2021全网最全物联网分析

zz/2024/6/24 18:25:26

物联网

  • 物联网发展综述
    • 物联网背景
    • 物联网产业链
  • 为什么物联网会蓬勃发展
    • 国家战略地位
    • 技术升级与产业融合
  • 物联网的发展趋势
    • 主动供给转向需求驱动,规模与专业引领
  • 产业链分析
    • 感知层
    • 传输层
    • 平台层
    • 应用层

物联网发展综述

物联网背景

物联网( IoT, Internet of things)是指“万物相连的互联网”。 通过 RFID( Radio
Frequency Identification, 无线射频识别)、感应器等信息传感设备,按约定的协议,把物品
和互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控
和管理。

物联网产业链

物联网可以分为四个层级,包括感知层、传输层、平台层和应用层感知层是物联网的
最底层,其主要功能是收集数据,通过芯片、蜂窝模组/终端和感知设备等工具从物理世界中
采集信息。传输层是物联网的管道,主要负责传输数据,将感知层采集和识别的信息进一步
传输到平台层。传输层主要应用无线传输方式,无线传输可以分为远距传输和近距传输。
台层
负责处理数据,在物联网体系中起到承上启下的作用,主要将来自感知层的数据进行汇
总、处理和分析,主要包括 PaaS 平台、 AI 平台和其他能力平台。应用层是物联网的最顶层,
主要基于平台层的数据解决具体垂直领域的行业问题,包括消费驱动应用、产业驱动应用和
政策驱动应用。目前,物联网已实际应用到家居、公共服务、农业、物流、服务、工业、医
疗等领域,各个细分场景都具备巨大的发展潜力。
各个层级的参与者与产品构建了物联网的产业链。 感知层的主要参与者是传感器厂商、
芯片厂商和终端及模块生产商,产品主要包括传感器、系统级芯片、传感器芯片和通信模组
等底层元器件;传输层的参与者是通信服务提供商,提供通信网络,其中通信网络可以分为
蜂窝通信网络和非蜂窝网络;平台层的参与者是各式的平台服务提供商,所提供的产品与服
务可以分为物联网云平台和操作系统,完成对数据、信息进行存储和分析;应用层包括智能
硬件和应用服务,智能硬件根据面对的对象不同可以分为 2C 和 2B,应用服务则可根据应用
场景不同进行细分。
物联网产业链主要环节

为什么物联网会蓬勃发展

国家战略地位

国家政策积极推动物联网快速发展。 从国家层面看,物联网产业具备战略性地位,是政
府扶持的重点。自 2010 年物联网被列入新一代信息技术产业,成为国家首批加快培育和发
展的战略性新兴产业后,政府陆续出台了一系列政策,一方面制定专项行动计划,促进行业
标准化、规范化发展;另一方面加大资金、基础设施等层面的支持力度,为物联网发展保驾
护航。随着行业日趋成长,政府近年来也开始重视行业细分领域的发展,进一步细化政策支
持,如针对车联网、城市级物联网、 NB-IoT 技术等发布专门性政策文件。
十四五规划 2021 年 国务院提出加快推动数字产业化,构建基于 5G 的应用场景和产业生态,在
智能交通、智慧物流、智慧能源、智慧医疗等重点领域开展试点示范。
将物联网列为数字经济重点产业,提出推动传感器、网络切片、高精
度定位等技术创新,协同发展云服务与边缘计算服务,培育车联网、
医疗物联网、家居物联网产业。

技术升级与产业融合

物联网是技术驱动型行业,物联网的四大组成架构,感知层、传输层、平台层、应用层
需要多种物联网技术作为发展支撑,技术的升级与融合将直接推动市场发展。其中 5G 技术、
边缘计算技术、 AIoT 和 BIoT 等逐步进入到物联网行业中,加快行业发展步伐。

