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站在物聯網時代的風口上,如何搶占物聯網操作系統先機?

2018-01-29 10:55:27 來源:中國智慧城市網 熱度:
2017年,對物聯網而言注定難忘。這一年共享單車開始洗牌、NB-IoT(基于蜂窩的窄帶物聯網)持續發酵。據IDC預測,2020年全球物聯設備數將達281億,全球市場規模將達7.1億美元,經濟價值將達到1.9萬億美元。
 
在物聯網設備和應用數量持續暴增的背景下,物聯網操作系統的重要性被一再提及,各方也紛紛布局、持續投入,正上演著一出你方唱罷我登場的戲碼。但由于操作系統在產業鏈中處于極其特殊的地位,決定了這不可能是純粹技術比拼,而是綜合實力的較量。
 
兵家必爭之地
 
與手機時代的蘋果iOS操作系統、安卓系統和PC時代的Windows一樣,操作系統也必然成為物聯網時代的戰略制高點,是兵家必爭之地。據統計,Google、Microsoft、ARM、華為和阿里等互聯網巨頭早已推出物聯網操作系統。但操作系統行業既定的規律是,當一到兩個系統形成壟斷之后,其他系統就很難對其構成威脅了,物聯網操作系統這個讓無數人充滿想象的舞臺帷幕正慢慢拉開。
 
回望物聯網操作系統(簡稱OS)的歷史會發現有一個關鍵節點——2014年。正是從那時起,Google、Microsoft、ARM,以及各色物聯網OS開始進入市場。
 
2014年9月,ARM(是全球領先的半導體知識產權提供商)向全球物聯網相關企業推出了mbed OS操作系統和設備平臺。作為ARM最大股東的日本軟銀集團曾經宣布,未來20年內,全球ARM架構芯片的年出貨量將達到1萬億顆。作為這樣一家企業,怎能坐視物聯網OS花落人家。
 
ARM亞太區物聯網部門有關負責人表示,好的物聯網OS需同時滿足三個條件,即易開發、低功耗和安全性,這是因為物聯網設備十分繁雜,好的物聯網OS必須適應這一特點,這就要求企業不斷積累技術。幾年來,ARM mbed OS不斷升級迭代。中國軟件行業協會有關負責人告訴《中國經濟信息》記者,作為一家全球企業,ARM的確更注重操作系統架構的安全性及通用性。
 
除了芯片領域的傳統巨頭,Google、Microsoft和Apple也不安于現狀。Apple專為智能手表開發了Watch OS,以iOS為主是Apple的戰略考量,將用HomeKit(是蘋果公司發布的智能家居平臺)統領智能家居硬件廠商。與Apple相比,Google則再進一步。2014年,其向市場推出了OS Brillo(現已經更名為Android Things)和IoT通信協議 Weave。2016年8月,谷歌爆出正研發名為“Fuchsia”的物聯網OS。
 
在手機操作系統市場功敗垂成的Microsoft此時也出場了。2015年7月,微軟發布面向物聯網的操作系統 Windows 10 IoT Core。這一操作系統是基于Windows 10操作系統,并與其保持著良好的通用性。Microsoft中國有關負責人評論道,Microsoft操作系統家族是個融合的體系,解決了跨平臺開發的問題。除上述企業,國外物聯網市場還活躍著其他物聯網OS項目,如FreeRTOS、TinyOS等。
 
已現中國時機
 
數據顯示,我國2014年物聯網市場規模達到了6000億元,2015年已經達到 7500億元,公眾網絡機器到機器(M2M)連接數則突破1億,占全球總量31%,成為全球最大市場。而2020年有望達到15000億元。此外,到2020年機器到機器連接數有望達到17億,預計到2020年前的年復合增長率將達到76%。
 
在與國際巨頭的競爭中,中國企業幾乎與他們共同起步。我國最早進入這一領域的企業是一家名不見經傳的信息技術公司。其是從嵌入式無線模塊做起,產品已經在智能電網、智能交通、遠程醫療等領域獲得廣泛應用。
 
也是在2014年,這家中國企業率先推出了物聯網OS——MICO,其比ARM推出mbed OS還要早上幾個月。企業負責人表示,我們生產的全部無線接入模塊產品里,都安裝了這一操作系統。最新數據顯示,在企業銷售的1千萬搭載MICO操作系統的無線接入模塊中,已經被激活并開始使用的多達數百萬個。
 
