程冠杰 （浙江大学计算机科学与技术学院）
摘 要：随着信息技术的快速发展和全球数字化转型的加速，物联网作为新兴产业， 正在深刻改变各行各业的运营模式和发展方向。物联网技术的发展为智能家居、制造业、城市发展、医疗保健等领域带来了巨大的变革，它以感知、连接和智能化应用为核心，展现出巨大的发展潜力。然而，物联网在推广应用过程中仍面临技术、经济和产业层面的挑战。本研究针对物联网新兴产业的发展路径进行了分析，提出物联网发展面临的主要挑战。通过调研相关的产业发展方向、政策方针、技术路线等研究内容， 分析当前面临问题的解决对策和未来发展方向。通过解决上述问题，物联网技术将进一步推动各行业的智能化转型，并为全球经济的数字化发展提供强大的支持。
关键词：物联网；标准化；安全挑战；联通性；产业融合
一、引言
物联网可以被理解为一种通过约定的通信协议，实现人与人、人与物、物与物之间全面互联的网络系统。物联网可以借助射频识别（RFID）、传感器等技术获取来自物理世界的各种数据，再利用智能计算技术对信息进行分析和处理以提高对物理世界的感知，实现智能决策和控制；并通过互联网、移动通信网络等进行信息的传输和交互，从而使得现实世界中的物体与设备能够相互连接、实时沟通和协同工作。物联网实现了对物理和虚拟世界信息的响应和处理， 是一个开放、合作和协同联动的基础网络。
近些年，在政府支持、技术发展和需求推动等多方面的促进下，我国物联网行业的应用场景不断扩展，运营模式日趋成熟，产业规模、生态体系和技术框架也取得了显著发展。物联网建设取得了显著成效，随着越来越多企业认识到物联网技术在提升竞争力方面的巨大潜力，物联网已逐渐成为现代社会中不可或缺的核心技术之一。
二、物联网发展路径
根据当前全球企业对行业趋势的理解， 目前物联网的核心是从通用化的服务向深入细分应用场景方向发展。在技术能力方面，强调为场景赋能，包括实现人工智能普及化、确定性、能落地，同时强调绿色环保理念。在发展模式方面，强调快速化、前瞻性和生态化，企业在明确产业发展趋势后应全力投入资源；也应采用标准制定与产品研发同步的方式，加快发展进程，在新技术方向上有所突破。
随着物联网设备数量的增加，边缘计算成为解决延迟、带宽和数据存储瓶颈的关键技术，而云计算为物联网提供了强大的数据存储、分析和计算能力。云计算和大数据产业的融合是物联网发展的必然趋势，云平台用于存储物联网设备生成的数据，而大数据分析则为用户提供基于数据的智能服务，推动行业发展。
人工智能、区块链等新兴技术和物联网的结合也日益密切。AI 技术通过机器学习、深度学习等算法对物联网设备采集的数据进行分析和处理，实现智能决策、预测、自动化控制等功能；区块链技术能够为设备之间的数据传输提供安全保障。
物联网技术的发展离不开通信技术的持续演进与创新。近年来，随着传感器、边缘计算、可穿戴设备和智能家居等领域的不断进步，物联网中一个主要的挑战——受限的无线数据传输速率，正逐步得到有效提升。加之5G、低功耗广域网络（LPWAN） 和卫星通信等技术的不断突破，这些先进的通信技术通过不同的数据传输协议实现高效连接，为物联网的快速发展提供了有力支撑。
近年来，物联网广泛应用于军事、工业、农业、电网水网、交通、物流、节能环保、医疗健康、智能家居等领域。现有的物联网的应用不再局限于单一行业，而是跨越多个行业进行深度融合。智能制造（工业4.0）是物联网与传统制造业融合的典型应用。物联网设备与生产设备的连接能够实时采集生产数据，结合大数据分析和人工智能，实现生产过程的智能化、自动化和优化。物联网也推动着智能家居、智慧城市、智能交通、生物医疗、元宇宙等领域的快速应用和创新发展。
三、现阶段物联网发展面临的挑战
（一）标准化体系有待完善
物联网建设过程中，标准通过统一、协调、简化和优化的技术方式，发挥着关键的支撑作用。通过标准化活动，能够有效促进技术的一致性和兼容性，为物联网产业的高质量发展提供有力保障。然而，物联网发展过程中，标准化问题一直是技术推广和应用普及的重要障碍。标准化是确保不同设备、平台、应用之间能够高效协作的关键， 但由于物联网的多样性、复杂性和跨行业特性，其标准化面临诸多挑战，如：目前物联网系统的通信网络层仍然没有统一的标准， 不同行业和应用场景采用不同的网络协议，如Wi-Fi、Zigbee、LoRa、NB-IoT、5G 等。而物联网技术本身发展迅速，新的通信技术（如5G、Wi-Fi 6）、新型传感器（如智能传感器、视觉传感器）、新兴应用（如智能交通、自动驾驶）不断涌现，这导致标准化工作的节奏跟不上技术发展的速度，新技术、新需求难以及时纳入标准化体系。