    1. 5G 技术
      5G 的规模化商用带来新的市场机遇。 5G( 5th-generation mobile networks) 是第五代移动通信技术,也是对现有的 2G、 3G、 4G、 WiFi 等无线接入技术的延伸。作为最新一代移动通信技术, 5G 依托全新的网络架构,具备高速率、低延时、高可靠性、大带宽等优势。5G 技术在物联网行业应用中指的是以 5G 技术为物联网传输层的核心传输技术,将感知层采集的物体信息进一步传输与交换,以实现人与物、物与物互通互联。5G 技术具有增强型移动宽带( eMBB)、超高可靠低时延通信( uRLLC)、海量机器类通信( mMTC)三种网络切片类型:
      • 增强型移动宽带( eMBB):在现有移动宽带业务场景的基础上, eMBB 通过提供更高体验速率和更大带宽的接入能力,优化人与人之间的通信体验。在此场景下,用户体验速率可达 100Mbps 至 1Gbps( 4G 最高体验速率为 10Mbps),峰值速度可达 10 至 20Gbps。eMBB 场景主要面向 3D/4K/8K 超高清视频、 AR/VR、云工作/娱乐、 5G 移动终端等大流量移动宽带业务;
      • 超高可靠低时延通信( uRLLC): uRLLC 应用场景提供低时延和高可靠的信息交互能力,支持互联物体间高度实时、精密及安全的业务协作。在此场景下,端到端时延为 ms级别(如工业自动化控制时延约为 10ms;无人驾驶传输时延低至 1ms),可靠性接近 100%。uRLLC 场景主要面向工业自动化、车联网、无人驾驶、远程制造、远程医疗 等业务;
      • 海量机器类通信( mMTC): mMTC 通过提供高连接密度时优化的信令控制能力, 支持大规模、低成本、低消耗 IoT 设备的高效接入和管理。在此场景下,连接设备密度为每平方公里 100 万台装置连接,中端电池使用寿命达 15 年。 mMTC 场景主要面向智慧城市、智能家居、智能制造等。
    1. 边缘智能技术
      • 边缘智能技术满足市场对实时性、隐私性、节省带宽等方面的需求。“边”是相对于“中心” 的概念,指的是贴近数据源头的区域。边缘智能指的是将智能处理能力下沉至更贴近数据源头的网络边缘侧,就近提供智能化服务。边缘层主要包括边缘节点和边缘管理层两个主要部分,分别对应边缘智能硬件载体和软件平台。边缘节点主要指边缘智能相关的硬件实体,包括以网络协议处理和转换为重点的边缘网关、以支持实时闭环控制业务为重点的边缘控制器、以大规模数据处理为重点的边缘云、以低功耗信息采集和处理为重点的边缘传感器等。参与其中的企业主要包括爱立信、施耐德电气、 Arm、英特尔、思科、华为、新华三、中兴通讯、研华科技、联想等。边缘管理层的核心是软件平台,主要负责对边缘节点进行统一管理和资源调用。目前边缘智能软件平台主要用于管理网络边缘的计算、网络和存储资源。未来边缘智能软件平台的重要任务将会向着浅训练和强推理发展,这顺应了低时延场景的迫切需求。参与边缘智能软件平台领域的企业以云平台企业为主,比如 AWS、 Azure、阿里云、华为云、腾讯云、百度云、中科创达等。这些企业有着深厚的云平台和软件设计功底,进入该领域相对容易。此外,部分在某些领域有着多年经验的公司也从垂直领域进入边缘智能软件平台市场,如国讯芯微。
      • 边缘智能技术优化云计算系统的作用,解决物联网云计算实时性不足、宽带不足、数据安全性不足等问题: 1 )边缘计算无需将全部数据上传至云端,极大地减轻了网络带宽压力和数据中心的功耗; 2)边缘计算在靠近数据生产者处处理数据、大大减少了系统延迟; 3)边缘计算将用户隐私数据存储在网络边缘设备上,无需传输到云端中心,减少数据泄露风险,保护了用户数据安全和隐私; 4)边缘计算技术明显改善云计算系统性能,助推行业进一步发展。
    1. AIoT:与人工智能技术融合
      • AI+物联网显著提升物联网智能化水平。 人工智能是一种模拟、延伸和扩展人的智能的技术科学,其自然语言处理技术和深度学习技术在物联网中有较多应用。自然语言处理技术主要包含语义理解、机器翻译、语音识别、语音合成等,其中语义理解可以应用到物联网的关键环节。物联网需要对各类设备产生的信息进行理解和操控,并向设备表达和控制,在此过程中,运用语义理解技术可以提高信息交互效率,实现智能化运作。目前,市场上已逐渐推出以语义理解技术为核心的人工智能平台,如苹果的 Siri、微软的小冰和小娜、小米的小爱等,这些平台通过语音等友好人机交互界面实现物联网设备及其产生信息的语义理解互通,以面向未来物联网的数据理解及应用作为重要的输出方向。深度学习作为另一个提升物联网智能化水平的重要人工智能技术,是机器学习中一种基于对数据进行表征学习的方法,已在车联网、智慧物流等领域实现应用。以车联网为例,通过图像处理技术来判断复杂路况是车联网的重要技术环节,该环节涉及的数据繁多,引入深度学习技术可以实现智能化应对复杂路况。在数据处理过程中,随着用于训练的数据量不断增加,深度学习的性能也会持续提升,智能化处理能力进一步提高。人工智能技术已逐步应用到物联网,实现人工智能和物联网赋能融合,未来人工智能技术还可嵌入更多物联网应用场景,仍有较大赋能空间有待开发,“AI+物联网”成为物联网未来发展的重要趋势。
