物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)：硬件與軟件

對(duì)于非物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的人來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)猶如一個(gè)黑箱。他們閱讀物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的文章，猶如“咀嚼”天書(shū)，其中的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)根本無(wú)法從字面意思來(lái)理解，即使聯(lián)系上下文，也是“摸不著門(mén)道”。其實(shí)，對(duì)于不少物聯(lián)網(wǎng)的從業(yè)人員和物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)講，也是如此，局限于原本專(zhuān)業(yè)的限制或教科書(shū)純粹的技術(shù)描述，“盲人摸象”般地理解物聯(lián)網(wǎng)，往往并不全面而有所缺失。

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)數(shù)據(jù)匯聚的信息系統(tǒng)，所以就會(huì)涉及幾乎所有的信息技術(shù)，而要把這些信息技術(shù)都羅列出來(lái)，恐怕就和編一本辭典沒(méi)什么差別。

在學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的過(guò)程中，我自己也發(fā)現(xiàn)，不懂的知識(shí)點(diǎn)太多了，陌生的專(zhuān)有名詞無(wú)處不在。

我想我需要在學(xué)習(xí)中，整理一張物聯(lián)網(wǎng)的圖譜，這張圖譜能夠標(biāo)示出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)、核心技術(shù)，以及技術(shù)之間普適性的關(guān)聯(lián)，這樣在學(xué)習(xí)新技術(shù)的時(shí)候，我就能根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)圖譜，快速定位新技術(shù)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)中的位置和作用，從一個(gè)整體的角度去理解新技術(shù)的特性和影響力。

要摸清物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的構(gòu)架，就需要從技術(shù)的本質(zhì)談起。這不僅是為了洞察物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的本質(zhì)，也是探究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和其它各行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新之間的關(guān)聯(lián)。這是一個(gè)既理論又實(shí)際的話題。

通常情況下，我們會(huì)將某項(xiàng)技術(shù)理解為一種手段、一種裝置、一種方法或一個(gè)流程。但當(dāng)我們具體討論或者實(shí)踐的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們往往又涉及到很多與其相關(guān)的技術(shù)。

在開(kāi)發(fā)網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用的時(shí)候，軟件工程師需要考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建、TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、HTTP的交互流程等等相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)編程技術(shù)，說(shuō)不定還需要溫習(xí)一下“P圖技術(shù)”（用Photoshop修圖），用以加深用戶(hù)對(duì)Web網(wǎng)頁(yè)的印象。

而作為通信工程師，我和同事在談?wù)?a href="http://srfitnesspt.com/tags/nb-iot/" target="_blank">NB-IoT技術(shù)（運(yùn)營(yíng)商力推的一種通信技術(shù)）時(shí)，自然會(huì)提及：低功耗的芯片技術(shù)、簡(jiǎn)化的信令流程、“PSM”和“eDRX”兩種省電模式等等這些與LPWA業(yè)務(wù)息息相關(guān)的技術(shù)。

由此看來(lái)，我們討論的某項(xiàng)技術(shù)往往是一個(gè)“集合”，一個(gè)由技術(shù)為元素的有序集合。

理解技術(shù)的組成，先要溯源技術(shù)的由來(lái)。最基本的技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是對(duì)自然現(xiàn)象的有意利用?；蛘呖梢赃@樣說(shuō)：最基礎(chǔ)的技術(shù)，就是自然科學(xué)。

用碗盛水、用火加熱、用蓑擋雨、用泥沙筑壩，這些對(duì)事物常識(shí)性的利用，就是技術(shù)的開(kāi)端-基礎(chǔ)的技術(shù)元素。而后，通過(guò)將不同基礎(chǔ)技術(shù)元素進(jìn)行組合，形成更為復(fù)雜和高級(jí)的技術(shù)應(yīng)用。

例如印刷術(shù)的發(fā)展，便是多種技術(shù)的融合和迭代。古代在發(fā)明了造紙術(shù)后，相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)還只能用手抄的方式記錄文字、制作紙質(zhì)書(shū)籍；而在雕木印刷術(shù)發(fā)明之后，書(shū)籍制作的模式從“抄寫(xiě)”變?yōu)椤坝∷ⅰ保隳軌蚩焖俨⑴康闹谱鲿?shū)本；此后活字印刷的技術(shù)，在“活字”的材料技術(shù)不斷推進(jìn)下（膠泥活字->錫制活字->銅制活字->鉛制活字），最終成為全世界通用的印刷技術(shù)，流行了好幾個(gè)世紀(jì)。