（二）物联网安全和隐私保护需进一步加强
在硬件设备安全中，随着物联网终端使用场景的不断丰富，物联网系统终端设备的种类趋于多样化，设备的数量也日益庞大， 使得设备总体安全管理难度增大。设备的设计也较少考虑到安全性。在网络安全中， 针对互联网所发起的各类恶意攻击开始蔓延到物联网领域，一些智能终端设备被攻击者利用，导致网络安全威胁增多。此外，全球网络攻防对抗的强度、频率、规模和影响不断升级，攻击手段日趋复杂。在通信安全中，物联网设备也存在传输数据时数据加密不足、网络协议较脆弱、设备认证和身份验证问题。物联网在云服务和数据存储安全、物理安全等方面也面临一些挑战。
在隐私方面，物联网设备通常会收集大量个人信息，如位置信息、健康数据以及日常行为习惯等。若这些数据泄露，可能导致用户的隐私遭到侵害，甚至带来潜在的安全风险。同时，许多物联网设备在设计时缺乏匿名性保护，用户的数据也很容易被追踪和识别。此外，由于缺乏去标识化的保护， 一些物联网应用没有采取去标识化措施，使得用户的身份可以轻易与采集到的数据关联起来，从而暴露用户隐私。许多物联网厂商的隐私政策和数据使用条款不透明，用户无法知晓设备如何使用、存储和共享他们的数据。这种不透明性导致用户对个人信息的控制力不足。目前用户个人信息保护问题已成为用户关注的核心问题。大规模用户数据的收集、处理，也易形成敏感的统计数据， 不合规地传输、转移、共享还可能对国家安全造成影响。
（三）互联互通、延迟问题、网络可靠性问题需重视
物联网的设备互联互通性差、网络覆盖与稳定性不足也是目前物联网发展中面临的关键问题之一。这些问题不仅影响了物联网应用的普及和效率，也限制了其在大规模部署和复杂场景中应用的可行性。
由于物联网设备来自不同厂商、使用不同的通信协议和技术标准，因此缺乏统一的互操作性标准。设备之间的互联互通性差， 导致了设备无法在同一系统中无缝协作，数据传输和共享变得困难。主要表现在协议不统一、数据格式和接口不兼容、多种设备管理平台等方面。同时，物联网应用涉及大量设备的联网，而这些设备往往分布在不同的地理位置，包括城市、农村、偏远地区等。由于物联网设备分布广泛且数量庞大，网络覆盖和稳定性需进一步完善。
（四）技术瓶颈与成本、产业融合的挑战
物联网作为一种快速发展的技术，带来了诸多创新的应用场景和产业变革。然而， 在物联网技术发展和产业应用过程中，仍存在一些技术瓶颈、成本问题以及产业融合等方面的挑战。
许多物联网设备，尤其是低功耗设备， 受限于其计算能力和存储空间，无法执行复杂的数据处理任务或进行实时分析。现有传感器的精度、稳定性和可靠性仍然有待提升。物联网设备生成海量的数据，如何对数据进行高效分析、提取其中有价值的信息仍然是一个技术难题，而且消耗着大量的计算资源。与此同时，物联网设备和传感器、网络与基础设施的成本较高：物联网设备和传感器通常需要专用硬件，部署物联网所需的网络基础设施（如基站、网关、通信设施等） 需要巨大的投资。同时还有数据存储和计算成本、维护与更新成本等。
物联网的发展需要跨行业的合作，包括智能家居、智慧城市、智能制造等领域。然而，不同领域有不同的需求和技术要求，导致产业间的协作和融合困难。不同行业的标准、需求和技术差异，造成物联网应用难以在多行业中实现无缝集成。不同厂商和平台之间的封闭性，使得数据难以共享和流通， 形成了所谓的“数据孤岛”。数据无法互联互通，限制了物联网的整体效率和创新能力。
四、相关对策研究
（一）完善物联网标准化体系，提升我国物联网标准全球影响力
《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》明确指出，要完善流通体制，加快发展物联网，健全一体衔接的流通规则和标准。工信部、国家标准委联合印发的《物联网标准体系建设指南（2024 版）》中也指出，要加快形成引领物联网产业高质量发展的标准体系。物联网标准体系的结构如图1 所示，主要分为基础标准、技术标准、应用标准和建设运维标准四个方面。其中，基础标准是物联网的总体框架性标准，为其他各类标准提供基础支撑； 技术标准涵盖了物联网的关键共性技术和融合技术，为物联网应用的实现提供技术保障；建设运维标准则针对物联网系统的规划、建设、运行和维护，指导各行业推进物联网系统的建设与规模化部署；应用标准则根据行业的具体需求，对其他标准进行细化，支持各行业的发展。