      • AIoT 享有十万亿级市场空间, G 端公共级迎来爆发。 2019 年城市端 AIoT 业务规模化落地,边缘计算初步普及,中国 AIoT 市场规模接近 4000 亿,近两年 AIoT 市场规模同比增长 40%以上。虽然人工智能与物联网技术融合趋势加快,但是 AIoT 在落地过程中还需要重构传统企业价值链,既需要适应传统产业的特性,也需要一定的时间来与生态合作伙伴搭建产业 AI 赋能的架构体系。因此未来几年预计同比增长 10%左右,保持较稳定的发展节奏,未来经过产品优化、渠道打通、商业模式验证后,将会迎来高速增长。 G 端公共级以政策为导向,以城市建设为主,包括智慧城市、公共事业、智慧安防、智慧能源、智慧消费、智慧停车等。在政策的引导和大力推动下, G 端公共级市场快速增长。艾瑞咨询预计 2022 年 G端公共级应用将在 AIoT 市场占比超过一半,领先目前主导的 C 端消费级,市场规模指向4000亿级。
    1. BIoT:与区块链技术融合
      • 区块链和物联网碰撞进一步加深。 区块链技术去中心化的结构和数据加密的特点显著帮助物联网提高信息安全防护能力。物联网应用以中心化结构为主,大部分数据汇总到云资源中心进行统一控制管理,物联网平台或系统一旦出现安全漏洞或是系统缺陷,信息数据将面临泄漏风险。区块链的去中心化架构减轻了物联网的中心计算的压力,也为物联网的组织架构创新提供了更多的可能。采用区块链技术,数据发送前需进行加密,数据传输和授权的过程中涉及到个人数据的操作均需要经过身份认证进行解密和确权,并将操作记录等信息记录到链上,同步到区块网络上。由于所有传输的数据都经过严格的加密和验证处理,用户的数据和隐私将会更加的安全。此外,“区块链+物联网”为打通企业内和关联企业间的环节提供了重要方式:基于 BIoT 不但可以实现产品某一环节的链式信息互通,如产品出厂后物流状态的全程可信追踪,还可以实现更大范围的不同企业间的价值链共享,如多个企业协同完成复杂产品的大规模出厂,包括设计、供应、制造、物流等更多环节的互通。“区块链+物联网”提升了分布式数据的安全性、可靠性、可追溯性,也提升了信息的流通性,让价值有序地在人与人、物与物、人与物之间流动。
      • BIoT 技术优势逐渐凸显,信息互联转向价值互联指日可待。 从发展现状来看, 随着物联网与区块链融合发展的价值逐渐显现,全球企业对于该领域的关注度不断提升,国内外部分企业已经开始涉足物联网和区块链的融合应用,国内企业如:阿里巴巴、中兴、京东、移远通信、紫光展锐等,国外企业如: IBM、 Cisco、 Bosch、 Walmart、 Siemens 等。同时,还有很多企业已经开始积极布局“物联网 +区块链”融合应用方向。目前区块链在物联网领域的应用主要包括智慧城市、工业互联网、物联网支付、供应链管理、物流、交通、农业、环保等。具体来说, BIoT 在智能制造、供应链管理等领域已有相对成熟的项目,如: 2016年 10 月 IBM 推出基于 Bluemix 云平台的区块链服务,根据用户需求实现不同功能;沃尔玛联合 IBM 和清华大学,将超级账本区块链系统用于猪肉市场供应链管理的项目早在 2017 年6 月就进入了试行阶段。但是 BIoT 在其他领域的应用尚处于探索初创期,还存在着较大的发展空间。从未来发展趋势来看, BIoT 的产生增强了物联网框架的可行性,通过在设备身份权限管理、智能合约机制、数据安全与隐私保护、数据资源交易信任机制等诸多方面的突破,极大地拓展了物联网的增值服务和产业增量空间,该技术未来可以广泛应用于诸多 场景和领域,如:工业、农业、医疗、健康、环保、交通、安全、金融、保险、物品溯源、供应链、智慧城市综合管理等,有望实现从信息互联到价值互联的巨大转变。同时伴随国家的政策与资金的大力支持,“区块链+物联网”具有极大的成长潜力,将会顺应生产力变革的要求不断发展下去。
        区块链与物联网融合应用场景

