随着物联网被明确定位为我国新型基础设施的重要组成部分，成为支撑数字经济发展的关键基础设施，其面临的碎片化、安全风险、成本高必将成为未来规模化发展的关键难题。本白皮书从用户侧和供给侧出发，分析物联网三大核心问题的需求，总结问题涉及关键环节的发展现状及问题，给出针对性策略建议，希望能够与业内同仁共享成果，共谋发展，共话未来！
一、物联网发展最新态势
（一）物联网全球连接数持续上升，产业物联网将后来居上
全球物联网仍保持高速增长。物联网领域仍具备巨大的发展空间，根据GSMA发布的《Themobileeconomy（年移动经济）》报告显示，年全球物联网总连接数达到亿，预计到年，全球物联网总连接数规模将达到亿，年复合增长率高达13%。年全球物联网的收入为亿美元（约人民币2.4万亿元），预计到年将增长到1.1万亿美元（约人民币7.7万亿元），年复合增长率高达21.4%。我国物联网连接数全球占比高达30%，年我国的物联网连接数36.3亿，其中移动物联网连接数占比较大，已从年的6.71亿增长到年底的10.3亿1。到年，预计我国物联网连接数将达到80.1亿，年复合增长率14.1%。截止年，我国物联网产业规模突破1.7万亿元，十三五期间物联网总体产业规模保持20%的年均增长率。
物联网连接数结构将发生改变。消费物联网因受众群体基数大、用户需求相对单一、支撑技术较为成熟、产品种类多样等特点取得先发优势，面向消费者或以消费者为最终用户的物联网应用如智能锁、智能音箱、可穿戴等智能家居产品占据当前大部分连接数。然而，随着物联网加速向各行业渗透，行业的信息化和联网水平不断提升，产业物联网连接数占比将提速，据GSMAIntelligence预测，产业物联网设备的联网数将在年超过消费物联网的设备数。年中国物联网连接数中产业物联网和消费者市场各占一半，预计到年，物联网连接数的大部分增长来自产业市场，产业物联网的连接数将占到总体的61.2%。根据不同咨询公司预测数据统计，智慧工业、智慧交通、智慧健康、智慧能源等领域将最有可能成为产业物联网连接数增长最快的领域。
物联网的持续快速增长和占比变化受内部支撑能力和外部环境的双重影响。
从外部环境来说，一是全球新冠疫情加速物联网应用。新冠疫情期间远程诊疗、智慧零售、公共场所热成像体温检测、智慧社区和家庭检测、疫情期间的交通管制、物流供应链、应急灾备、信息溯源等场景大量运用物联网技术，虽然目前全国疫情防控阻击战取得重大成果，但境外疫情暴发增长态势仍在持续。在疫情防控常态化条件下加快恢复生产生活秩序，统筹推进疫情防控和经济社会发展工作，有效应对外部环境变化，更需要物联网技术和应用深入地在民生、经济方面发挥作用。二是年国家发改委官方明确新基建范围，物联网成为新基建的重要组成部分，物联网从战略新兴产业定位下沉为新型基础设施，成为数字经济发展的基础，重要性进一步提高。国家各部委高度重视物联网新基建发展，工业和信息化部发布《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，各地方政府制定顶层设计，将新基建纳入新阶段发展重点，物联网投资持续加大。三是全球经济进入经济衰退期，我国外部环境复杂，急需形成强大的内需动力，物联网成为加快经济结构调整步伐，提高经济发展的质量和效益，促进新业态新模式发展，增加高端供给、提振民生消费，促进内需释放的重要手段。
从内部支撑能力来说，一是5GR16标准冻结，从技术层面支持物联网全场景网络覆盖。同时物联网网络基础设施建设加速，5G、LTECat1等蜂窝物联网网络部署重点推进，成为物联网应用规模化的加速剂，网络新基建稳步推进传统基础设施的“数字+”、“智能+”升级。二是行业需求倒逼物联网支撑技术加快商用化进程。随着物联网的行业渗透加速，工业、医疗、交通等行业应用对物联网支撑能力提出新的要求，边缘智能、算力网络、意图网络、人工智能等与物联网的结合需求急迫。
（二）物联网长期发展呈现三大态势
产业融合促进物联网形成“链式效应”。产业物联网的进一步发展对产品设计、生产、流通等各环节的互通提出新的需求，而“物联网+区块链”（BIoT）为企业内和关联企业间的环节打通提供了重要方式。链式效应主要体现在两个方面：一是基于BIoT完成产品某一环节的链式信息互通，如产品出厂后物流状态的全程可信追踪。二是基于BIoT的更大范围的不同企业间价值链共享，如多个企业协同完成复杂产品的大规模出厂，其中涉及产品不同部件协同生产，包括设计、供应、制造、物流等更多环节互通。