基礎(chǔ)性的技術(shù)就是利用或開(kāi)發(fā)某種（幾種）自然效應(yīng)（effect）或現(xiàn)象（phenomenon）。高級(jí)技術(shù)相對(duì)于基礎(chǔ)技術(shù)更為復(fù)雜，是基礎(chǔ)技術(shù)的有序組合。應(yīng)用之下的技術(shù)結(jié)構(gòu)就好像一個(gè)金字塔，大量簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)技術(shù)不斷向上組合成復(fù)雜的高等級(jí)技術(shù)，并最終形成應(yīng)用。技術(shù)所具有的組合結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為“遞歸性（recursive）結(jié)構(gòu)”。

在技術(shù)的組成中，基礎(chǔ)的技術(shù)元素是對(duì)自然效應(yīng)或現(xiàn)象的利用和開(kāi)發(fā)。如果從軟件角度來(lái)理解的話，技術(shù)就是“對(duì)‘硬件（物理設(shè)備）特性’進(jìn)行‘編程’”。其中，“硬件特性”就是指“自然效應(yīng)和現(xiàn)象”；而“利用和開(kāi)發(fā)”便是指“編程”，是對(duì)各種效應(yīng)和現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)化組合、流程化操作。

一個(gè)復(fù)雜應(yīng)用，是對(duì)高層級(jí)技術(shù)的組合和編程，而高層級(jí)技術(shù)亦是通過(guò)對(duì)底層級(jí)技術(shù)進(jìn)行組合和編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

可見(jiàn)，技術(shù)（包括應(yīng)用）都是由“軟件”和“硬件”組成的，而不同層級(jí)的技術(shù)之間是由“軟件”鏈接的。

布萊恩﹒阿瑟在《技術(shù)的本質(zhì)》中提到：“技術(shù)由技術(shù)構(gòu)成、技術(shù)是對(duì)現(xiàn)象的編程，技術(shù)發(fā)明是需求和現(xiàn)象的鏈接。”。對(duì)技術(shù)的解構(gòu)，能夠幫助我們看清技術(shù)創(chuàng)新（技術(shù)發(fā)明）的真面目。

從技術(shù)組成來(lái)看，技術(shù)創(chuàng)新主要從兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一方面，技術(shù)創(chuàng)新是組合進(jìn)化（combinatorial evolution），主要是指將多種已有的技術(shù)拼裝成新的技術(shù)。在組合進(jìn)化中，已有技術(shù)成為了新創(chuàng)技術(shù)的一個(gè)組成部分，而新創(chuàng)技術(shù)亦可能是未來(lái)某項(xiàng)技術(shù)的組成部分。技術(shù)組合從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、涉及范圍從狹到廣、數(shù)量從少到多，不斷復(fù)加融合，通過(guò)層層疊加技術(shù)元素參與組合，來(lái)進(jìn)行跨層次創(chuàng)新。當(dāng)然，組合進(jìn)化還包括“技術(shù)優(yōu)化”這一概念，即替換已有的技術(shù)組件形成新的效益（局部創(chuàng)新），這一理念在工業(yè)領(lǐng)域稱(chēng)之為“精益”。

另一方面，技術(shù)創(chuàng)新是對(duì)新現(xiàn)象的捕獲與駕馭。從“燒開(kāi)一壺水”到建造蒸汽機(jī)，從發(fā)現(xiàn)天然磁石到制作指南針，從涉水觀魚(yú)到發(fā)明“船槳櫓舵”，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)并利用新的自然效應(yīng)和現(xiàn)象，作為新的技術(shù)元素，不斷和舊有技術(shù)融合形成更多新穎的技術(shù)和應(yīng)用。

一開(kāi)始人類(lèi)通過(guò)自有的感知（五官）來(lái)發(fā)現(xiàn)自然效應(yīng)和現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)明。而隨著技術(shù)飛快演進(jìn)，人類(lèi)感知終究跟不上技術(shù)創(chuàng)新的步伐，逐漸需要通過(guò)各類(lèi)技術(shù)工具（量尺、傳感器、計(jì)量器）和方法（數(shù)學(xué)計(jì)算、試驗(yàn)、理論推導(dǎo)）從基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域出發(fā)，來(lái)感知這個(gè)世界所蘊(yùn)含的豐富信息。

現(xiàn)今，傳統(tǒng)技術(shù)（主要指制造業(yè)）的發(fā)展已逐漸趨緩。根據(jù)技術(shù)的結(jié)構(gòu)來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破就需要新穎的技術(shù)或自然效應(yīng)加入進(jìn)來(lái)（技術(shù)創(chuàng)新的本質(zhì)）。

