快。届时，“超级人工智能”或许就将出现，这种技术就会变成超级智力。最终，机器的智力会超过人类的集体智力。

“物联网与人工智能、云计算的发展是密不可分的，三者就像打开气象宝藏的三把钥匙一样，只有同时拧动才能开启宝藏之门。单纯把物物相连的意义非常有限，只有让这种连接变得智能才能将物联网的潜能完全释放出来。”张明说。

然而，物联网当前面临的最大问题之一就是信息安全问题，一旦被黑客或病毒侵入，后果将不堪设想。好在，具有高透明、可追溯和防篡改特性的区块链为这个问题提供了很好的解决方案。气象数据一旦上链，上链的时间和内容均是公开透明的，且一旦上链便难以篡改，上链的内容也将逐步具有法律效力，因此可溯源追责，这就为不同机构进行数据交换和共享提供了信任基础，用技术解决了信任和安全问题。

“物联网和区块链技术结合会产生区块链物联网，而区块链物联网可以大幅降低安全风险。”陈钻说，更为重要的是，区块链作为一种交易处理工具对物联网而言是革命性的创新，许多人机交互会被机器间基于规则的交互取代。此外，成功的物联网解决方案必然有强大的价值主张，物联网中的每一个设备都可以充当独立的商业主体，以极低的交易成本与其他设备共享能力和资源。可以想象通过基于区块链的智能合约和智能账本等技术，我们可以使得每部气象物联网中的观测设备都转变为拥有者和用户之间的交易点和经济价值创造点。物联网和区块链技术结合所促成的一系列变革将使得物理世界像数字世界一样流动、个性化和高效。

在3G、4G相继从陌生的概念变成被广为应用的现实后，5G时代正在向我们走来。电信运营商们都将主要精力放到了 物联网领域，据前瞻产业研究院调研报告预测，到2020年全球互联网设备将突破270亿，移动互联设备有望达到105亿，未来五年的物联网领域投资将达到6万亿美元。

5G网络确实会给物联网带来新机遇，NB-IoT物联网拥有低时延、更多连接数、超低功耗，在很大程度上解决了此前物联网发展不畅的原因，给物联网带来的生机。物联网是大数据、云计算和人工智能的核心，其数据实时且高频，是真正意义上的大数据，也是未来人工智能实现的基础。比如，现在的智能汽车，本质上是物联网技术支撑起来的汽车而已。

5g机遇开创互联网发展新格局的表现有：

5G网络确实会给物联网带来新机遇，NB-IoT物联网拥有低时延、更多连接数、超低功耗，在很大程度上解决了此前物联网发展不畅的原因，给物联网带来的生机。

物联网是大数据、云计算和人工智能的核心，其数据实时且高频，是真正意义上的大数据，也是未来人工智能实现的基础。比如，现在的智能汽车，本质上是物联网技术支撑起来的汽车而已。

含义

《5G新机遇：技术创新、商业应用与产业变革》作者北京邮电大学吕廷杰教授，凭借其多年深耕行业的经验和广博的科技商业知识，用生活化的语言，详述5G新基建带来的商业机遇风口，剖析应对变局的策略。全书内容包括：移动通信技术的发展历程；5G对相关产业的影响；5G如何与大数据、人工智能、区块链等新兴技术相互赋能；5G如何改变生产力和生产关系，推动社会变革。

5g网络给我们带来的不仅仅是更快的网速。未来是一个物联网的时代，而5g网络能推动物联网时代更快地到来。5g网络具备更加强大的通讯和带宽能力，能够满足物联网应用高速稳定、覆盖面广等需求。使车联网、智能家居、智慧医疗、智能工业以及智慧城市更快更好地呈现在我们面前。这也是一些通讯设备商一直努力的方向，比如爱立信就曾展出过5g实验系统的远程驾驶汽车、5g智能工厂等创新技术，非常值得肯定！

5G建设意义——推动消费互联网到产业互联网的转变

到目前为止，互联网的发展经过三个时代：桌面办公互联网为第一个时代的应用，第二个时代便是乔布斯用苹果手机和App
Store应用商店重新定义的娱乐消费互联网，如今我国即将迎来互联网应用的第三个时代，即互联网在实体经济中的基础应用，产业互联网。

