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      物聯網頂層設計方法論研究
      来源:北京电信规划设计院有限公司,北   作者:杨海涛,王 佳,许 静   添加时间:2018-12-14 15:05
      隨著智慧城市頂層設計日益深入,作爲智慧城市重要的基礎設施,物聯網的頂層設計愈發重要,本文通過對物聯網頂層設計思路的梳理,結合頂層設計基本方法,提出了物聯網頂層設計方法論。
        1引言
       
        當前世界各發達國家均將物聯網視爲搶占新一輪科技發展制高點的創新風口,我國也將其作爲新興産業上升爲國家産業發展戰略的高度,物聯網已成爲國家戰略計劃中的重要內容。對物聯網進行頂層設計,可以更好地促進本地區物聯網産業的發展,爲智慧城市的建設奠定良好基礎,物聯網頂層設計的方法論也日益得到業界的重視。
       
        2 物联网的发展形势
       
        2.1 国际发展形势
       
        面對龐大的物聯網藍海市場,世界各國相繼推出國家性物聯網戰略規劃,美國、歐盟、日本、韓國、新加坡等紛紛推出本國物聯網發展戰略,將物聯網作爲搶占新一輪經濟科技發展制高點的重大戰略。
       
        在政策層面,美、日、韓、歐盟啓動了以物聯網爲基礎的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物聯網行動計劃”等國家性戰略區域戰略計劃。
       
        在关键技术层面,基础性关键技术R FID,成为市场最为关注技术,全球R FID市场持续升温, 并呈现持续上升趋势,与此同时,R FID的应用领域越来越多,目前R FID正处于迅速成熟的时期,许多国家都将RFID作为一项重要产业予以积极推动。国际标准组织纷纷研究制定相关技术标准。传感器技术、IPv6、5G、LPWA N、云计算、大数据和人工智能等新技术的飞速发展,为物联网产业发展提供了强大的技术支撑。
       
        在應用層面,物聯網産業快速發展,産業鏈准備日益成熟,場景落地規模漸起。智能可穿戴設備、智能家電、智能網聯汽車、智能機器人等數以萬億計的新設備將接入網絡,形成海量數據,應用呈現爆發性增長,促進生産生活和社會管理方式進一步向智能化、精細化、網絡化方向轉變,經濟社會發展更加智能、高效,一個萬物互聯的時代呼之欲出。
       
        2.2 国内发展形势
       
        我国已将物联网作为新兴产业上升为国家产业发展战略的高度,并在“十三五”规划中明确提出, 要推动物联网关键技术研发、重点领域突破及应用示范落地。
       
        在政策层面,国务院、国家部委先后多次出台相关的政策,为物联网产业指明了发展方向。各地方政府也在不断加强物联网产业的政策支持力度, 促进本地区物联网产业发展。
       
        在基础设施层面,R FID、传感器、摄像头等成熟技术已在各地区的城市管理、视频监控、物流溯源等各个领域广泛应用,低功耗广域网中的N B- IoT 模组也已开始在智能表具、智能灯杆等应用场景规模部署。三大运营商均开启N B- IoT(窄带物联网)网络建设,并开始商用。
       
        在應用層面,各大城市以“智慧城市”物聯網應用解決方案爲突破口和主攻方向,先後進行了多項物聯網城市應用示範工程建設,應用呈現爆發性增長。
       
        在产业层面,产业链条已初步形成,产业发展具备良好的基础。面向服务的商业模式创新活跃, 个人和家庭市场应用逐步发展,物联网产业进入高速成长期。
       
        3 顶层设计的概念与基本原则
       
        3.1 顶层设计的概念
       
        “顶层设计”这一概念源于软件工程领域的“自顶向下、逐步求精”(  Top- down  Design)的设计思想。意思就是从宏观、全局的系统设计开始,逐步向下细化求精,把复杂的问题分解成可以解决的子问题,每个子问题可以再进一步分解,直到问题简单到可以很容易地解决。
       
        “顶层设计”现已成为一个被各行各业广泛使用的名词,对其概念的理解略有不同。几种有代表性的定义包括:一是顶层设计是一个工程学概念, 本义是统筹考虑项目各层次和各要素,追根溯源, 统揽全局,在最高层次上寻求问题的解决之道[1]; 二是顶层设计是运用系统论的方法,从全局的角度,对某项任务或者某个项目的各方面、各层次、各要素统筹规划,以集中有效资源,高效快捷地实现目标[2];三是顶层设计是一项工程“整体理念”的具体化,例如,要完成某一项大工程,就要实现理念一致、功能协调、结构统一、资源共享、部件标准化等系统论的方法,从全局视觉出发,对项目的各个层次、要素进行统筹考虑[3];四是顶层设计通俗地讲就是指价值理念与操作实践之间的蓝图[4]。
       