智能化促进物联网部分环节价值凸显。一是端侧，随着物联网应用的行业渗透面不断加大，数据实时分析、处理、决策和自治等边缘智能化需求增加。据IDC相关数据显示，未来超过50%的数据需要在网络边缘侧分析、处理和存储。边缘智能的重要性获得普遍重视，产业界正在积极探索边侧智能化能力提升和云边协同发展。二是业务侧，据GSMA最新预测显示，到年，物联网上层的平台、应用和服务带来的收入占比将高达物联网收入的67%，成为价值增速最快的环节，而物联网连接收入占比仅5%，因此物联网联网数量的指数级增加，以服务为核心、以业务为导向的新型智能化业务应用将获得更多发展。
互动化促进物联网向“可定义基础设施”迈进，与上层应用形成闭环迭代。“可定义物联网基础设施”是指用户可基于自身需求定制物联网软硬件基础设施的支撑能力。可定义基础设施包括面向不同行业需求的基础设施资源池，提供应用开发管理、网络资源调度、硬件设置等覆盖全面的共性支撑能力。现阶段，运营商等企业已经开始探索以业务需求为导向的网络基础设施自动配置能力，如意图网络、算力网络等。可定义基础设施有助于降低物联网应用开发复杂性，推动物联网规模化应用拓展，而物联网规模应用拓展则反向促进可定义基础设施持续升级、能力完备及整合，形成闭环迭代，实现能力的螺旋式上升。
（三）面向不同应用场景的基础设施不断进行整合探索
物联网基础设施整合探索进入新阶段。从年起，产业界对物联网基础设施的整合探索就从未停止过。期间经历了以智能路由器、智能可穿戴等面向终端开发的智能硬件为代表的第一阶段，以通用物联网平台和操作系统为代表的第二阶段，然而受产业技术成熟度有待提升、行业规模应用偏少、面向不同行业的硬件兼容及规范化较弱等诸多因素影响，前两个阶段的整合探索尚未出现明显效果。随着物联网领域的应用探索和市场教育越来越充分，物联网底层的基础能力整合需求越来越急迫，以物联网网络基础设施为代表的第三阶段已经开启。
物联网网络基础设施整合向空天地一体化演进。网络基础设施的整合并非一蹴而就。年之前物联网网络聚焦传统网络增强及应用，年至年物联网专有网络突破及局域网改进，为物联网网络融合奠定了基础，自年起物联网网络基础设施开始向跨技术融合和场景全覆盖迈进。移动网络（蜂窝物联网络、非授权物联网络）、局域网、卫星网络、无人机及热气球等共同组建空天地一体化的全球物联网网络基础设施，为物联网的全球化应用提供随时随地的可靠接入。
蜂窝物联网络协同发展成为网络整合先行者。蜂窝物联网网络是基于蜂窝移动通信技术的物联网网络，因覆盖场景不同，主要涵盖面向大部分低速率应用的窄带物联网（NB-IoT，NarrowBandInternetofThings）网络、面向中速率和语音应用的LTECat1网络、面向更高速率、更低时延应用的5G移动网络。年5月，我国工信部印发《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，与年《关于全面推进移动物联网（NB-IoT）建设发展的通知》重点布局NB-IoT网络不同，新通知明确要求建立NB-IoT、LTECat1、5G协同发展的蜂窝物联网网络体系，蜂窝物联网的整合期加速到来。
（四）物联网互联互通从企业侧利益互补到用户价值为核心转变
截止目前，物联网互联互通共经历了三个阶段，第一阶段以国际巨头和联盟主导的互通协议为主。主要针对剪不断理还乱的众多连接协议，如Zigbee联盟推出的物联网通用语言dotdot，蓝牙推出蓝牙Mesh，试图解决多种设备之间通讯语言不统一和短距离技术多样性问题。国际巨头也纷纷推出互联协议，三星Thread、苹果Homekit、高通AllJoyn、谷歌Weave等，试图建立物联网应用框架，兼容多种协议。然而各路巨头自立山头，难分高下，产业接受程度相对较低，发展进程缓慢。