早在2015年3月的全国两会上就已提出一个概念，叫“互联网+”，指出互联网将跟传统产业和实体经济进行深度融合，进入互联网的“互联网+”时代，即开启我国消费互联网到产业互联网的转变，但从“互联网+”概念的提出到今天我国将产业互联网建设真正开始落实却间隔了5年的时间。原因正是因为缺乏技术，万物联网的设想无法实现。而5G的出现正好成为我国互联网模式转变的强有力技术支持。5G是移动通信技术的全新升级，5G网络的主要优势在于传输快、延迟低以及多服务。

5G建设现状——产业蓬勃发展

目前，我国已建成5G基站超过13万个。为了加快5G“新基建”建设进度，2020年3月12日，中国电信宣布与中国联通在2020年三季度将完成全国25万座5G基站共建工作。中国铁塔也表示截至2020年3月初，中国铁塔累计建成5G基站超20万座，2020年全年计划部署50万座。此外，中国移动已全面完成5G一期工程建设，在50个城市实现5G商用。2020年3月6日，中国移动正式启动了2020年5G二期无线网主设备集中采购，共有28个省、自治区、直辖市发布集采，需求数量总计232143个5G基站。力争2020年底5G基站数达到30万，确保2020年内在全国所有地级以上城市提供5G商用服务。

5G建设应用——个人消费与产业渗透并进

个人消费方面，结合5G具有传输快的优点，移动宽带的增强将引起个人消费终端的更换。以手机为例，在4G出现以前人们日常用手机多以键盘机为主，屏幕普遍较小，多数不具有浏览以及拍照功能，手机主要为人与人之间沟通搭建桥梁。而在4G出现以后，智能手机出现，手机键盘被更大的屏幕取代，功能性也得到了极大的提升。除了基本通话功能以外，摄像、视频、基础办公、线上购物等功能纷纷上线，为人们生活带来了极大的便利。5G的出现势必也会引起手机新一轮的变革。

此外，5G的出现将万物互联的实现向前推进了一步，工业制造、供应链管理、
进销存管理、信息整合等多方面的产业应用均可引入5G，实现企业一体化运作的规划与监控。目前我国正逐渐完成5G技术在各个产业中的渗透。例如，在2020年中国爆发的新型冠状病毒疫情中，5G就以“大带宽、低时延、广联接”的特性，在疫情防控中发挥了重要作用。运营商联合华为、中兴等设备供应商为包括火神山、雷神山在内的全国各地百余家重点医院提供5G网络覆盖。基于5G的全天候“云监工”、灵活调动医疗资源的“5G+远程会诊”和人群密集区域“5G+热成像”等应用，有效支撑了疫情防控。

以上数据来源及分析请参考于前瞻产业研究院《中国5G产业发展前景预测与产业链投资机会分析报告》。

5G产业链投资机会按时间划分主要有四个阶段。第一阶段是前期对终端设备的投资；第二阶段是对基站系统的投资；第三阶段是对网络架构方面的投资；第四阶段是对应用场景方面的投资。目前，我国5G处于接近商用的发展阶段，其推进节奏属于全球最领先水平，与国外移动通信生命周期保持一致。同时由于5G应用场景的多样化及各产业进度的不同，使得5G的投资会是一个相对长期的过程。

首先在总投资方面，前瞻预计我国三大运营商5G总投资有望超万亿，相较于4G时代增长超过60%。每个产业链环节的投资占比不同，其中通信网络设备占比最大，近40%，基站天线、射频、光纤光缆和光模块的投资占比分别为3%、106%、33%、46%。

天线与射频模块率先受益，集中度有望提升

天线与射频模块分别占5G总投资的3%和106%左右，投资总额分别在416亿和1472亿元左右。基于5G基站数量的关键假设（宏站和小站数量分别以320万座和640万座计算，宏站和小站天线价格分别以3000元/副和1000元/副的价格计算，宏站和小站射频模块单套价格分别以10000元/套和4000元/套计算），前瞻对天线与射频投资规模进行合理测算，预计天线部分总投资在420亿元左右，射频部分总投资在1500亿元左右。

同时，我们对比2G/3G/4G，对5G天线射频的投资节奏进行拆分，对5G时期各年份的投资额做出了一个大致估计。前瞻认为，2020-2022年为天线和射频的投资高峰期，这段时期投资额分别在320亿元、1160亿元左右。

