物聯網趨勢與背景

發布日期: 2016/08/30

物聯網的緣起

物聯網(The Internet of Things)的概念是由麻省理工學院Auto-ID研究中心(Auto-ID Labs)1999年提出的,其最初的含義是指把所有物品,通過射頻辨識等訊息傳感設備,與網際網路連接起來,實現智慧化辨識和管理。

到了2005年,國際電信聯盟(ITU)發佈了一份題為《The Internet of Things》的年度報告,對物聯網概念進行了擴展,提出了任何時刻、任何地點、任意物體之間互聯(「Any Time、Any Place、Any Things Connection」),無所不在的網路(Ubiquitous networks),和無所不在的計算(Ubiquitous computing)的發展願景,除RFID技術外,傳感器技術、奈米技術、智慧終端(Smart things)等技術,將得到更加廣泛的應用。
2009年1月,IBM提出「智慧地球」構想,物聯網為其中不可或缺的一部分,而歐巴馬對「智慧地球」構想作出了積極響應,並將其提升為國家層級的發展戰略,從而引起全球廣泛關注。
目前,國際對物聯網的研發、應用主要集中在美、歐、日、韓等少數國家,其最初的研發方向主要是條形碼、RFID等技術,在商業零售、物流領域應用,而隨著RFID、傳感器技術、近程通信,以及計算技術等的發展,近年來其研發、應用開始拓展到環境監測、生物醫療、智慧基礎設施等領域。
如:總部位於比利時的歐洲合作研發機構校際微電子中心(IMEC)利用GPS、RFID技術,已經開發出遠端環境監測、先進工業監測等系統,近來該機構還,利用在微電子及生物醫藥電子領域的領先技術,積極研發具有可遙控、體積小、成本低等功能的微電子人體傳感器,自動駕駛系統等技術;思科已經開發出「智慧互聯建築」解決方案,為位於矽谷的美國網域儲存技術有限公司節約了15%的能耗;IBM提出了「智慧地球」的概念,並已經開發出涵蓋智慧電力、智慧醫療、智慧交通、智慧銀行、智慧城市等多項物聯網應用方案;美國政府目前正在推動與墨西哥邊境的「虛擬邊境」建設,該項目依靠傳感器網路技術,據報導僅其設備採購額,就高達數百億美元。
圖一中,我們可以看到歐洲智慧系統整合技術平台(EPoSS)在《Internet of Things in 2020》報告中分析預測,未來物聯網的發展將經歷四個階段,2010年之前RFID被廣泛應用於物流、零售和制藥領域,2010-2015年物體互聯,2015-2020年物體進入半智慧化,2020年之後物體進入全智慧化。
就目前而言,許多物聯網相關技術仍在開發測試階段,離不同系統之間融合、物與物之間的普遍鏈結的遠期目標,還存在一定差距。
物聯網的產值
物聯網目前仍處於導入期,因此在未來仍有相當大的成長空間。圖二是2020年全球物聯網規模的預估產值,預計在2020年全球物聯網的規模,將成長到1兆美金,而應用服務的成長在整體物聯網規模的市值中是最明顯的,高達6.5倍的成長,從這樣的數據也透露,市場對於物聯網的應用將會更加多元化,且帶給用戶的附加價值也隨之提升。
各國市場規模趨勢
圖三為全球物聯網區域市場辨模之發展趨勢,2010年市場規模約為1,250億美元,其中歐洲及美國合計約佔55%,日韓合計約佔30%,至於發展初期的中國雖只佔有7%之市場比率,但預估2010~2016年之年複合成長率可高達近50%。
預估中國市場具有高度成長動能之原因,主要在於其以中央政策主導,地方政府為求市政績效,紛紛建立物聯網應用示範,衍生之市場需求便吸引許多國際廠商進駐,再借助產業之形成擴散應用場域,逐步推升市場規模。
各國物聯網政策
在政策面,為了抓準這波風潮,各國政府紛紛推出物聯網相關產業政策,以達到提振經濟、啓動對既有產業升級之目的。
