物联网，即“万物互联的互联网”，是在互联网基础上延伸和扩展的网络。它是各种信息传感设备与网络相结合形成的巨大网络，实现人、机、物在任何时间、任何地点的互联互通。
这个概念在1999年正式提出，2010年左右开始快速发展。根据物联网分析的预测，2025年，全球物联网设备数量将超过300亿台[1]。
似乎一幅“万物互联”的美好画卷正在徐徐展开。
虽然已经进入快速发展期，但整个物联网仍然呈现出“碎片化”的特征。只有小范围的设备才能相互连接，实现相互识别、互通和互操作。在更大的范围内，设备仍然是孤立的。
是什么阻碍了智能设备的全面互联？物联网应该如何从碎片化走向统一化？这是本文将要讨论的问题。
冰点|特约作者
付斌|编辑
壳牌技术团队|规划
“三宗罪”的碎片化
是什么导致了物联网的碎片化？
全球设备连接数量，来源|物联网分析
根据物联网分析的统计和预测，2020年全球将有117亿台物联网设备。联网设备数量首次超过非联网设备[1]。
接入网络的设备越来越多，但真正的“万物互联”并没有到来。
根据中国信通院的判断，当前物联网产业整体处于“从爆发前期到爆发期的过渡阶段”，爆发前期还将持续数年。这一时期的特点是“部分产业初步实现规模化和局部互联”[2]。
在智能家居领域，普通用户可以直观感受到这一点。用户在购买不同品牌的硬件产品时，往往要单独下载相应的app才能实现智能操控，比如智慧生活、米家、美美美居、海尔智家、格力+……而且，这些产品通常很难实现跨品牌联动。
在更复杂的工业场景中，单个企业需要生产设备、传感器、智能终端等大量硬件，不同类型的设备支持的传输协议差异很大。而不同领域的工业企业，生产场景、流程、原理不同，导致自动化、信息化、智能化程度不同。因此，不仅单个企业的内部设备很难完全互联互通，跨企业的模式复制也很难实现，物联网的标准化和规模化也无从谈起。
为什么现在的物联网如此“碎片化”？除了终端设备本身的多样性和非标准特性，这也与设备之间复杂的信息传输协议有关。这种碎片化体现在物联网产业链的传输层、平台层和应用层。
物联网产业链，图来源|亿欧智库
罪状一:传输协议不统一。
在传输层/网络层，有不同的无线/有线标准，标准协议的缺失使得物联网平台复杂。
1.有线协议
USB是一种常见的有线传输协议。其他有线协议常用于工厂等复杂场景。
由于物联网的应用场景复杂多样，适用于不同场景的终端硬件和传输协议各不相同，行业很难形成统一的标准。比如像工业这样的特定领域，有几十种不同层次的标准协议，如RS232、RS485、CAN、ModBus、Profinet等。在此基础上，巨头企业还会根据业务需求衍生出自己的私有协议，从而在实际应用中产生无数的协议。不同企业之间，如果不知道彼此的私信协议，设备就无法互联互通，无法实现不同设备的统一控制。
几个典型的工业协议，制表|壳牌硬技术
信息来源|公司、产品官网
无线保真
有线传输协议要求设备之间用物理线连接，因此其应用不方便。因此，灵活的无线保真被应用于更多的场景。如智能家居中广泛使用的Wifi、蓝牙、Zigbee，以及NB-IoT、LoRa等。，用于工业、能源等领域。
无线传输协议的差异主要在于速度、功耗、传输距离等。，有的还涉及使用的无线电频谱是否需要运营商授权。同样，硬件厂商也可以根据自己的需求修改通用标准协议，使得这个品牌下的硬件只能支持一个特定的私有协议，而不能与使用相同标准协议的其他硬件互联。
罪状二:每个人都想立自己的牌坊。
鉴于众多复杂的传输协议，各方纷纷出招，或抱团取暖或抢占山头，希望建立自己的标准框架，一统江湖。
最初，行业联盟和巨头企业建立了自己的技术标准。比如2002年成立的Zigbee联盟，由数百家企业组成，共同制定和维护Zigbee无线通信技术标准；IT巨头也建立了自己的物联网协议框架，如高通的AllJoyn、三星的Thread、谷歌的Weave等。