物联网的发展趋势

主动供给转向需求驱动,规模与专业引领

目前供给侧产业力量较强,通信模组先发受益。 目前市场发展驱动力以供给侧为主,通信服务和硬件终端收入占比较高。头部企业积极布局,企业数量迅速增加。供给端技术快速成熟,使硬件、数据平台、 AI 算法的成本降低,大大降低使用物联网平台的门槛,让消费者、企业、城市能够在与过去相似的预算水平下实现更智能的应用。通信基本设施市场仍为主要市场,通信模组作为连接物联网感知层和网络层的关键环节,兼具标准化和定制化,在产业链中处于基础核心地位。在物联网连接数持续上升的趋势下,通信模组市场迎来进一步爆发。Techno Systems Research 显示,预计 2022 年全球蜂窝通信模组市场需求超过 3 亿块,中国取代北美成为需求最大的单体市场。
需求侧市场能量显现,规模化落地应用增加。 随着技术和产品逐步成熟,物联网应用从拓宽分布领域向加强应用深度发展,规模化发展、增强核心应用驱动力成为趋势,需求侧市场的能量逐渐显现出来。目前需求侧以消费级应用市场为主,产品出货量增加,市场规模不断扩大。智能家居作为产业最早进入规模化应用的市场,近年来在影音娱乐、家庭监控、智能音箱等家居硬件出货增长的带动下,智能家居市场总出货量保持增长。根据 IDC 数据,预计 2020 年智能家居硬件出货量将达 8.5 亿台。此外,政策级应用市场飞速增长,逐渐成为规模化应用落地的主要阵地。以智能水表为例,前瞻研究院数据显示, 2019 年我国水表产量约 1.1 亿只,其中智能水表产量约 3100 万只,渗透率由 2014 年的 17.6%提升至 26.2%。
无限数据价值有待挖掘,通用化走向专业化。 随着物联网能实现规模增长的应用场景不断被挖掘,物联网产业链上下游的发展活力被激发。下游的终端厂商一方面收集大量数据,利用大数据、人工智能、云计算等技术分析提取有用数据,反馈至上游厂商,实现“以销定产”;另一方面根据用户需求实现产业链定制化。在这一趋势下,物联网产业规模化的重心将从连接规模增加向数据规模提升和数据质量升级转移,主导业务将从通用化的管道服务转变为专业化数据应用,下游议价能力增强,需求侧最终成为主导市场。

