物联网技术形态：硬件与软件

对于非物联网相关专业的人来说，物联网犹如一个黑箱。他们阅读物联网相关的文章，犹如“咀嚼”天书，其中的专业术语根本无法从字面意思来理解，即使联系上下文，也是“摸不着门道”。其实，对于不少物联网的从业人员和物联网专业的学生来讲，也是如此，局限于原本专业的限制或教科书纯粹的技术描述，“盲人摸象”般地理解物联网，往往并不全面而有所缺失。

物联网是一个数据汇聚的信息系统，所以就会涉及几乎所有的信息技术，而要把这些信息技术都罗列出来，恐怕就和编一本辞典没什么差别。

在学习物联网技术的过程中，我自己也发现，不懂的知识点太多了，陌生的专有名词无处不在。

我想我需要在学习中，整理一张物联网的图谱，这张图谱能够标示出物联网技术的整体结构、核心技术，以及技术之间普适性的关联，这样在学习新技术的时候，我就能根据物联网技术图谱，快速定位新技术在整个物联网中的位置和作用，从一个整体的角度去理解新技术的特性和影响力。

要摸清物联网技术的构架，就需要从技术的本质谈起。这不仅是为了洞察物联网技术的本质，也是探究物联网技术和其它各行业技术创新之间的关联。这是一个既理论又实际的话题。

通常情况下，我们会将某项技术理解为一种手段、一种装置、一种方法或一个流程。但当我们具体讨论或者实践的时候，会发现它们往往又涉及到很多与其相关的技术。

在开发网页应用的时候，软件工程师需要考虑数据库的搭建、TCP/IP的网络协议、HTTP的交互流程等等相关互联网编程技术，说不定还需要温习一下“P图技术”（用Photoshop修图），用以加深用户对Web网页的印象。

而作为通信工程师，我和同事在谈论NB-IoT技术（运营商力推的一种通信技术）时，自然会提及：低功耗的芯片技术、简化的信令流程、“PSM”和“eDRX”两种省电模式等等这些与LPWA业务息息相关的技术。

由此看来，我们讨论的某项技术往往是一个“集合”，一个由技术为元素的有序集合。

理解技术的组成，先要溯源技术的由来。最基本的技术，实质上是对自然现象的有意利用。或者可以这样说：最基础的技术，就是自然科学。

用碗盛水、用火加热、用蓑挡雨、用泥沙筑坝，这些对事物常识性的利用，就是技术的开端-基础的技术元素。而后，通过将不同基础技术元素进行组合，形成更为复杂和高级的技术应用。

例如印刷术的发展，便是多种技术的融合和迭代。古代在发明了造纸术后，相当一段时间内还只能用手抄的方式记录文字、制作纸质书籍；而在雕木印刷术发明之后，书籍制作的模式从“抄写”变为“印刷”，便能够快速并批量的制作书本；此后活字印刷的技术，在“活字”的材料技术不断推进下（胶泥活字->锡制活字->铜制活字->铅制活字），最终成为全世界通用的印刷技术，流行了好几个世纪。

基础性的技术就是利用或开发某种（几种）自然效应（effect）或现象（phenomenon）。高级技术相对于基础技术更为复杂，是基础技术的有序组合。应用之下的技术结构就好像一个金字塔，大量简单的基础技术不断向上组合成复杂的高等级技术，并最终形成应用。技术所具有的组合结构被称为“递归性（recursive）结构”。

在技术的组成中，基础的技术元素是对自然效应或现象的利用和开发。如果从软件角度来理解的话，技术就是“对‘硬件（物理设备）特性’进行‘编程’”。其中，“硬件特性”就是指“自然效应和现象”；而“利用和开发”便是指“编程”，是对各种效应和现象的结构化组合、流程化操作。

一个复杂应用，是对高层级技术的组合和编程，而高层级技术亦是通过对底层级技术进行组合和编程来实现的。

可见，技术（包括应用）都是由“软件”和“硬件”组成的，而不同层级的技术之间是由“软件”链接的。

布莱恩﹒阿瑟在《技术的本质》中提到：“技术由技术构成、技术是对现象的编程，技术发明是需求和现象的链接。”。对技术的解构，能够帮助我们看清技术创新（技术发明）的真面目。