華為也基本上起步于同一時期。2015年5月,華為正式發布開源物聯網OS LiteOS。該系統最大亮點是內核超輕,小于10kb,是世界上最輕量級的物聯網OS。而這一物聯網OS僅僅是華為大的物聯網戰略的組成部分之一。華為物聯網戰略簡稱為“1+2+1”:即“1”個開源物聯網操作系統(指LiteOS);“2”種連接方式,分別是有線連接(家庭網關、工業網關)和無線連接(2G/3G/4G/NB-IoT);以及“1”個物聯網平臺(指華為IoT連接管理平臺OceanConnect)。目前,華為正依靠其在NB-IoT上的技術積累,幫助運營商完成向5G的跨越。
 
此外,阿里YunOS的出現也是物聯網OS領域的一件大事。2014年,YunOS開始應用互聯網電視、智慧家居、互聯網汽車、機器人等物聯網領域,而其以前則主要應用在手機上。標志性的事件是,2016年8月,阿里和上汽榮威合作生產了互聯網汽車榮威RX5,并在短短一年多的時間,銷量突破10萬輛。數據顯示,我國車聯網市場規模將在2025年達到約2162億美元。YunOS則成功完成了在行業爆發前的進入。
 
中國信息通信研究院技術與標準研究所業務資源與物聯網研究部有關負責人表示,總體而言,中國公司大多數都是“由硬到軟”,即利用我國在制造業領域的優勢地位,向物聯網操作系統進軍。
運營至關重要

 
縱觀PC操作系統與手機操作系統局面的形成可以發現,操作系統的技術比拼只是其中一個方面,而運營能力才更為重要。塞班系統是諾基亞投入200億美元重金打造,最終卻無疾而終,而諾基亞也隨著打造這一系統的失利,徹底隕落在曾經“天下不敗”的手機領域。
 
有業內人士也表示,對中國的物聯網OS企業來講,運營能力是十分要緊的。他說:“中國公司善于做應用產品,但做操作系統則完全是兩回事,中國企業往往缺少這方面的經驗,畢竟還沒有哪家中國公司真正成功占領過某一個操作系統市場。”
 
與移動互聯網和PC時代相比,物聯網時代操作系統所面臨的考驗更多。即包括與底層硬件廠商之間的磨合,也包括接口方面的標準化和標準的統一。而最讓人頭疼的是物聯網中需要接入的終端數量十分龐大。大的物聯網市場其實是由眾多小市場組成,估計任何一家操作系統企業都無法全覆蓋。
 
而開發者的支持也十分重要。物聯網OS做得到底如何,需要眾多的開發者通過應用進行檢驗,沒有開發者的支持,操作系統再完美也白費,這就是在考驗物聯網OS企業的運營能力。Google和Apple都能從其手機操作系統的用戶獲得支持,其他企業往往需要在不斷運營中培養開發者用戶。有關數據顯示,ARM mbed OS已在全球擁有約20萬名開發者。華為則已經開始著手打造LiteOS開源社區。
 
此外,物聯網操作系統的生態較量已經上升至“云端”。在移動互聯網和PC時代,終端需要安裝眾多應用程序,但進入物聯網時代以后,終端最主要的任務是傳輸和收集,并將數據傳輸至云端,所以對于物聯網操作系統,云計算的能力十分重要。
 
據阿里YunOS事業部有關負責人介紹,在大數據和云計算方面,阿里擁有很出色的能力,我們打造的YunOS物聯網操作系統,最終將實現為用戶提供人、物、服務三位一體的全新網絡。而Google、Microsoft等企業也在努力加強云計算的能力。華為相關負責人也表示,將與某云服務提供商開展深度合作。
 
總之,好的物聯網OS絕不僅僅只是技術能力問題,而是對整個生態系統建設能力的全面檢驗。
 
知識補充:
 