從圖四可以知道,各國在物聯網政策佈局方向,其中,美國將物聯網發展和重塑智慧製造業優勢結合,希望借此重新佔領全球製造業至高點,並借助聯合GE、Amazon、Accenture、Cisco等打造符合工業物聯網與海量數據分析平台,推動工業物聯網標準框架制定。
歐盟於2013通過Horizon 2020計劃,旨在利用科技創新促進經濟成長、增加就業。研發重點集中在傳感器、架構、標識、安全隱私等。此外,歐盟也在其國家型科研計劃FP7(Framework Program 7)中設立IoT-A、IoT6、open IoT等一系列項目項目,布建智慧電網、智慧城市、智慧交通等智慧城市應用項目。
鄰近的韓國除了在2005年左右U-Korea IT839戰略中,將物聯網作為三大基礎建設重點之一,更進一步在2014年5月提出《IoT物聯網基本規劃》,從服務、平台、網路到終端設備與信息安全,全面建構開放式物聯網IoT生態體系,借助貫穿產業鏈的縱向協力,與大型、中小型企業橫向合作,開發物聯網IoT產品與服務。此外,韓國也在2014年6月提出製造業創新3.0,希望通過物聯網和資訊技術的整合,導入智慧工廠生產概念。
而日本在物聯網的佈局,2009年7月6日,日本IT戰略本部發佈了新一代的資訊化戰略——至2015年的中長期資訊技術發展戰略「i-Japan戰略2015」,其目標是「實現以國民為中心的數位安心、活力社會」。
「i-Japan」戰略描述了2015年日本的數位化社會藍圖,闡述了實現數位化社會的戰略。該戰略旨在通過打造數位化社會,參與解決全球性的重大問題,提升國家的競爭力,確保日本在全球的領先地位。i-Japan戰略在總結過去問題的基礎上,從「以人為本」的理念出發,致力於應用數位化技術打造普遍為國民所接受的數字化社會。
在大致上對各國的政策有初步瞭解後,以下進一步說明各國政策的詳細情況以及其政策的演進與發展。
美國
圖五訊息為美國在2009年1月7日,IBM與美國智庫機構資訊技術與創新基金會(ITIF)共同向歐巴馬政府提交了「The Digital Road to Recover: A Stimulus Plan to Create Jobs,Boost Productivity and Revitalize America」,提出通過資訊通信技術(ICT)投資可在短期內創造就業機會,美國政府只要新增300億美元的ICT投資(包括智慧電網、智慧醫療、寬頻網路三個領域),便可以為民眾創造出94.9萬個就業機會;1月28日,在歐巴馬就任總統後的首次美國工商業領袖圓桌會上,IBM首席執行官建議政府投資新一代的智慧型基礎設施。
上述提議得到了歐巴馬總統的積極響應,歐巴馬把「寬頻網路等新興技術」定位為振興經濟、確立美國全球競爭優勢的關鍵戰略,並在隨後頒佈的總額7870億美元《經濟復甦和再投資法》(Recovery and Reinvestment Act)中,對上述戰略建議具體加以落實。
《經濟復甦和再投資法》希望從能源、科技、醫療、教育等方面著手,通過政府投資、減稅等措施來改善經濟、增加就業機會,並且同時帶動美國長期發展,其中鼓勵物聯網技術發展政策,主要體現在推動能源、寬頻與醫療三大領域開展物聯網技術的應用。
而在工業物聯網的發展部分,相關的策略則是企業帶頭引導,如IBM的智慧地球(Smart Planet)、思科(Cisco)的萬物聯網(Internet of Everything, IoE)、通用電子(GE)的工業網路(Industrial Internet)與工業物聯網(Industrial Internet of Things, IIoT),這些聯盟都在激烈的競爭工業產業市場的大餅,希望產業內的標準,都能由自己引領的聯盟制訂,進而改變整個產業結構,近幾年來,各大聯盟的合作情況逐漸增多,也代表著誰愈能拉攏愈多企業加入,誰就會是未來產業重要的影響者。