从技术组成来看，技术创新主要从两个方面来实现。

一方面，技术创新是组合进化（combinatorial evolution），主要是指将多种已有的技术拼装成新的技术。在组合进化中，已有技术成为了新创技术的一个组成部分，而新创技术亦可能是未来某项技术的组成部分。技术组合从简单到复杂、涉及范围从狭到广、数量从少到多，不断复加融合，通过层层叠加技术元素参与组合，来进行跨层次创新。当然，组合进化还包括“技术优化”这一概念，即替换已有的技术组件形成新的效益（局部创新），这一理念在工业领域称之为“精益”。

另一方面，技术创新是对新现象的捕获与驾驭。从“烧开一壶水”到建造蒸汽机，从发现天然磁石到制作指南针，从涉水观鱼到发明“船桨橹舵”，人类发现并利用新的自然效应和现象，作为新的技术元素，不断和旧有技术融合形成更多新颖的技术和应用。

一开始人类通过自有的感知（五官）来发现自然效应和现象，并实现技术发明。而随着技术飞快演进，人类感知终究跟不上技术创新的步伐，逐渐需要通过各类技术工具（量尺、传感器、计量器）和方法（数学计算、试验、理论推导）从基础科学领域出发，来感知这个世界所蕴含的丰富信息。

现今，传统技术（主要指制造业）的发展已逐渐趋缓。根据技术的结构来看，要实现技术突破就需要新颖的技术或自然效应加入进来（技术创新的本质）。

而物联网技术，包括与物联网相关的各类技术的加入，将实现传统技术和信息技术的“组合进化”，组合后的技术将更加复杂和多样化，与其相关的制造业系统、商业运营系统将跨越多种技术、商业领域，进一步向自动化、个性化、敏锐、智能的方向演进，在技术体量（技术的集合大小）上超越以往任何一种复合技术所涵盖的范围和数量，从而“进化”到一个崭新的技术层级，一个虚实融合、由信息与智能驱动的技术层级。

在上文中谈到过技术创新的两个路径：“组合进化”和“融合新效应”。物联网及相关的信息技术，可以帮助传统技术实现在两类路径上的突破创新：

1、 物联网技术和传统技术相结合实现“组合进化”：物联网技术，使得传统产业可以实现更复杂的应用。在物联网工具的帮助下，质量管理人员可以实时地对“物”（材料、零件、设备、产品）进行全量抽样监测，并将监测的时间跨度覆盖到整个产品的生命周期。

基于物联网的智能化应用，可以协助管理人员进行更大规模的动态、灵活的资源调配和管理，使得企业业务所涉及的范围（趋向全球化）和领域（跨领域应用）更为广阔。在嵌入物联网的信息化工具后，生产系统的自动化程度会更高，以实现更为复杂的自动化生产的流程和工艺。

2、 系统结构优化，提高传统技术组合进化的效能：物联网所带来的各类信息技术，能够帮助传统产业系统性地解构技术模块并实现数字化映射，这有利于对各行业的技术进行重新组合和局部优化，进一步简化产品设计，实现生产和业务的灵活“编程”，更具效率地满足更复杂、更个性化的市场需求。

正如工业领域的“数字孪生”（也称为“数字化双胞胎”）：通过物联网技术，实时感知工业设备的性能状态，形成虚拟的数字映射（3D建模），在数字映射的基础上对设备运营的状态进行预测分析、模拟演练、结构设计等，最终实现产品和设备的迭代和升级。

3、 帮助传统产业发现并利用新的现象和效应。物联网可以帮助技术人员，关注到一些以往被忽略的细节，从而发现新颖的现象和效应，并加以利用或进行系统调整。

归功于大量的传感器部署在生产系统中，设备系统运行中的“异常”情况会被完整、实时地捕捉，并送到云端。对于云端汇聚后的“异常”信息，技术人员利用数据分析便能够发现隐藏于现象中的事物关联。一旦新的现象和效应被发现，就能够进一步对生产系统进行调整，从而使得该系统更加严谨和完善。

各传统领域的生产系统或产品，通过传感器捕捉“自然现象”，基于边缘、云端的计算服务完成对技术（结构、流程等）的“编程”，再通过执行器产生“效应”。由物联网信息的“环路”，将物理世界变得可感知、可理解、可编程、可控制。

通过物联网的信息技术，缩短传统产品和业务的研发、设计周期，并降低技术准入门槛；使得生产系统的自动化程度再上一个层次，并能够适应灵活的市场需求；通过打通产业链中各个环节，对产品的全生命周期进行管理，挖掘产品的使用信息价值，从而使得商业模式从产品销售向服务运营转型。

物联网将融聚所有领域的技术元素，将人类的技术推向一个崭新的高度：一个能够凝炼出“智能”的技术层级。