物聯網的重要操作系統
 
不像PC和移動設備領域,一系列廣泛的商用和開源操作系統在驅動物聯網。本文介紹了幾種領先的物聯網操作系統以及它們各自的最佳使用場合。
 
科技行業將大量的時間花在致力于物聯網熱潮。營利性科技公司和開源社區成員都在宣傳各自的操作系統,標榜自己是適合眾多物聯網用途的那種操作系統。而事實上,不是每種操作系統都很適合每一個物聯網用途。正由于如此,物聯網操作系統領域會具有一定的多樣性。
 
物聯網和操作系統這個話題出現在IT界時,你常常聽到“嵌入式操作系統”這個術語與“實時操作系統”(RTOS)互換使用。但實際上,一些嵌入式操作系統有實時功能,另一些則沒有這種功能。
 
真正的RTOS物聯網設備需要處理數據時沒有緩沖延遲。RTOS的好處包括:能夠實現多任務處理,能夠調度和優先處理任務,還能夠管理資源在多個任務之間的共享。這種操作系統通常用于比較復雜的航空、工業和醫療物聯網設備中。
 
另一方面,我們又有不大復雜,不過仍功能齊全的操作系統,它們有另外的好處:功耗比較低,對資源的要求也比較低,比如處理能力和內存。十之八九,諸如此類的操作系統的增長率會超過RTOS,至少對第一代物聯網設備來說是這樣。
 
我們將介紹幾種不同的操作系統,我們認為它們將驅動物聯網行業。雖然有許多替代操作系統沒有介紹,但本文代表了一系列廣泛的操作系統功能,既有一些開源操作系統,也有一些商用操作系統。最后,它們體現了可支持一切設備的操作系統:從衛星、聯網冰箱,一直到嵌入在手表和衣服中的智能技術。
 
不妨看一看諸多操作系統及其周圍的公司/社區。最后說說你認為哪些操作系統會給物聯網帶來最大的影響,或者你是否認為我們漏掉了一兩種應該榜上有名的操作系統。
 
RIOT OS
 
RIOT OS是一種開源社區項目,自2008年以來就啟動了。RIOT能夠在眾多平臺上運行,包括嵌入式設備和PC(以及數量眾多的極其流行的傳感器/致動器板卡),而且擁有易于使用的API。該操作系統因用電量和資源需求方面能夠做到高效而家喻戶曉。
 
Windows 10 For IoT
 
微軟的最新款嵌入式操作系統名為Windows 10 for IoT。這面大旗下還有三個子操作系統,視你的要求而定。第一個是Windows 10 for IoT Mobile,它支持ARM架構。下一個是Windows 10 for IoT Core,它支持Raspberry Pi和英特爾凌動。最后一個是Windows 10 for IoT Enterprise――這多少有點像功能完備的Windows 10 Enterprise,但僅限于只運行單一應用程序。
 
由于Windows 10 for IoT是全新產品,它在用戶群和經驗豐富的開發者方面顯然落后于其他許多物聯網操作系統。話雖如此,這款操作系統大有潛力――如果你想在內部開發應用程序,更是如此。最終,那些習慣于使用Visual Studio和Azure物聯網服務,針對Windows從事開發工作的人會被整套的Windows 10 for IoT方案吸引過去。
 
WindRiver VxWorks
 
WindRiver的VxWorks可能是如今使用的最流行的商用ROTS。它提供了一款可靠的操作系統,又具有高度的靈活性。VxWorks還提供了許多安全功能,這些功能對需要它們的物聯網項目來說至關重要。VxWorks在工業、醫療和航空等領域的名氣很大,因為它是少數幾家滿足必要的認證要求、以便用于那些行業的RTOS廠商之一。
 
谷歌Brillo
 
谷歌在去年秋季的谷歌I/O大會上宣布,打算推出Brillo,進軍嵌入式操作系統市場。面向基于安卓的嵌入式操作系統的開發平臺很合適在編寫安卓應用程序方面有著扎實背景的那些人。Brillo使用一種名為Weave的通信協議。這意味著,智能設備沒必要非得將嵌入式安卓作為其操作系統――它們只要能夠使用Weave進行通信就可以。這為一大批廠商將Weave集成到物聯網產品當中敞開了大門,最終讓這些產品能夠與Brillo。
 