互联互通第二阶段以互联生态下的跨品类互联为主。随着国内各路巨头入局物联网并推出物联网发展策略，物联网供给侧产业力量加强，电信运营商、设备商、互联网解决方案提供商、垂直行业巨头等纷纷发力自有连接协议或连接平台，整合各自生态圈内不同类型终端统一接入，如中国移动And-Link、中国电信elink、联通Wolink、华为Hilink、小米MIOT、海尔U+等，由于推进对象为企业自身生态体系下的跨品类整合，基于市场利益驱动可以迅速达到互利共赢，因此相对较易操作，短时间内形成众多互联“小生态”。
互联互通第三阶段以用户价值为竞争主体。当前阶段正处于第二阶段向第三阶段的过渡期，用户价值成为互联互通的核心，全屋智能、用户主动服务推送等围绕用户需求的互联互通模式开始出现，甚至疫情期间出现了围绕用户需求的封闭生态局部开放，苹果和谷歌进行部分互通合作，利用蓝牙追踪新冠肺炎疫情传播痕迹。
（五）物联网群体智能、开源模型两种生态拓展方式齐头并进
抱团发展、群体智能生态融合出现。针对物联网先天存在的碎片化问题，近年来巨头企业通过组建自有生态探索解决方式，然而受限于自身产品和合作企业的局限，难以建立具有竞争优势的物联网生态。针对这一情况，产业界出现多企业生态抱团、拓展群体智能的发展趋势，其中智能家居应用首当其冲，由于消费者价值需求改变推进智能家居从单一品牌的不同产品间打通向跨品牌、跨行业的全屋智能演进，其中以华为、小米等为代表的终端企业凭借末梢入口、大流量、软硬件一体化等优势不断与其他互联网企业、电信运营商、传统家电厂商等进行生态打通，成为拓展群体智能的典型代表。如华为与京东建立云云对接，使得华为终端产品（手机、路由器、穿戴式设备等）与京东全系列智能硬件互联互通；同时与垂直行业家电厂商、净水行业、照明、家用机器人厂商、房地产企业等合作，联合组建满足用户需求的全屋智能解决方案。
联合开源、开放模型方式增强。据Eclipse基金会的物联网商业采用调查显示，开源在物联网中普遍存在，60%的公司将开源纳入其物联网部署计划。目前产业界有两种推进方式，一是市场驱动联合开源生态建设。年底，亚马逊、谷歌、苹果等巨头合作成立CHIP（ConnectedHomeOverIP）小组，由Zigbee联盟牵头，以开源的方式开发和制定一套新的智能家居连接标准，允许各种硬件与互联网直接相连，提升兼容性产品开发便捷性，获得亚马逊Alexa、苹果Siri、谷歌Assistant等主流智能助手和平台的支持。二是“模型”工作已经开展。随着终端开发便捷性需求和信息互通需求的加剧，模型研究成为新热点。信息模型将为打破不同设备、软硬件平台、操作系统、网络环境之间的信息孤岛提供解决方案，基于统一的建模架构和标准化的语义字典来实现信息的标准化表达及流动，为异构实体对象的信息交互提供技术支撑。物模型是信息模型的一种，是开放平台对具体型号的终端的数字化抽象，对终端的状态、终端的档案信息、终端的功能服务进行统一描述，基于物模型可实现不同厂家终端在平台的无障碍接入。
目前主流物联网开放平台已经开始支持物模型功能。国际标准化组织ZigbeeAlliance、Bluetooth、OCF、oneM2M、OMA、W3C等均在打造组织内部的物模型。为尽快打造融合物模型，形成统一模型描述，ODM（OneDataModel）联合一众国际巨头企业正在推进相关工作，目前已发布第一版标准。国内标准化方面，中国通信标准化协会正在积极推进信息模型和物模型的标准化工作，国内主要的物模型推进企业，包括信通院、电信、移动、阿里、华为、腾讯等正在联合推进统一物模型和信息模型的标准化，探讨将各企业物模型统一为多方互认的物模型框架，助力构建融合物模型生态。在产业实践方面，中国电信、中国移动、阿里等已构建自身体系的物模型生态及应用，目前主要在智慧人居、智慧城市、智慧园区等展开应用。
（六）物联网安全推进力度加强，部分国家监管从自愿向强制过渡
全球物联网安全的推进力度持续加码。随着物联网规模化应用不断落地，物联网安全事件频出，物联网安全成为应用方决策是否部署物联网应用的关键要素，对物联网进一步规模化拓展产生重大影响。各国政府及物联网产业巨头均高度重视物联网安全。年前，各国物联网安全策略均以自愿性、政策文件等方式推进，年之后主流国家策略发生重大改变，国家对物联网安全监管力度更具强制性。美国通过《物联网网络安全改进法案》，要求政采物联网设备必须遵守安全性建议，对向政府提供物联网设备的承包商和经销商采用漏洞披露政策。日本从年起在全国开展“面向物联网清洁环境的国家行动”，在不通知设备所有者的情况下强制测试全国物联网终端设备的安全性。英国发布《消费类物联网设备行为安全准则》13条，推进安全认证，提出物联网产品和服务零售商应仅销售具有安全认证标签的消费型物联网产品，其后又将13条中的3条纳入立法。