歐洲
從歐盟委員會到物聯網領域的專業研究項目組,先後頒布了多份規劃歐洲物聯網未來發展動向的相關報告。
6月,歐盟委員會向歐盟議會、理事會、歐洲經濟和社會委員會及地區委員會遞交了《歐盟物聯網行動計劃》(Internet of Things-An Action Plan for Europe),提出了包括物聯網管理、安全性保證、標準化、研究開發、開放和創新、達成共識、國際對話、污染管理,和未來發展等在內9個方面的l4點行動內容。
其中,管理體制的制訂、安全性保障和標準化是行動計劃的重點。此外,計劃還描繪了歐盟物聯網技術的應用
前景,提出了改善政府對物聯網的管理,推動歐盟物聯網產業發展的10條政策建議。
9月,歐盟第七框架RFID和物聯網研究項目發佈了《物聯網戰略研究路線圖》研究報告,提出了新的物聯網概念,並進一步明確歐盟到2010年、2015年、2020年三個階段物聯網的研究路線圖,同時羅列出包括辨識技術、物聯網架構技術、通信技術、網路技術、軟體等在內的12項需要突破的關鍵技術,以及航空航天、汽車、醫藥、能源等在內的18個物聯網重點應用領域。
11月,歐盟委員會以政策文件的形式對外發佈了《未來物聯網戰略》,計劃讓歐洲在基於網際網路的智慧基礎設施發展上引領全球,除了通過ICT研發計劃投資4億歐元,啓動90多個研發項目提高網路智慧化水平外,歐盟委員會擬在2011-2013年間,每年新增2億歐元進一步加強研發力度,拿出3億歐元專款,支持物聯網相關公司合作短期項目建設。
12月,歐洲物聯網項目總體協調組也發佈了《物聯網戰略研究路線圖》,將物聯網研究分為感知、宏觀架構、通信、組網、軟體平台及中間件、硬體、情報提煉、搜索引擎、能源管理、安全等l0個層面,系統地提出了物聯網戰略研究的關鍵技術和路徑。
2010年,在歐盟第七框架計劃(FP7)發佈的「2011年工作計劃」中,確立了2011至2012年期間ICT領域需要優先發展的項目,該項目包含:
●微機電

●非矽基組件
●能量收集技術(energy harvesting technologies)
●無所不在的定位(ubiquitous positioning)
●無線通信智慧系統網(networks of wirelessly communicating smart systems)
●語義學(Semantics)
●基於設計層面的隱私和安全保護(privac- and security- by design)
●軟體仿真人工推理(software emulating human reasoning )
希望通過公私夥伴模式(PPP)支持,包括未來網路(Future Internet)等在內項目建設,並將其作為刺激歐洲經濟復蘇措施的一部分
在2013年,更提出了Horizon2020,針對之前FP7的研發重點計劃,提出更全面性以及國際化的規劃,該規劃內容主要有三點:
A. 求科學研究的卓越性(Excellent Science):基礎研究、應用研究、人才培育
世界級的科學研究是奠定未來,將應用於人類社會在科技發展、工作職務及未來福祉的基礎,Horizon 2020除了吸引並維繫科學研發人才,也讓優秀的人才通過此一平台,接觸到最棒的研究設施與結構,例如:
▲European Research Council提供獨立研究者或其團隊,必要的資源與協助
▲Future and Emerging Technologies的基金,將用於資助聯合型研究,以開拓嶄新且大有前景的創新領域
▲居禮夫人計劃(Marie Curie Actions)提供研究者絕佳的訓練,及事業發展機會
▲研究建置(Research Infrastructures)藉由實體或電子化的模式,確保歐盟各研究者參與世界級的研究計劃