在标准实施过程中，应加强统筹协调， 积极在工业和信息化部、国家标准化管理委员会的指导下，推动物联网全产业链的企业、高校和研究机构等加强标准化工作的协同合作。完善工作体系，建立物联网科技项目与标准化工作的联动机制，在科技项目中强化标准核心技术指标的研究， 并及时将先进适用的科技创新成果纳入标准体系，以提升标准水平。同时，要加强应用推广，促进标准的广泛应用和实施。此外，还需深化国际合作，加快物联网国际标准的转化，推动国内外标准关键指标的统一，进一步提升我国物联网标准在全球的影响力。
（二）加强物联网数据安全和用户隐私保护
进行物联网安全隐私保护具有十分重要的意义。物联网隐私安全的影响是全球性的，可能影响到全球或一个地区的整个行业，甚至几个行业的正常运行。由于物联网将直接在物理世界中运行，其操作通常是不可恢复的。同时，物联网入侵具有更强的利益驱动效应。在物联网环境下，病毒制造、黑客入侵等行为将更加以利益为导向。
物联网安全问题的应对主要在加快安全技术的研究和构建安全保障体系两方面重点发力。
一般来说，物联网的架构可以分为四个部分，即感知层、传输层、加工层、应用层。感知层是物联网架构的最底层， 负责通过各种传感设备感知物理世界的信息，这一层的功能包括数据采集、状态监测等。传输层负责将感知层收集的数据传输到处理层，实现设备和平台之间的通信。处理层负责对传输层传来的数据进行存储、计算和分析，并生成高层应用所需的决策信息。应用层是物联网的最终呈现部分， 直接为用户提供服务。
物联网层级架构及其隐私信息安全保护的框架如图2 所示，图中物联网感知层使用固件安全技术、集成安全态势感知， 安全防护包括RFID、二维码、物理硬件传感器等；传输层通过通信安全协议、区块链技术安全保护涉及移动网络、无线网络、自组织网络等无线通信安全技术；处理层运用访问控制、人工智能技术安全防护涉及信息开放平台、云计算平台、环境监测、服务支撑平台；而应用层的隐私安全保护涉及多媒体信息、隐私信息、业务管理、数据挖掘等，依据隐私保护法律、服务质量管理等技术。
数据已成为信息社会发展的重要资源， 是物联网产业发展的基石。目前，各国政府都非常重视个人数据安全的保护，如提供有效的用户协议，物联网设备采集的数据只有在征得用户对用户协议的“明确同意”后才能上传到物联网服务提供商的云服务器； 加强个人隐私的技术保护，技术手段是法律措施的重要补充，国家和社会各界应积极鼓励研究和开发；加强个人信息保护的国际交流与合作，学习国际先进技术和法律法规， 进一步提高安全保护水平。发展先进网络技术，加强网络安全，也是保护网络隐私权的必要措施。
我国高度重视物联网安全保护工作， 2021 年1 月，工业和信息化部就《物联网基础安全标准体系建设指南（征求意见稿）》公开征求意见，提出到 2025 年推进形成完善的物联网基础安全标准体系。此后，国家陆续出台多项物联网行业政策，推动全面感知、安全可信的物联网新型基础设施建设，旨在满足物联网基础安全保障需求，提升行业物联网的安全能力水平。物联网的隐私保护需要信息技术、计算机技术、通信技术、行业规范、法律法规以及相关政府部门的共同协作与努力。
（三）互联互通、延迟问题、网络可靠性问题
目前，物联网设备采用的通信协议繁多，广泛使用的物联网协议包括ZigBee、蓝牙低功耗（BLE）、Wi-Fi、LoRa、RFID 等。这些协议可以根据各自的特点应用于不同的领域，例如LoRa 被广泛应用于低功耗广域网。为减少设备兼容性问题，要推动国际标准化组织在物联网领域制定统一的通信协议和数据格式标准。例如，IPv6 被提出作为物联网设备统一的网络协议，使得每个设备都能通过独一无二的IP 地址进行识别和通信，以应对设备数目的激增和网络效率、管理的需求，图3 展示了IPv6 目前在全球各地区的适用情况，除非洲外，大部分地区都在逐步适应使用IPv6。此外，还可以通过使用中间件技术，将不同通信协议的设备和系统连接起来，并对不同协议之间的数据进行转换和桥接，实现设备之间的互联互通。如消息队列遥测传输（MQTT）协议作为轻量级的中间件协议，被广泛应用于不同设备和系统之间的通信。