综上所述，全球物联网正处于高速发展的关键期，市场潜力也被产业界广泛认可，从核心技术支撑和关键特征来看，物联网规模化会经历三个发展期。
第一阶段：爆发前期。从年物联网专有网络出现、巨头纷纷入局物联网，到年5G网络加快部署、巨头拓展物联网生态、行业规模化连接出现显著效果、物联网与新技术融合初显成效，物联网具备了较强的产业能量和市场预期，但受限于成熟的产业探索需要时间培育，供给侧和需求侧的平衡需要不断磨合、供给侧的互补需要合作共赢等因素，物联网必将长期处于爆发前夜。
爆发前期的关键特征体现为供给侧拉动为主，物联网部署实施的要素（包括相对成熟的案例参考、基本安全保障、可接受的成本等）基本具备，部分行业初步实现规模化和局部互联互通。
第二阶段：爆发期。经过长期产业和市场培育，供给侧与需求侧基本实现平衡，更多的行业边界开始模糊化，横向数据流通范围增大，数据价值在产业收益中的占比明显增大，物联网部署实施要素逐步完善，高价值应用不断开花，物联网基础设施实现局部整合。
第三阶段：全面爆发期。需求侧成为拉动物联网的主力，物联网应用需求与基础设施实现解捆绑，泛在、可定义、统一化基础设施建立，积木式物联网应用搭建模式普及，基础设施与应用实现循环迭代，具备持续升级能力。
当前物联网产业仍处于爆发前期向爆发期的过渡阶段，爆发前期仍将持续数年。物联网规模化加速演进必须解决碎片化、安全、成本三大发展难题。
二、物联网碎片化整合探索进展及问题
物联网存在先天碎片化问题，据微软《IoTSignals（物联网信号）》研究报告表明，想要更多地利用物联网的公司认为面临的最大障碍是复杂性和技术挑战。物联网赋能不同行业转型升级，应用场景和需求碎片化导致物联网终端异构、网络通信方式多样、平台林立、不同厂家设备和产品之间的互联互通和互可操作性差。
（一）物联网碎片化需要解决的问题
从用户侧看，端侧需要物联网产品使用更加便捷，终端可即插即用，软件自动升级；物联网产品购置不受限于品牌及终端类型，实现“即用全联动”。网络侧需要“网随人/物动”，网络配置自动适配终端变动和业务需求；所有终端产品可实现稳定、快速、随时随地接入物联网网络。应用服务侧应用效果显著，可解决企业实际生产运营问题，显著提升生产、运行效率或降低成本；用户可通过统一服务入口实现全联通调用和管理。
从供给侧看，产业界正在推进一系列探索，主要包括：1）终端智能化、软硬件解耦合、终端与厂商/服务商松耦合、终端与云端协同化；2）提升网络覆盖及智能化水平，网络技术互补融合，支撑多类型应用场景需求；3）基础数据、软件、模型等资源横向打通；4）深度智能赋能物联网各产业环节，拓展个性化和定制化高价值服务。
（二）eSIM技术实现终端与运营商解耦
eSIM技术提供空中写卡远程下载激活并配置，自由切换不同运营商。无差异的eSIM卡避免终端厂家采购不同要求的物联网卡，可助力解决供应链碎片化。eSIM采用全球唯一标识EID作为eSIMID，可统一“接口”，提供无缝的物联网连接服务。
国际上eSIM已实现大规模应用。全球主流运营商、设备商、卡商等企业对eSIM技术的研究探索和应用范围不断深入，推出一系列商用产品，广泛应用在智能汽车、智能水表等多个领域。美国早在年推出eSIM解决方案“GlobalSIM”，并将其应用于智能汽车领域；年日本软银建立eSIM平台，在全球范围内布局，帮助新型物联网产业发展；年欧洲沃达丰与捷德合作推出eSIM管理解决方案，重点发展智能汽车业务；年德国捷德与宝马、英特尔、德国电信等共同研发并提出使用eSIM为用户提供娱乐和信息服务的管理方案；年俄罗斯借助ERAGLONASS强制新车使用eSIM的eCall系统。