自此，巨头企业开始各自圈地，打造跨品类生态互联。比如苹果推出了HomeKit，小米推出了米家。设备厂商通过接入巨头企业的平台，实现与相应生态中设备的互联互通。
但是，一次操作之后，巨头们就自己发芽了，只形成了无数的“小生态”。目前业界仍没有一个被广泛接受的协议，更不用说围绕这个协议的统一硬件生态系统了。
罪状三:跨生态模式互不认可。
对象模型是指数字世界中实体在物理空上的抽象表示。通过对终端设备的属性、状态、功能、事件等信息的统一数字化描述，可以在数字世界中实现对设备的管理和控制。
阿里云物联网平台使用对象模型的说明，来源|阿里云物联网官网
对象模型的建立完全屏蔽了底层的物理硬件和协议差异。物联网平台接入一个对象模型后，可以直接控制平台上的设备，实现多设备通信。
目前，中国移动、阿里云等巨头企业基于自身生态系统定义了物理模型，并将其应用于智慧城市、智慧园区等需要多设备接入的复杂场景。但跨生态物理模型的互认，还是要建立一定的标准。
由此造成了物联网领域“碎片化”的现状。
如何实现“碎片化”整合？
为了推动物联网的融合，业界正在推动一系列的探索。由于物联网产业链存在感知-传输-平台-应用的层级结构，各层的“差异化”可以通过更高层次的“屏蔽”达到融合的目的。国际组织、政府、运营商、产业联盟、IT巨头等角色都参与其中。他们一方面共同推动标准的建立和应用，另一方面也想保证自己的话语权，在互联生态中占据核心地位。
传输层:通信标准联姻
复杂的传输协议是物联网碎片化的主要原因。IT巨头和物联网产业联盟联手，希望统一标准，构建适用于更大范围的互联协议。
由于消费物联网前期领先于工业物联网，智能家居往往是巨头和联盟建立行业标准的切入点。
2019年底，亚马逊、谷歌、苹果等巨头联合Zigbee联盟成立芯片组织。芯片聚合了现有的物联网通信标准，定义了新的集成标准，期望实现不同品牌下各种智能家居产品的兼容。不过，各大硬件厂商推出兼容该标准的产品还需要一段时间。
芯片协议架构，来源| GitHub-CHIP
中国也不甘落后。2020年底，在工信部的指导和支持下，24位两院院士联合阿里、JD.COM、小米、华为、信通院、中国电信、中国移动等单位成立了OLA，致力于“从企业级生态向产业级生态升级”，“推动万物智能联网领域的标准制定、示范应用和产业生态建设”[3]。
目前OLA以智能家居为突破点，未来将拓展到智能制造、建筑、能源等多个领域。
低功耗广域连接设备数量预测，来源| statista
而NB-IoT和LoRa正在成为工业物联网领域具有广阔应用前景的低功耗广域连接的典型代表。根据Statista的预测，到2023年，NB-IoT和LoRa的设备连接数量将占整个低功耗广域连接的85%以上[4]。
2014年，华为和沃达丰首次提出n b-M2M；，窄带物联网技术；2016年，国际标准化组织3GPP完成并冻结了NB-IoT的核心标准；2020年，ITU确定了3GPP提出的5G标准技术，其中中国提出的NB-IoT正式成为5G标准技术之一。
B-IoT具有低功耗、广覆盖、海量连接的优势，适用于远程抄表、智能门锁、智能停车、智能农业等场景。近年来，我国正在大力推进NB-IoT技术应用:工信部发文推进NB-IoT基站建设和技术标准制定[5]；三大运营商也分别对NB-IoT通信模块给予大额补贴，全面增加设备连接数量。
B-IoT属于运营商网络，而LoRa允许企业自建，使用免费免授权频谱。2013年美国胜特公司推出LoRa芯片，2015年牵头成立国际LoRa联盟。截至2020年，已有148家网络运营商在162个国家部署了LORA[6]。2021年底，国际电联正式认可LoRaWAN为物联网国际标准。
层:软件生态集成