而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各類(lèi)技術(shù)的加入，將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)和信息技術(shù)的“組合進(jìn)化”，組合后的技術(shù)將更加復(fù)雜和多樣化，與其相關(guān)的制造業(yè)系統(tǒng)、商業(yè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)將跨越多種技術(shù)、商業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)一步向自動(dòng)化、個(gè)性化、敏銳、智能的方向演進(jìn)，在技術(shù)體量（技術(shù)的集合大?。┥铣揭酝魏我环N復(fù)合技術(shù)所涵蓋的范圍和數(shù)量，從而“進(jìn)化”到一個(gè)嶄新的技術(shù)層級(jí)，一個(gè)虛實(shí)融合、由信息與智能驅(qū)動(dòng)的技術(shù)層級(jí)。

在上文中談到過(guò)技術(shù)創(chuàng)新的兩個(gè)路徑：“組合進(jìn)化”和“融合新效應(yīng)”。物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)的信息技術(shù)，可以幫助傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在兩類(lèi)路徑上的突破創(chuàng)新：

1、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)“組合進(jìn)化”：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)工具的幫助下，質(zhì)量管理人員可以實(shí)時(shí)地對(duì)“物”（材料、零件、設(shè)備、產(chǎn)品）進(jìn)行全量抽樣監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)的時(shí)間跨度覆蓋到整個(gè)產(chǎn)品的生命周期。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化應(yīng)用，可以協(xié)助管理人員進(jìn)行更大規(guī)模的動(dòng)態(tài)、靈活的資源調(diào)配和管理，使得企業(yè)業(yè)務(wù)所涉及的范圍（趨向全球化）和領(lǐng)域（跨領(lǐng)域應(yīng)用）更為廣闊。在嵌入物聯(lián)網(wǎng)的信息化工具后，生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度會(huì)更高，以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的自動(dòng)化生產(chǎn)的流程和工藝。

2、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高傳統(tǒng)技術(shù)組合進(jìn)化的效能：物聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的各類(lèi)信息技術(shù)，能夠幫助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)性地解構(gòu)技術(shù)模塊并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化映射，這有利于對(duì)各行業(yè)的技術(shù)進(jìn)行重新組合和局部?jī)?yōu)化，進(jìn)一步簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和業(yè)務(wù)的靈活“編程”，更具效率地滿(mǎn)足更復(fù)雜、更個(gè)性化的市場(chǎng)需求。

正如工業(yè)領(lǐng)域的“數(shù)字孿生”（也稱(chēng)為“數(shù)字化雙胞胎”）：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)感知工業(yè)設(shè)備的性能狀態(tài)，形成虛擬的數(shù)字映射（3D建模），在數(shù)字映射的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析、模擬演練、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和設(shè)備的迭代和升級(jí)。

3、 幫助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)現(xiàn)并利用新的現(xiàn)象和效應(yīng)。物聯(lián)網(wǎng)可以幫助技術(shù)人員，關(guān)注到一些以往被忽略的細(xì)節(jié)，從而發(fā)現(xiàn)新穎的現(xiàn)象和效應(yīng)，并加以利用或進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。

歸功于大量的傳感器部署在生產(chǎn)系統(tǒng)中，設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行中的“異?！鼻闆r會(huì)被完整、實(shí)時(shí)地捕捉，并送到云端。對(duì)于云端匯聚后的“異常”信息，技術(shù)人員利用數(shù)據(jù)分析便能夠發(fā)現(xiàn)隱藏于現(xiàn)象中的事物關(guān)聯(lián)。一旦新的現(xiàn)象和效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)，就能夠進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使得該系統(tǒng)更加嚴(yán)謹(jǐn)和完善。

各傳統(tǒng)領(lǐng)域的生產(chǎn)系統(tǒng)或產(chǎn)品，通過(guò)傳感器捕捉“自然現(xiàn)象”，基于邊緣、云端的計(jì)算服務(wù)完成對(duì)技術(shù)（結(jié)構(gòu)、流程等）的“編程”，再通過(guò)執(zhí)行器產(chǎn)生“效應(yīng)”。由物聯(lián)網(wǎng)信息的“環(huán)路”，將物理世界變得可感知、可理解、可編程、可控制。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的信息技術(shù)，縮短傳統(tǒng)產(chǎn)品和業(yè)務(wù)的研發(fā)、設(shè)計(jì)周期，并降低技術(shù)準(zhǔn)入門(mén)檻；使得生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度再上一個(gè)層次，并能夠適應(yīng)靈活的市場(chǎng)需求；通過(guò)打通產(chǎn)業(yè)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行管理，挖掘產(chǎn)品的使用信息價(jià)值，從而使得商業(yè)模式從產(chǎn)品銷(xiāo)售向服務(wù)運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)型。

物聯(lián)網(wǎng)將融聚所有領(lǐng)域的技術(shù)元素，將人類(lèi)的技術(shù)推向一個(gè)嶄新的高度：一個(gè)能夠凝煉出“智能”的技術(shù)層級(jí)。