ARM Mbed OS
 
ARM在開發自己的開源嵌入式操作系統,名為mbed OS。由于它是由ARM開發的,所以ARM是唯一支持的架構。話雖如此,預計該操作系統會在智能家居和可穿戴式設備這兩個物聯網細分市場大放異彩。這款操作系統有別于另外許多的嵌入式操作系統,原因在于它是單線程,而不是多線程。ARM表示,它認為這對該操作系統能夠在尺寸最小、功耗最低的設備上運行而言必不可少。如果物理尺寸和電池使用時間至關重要,物聯網設備最后可能會在mbed OS上運行。
 
Embedded Apple iOS和OS X
 
雖然蘋果還沒有在如今的物聯網市場扮演重要角色,但是它肯定會很快扮演這種角色。到目前為止,蘋果已采用了其操作系統平臺的變種,開發了多款物聯網設備,比如蘋果電視、CarPlay(借助BlackBerry QNX)和蘋果手表。
 
展望未來,預計蘋果會繼續使用其iOS,并改動OS X,那樣它可以在物聯網端點設備上更精簡、更高效地運行。開發人員可以使用諸如最近發布的HomeKit之類的工具,這種框架用來構建控制家庭自動化設備的應用程序。
 
Nucleus RTOS
 
Nucleus RTOS是Mentor Graphics公司開發的一種嵌入式操作系統。這家公司聲稱,其軟件目前在30多億個設備上運行,這是個相當龐大的安裝群。該操作系統為眾多嵌入式架構提供了有力的支持,在汽車、醫療、公用事業、工業和消費類電子產品等行業垂直領域大受歡迎。
 
Green Hills Integrity
 
不過另一種由來已久的商用RTOS解決方案是Green Hills的Integrity。它在航空/國防、汽車、工業和醫療等垂直領域展開激烈的競爭。該公司還繼續在面向消費者的物聯網市場大受歡迎,這歸功于它一向以來憑借性能、安全和可靠性博得了人氣和美名。


AliOS Things
 
AliOS Things為阿里巴巴研制的一款面向汽車、IoT終端、IoT芯片和工業領域研發的物聯網操作系統,并在其中整合了原YunOS移動端業務。
 
簡單來說,這種操作系統具備了極致的性能,易開發、云端強大、組件豐富(包括實時操作系統內核,連接協議庫、文件系統、libc接口、FOTA、Mesh、語音識別)以及較高的安全防護等功能,還支持移動端設備直接連接到阿里云loT云服務平臺。
 
阿里表示:操作系統不應該僅僅只是阿里巴巴的操作系統,希望這次AliOS開源之后,把OS變成大家的OS。
 
AliOS面向多端可配置,分別面向設備方案、芯片、設備及中間技術等四個軟件層。系統設計嚴格遵循CPL可配置原則,模塊內部實現高度內聚、模塊間依靠松耦合,插件化的設計,可按需加載,實現禁止反向依賴,在保證更高可定制化的同時,還能不破壞系統兼容性。
 
并且為了讓開發者更加關注開發及應用、部署和迭代,AliOS Things會為開發者提供一個功能強大、好用的工具。
 
AliOS的使命是 “驅使萬物智能”,將OS(端),連接,云服務,硬件深度結合,為IoT生態伙伴提供一站式IoT解決方案,從而形成閉環。

Lite OS
 
Lite OS目前世界上最輕量級的物聯網操作系統,其系統體積輕巧到10KB級,具備零配置、自組網、跨平臺的能力,可廣泛應用于智能家居、穿戴式、工業等領域。由于LiteOS實行開源,合作伙伴便可以快速構建自己的物聯網產品,這將讓智能硬件的開發變得更加簡單,從而加快實現萬物的互聯互通。Lite OS的模式與牛津大學研究人員發明的Contiki系統、加州大學伯克利分校發明的TinyOS相似,同樣具備輕量化、開源的特性。
 
Liteos操作系統具有能耗最低,體積最小、響應最快的特點,已推出全開放開源社區,提供芯片、模塊和開源硬件板,如海思的PLC芯片HCT3911、媒體芯片3798M/C、IPCamera芯片Hi3516A,以及LTE-M芯片等(開發者也可以選擇第三方芯片,如STM32等)。
 