通信网络设备：投资占比最大

通信网络设备占5G总投资近40%，投资总额将超5000亿元。通信网络设备是移动通信系统的核心环节，主要包括无线、传输、核心网及业务承载支撑等系统设备。据测算，在4G系统中通信网络设备的投资超过了4000亿元，前瞻预计5G基于SDN/NFV重构的网络架构，将形成硬件设备和软件定义化解决方案两大部分，实现进一步降价，但由于承载业务和支撑的基站数较4G有明显的增加，预计整体投资将增长30%。

2020~2023年为投资高峰期，2021年迎来峰值。通信网络设备作为5G投资的核心环节，投资周期较长，预计5G建设前4年期间均会有较大规模的投资，2021年随着宏站和小站双双放量提升预计会达到峰值。

无线网光纤光缆：需求提升

无线网光纤光缆约占5G总投资33%，投资总额在4004亿元左右。5G无线基站的光纤光缆布置需求分为前传网络和回传网络两个部分。前传网络部分：预计每个宏站所需光纤2KM，采用48芯光缆，基站数320万；小站所需光纤1kM，采用24芯光缆，基站数640万。同时，需充分考虑现有基站光纤网络的报废率情况，前瞻假设现有宏站光纤报废率为40%，现有小站光纤报废率为80%。回传网络部分：C-RAN部署方式下，按照20个基站集中收敛测算，采用144芯光缆回传约3公里接入汇聚层，按照30%报废率计算。则前传网络部分所需光纤数24576亿芯公里，回传网络部分所需光纤数062208亿芯公里。

综上，前传+回传网络总计所需308亿芯公里，我们按普通光缆价格平均130元每芯公里测算。预计总投资：308亿130元=4004亿元，且2020~2022年为投资高峰期。

光模块：有望为5Gd性最大环节

光模块约占5G总投资46%，投资总额将超过600亿元。光模块呈高速升级趋势，主要得益于5G天线通道大幅增加，以及应用场景数据流量的爆发式增长。光模块升级带动的投资增长无论从数量还是从价格上相对于4G时代都有了较大的提升，是5G时代d性最大的产业链环节之一。

由于低时延的要求，5G时代将传统的BBU分为DU（分布单元）和CU（集中单元）两个部分。前瞻合理假设宏站（小站）、DU、CU的汇聚收敛比为：宏站（小站）：DU：CU=36（120）：12：1，则测算得5G时代DU新增171万个，CU新增14万个。按照每个环节光模块的市场均价，测算得光模块市场规模总计636亿元。

网络规划运维：成本预计与4G持平

5G时代，网络规划运维约占总投资94%，投资规模相比于4G基本持平，略有增长。尽管5G网络架构比4G要复杂得多，基站总数增多，业务复杂度也随之提高，但集中化、智能化趋势明显。未来，集中化和智能化将有效降低网络规划运维成本，因此5G网络规划运维投资规模不可能大幅提升，以增长10%测算，5G投资规模约为1300亿元。

网络规划运维总体分为两个投资阶段。前期为网络规划阶段，投资窗口为2019和2020年；后期为网络运维阶段，投资窗口主要为2022~2025年。

总体来看，天线、射频、光模块等关键器件最先受益，受益最大为通信网络设备，但随着网络基础的完善，系统集成与行业解决方案、大数据应用等需求将长远收益。

以上数据来源参考前瞻产业研究院发布的《中国5G产业发展前景预测与产业链投资机会分析报告》。

万物互联将真正来到。有电信运营商表示，自动驾驶实时监测等要求毫秒级的时延；汽车生产、工业机器设备加工制造时延要求为十毫秒级，可用性要求接近100%，这些只有5G网络才可很好得满足。

据中国移动援引的相关统计数据，2017年底全球物与物连接数达到87亿，已经超过80亿的人与人连接数。

GSMA智库预测，到2025年，中国将拥有43亿个5G连接，占全球总量的三分之一，成为全球最大的5G市场；亚洲地区的5G连接数将达到675亿，届时将超过全球5G预期总量的一半。

电信运营企业也有可能因此迎来继话音、流量消费之后的又一个历史性发展契机。三大运营商均表示，会在5G和垂直行业物联网应用中寻找机会。

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