        事实上,顶层设计代表的是一种系统论思想和全局观念,其主要特征有三个:一是顶层决定性, 顶层设计是自高端向低端展开的设计方法,核心理念与目标都源自顶层,因此顶层决定底层,高端决定低端;二是整体关联性,顶层设计强调设计对象内部要素之间围绕核心理念和顶层目标所形成的关联、匹配与有机衔接;三是实际可操作性,设计的基本要求是表述简洁明确,设计成果具备实践可行性,因此顶层设计成果应是可实施、可操作的。
       
        3.2 顶层设计的基本原则
       
        构建一个既能体现发展战略、明确工作计划, 又能实际可操作的顶层设计,确实存在很大的难度,根据顶层设计的特征,其基本方法主要包括以下几点:
       
        (1)统分结合,分层设计。一个区域或领域的顶层设计,由于涉及的部门众多,业务关系复杂, 单凭一个总体设计是难以做实的,因此可以通过设定若干设计层级,将原本一个难以理清的问题分解到不同层面去细化。比如,区域性的顶层设计可以有3个层次的设计互相配合:第一个层面是本区域或领域的总体设计,第二个层面是对总体设计确定的重点业务或者重点方面分别进行设计,第三个层面是按照上一层次的要求,制定一个实施步骤。顶层设计层次的分解,也是一个任务分解的过程,形成一个内在更为统一的顶设体系。
       
        (2)著眼現狀,注重規劃。一個區域或領域的頂層設計,應依托于該區域或領域的現狀,對現狀的梳理是做實頂層設計的前提。只有在每一個層次的設計上確定並圍繞關鍵現狀進行分析和統籌規劃,才能梳理需求、確定優先級,制定出切實可行的可以依照操作的“行動指南”。
       
        (3)重视架构,加强标准。一个足够“实在” 的顶层设计,应该有清晰的蓝图和明确的架构。应该对架构给予尽可能详尽的确定,同时要对其内部逻辑关系作清晰的梳理和划分。此外,应在顶层设计的整个过程中加强“标准化”,一方面充分利用已有的标准,另一方面对新的标准提出新的需求,以实施和操作需求反过来思考对标准的需求,体现这样思路的顶层设计应该更具有可行性和可操作性。
       
        (4)对标分析,制定战略。一个体现先进方向的顶层设计,需要在规划过程中进行标杆对比, 借助于标杆管理的理论和方法,发现问题、分析问题和解决问题。标杆法是通过标杆对比,找出差距, 寻找不断改进的途径。比较理想的方法是与竞争者比较,即使用竞争标杆来确认竞争者中最佳实务者,判断其取得最佳实务的因素,以资借鉴,从而制定相应战略,建立起相应的赶超目标。
       
        4 物联网顶层设计的方法论
       
        4.1 物联网顶层设计的内涵
       
        物聯網的頂層設計包括物聯網的發展目標,架構設計,解決方案藍圖,保障機制和實施路線。在進行物聯網頂層設計之前,應首先明確物聯網頂層設計與智慧城市頂層設計之間的關系,物聯網是與智慧城市相輔相成的,智慧城市偏重于應用,而物聯網則偏重于基礎設施,物聯網是智慧城市的神經元,離開了物聯網的智慧城市就好似無源之水、無本之木。
       
        4.2 物联网顶层设计的思路
       
        物聯網頂層設計總體規劃思路如下圖所示:
       
        
       
        頂層設計主要按照以下工作節點展開:背景資料收集、標杆研究、調研訪談、需求分析、戰略定位設計、架構設計、實施方案等。
       
        4.3 物联网顶层设计方法论
       
        4.3.1 物联网顶层设计常用方法
       
        物聯網頂層設計與信息化頂層設計類似,所采用的常用方法也類似:
       
        (1)能力分解法。采用自上而下進行分析與設計的思想方法;包括基于能力的需求分析、制定能力演進計劃、進行能力集成設計等內容。
       
        (2)體系結構法。是國內外信息化體系建設普遍應用的頂層設計方法;注重采用規範化的設計過程,從多個視角對體系建設進行描述。
       
        (3)發展路線法。注重體系演化分析,利用整
       
        體性的框架,采用多種決策分析方法、制定規範化的流程。
       
        (4)風險矩陣法。主要用于對采辦風險和潛在影響進行評估;該方法重視成本、計劃、性能的綜合風險分析與評估,可用于分析信息化建設有關因素之間的相互關系,評估和規避決策風險。
       