Liteos主要應用于智能家居、穿戴式、車聯網、智能抄表、工業互聯網等IoT領域的智能硬件上,數據采集、實時控制等是其典型使用環境。
結束語
 
不像PC、平板電腦和智能手機領域,可能不會只有那么幾種操作系統主導整個物聯網市場。相反,我們將不得不面對幾十種流行的選擇,它們各自有特定的優缺點。本文介紹的八種操作系統表明了廣泛的選擇余地以及它們可能用于哪些領域。
 
1、物聯網操作系統 概述
 
物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。其英文名稱是 IOT(Internet Of Things)。由此,顧名思義,“物聯網就是物物相連的 互聯網”。這有兩層意思:第一,物聯網的核心和基礎仍然是 互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡;第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信。因此,物聯網的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與 互聯網相連接,進行信息交換和通信,以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網與 互聯網的不同在于,互聯網關注的是“人與人”之間的信息交換和共享,而物聯網則進一步擴展,實現“物與物”、“人與物”之間的信息交換和共享。
 
下圖示意了物聯網的 分層體系結構: 物聯網大致可分為感知層、 網絡層(進一步分為網絡 接入層和核心層)、設備管理層、 應用層等四個層次。其中最能體現物聯網特征的,就是物聯網的感知層。感知層由各種各樣的傳感器、協議轉換 網關、通信網關、智能終端、刷卡機(POS機)、智能卡等終端設備組成。這些終端大部分都是具備計算能力的 微型計算機。運行在這些終端上的最重要的系統軟件-操作系統,就是所謂的物聯網操作系統。
 
與傳統的個人計算機或個人智能終端(智能手機、平板電腦等)上的操作系統不同,物聯網操作系統尤其獨特的特征。這些特征是為了更好的服務物聯網應用而存在的,運行物聯網操作系統的終端設備,能夠與物聯網的其它層次結合的更加緊密,數據共享更加順暢,能夠大大提升物聯網的生產效率。
 
2、物聯網操作系統的作用
 
除具備傳統操作系統的設備資源管理功能外,物聯網操作系統還具備下列功能:
 
物聯網生態環境培育:拉通物聯網產業的上下游,培育物聯網 硬件開發、物聯網系統 軟件開發、物聯網 應用軟件開發、物聯網業務運營、網絡運營、物聯網數據挖掘等分離的商業生態環境,為物聯網的大發展建立基礎。類似于智能終端操作系統(iOS、Andriod等)對移動 互聯網的生態環境培育作用;
 
降低物聯網應用開發的成本和時間:物聯網操作系統是一個公共的業務開發平臺,具備豐富完備的物聯網基礎功能組件和應用開發環境,可大大降低物聯網應用的開發時間和開發成本;提升數據共享能力:統一的物聯網操作系統具備一致的數據存儲和數據訪問方式,為不同行業之間的數據共享提供了可能。物聯網操作系統可打破行業壁壘,增強不同行業之間的數據共享能力,甚至可以提供“行業服務之上”的服務,比如數據挖掘等;
 
為物聯網統一管理奠定基礎:采用統一的遠程控制和遠程管理接口,即使行業應用不同,也可采用相同的 管理軟件對物聯網進行統一管理,大大提升物聯網的可管理性和可維護性,甚至可以做到整個物聯網的統一管理和維護。
 
3、體系架構
 
物聯網操作系統由 內核、通信支持(Zibee、2/3/4G等通信支持、NFC、RS232/PLC支持等)、外圍組件(文件系統、GUI、Java 虛擬機、XML文件解析器等)、 集成開發環境等組成,基于此,可衍生出一系列面向行業的特定應用,下圖展示了這個概念:
 
物聯網操作系統與傳統的個人計算機操作系統和智能手機類操作系統不同,它具備物聯網應用領域內的一些獨特特點,現說明如下。

 
4、物聯網操作系統的特點
 
物聯網操作系統由內核、輔助外圍模塊(文件系統、圖形用戶界面、通信協議棧、各類常見設備的驅動程序等)、集成開發環境等組成。物聯網操作系統與傳統的個人計算機操作系統和智能手機類操作系統不同,它具備物聯網應用領域內的一些獨特特點。
 