产业链分析

感知层

作为物联网应用实现的基础,感知层承担底层数据采集的职能。 感知层主要是通过感知设备来对外界环境或物品的信息进行采集和捕获,具有感知功能和获取信息的能力,主要包括各类基础芯片、连接芯片和应用设备的模组,传感器、各类识别技术等。
半导体芯片是物联网的核心元器件之一,物联网的蓬勃发展为芯片市场注入新动力。 低功耗、高可靠性的半导体芯片在物联网的各个基础设备中得到广泛应用,随着物联网设备的灵活性要求日益提高,芯片向低功耗、高性能方向发展。其中 MCU 和 SoC 脱颖而出,逐渐渗透物联网领域。 MCU 芯片复杂度较低,适用于智能设备的短距离信息运输,主要应用于智能家居、消费电子、医疗保健、工业电子等领域; SoC 芯片系统复杂度更高,集成功能更丰富,支持运行多任务复杂系统,可应用于功能较复杂的嵌入式电子设备,应用领域可扩展至无人机、自动驾驶、工业互联网等领域。世界半导体贸易统计组织 (WSTS)数据显示,2011 -2020 年全球半导体市场规模复合增长率为 3.99%,呈波动上升趋势,预计 2021 年全球半导体市场规模达到 4522 亿美元。而中国集成电路市场规模近九年复合增长率达18.29%,远高于全球市场的增速,在物联网需求端的驱动下,我国集成电路行业有着巨大的市场潜力,有望保持过去高速增长的态势。
无线模组是为物联网提供网联能力的基础硬件,随着物联网连接数的爆发先发受益。 无线模组将芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上,并提供标准接口,在物联网产业中处于承上启下的中间环节,向上连接芯片行业,向下连接各类终端设备,终端设备借助无线模组实现通信或定位功能。一般来说,每增加一个物联网设备连接,将增加 1 -2 个无线模组,随着物联网连接数的爆发,模组市场空间广阔。根据 Techno Systems Research 数据显示, 2020 年全球物联网蜂窝通信模块出货量超过 2.5 亿片,预计到 2022 年将增长到 3.1亿片; 2020 中国年蜂窝通信模块出货量将达到 7 千万片以上,近 7 年的增长率保持在 10%以上。未来,随着物联网在各行业的渗透和普及,企业数字化转型需求增多,模组下游应用场景不断丰富,对模组的数据传输能力、功耗等提出更高要求,促进技术迭代发展,成为模组市场发展的一大驱动力。此外,模组厂商在适应不同类型、不同行业的标准和规范的同时,也需要兼顾客户及应用场景的定制化需求。
作为物体的“五官”,传感器承担采集数据、感知世界的重任,不断向智能化、高精度、微型化的方向发展,市场空间广阔。 传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息并将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器用途广泛、品类繁多,传感器按照应用功能可以分为惯性、压力、声学、磁力、温/湿度、气体、流量、图像、雷达等,几乎所有功能都在物联网产业中有所应用。此外,传感器与 MEMS 结合是当下技术的新趋势, MEMS 传感器集成通信、 CPU、电池等组件及多种传感器,具有体积小、功耗低、成本低、集成度高、智能化等特点,广泛应用于消费电子、医疗、车联网等领域。前瞻产业研究院数据显示,全球传感器市场规模持续增长,到 2019 年达到 2265 亿美元,中国传感器市场规模近年来保持10%以上的增速,预计 2021 年将达到 2952 亿元,市场空间广阔。

