前言

物联网起源于20世纪七八十年代，恰逢射频识别和传感器网络技术研究与应用的兴起，当前物联网正在逐步融合大数据、人工智能和数字孪生等新兴技术，而通过对这些新兴技术的深度融合，未来物联网将把物理世界与数字世界紧密地连接在一起。GB/T 33745—2017《物联网　术语》给出了物联网的标准定义，即物联网是指通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务系统。此定义涵盖了数据采集、数据传输、数据处理和应用的各层面，物联网是作为物理世界和数字世界的关键桥梁和纽带出现的。我们也可理解为，物联网是利用智能传感器等感知器件对关注的物理量进行实时数据采集，将数据通过网络传输到后台或云端，实现泛在连接和信息交换，再对数据进行处理计算、知识挖掘并做出科学决策，最终实时控制和精确管理物理世界的海量物体，从而推动实现万物数字化的强有力工具。

最近几年，物联网已获得国内外产业界的高度认可，跨国公司纷纷推出自己的物联网发展战略并研发多种多样的物联网产品。我国各地方政府和研究机构不断探索物联网的新技术、新产品和新业态，推出物联网跨行业融合发展的示范应用。未来几年将是推动物联网新型基础设施建设发展的关键时期，2021年9月10日，工业和信息化部等八部门联合印发了《物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021—2023年）》，强调要“聚焦发展基础好、转型意愿强的重点行业和地区，加快物联网新型基础设施部署，提高物联网应用水平”。该行动计划的发布将有助于构建我国数字经济的新发展格局，对于通过新型基础设施建设推动经济整体高质量发展具有非常重要的意义。

作为新型信息基础设施的重要组成部分和推动产业新一轮变革的重要力量，物联网为社会经济的数字化转型建设提供了发展支撑。我国的物联网技术和产业在宏观政策扶持、技术研发与标准建立、产业人才培养、行业知识库积累及落地应用等方面已取得显著成效，对于我国未来经济发展过程中的稳投资、促消费、深化供给侧结构性改革、推动产业转型升级、培植经济发展新动能都具有战略意义。布局建设新型信息基础设施，能够为物联网相关产业带来新的发展机遇。物联网是新型基础设施建设的底层基础支撑设施，既能实现对传统设施的改造，又能带动新设施的发展，是我国产业实现数字化转型、智能升级乃至万物互联的根本。所以说，物联网是新型基础设施建设的主要支撑手段，更是其中的核心要素之一。

功能完整的物联网系统必然涉及数据采集、数据传输和数据处理等多个环节，其中数据采集是物联网系统应用的重要一环，前端数据质量的好坏直接影响后端数据处理的精度和相应的控制功能能否正确实现。感知终端的数据采集是物联网系统中海量数据的重要来源。各行各业尤其是工业的推广应用，对数据采样频率提出了极高的实时性要求，使得物联网每时每刻都产生海量的数据，并随着物联网系统的复杂性提升而日益增加。依靠单个或少量的传感器对物理量进行监测，显然难以形成对被监测物体或物理量全面、准确的认识，需要多方面利用各种传感器资源，通过信息融合将多个传感器检测数据与人工观测事实进行科学、合理的综合处理，使状态监测和故障诊断更加智能化，优化组合后得到更精准的有效信息。

传感器等数据采集终端是物联网的关键核心器件，直接影响被测对象的检测精度、响应速度、可靠性等指标，对物联网系统性能的提升起着举足轻重的作用。美国、日本和欧洲等发达国家和地区纷纷投入大量资金，把高端传感器视为战略核心技术，保持着强劲的研发投入力度，在国际竞争中牢牢占据产业制高点。我国《装备制造业调整和振兴规划》《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》等文件也突出了传感器等数据采集终端技术研发在国家中长期发展中的重要性。作为物联网中的关键器件，传感器产业始终具有关系国民经济、社会发展和民生保障的基础性、先导性和战略性作用。

我国传感器产业长期面临许多突出问题亟待解决，数据采集终端核心技术很大程度上已经成为物联网发展的瓶颈，主要体现在技术创新能力弱、工艺水平差、产业结构不合理、产品附加值不高、国际分工地位较低、高技术人才匮乏等方面。建设物联网新型基础设施就必须优先建设物联网数据采集基础设施，优先发展高精度、高可靠性传感器等数据采集终端产业，同时不断优化数据采集终端与低功耗广域网（LPWAN）技术的结合应用，支持多传感器节点提升信息融合能力，以满足大数据环境下的物联网系统数据感知和数据融合的要求。

物联网应用的多样性带来丰富的业务类型，其业务特征千差万别。远程医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等应用场景将成为物联网应用的主要增长点。在每个应用场景中，数以万计的物联网终端接入网络形成了万物互联，也为停滞不前的移动通信业务带来了新的无限生机。但同时，海量的终端连接和多样化的业务需求也给移动通信带来了重大的技术挑战。例如，智能家居和智能抄表等业务需要网络优先支持小数据包频发和海量连接；虚拟现实、视频监控等业务要求极高的数据传输速率；移动医疗、车联网和工业控制等业务对传输的实时性和可靠性提出了超高要求。