对于巨头企业来说，通过搭建云平台或者物联网底层操作系统，可以打通产业链上下游，聚集各环节开发者，从而形成生态闭环，实现生态内海量设备的互联互通。
1.物联网云平台:
物联网云平台一般有以下几种模式实现互联互通:
硬件访问模式:
以小米为代表。硬件厂商可以通过小米物联网模块/SDK或云韵对接接入米家开发者平台。终端直接在米家APP上智能控制接入平台的硬件。
小米通过投资、代工、合作等多种模式，逐渐形成了自己的物联网生态圈。目前接入米家平台的产品已经超过2700款[7]。
PaaS模式:
以涂鸦智能为代表，为硬件厂商提供软件开发的基础能力。基于涂鸦PaaS的开放框架，硬件厂商可以低门槛开发自己的智能app。“由图雅提供动力”的所有产品都加入了同一个互联生态，用户可以用一个APP控制这个生态中不同品牌、不同品类的产品。
“端-边-云”一体化模式:
以阿里云IoT、华为云IoT为代表。综合物联网平台可以实现跨层级的资源整合。基于巨头企业搭建的平台，硬件厂商或开发者可以快速实现硬件接入，进而通过平台功能实现统一控制。比如设备认证、全生命周期管理、监控诊断、场景联动、数据分析等等。
在国外，亚马逊AWS物联网平台和微软AZure物联网平台已经成为大多数开发者的首选物联网平台，其中51.8%的开发者选择AWS物联网。但目前国内还没有领先的平台[2]。
2.物联网操作系统:
由于物联网硬件的多样化，基于不同操作系统开发上层软件很难实现统一的编程接口和编程环境。当多个设备想要跨系统互连时，连接将会很困难。
基于同一操作系统的开发，可以屏蔽底层硬件的物理差异，实现功能层面的抽象建模和统一接口。例如，通过预集成多种传输协议、适配多种芯片架构、提供统一的API接口，物联网操作系统可以兼容不同的硬件和协议，从而实现统一的数据采集、处理、传输和挖掘。
目前我国物联网操作系统的发展还处于初级阶段，无论是操作系统本身，还是围绕操作系统的完整生态建设，都还需要一段时间。IT巨头、创业公司、运营商、传统嵌入式系统公司等等都推出了自己的物联网专用操作系统，但是并没有像Android或者iOS这样的操作系统绝对处于领先地位。
常见物联网操作系统，制表|外壳硬技术
应用层:标准正在路上。
所有的技术标准和平台生态，最终都要落到具体的应用中，才有价值。物联网可以应用在很多领域，比如可穿戴设备、智能家居、智能制造、车联网、智慧城市等。，而且这些领域有的已经有了相应的国家标准。
例如，2016年，工信部发布了电动汽车国家标准——GB 32960[8]，规定了电动汽车车载系统、整车企业企业平台和国家公共平台之间的通信规范，包括采集参数、上报频率、通信协议、数据格式等。每辆出厂的电动车都要按照规范采集上报数据。在此标准下，国家、企业、第三方服务机构可以进行统一的远程安全监管、车况监控、驾驶行为分析等。对于车辆，从而增强协同效应和规模效应，实现未来车联网、自动驾驶、应急指挥、智能物流等领域的应用。
同样在2016年，公安部更新了《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换和控制技术要求》——GB/t 28181[9]。本标准规定了城市监控报警联网系统的互联结构、传输、交换和控制的基本要求和安全要求，以及控制、传输流程、协议接口等技术要求，适用于相关方案设计、系统验收、设备研发和生产等。这样一来，摄像头厂商、视觉识别算法提供商、各级政府平台都有了统一的标准，视频监控应用才能快速铺开，产生价值。
当然，在实施标准的过程中，企业仍会在特定场景下拓展个性化需求，国家也需要随着应用场景的成熟不断修订标准，从而推动物联网在特定行业的标准化应用。
整合的挑战是什么？
即使业界为整合物联网产业链的每一层做出了巨大努力，但这一过程仍面临诸多挑战。
第一，整合所需的综合成本高。