B. 促進產業的領導能力(Industrial Leadership):產業科技、關鍵技術、新創企業成長機制
策略性的投資關鍵技術(如:先進制程或微電子)是強化產業創新的基礎,歐盟期待通過新創公司或私人投資帶動的力量,創造更多商機與就業。
Horizon 2020聚焦以下之關鍵技術
▲先進製造流程 Advanced manufacturing and processing
▲Advanced materials
▲生物科技 Biotechnology
▲資訊與通訊技術 Information and Communication Technologies
▲奈米科技 Nanotechnology
▲航天科技 Space
C. 解決社會民生所面臨之挑戰(Societal Challenges):持續發展、低碳、民生社會所需
必切合人類社會永續發展,勢必得仰賴創新的想法,與科技以解決在氣候、環境生態、能源與交通運輸等各面向的民生課題,通過小辨模的試點、到全面性的推廣採用,Horizon 2020歡迎以下有關民生議題的研究計劃:
▲健康、人口變遷與生活福祉Health, demographic change and well-being
▲食物安全、永續農業、永續森林、海洋及水資源運用,以及生物經濟 Food security, sustainable agriculture and forestry, marine and maritime and inland water research, and the bioeconomy
▲安全、乾淨且有效率的能源Secure, clean and efficient energy
▲智慧型綠能且具整合的交通運輸Smart, green and integrated transport
▲氣候議題、環境研究、能源效率及原物料開發Climate action, environment, resource efficiency and raw materials
▲全球變化下的歐洲-融合、創新、因應時局的社會Europe in a changing world: inclusive, innovative and reflective societies
▲社會安全-保護歐洲各國的自由與公民安全Secure societies – protecting the freedom and security of Europe and its citizens
圖七是歐洲FP7(2009年)與Horizon 2020(2013年)的計劃的比較,兩者雖然都針對科學研究去探討,但Horizon 2020的研究面向,又比FP7來的更多元,以及更國際化。
歐洲在物聯網的野心,可以看得出希望借助國際化的研究補助,讓歐洲成為物聯網的研究重鎮,進而能夠讓歐洲各國的經濟發展提升,並能夠制訂出統一標準的物聯網法規與協議,藉由這樣的政策,來與美國競爭物聯網的龍頭地位。
韓國
2014 年 5 月,韓國出版《物聯網基本規劃》。規劃中,韓國政府提出成為「超聯數位革命領先國家」的戰略遠景,計劃提升相關軟體、設備、零件、傳感器等技術競爭力,並培育一批能主導服務,及產品創新的中小及中堅企業;同時,通過物聯網產品及服務的開發,打造安全、活躍的物聯網發展平台,並推進政府內部及官民合作等,最終力爭使韓國在物聯網服務開發,及運用領域成為全球領先的國家。
《物聯網基本規劃》首先提出了至 2020 年的具體戰略目標,包括:擴大市場規模,擴大中小企業和中堅企業的企業數量及雇傭人數,提高物聯網技術的應用效率等(見圖八所示)。規劃提出了包括促進產業生態界內部參與者之間的合作、推進開放創新、開發及擴大服務、實施企業支持等在內的四大推進戰略,並細化了涉及三大領域的 12 個具體戰略實施課題:
(1.)以平台及融合建設推動服務創新根據《物聯網基本規劃》,韓國首先計劃鼓勵業界企業合作,開發開放平台,用於開發跨部門,以及例如健康管理、智慧家居等,以實際民間需求為基礎的物聯網服務。
物聯網服務則將聚焦融合物聯網、雲、大數據、行動等各類訊息及技術的新型服務,通過階段性構建,及擴大物聯網創新中心等 DIY 開放實驗室,實施基於使用者參與的實證項目等,不斷挖掘新產品及服務。
(2.)以輔助企業夯實產業發展基礎,韓國計劃通過民官合作及建立開放創新中心,實現企業協同,重點開展跨國及大中小企業合作項目,共同開拓國際市場。規劃中強調,韓國將重點開發可穿戴、健康管理、超小型、超電力化等新一代智慧設備及零件技術,並重點培育智慧傳感器產業,確立其國內智慧傳感器核心技術及商用化技術,特別是應用於主力產業及物聯網產業的尖端傳感器技術。
此外,韓國還計劃推動物聯網技術的傳統產業領域應用,強化成果商業轉化,並特別為中小企業及高新技術投資企業,提供「創意開發→產品試制→創業及商業化→進駐全球市場及實驗認證」等全週期綜合支持。
(3.)以構建健康活躍的環境,實現長期發展,韓國強調,將重點進行物聯網安全防護,包括:制訂「物聯網資訊安全路線圖」,與其他國家在資訊安全事故循序應對,及分析方面實現資訊共享,構建測試安保功能及性能的試驗環境,加大嵌入式 OS 等物聯網安全技術開發力度,培育相關技術專家等。
韓國還計劃擴大第五代行動通信及Giga 網路等基礎設施,推動應用於遠端物聯的低電力、長距離、非許可頻段通信技術的開發。韓國計劃將現有的科研課題與物聯網產業全面銜接,並強化軍民及國際科研合作,建立國際標準。
此外,針對物聯網產業發展過程中,發生的與現有規章制度的衝突,韓國將進行法律及制度的優化,並將針對新產品和新服務,採取迅速處理、臨時許可等制度應變,從而推動新融合服務快速投入市場。
日本
進入21世紀以來,日本仍然積極推進IT立國戰略,如圖九所示,政府於2000年首先提出了「IT基本法」,其發展歷程主要涵蓋三個主要階段:e-Japan—u-Japan—i-Japan。
日本政府還十分重視採取政策引導的方式,推動物聯網的發展,根據市場需求變化,對當前的應用給予政策上的積極鼓勵和支持,對於長遠的規劃,則制訂了國家示範項目,並用資金等相關扶持方式,吸引企業投入技術的研發和推廣應用。
A. e-japan戰略
從2001年1月開始實施的e-Japan戰略,是以寬頻化為核心開展的基礎設施建設,該戰略主要包括4個方面的內容:一是建設超高速的網路,並盡快普及高速網路的接入;二是制訂有關電子商務的法律法規;三是實現電子政務;四是為日本下一個十年的經濟振興提供高素質的人才。
該戰略計劃在5年內使日本成為世界最先進的IT國家。2003年,提前完成e-Japan戰略預定任務後,日本IT戰略部又進一步制定了e-JapanⅡ戰略,將發展重點轉向推進IT技術在醫療、食品、生活、中小企業金融、教育、就業和行政7個領域的率先應用。e-Japan系列戰略的實施,為後續推動物聯網技術的發展,提供了資訊網絡、政策法規、人才儲備等的充足條件。
B. u-Japan戰略
日本是世界上第一個提出「泛在」戰略的國家,2004年5月日本政府在兩期e-Japan戰略目標,均提前完成的基礎上,由日本資訊通信產業的主管機關總務省(MIC),向日本經濟財政咨詢會議,正式提出了2006至2010年間的IT發展任務——以發展Ubiquitous社會為目標的「U-Japan」戰略——到2010年將日本建設成一個「實現隨時、隨地、任何物體、任何人均可連接的泛在網路社會」,該戰略的理念是以人為本,實現所有人與人、物與物、人與物之間的連接(即4U,Ubiquitous、Universal、User-oriented、Unique),其中,物聯網包含在泛在網的概念之中,並服務於U-Japan,及後續的 IT 化戰略。