5G网络并不是对4G网络的简单升级，从设计之初5G就面向万物互联时代的各种物联网应用场景。5G技术体系中的窄带蜂窝物联网技术，如NB-IoT和eMTC等，有效解决了物联网技术和产业发展曾长期面临的依赖低速短距离连接所带来的高复杂性和低可靠性的数据传输短板问题，使得物联网感知终端可以长距离、低功耗、低成本地将采集到的数据提交到后台或云端。5G的到来不仅标志着用户网络体验的进一步提升，同时也将满足未来万物互联的多样化应用需求。经过新型基础设施建设一系列利好政策的催化，5G和物联网的商业化进程将加速融合、加快推进。

数据中心作为信息化发展的基础设施和数字经济的底座，有利于促进数据要素参与价值创造与分配，其重要作用也体现在国家的新型基础设施建设发展战略中。数据对人们生产生活方式的影响越来越凸显，数据中心规模不断扩张的结果是，机房的服务器和其他各类辅助设备越来越多。作为基础性设施，这些设备的价值在于共同为数据中心营造安全性较高的运营环境。一旦这些设备出现问题，数据中心机房就无法继续正常运行。若不能及时处理，则可能造成不可挽回的社会影响和不可估量的经济损失。数据中心配置如此多的重要设备和服务器，其物理环境必须严格受控，需要控制的物理环境要素主要有温度和湿度的控制、电源运行的监控、消防设施的特殊要求、数据的物理安全性等几个方面。

虽然大部分数据中心机房已经安装了烟雾报警器、温感器、摄像头等安防基础设施，一定程度上可以监控数据中心机房的基本状态，但是这些监控设备往往需要消耗大量人力进行不间断的运维，导致相关人员工作压力过大和产生疲劳，极易疏忽部分潜在的设施故障。使用先进的物联网手段可以强化数据中心机房监控的综合能力。对机房配电、温湿度与漏水、烟雾火情、门禁安防、防雷防震等物理环境要素进行监控，已成为数据中心运营管理方的共识。基于物联网技术的智能化机房环境监控系统将是数据机房的重要组成部分和未来发展的必然趋势。

在人类社会的生产生活中，越来越多的联网设备将会出现，无时无刻不在采集的海量数据在为生活带来极大便利的同时，也可以为各行各业提供惊人的数据支撑，但如何分析处理如此多的数据却是一个巨大的挑战。单纯的采集数据并不能体现出价值，除非能真正分析理解并使用数据，而这恰恰是人工智能的强项。如果把物联网系统比作智能生命体，那么能够根据物联网收集的数据进行分析和决策的人工智能就是这个生命体的大脑。换言之，人类使用触觉、听觉和视觉等感官去感知物理世界，而数以亿计的传感器和摄像头从物理环境中采集大量数据，人工智能将这些数据转化为知识机理并赋予业务价值。从某种意义上说，只有凭借人工智能，才能跟得上物联网采集生成海量数据的高速度，获取并利用数据隐藏的洞察力。

物联网和人工智能的深度融合促使各种终端、网络设备和人机交互方式日益智能化。基于人工智能的智能家居和可穿戴等设备会是物联网在个人消费领域形成市场爆发式增长的热点，自动驾驶和工业自动化等行业应用领域更是两者融合发展的重点。随着交互方式从语音和手势到脑机的技术发展，以及思考方式从机器学习到深度学习的创新推动，物联网与人工智能的融合将成为未来发展的主导技术模式，帮助人类社会建立更智慧的经济发展方式和更和谐的社会生态系统。

建设物联网新型基础设施，是我国推动产业优化升级和企业数字化转型的重要手段。本书对物联网新型基础设施建设与新兴技术的融合及存在的主要问题进行了介绍。物联网新型基础设施建设通过人工智能、区块链等新兴技术的普遍应用，深度融合5G和大数据中心等信息基础设施，整合CPU、GPU和云计算等基础算力，在数字产业化的基础上，以工业互联网为抓手高效赋能产业数字化，满足重点行业发展需求，加速推动各种智能应用场景真正落地，逐步实现从万物互联到万物智联社会的演进。在物联网新型基础设施建设的强有力支持下，物理世界与数字世界之间能够进行时间和空间上细粒度的虚实交互，支撑不同尺度的应用。未来将有多种多样的物联网智能产品有能力实时接收来自物理世界的参量数据，将这些数据提供给人工智能平台进行运算，从而得到分析决策的结果，而物联网新型基础设施建设正是连接物理世界与数字世界的桥梁，也是实现两者之间虚实融合及相互映射的必由之路。

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