从平台的角度来说，对于海量终端设备的兼容和各领域复杂多样的传输协议的支持，需要长期的实践经验和技术积累。从最终用户的角度来看，用标准化互联设备批量替换现有设备的经济成本也很高。
在成本和收益的考量下，物联网互联生态的构建必将成为一个长期的过程。
在消费物联网领域，早期崛起的巨头企业各行其道，构建自己的生态。随着开放生态成为市场趋势，巨头企业开始合作。然而，在完全开放和建立自己的竞争壁垒之间，仍然有许多商业因素需要考虑。一个典型的现象是，目前部分米家产品可以连接苹果HomeKit，但米家平台不支持连接美的智能家居产品。
但在市场广阔的工业物联网领域，由于产业链长、场景分散、需求复杂，并未形成“赢者通吃”或“割据独立”的局面，长尾效应明显。根据信通院2020年底的判断，大部分物联网平台仍处于亏损阶段，仍在探索盈利模式。物联网平台将经历长期洗牌[2]。现阶段，物联网企业寻找落地场景、运行模式、实现盈利的优先级更高。所以“本地互联”只能根据具体的应用场景来实现。
在物联网从“碎片化”走向“一体化”的过程中，安全问题日益凸显。比如，终端硬件的大规模、同质化增加了物联网网络被攻破的风险，任何终端或节点都可能成为攻击入口；跨网络和环境的设备之间的广泛通信和弱认证机制增加了信息泄漏和相关攻击的风险；开源软件的广泛使用带来了新的安全漏洞...物联网在融合的同时，也需要同步建立一套完整的安全防护机制。
怎么处理？
综上所述，要想进一步推动物联网的融合，还是需要行业各方共同努力，打破壁垒，推动各个层面的标准化和规模化。
在感知层面，物联网巨头应联合应用产业联盟或头部客户建立终端标准，实现硬件设备、传输协议、数据格式等的标准化和统一。OLA的成立迈出了整合的重要一步，但是否会有足够的产品和应用支持联盟的标准还有待观察。
在传输层，应在国家层面进一步推动通信协议技术标准的研究和应用。比如正在进行的NB-IoT基站建设，模块补贴等等。只有将技术应用于具体场景，有效增加设备连接数量，才能发挥真正的价值。
在平台层面，物联网企业应抓住开放的关键期，进一步提升操作系统或平台的能力建设。一方面，在硬件开发、设备接入、协议兼容、主流系统对接等方面积累更多实践经验；另一方面，要加强生态建设，汇聚更多的软硬件开发者、终端用户和合作伙伴。从而为用户提供丰富的服务体验，逐步提升市场份额，抢占“标准化”话语权。比如华为云物联网平台预设300+行业模型，预集成20+主流芯片和模块，汇聚开放生态中100多种硬件和3500多种应用，参与20+行业标准的制定[10]。截至2019年底，华为云物联网平台连接数突破2.8亿，已成为初具规模效应的头部物联网平台[2]。
在应用层面，除了从更高层面推动对象模型的互认，可能更重要的是探索物联网落地的标准模式，以标准化的应用场景反向驱动传输协议和终端设备的标准化。同时加快与产业链上下游或合作伙伴的协同发展。2017年，国务院发文指出，要加快发展工业互联网。一方面，要加快发展智能制造产业；另一方面，要“实现上下游产业、跨领域的广泛互联互通，打破‘信息孤岛’，促进融合共享”[11]。在此基础上，2018年，工信部开始每年评选10个以上“跨行业、跨领域”的“双交叉平台”，旨在树立行业标杆，推动广泛应用。工信部数据显示，截至2021年3月底，连接工业互联网平台的工业设备总数达到7300万台，工业app数量超过59万个[12]。物联网正逐渐在工业领域大规模应用，反过来又能促进底层能力的迭代和整合。
同时，在推进物联网全面融合的过程中，需要构建国家、行业、企业等各个层面的物联网安全标准。物联网企业需要提出可行的安全解决方案，如安全芯片、终端安全开发套件、可信执行环境、安全管理系统等。终端企业用户也需要进一步增强安全建设意识。
由此，物联网领域或许真的会迎来自己的“爆发期”，而不是永远困在“元年”。