        4.3.2 物联网顶层设计方法论
       
        物聯網頂層設計不能直接沿用任何一種視角或方法論,但應有選擇的借鑒其中的分類方法、分析視角、參考模型、評估方法等方面的部分成熟理念,從而制定一套符合物聯網技術及架構需求的方法論。
       
        物聯網頂層設計主要內容應包括“摸清現狀、對標分析、戰略定位、繪制藍圖、實施路線”幾個方面。
       
        
       
        4.4 物联网顶层设计方法论分阶段阐释
       
        4.4.1 摸清现状
       
        摸清现状不只是对城市或地区物联网发展现状的调研,在进行物联网顶层设计之前,应首先对物联网相关的国家政策、地方政策予以收集整理, 对物联网的技术发展趋势、产业发展趋势进行研究,从而对物联网的发展趋势进行研判,才能确保物联网顶层设计达到的战略高度。
       
        通過制訂詳細的調研方案及調研計劃,對本地區物聯網發展現狀進行調研,從而理清本地區物聯網發展的優勢與劣勢,以及存在的問題,對現狀的充分了解與認識,是物聯網頂層設計具有可落地性、可操作性的基礎。
       
        4.4.2 对标分析
       
        隨著物聯網技術的進步,目前在國內及國際已有多個城市形成了具有各自城市特點的典型應用,
       
        如無錫的物聯網特色小鎮、鷹潭的物聯網産業園等,與先進城市的對標能迅速發現本地區物聯網發展的差距,使我們在進行物聯網頂層設計時,戰略定位更加清晰,發展目標更加明確。
       
        通過摸清現狀與對標分析,可以使物聯網頂層設計的需求更加明確。
       
        4.4.3 战略定位
       
        物聯網頂層設計的戰略定位是要明確本地區物聯網的發展思路和發展目標,
       
        城市發展的定位、目標及策略是智慧城市建設的目標,而智慧城市的建設目標是統領物聯網等各項基礎設施的“指揮棒”,物聯網頂層設計必須滿足智慧城市發展目標的業務需求。
       
        物聯網頂層設計的戰略定位設計包括指導思想、基本原則、發展定位和目標、總體框架等內容。
       
        4.4.4 绘制蓝图
       
        根據物聯網的戰略定位,提出本地區物聯網的總體架構,並從系統、業務、安全和保障等幾個維度進行分析,形成物聯網系統架構、業務架構、安全架構和標准、保障體系。
       
        系統架構:依據本地區物聯網建設現狀,提出新建或改建的基礎設施需求,依據“集約建設、資源共享、適度超前”的原則,設計開放、面向服務的系統架構。
       
        業務架構:依據本地區城市建設對物聯網的業務需求,分析業務提供方、業務服務對象、業務服務渠道等多方面因素,梳理、構建形成物聯網的業務架構。
       
        安全架構:依據信息安全相關標准規範,結合國家政策文件中有關網絡和信息安全治理要求,從規則、技術、管理等維度進行綜合設計,形成物聯網安全架構。
       
        標准和保障體系:結合本地區特點,在遵循國家行業及地方標准基礎上,形成可支撐當地物聯網建設與發展的標准及保障體系。
       
        4.4.5 实施路线
       
        实施路线是物联网顶层设计可操作性的重要体现,在规划实现路径时,应进行项目清单的分析与任务分解,明确每项重点项目,项目目标及建设内容, 项目投资,项目周期,建设运营模式,牵头单位,参与单位,指导物联网建设分步推进,有序开展。
       
        5 结束语
       
        物聯網頂層設計是一項龐雜的系統工程,而物聯網頂層設計與本地區智慧城市頂層設計密不可分,在編制物聯網頂層設計時,應特別注重對現狀的分析,並結合與先進城市或地區的對標分析,才能使物聯網頂層設計具有戰略高度,並具有實際可操作性。
       
        參考文獻
       
        [1] 顶层设计[EB/OL].[2011-06-07].http://www.hudong.com/wiki/%E9%A1%B6%E5%B1%82%E8%AE%BE%E8%AE%A1
       
        [2]“頂層設計”的魅力和價值[EB/OL].(2011-06-23)[2011-07-26].http://www.people.com.cn/h/2011/0622/c25408-4204721918.html 
       
        [3]竹立家.改革需要什么样的“顶层设计” [EB/OL]. [2011-06-07].http://theory.people.com.cn/GB/13811232.html
       
        [4] 何为“顶层设计”[N].光明日报,2011-03-24(14)

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