在平台方面，推动物联网设备制造商采用开放的API 和标准接口，以便不同平台和设备能够进行集成和互操作。如Open Connectivity Foundation（OCF）开放平台，旨在促进设备和服务之间实现信任、互操作性和安全通信。它通过促进整个IoT 生态系统中利益相关者之间的协作来提供免费的ISO/IEC 规范，包括安全IP 设备框架、开源参考实施和行业认可的认证计划（见图4）。
在网络覆盖和稳定性问题中，5G 技术的低延迟、高带宽、大连接数的特点使其成为解决该问题的一个不错的选择。5G 不仅能满足大规模设备的连接需求，还能提供高速的数据传输，极大地提升物联网系统的稳定性。在智能制造、自动驾驶、智慧城市等高要求的物联网应用中，5G 能够提供更高的网络可靠性和低延迟。此外，LPWAN 技术被设计成专为物联网应用的无线通信技术，旨在实现长距离、低功耗的数据传输。LPWAN 协议（如LoRa、NB-IoT、Sigfox 等）支持大量设备的连接，适用于需要长时间运行且电池供电的场景，如智能城市、农业监测和环境监测等，可以在城市和偏远地区实现广泛覆盖。
（四）加快技术突破，降低成本，推动跨行业协作与融合
针对目前物联网产业的技术瓶颈和成本问题，一是要增强硬件技术，发展更高精度、更低功耗的传感器，推动物联网技术的模块化，根据需求定制，减少不必要的成本。增强嵌入式设备的计算能力、推动多功能传感器的研发，减少硬件成本，提高设备的集成度和效率。二是优化数据存储与计算方式。边缘计算通过将数据处理从云端迁移到离设备更近的边缘节点，可以减少延迟， 减轻网络带宽压力，并提高实时数据处理能力。通过采用云计算技术，结合云平台的弹性存储和大数据分析能力，可以处理大规模的物联网数据，提供高效的数据存储与实时分析服务，减少物联网基础设施的建设和维护成本。三是进一步加强协议与标准化建设，优化5G、高效网络技术和LPWAN 技术，提升其传输效率，减少延迟，以满足各种低功耗设备的需求。
产业融合发展方面，应推动跨行业协作与融合。一是建立合作平台，通过行业联盟、标准化组织等方式，推动不同行业之间的合作与沟通，制定共同的技术标准和解决方案，实现设备和平台之间的互操作。二是政府、企业和研究机构应加强合作，共同推动物联网技术在各行业中的应用，促进跨行业的技术创新。三是在数据孤岛问题上，要进一步推广开放平台与数据共享，利用如区块链等技术来保障数据的安全性、隐私保护以及跨平台的数据流通，推动数据的透明化和流动性。
五、总结与展望
物联网作为新型基础设施的重要组成部分，正在推动全球各行各业的数字化转型。通过高效的感知、传输、处理和智能决策，物联网技术不仅提升了各行各业的生产力，还推动了资源的高效流通，促进了社会的智能化、自动化和信息化。然而，随着物联网规模化应用的推进，依然存在设备互联互通性差、隐私安全保护不足、数据存储与处理能力较弱、技术标准化不足等挑战。为了解决这些问题，各方需要加强技术研发、制定统一的标准、提升安全性、优化网络架构，并促进跨行业、跨领域的协同合作。政府与企业应共同努力，通过政策引导、标准化建设、技术创新和跨行业合作，解决当前物联网面临的问题，推动物联网产业持续健康发展。
未来，物联网将继续深化与人工智能、5G、大数据等新兴技术的融合，探索并实现更加智能、高效、低延迟的应用场景。边缘计算与云计算的深度融合将进一步提升物联网数据处理能力，减少延迟，保障实时性和稳定性。物联网也将进一步加强与智能制造、智慧城市、环境监控、农业等行业的深度融合。随着5G 网络的全面部署，物联网将迎来更广阔的发展空间，推动智能制造、自动驾驶、远程医疗等领域的创新， 为全球经济和社会的可持续发展提供新的动力。总体而言，物联网的发展前景广阔， 必将成为全球数字经济发展的重要基石，在智能化、网络化、自动化的时代浪潮中发挥着不可替代的作用。
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（作者系浙江大学计算机科学与技术学院特聘研究员、博士）