传输层

传输层是物联网设备实现连接的通道,承担连接终端设备、边缘、云端的职责。随着物联网设备数量快速增加,应用场景日益丰富,市场对网络连接能力提出了更高的要求。
无线传输通信技术是物联网行业的主要发展趋势。 物联网的传输层负责将感知层识别和采集的信息进一步传递,其中涉及到多种网络通信技术,通信技术可分为无线传输技术和有线传输技术,而根据实际应用发展情况,无线传输是主要发展趋势,因此物联网传输层主要关注点在无线传输技术。无线传输技术可分为短距离传输技术和广域网传输技术。其中短距离传输技术以 Wi-Fi 和蓝牙为代表的高功耗、高速率短距离传输技术主要应用于智能家居和可穿戴设备等应用场景,目前来说应用广泛且产业成熟度较高。 ZigBee 这类低功耗、低速率的近距离传输技术适合局域网设备的灵活组网应用,如热点共享等。在广域网方面,授权频谱技术主要包括适用于 GPS 导航与定位、视频监控等实时性要求较高的大流量传输应用的高功耗、高速率的蜂窝通信技术和适合于远程设备运行状态的数据传输、工业智能设备及终端的数据传输的低功耗、低速率的 NB-IOT 技术。非授权频谱技术有 LoRa、 Sixfox 等。
无线传输技术
低功耗广域网络(LPWAN)快速发展, NB-IOT 与 LoRa 呈现“双寡头”格局。 窄带物联网 NB-IOT 是由通信行业标准化组织 3GPP 指定的构建于蜂窝网络上的标准化物联网授权频谱通信技术,在技术性能方面具有显著的优势。 NB-IOT 技术在功耗方面比早期物联网传输层主流广域网授权频谱技术 2G 技术表现更佳。 NB-IOT 模组的连网峰值电流约为 213mA,2G 模组的连网峰值电流为 770mA;在 NB-IOT 技术下,模组可进入 PSM( Power Save Mode)模式,最长可持续 310 小时,平均电流约为 6.7μ A, 2G 技术下的休眠模式耗费约 2mA 电流。在技术指标方面,与 LoRa 技术相比, NB-IOT 运行速率更快,覆盖能力更强,设备连接量更大。此外, NB-IOT 作为一种授权频谱技术,与非授权频谱技术相比,管理更规范,稳定性更高,不易受到其他频段的干扰,服务质量更能得到保障。与 NB-IOT 技术相比, LoRa技术则在建设成本及数据保密性方面具有显著优势。在建设成本方面, LoRa 作为非授权频谱技术,由用户自建而成,网络部署简单,无需建设大面积基站。其基站平均市场价格约为5000 元,而 NB-IOT 基站的平均市场价格约为 8 万元。在数据保密性方面, LoRa 网络由用户自建而成,终端数据由用户自身掌握,在更能满足机控检测、环境检测等注重数据保密性的应用领域的用户的数据保密性需求。
NB-IoT与LoRa对比

平台层

处于枢纽地位,平台层是物联网架构中连接设备到应用场景的桥梁。 平台层可实现硬件层和应用的连接,具有承上启下的作用,主要提供数据处理及分析服务,降低了物联网解决方案的复杂度和成本,为各大应用场景的实现奠定了基础。
平台层主要以 PaaS 平台为主。物联网 PaaS 平台居于整个架构的枢纽位置,向下通过网络层与感知层相连,对终端收集到的信息进行处理、分析、优化等;向上服务于应用层,为应用服务商提供应用开发的基础平台及连接物理世界的统一数据接口。物联网 PaaS 平台包括云计算、数据管理、连接管理、设备管理、应用使能、业务分析等功能,根据功能类型可以分为连接管理平台、设备管理平台、应用开发平台等。从市场的角度来看,物联网 PaaS平台市场参与者主要有通信厂商、互联网厂商、 IT 厂商、工业厂商、物联网厂商和新锐企业等。随着物联网的发展,连接设备量、用户数据、 应用需求等呈爆发式增长,参与云平台建设的企业正逐年增加, IoT Analytics 数据显示,全球公认的物联网平台数量逐年增加,到 2019年已增长到 620 家,为 2015 年的 2.3 倍。
除了物联网 PaaS 平台以外,人工智能开放平台的渗透率也逐渐提升。人工智能开放平台是人工智能算法、算力、开发工具聚合而成的平台。使用者通过调用平台接口,可依靠平台的 AI 能力,高效地开发 AI 产品,从而规避重新开发 AI 的高成本、大难度、长周期的问题。此外,平台层还有大数据企业、网络安全企业和区块链企业的参与。

应用层

发展空间逐步扩大,呈“多样化”、”碎片化”发展。 应用层为用户提供实际应用场景服务,是最贴近应用市场的一层。随着社会对智能化发展的需求增加,物联网应用的发展空间逐步扩大。作为最接近终端用户的服务主体,大多数产业内企业都在密切关注市场的动向,积极挖掘和响应用户的应用需求,使得物联网的应用领域不断扩展,竞争最为激烈,呈现“多样化”、“碎片化”发展的特征。应用层可以分为消费驱动应用、政策驱动应用、产业驱动应用。消费驱动应用包括智慧出行、智能穿戴、智慧医疗、智慧家庭;政策驱动应用包括智慧城市、公共事业、智慧安防、智慧能源、智慧消防、智慧停车;产业驱动应用包括智慧工业、智慧物流、智慧零售、智慧农业、车联网、智慧地产等。


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