目前国内eSIM业务发展仍处于初期阶段，集中于小范围应用。国内eSIM仅在可穿戴设备的独立码号和“一号多终端”业务开展商用，其他领域仍处于探索阶段。年中国移动依托物联网公司自主研发出多款私有方案的eSIM模组及芯片，计划用于车联网、智慧消防等领域；年中国联通与宝马、大众、沃尔沃等车企开展eSIM项目合作和对接，和越来越多的车企完成调试工作；年中国电信推出eSIM技术的智能管道模块，作为电信打造物联网整体服务的基础；年工信部批复中国联通开展物联网等领域eSIM技术应用服务。
国内eSIM业务发展仍面临诸多问题。国内eSIM应用实际进展较慢，离规模应用尚有较大差距。一是eSIM产业成熟度不高，行业规则未定，产业链各方的角色定位、商业模式博弈问题突出，三家运营商倾向的解决方案及应用场景不一致，业务推进思路和产品设计缺乏引导原则；二是eSIM标准化、政策导向不足，目前存在不同eSIM技术规范，行业主管部门对eSIM推广应用一直持谨慎态度，目前仅开放了智能穿戴领域。
（三）操作系统三条路径同步发展，适配多样化终端需求
物联网操作系统是向下协调控制软硬件资源，向上为开发者和用户提供统一接口的重要环节。由于物联网终端复杂多样且尚未实现硬件标准化，为适配不同应用及功能需求，物联网操作系统产品也十分丰富。目前典型的物联网操作系统如图5所示。
物联网操作系统呈现三条发展路径。物联网发展至今，操作系统出现三种发展路径。一是以谷歌androidwear、苹果watchOS和tvOS为代表的操作系统，通过对智能手机/PC操作系统进行剪裁试图适配物联网需求，然而此类操作系统难以保证功耗、可靠性等性能最优化。二是在传统的嵌入式实时操作系统上增加CoAP、MQTT等物联网功能，典型代表有FreeRTOS、RT-thread、Contiki等，这类操作系统功耗低、可靠性更高，但应用生态体系缺失，需要时间逐步建立和完善。以上两种路径的操作系统为基于已有操作系统的改造，提出时间相对较早，但受物联网应用碎片化严重、物联网应用和服务规模化量级不足、巨头硬件终端占有率低等限制，应用提供商不愿投入更多的开发资源，产品及生态成熟度低，导致用户对物联网操作系统的需求急迫性不高，产业界布局的积极性不足，目前虽然在智能家居、可穿戴设备、智慧城市等领域获得一定的应用，但整体发展仍较慢。随着海量异构终端接入，物联网操作系统的紧迫性开始提升。近年来出现第三种发展路径，即物联网专用操作系统，支持可伸缩、易扩展、实时性、可靠性等能力，可以更好的适配物联网应用需求。
物联网专用操作系统出现三大发展态势。一是在特定产业物联网领域，企业研发定制化的操作系统，例如多家汽车厂商基于Linux、Android、QNX等底层系统开发个性化操作系统。二是在规模化消费物联网领域，企业更好地兼容更多的设备，满足多终端统一OS的使用需求，采用微内核和分布式技术开发支持多终端的操作系统，它具有占用内存小、弹性伸缩、易移植和易维护的特点，可实现一次开发，快速适配多种终端，如FuchsiaOS、鸿蒙OS等。FuchsiaOS为谷歌联合三星、索尼、联发科、小米、华为和VIVO、OPPO共同研发，目前已经进入内测阶段。鸿蒙OS与Fuchsia定位相近，均可在多种形态的硬件设备上运行，可实现模块化耦合，针对不同设备支持弹性部署，现已适配智慧屏，未来还将适配手机、平板、电脑、智能汽车、可穿戴设备等多终端设备，助力消费者享受到强大的跨终端无缝业务协同体验。三是华为、谷歌、阿里等巨头企业战略布局打通“端、边、云”多层次操作系统，提升资源配置和调度效率。如阿里的AliOSThings、LinkEdge、阿里云和谷歌的AndroidThings、Fuchsia、谷歌云。
物联网操作系统发展成熟仍需时间。一是消费者的使用习惯，如新型操作系统对已有成熟、主流操作系统应用软件的兼容性问题仍需解决；二是操作系统并非单一产品，而涉及整个生态系统建设，然而新型生态环境建设仍需时间，应用和开发者需要培育，此外还需要与硬件厂商共同构建联盟，争取已有应用商店服务提供商的帮助和支持，以及建立更清晰和互利的商业关系。
（四）以地基网络为核心，建设网随人动的混合型网络基础设施
物联网一体化网络基础设施研究启动。年2月，国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R，InternationalTele