U-Japan戰略立足於基礎設施建設和利用,主要從三個方面展開建設性工作:
●泛在社會網路的基礎建設:計劃打造一個可供全體國民進行高速上網的、可實現從有線到無線、從網路到終端、包括認證、數據交換在內的無縫鏈結泛在網路環境。
●ICT的高度化應用:旨在通過ICT的高度有效應用,促進社會系統的改革,解決高齡少子化社會的醫療福利、環境能源、防災治安、教育人才、勞動就業等21世紀的問題。
●ICT安心安全21戰略等。
此外,u-Japan戰略還有兩大戰略重點:國際戰略和技術戰略。國際戰略主要是推進,與歐美各國和WTO、OECD、APEC、ITU等有關的國際間合作,技術戰略則是致力於將日本的實用研發技術推向世界。
2008年,日本總務省進一步提出了「u-Japan xICT」政策。「x」代表不同領域乘以ICT的含義,具體涉及三個領域:
  ▲產業xICT
  ▲地區xICT
  ▲生活(人)xICT。
產業 xICT」,即通過ICT的有效應用,實現產業變革,推動新應用的發展;「地區xICT」也就是通過ICT以電子方式聯繫人與地區社會,促進地方經濟發展;「生活(人)xICT」也就是有效應用ICT,達到生活方式變革,實現無所不在的網路社會環境。
通過制訂明確發展領域方向的「u-Japan xICT」政策,日本政府將u-Japan政策的重心,從之前關注居民生活品質的提升,拓展到帶動產業及地區的全面發展,通過各行業、各地區與ICT的深化融合,最終有力促進經濟增長。
為了實現u-Japan戰略,日本進一步加強官、產、學、研的有機聯合,在具體政策實施上,政府負責統籌和整合,形成民、產、學、官共同參與政策實施的開放性組織管理模式,從而加強在基礎設施建設和標準化等,各方面的聯合協作。
C. i-Japan戰略
全球金融危機爆發後,為了盡快實現經濟復甦,同時,也作為U-Japan戰略的後續發展戰略,2009年7月6日,日本IT戰略本部發佈了新一代的 IT 化戰略—至2015年的中長期 IT 技術發展戰略「i-Japan戰略2015」(簡稱為「i-Japan」),其目標是「實現以國民為中心的數位安心、活力社會」。
「i-Japan」戰略描述了2015年日本的數位化社會藍圖,闡述了實現數位化社會的戰略。該戰略旨在通過打造數位化社會,參與解決全球性的重大問題,提升國家的競爭力,確保日本在全球的領先地位。
i-Japan戰略在總結過去問題的基礎上,從「以人為本」的理念出發,致力於應用數位化技術,打造普遍為國民所接受的數位化社會。
i-Japan戰略主要聚焦在3大公共事業方面:包括電子化政府治理、醫療健康資訊服務、教育與人才培育。計劃到2015年,通過數位技術,使行政流程簡化、效率化、標準化、透明化,推動現有行政管理的創新變革,同時促進電子病歷、遠端醫療、遠端教育等應用的發展。
i-Japan戰略中提出重點發展的物聯網業務包括:通過對汽車遠端控制、車與車之間的通信、車與路邊的通信,增強交通安全性的下一代 ITS應用;老年與兒童監視、環境監測傳感器組網、遠端醫療、遠端教學、遠端辦公等智慧城鎮項目;環境的監測和管理,控制碳排放量等,從而強化物聯網在交通、醫療、教育和環境監測等領域的應用。
綜合以上所有國家,我們製作了一張表,讓大家快速的瞭解各國的差異跟政策方針的不同。表一顯示,日本與韓國之發展較為雷同,均先以發展網路技術及基礎設施為主,最終導向以成為資訊輸出大國為目的。因此,日韓民眾使用網路經驗較為成熟,對於物聯網的應用也較能接受,故目前日韓是全球物聯網個人應用最為普及之地區。
歐美物聯網政策則多集中於公共事業效率之提升,借以提高人民生活水平,例如將物聯網應用導入水、電、瓦斯…等公共事業。

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