內核的特點
 
內核尺寸伸縮性強,能夠適應不同配置的硬件平臺。比如,一個極端的情況下,內核尺寸必須維持在10K以內,以支撐內存和CPU性能都很受限的傳感器,這時候內核具備基本的任務調度和通信功能即可。在另外一個極端的情況下,內核必須具備完善的 線程調度、 內存管理、本地存儲、復雜的網絡協議、 圖形用戶界面等功能,以滿足高配置的智能 物聯網終端的要求。這時候的內核尺寸,不可避免的會大大增加,可以達到幾百K,甚至M級。這種內核尺寸的伸縮性,可以通過兩個層面的措施來實現:重新編譯和二進制模塊選擇加載。重新編譯措施很簡單,只需要根據不同的應用目標,選擇所需的功能模塊,然后對內核進行重新編譯即可。這個措施應用于內核定制非常深入的情況下,比如要求內核的尺寸達到10K以下的場合。而二進制模塊選擇加載,則用在對內核定制不是很深入的情況。這時候維持一個操作系統配置文件,文件里列舉了操作系統需要加載的所有二進制模塊。在內核初始化完成后,會根據配置文件,加載所需的二進制模塊。這需要 終端設備要有外部 存儲器(比如硬盤、Flash等),以存儲要加載的二進制模塊;
 
內核的實時性必須足夠強,以滿足關鍵應用的需要。大多數的物聯網設備,要求 操作系統內核要具備實時性,因為很多的關鍵性動作,必須在有限的時間內完成,否則將失去意義。內核的實時性包涵很多層面的意思,首先是 中斷響應的實時性,一旦外部中斷發生,操作系統必須在足夠短的時間內響應中斷并做出處理。其次是線程或任務調度的實時性,一旦任務或線程所需的資源或進一步運行的條件 準備就緒,必須能夠馬上得到調度。顯然,基于 非搶占式調度方式的內核很難滿足這些實時性要求;

 
內核架構可擴展性強。物聯網操作系統的內核,應該設計成一個框架,這個框架定義了一些接口和規范,只要遵循這些接口和規范,就可以很容易的在 操作系統內核上增加新的功能的新的硬件支持。因為物聯網的應用環境具備廣譜特性,要求操作系統必須能夠擴展以適應新的應用環境。內核應該有一個基于 總線或樹結構的設備管理機制,可以動態加載設備驅動程序或其它核心模塊。同時內核應該具備外部二進制模塊或應用程序的動態加載功能,這些應用程序存儲在外部介質上,這樣就無需修改內核,只需要開發新的應用程序,就可滿足特定的行業需求;
 
內核應足夠安全和可靠。可靠性就不用說了,物聯網應用環境具備自動化程度高、人為干預少的特點,這要求內核必須足夠可靠,以支撐長時間的獨立運行。安全對物聯網來說更加關鍵,甚至關系到國家命脈。比如一個不安全的內核被應用到國家電網控制當中,一旦被外部侵入,造成的影響將無法估量。為了加強安全性,內核應支持內存保護(VMM等機制)、異常管理等機制,以在必要時隔離錯誤的代碼。另外一個安全策略,就是不 開放源代碼,或者不開放關鍵部分的內核源代碼。不公開源代碼只是一種安全策略,并不代表不能免費適用內核;
 
節能省電,以支持足夠的電源續航能力。 操作系統內核應該在CPU空閑的時候,降低CPU運行頻率,或干脆關閉CPU。對于周邊設備,也應該實時判斷其運行狀態,一旦進入空閑狀態,則切換到省電模式。同時, 操作系統內核應最大程度的降低中斷發生頻率,比如在不影響實時性的情況下,把系統的 時鐘頻率調到最低,以最大可能的節約電源。
 
外圍模塊的特點
 
外圍模塊指為了適應物聯網的應用特點,操作系統應該具備的一些功能特征,比如 遠程維護和升級等。同時也指為了擴展物聯網 操作系統內核的功能范圍,而開發的一些功能模塊,比如文件系統、網絡協議棧等。物聯網操作系統的外圍模塊(或外圍功能)應該至少具備下列這些:
 
支持操作系統核心、設備 驅動程序或應用程序等的遠程升級。遠程升級是物聯網操作系統的最基本特征,這個特性可大大降低維護成本。遠程升級完成后,原有的設備配置和數據能夠得以繼續使用。即使在升級失敗的情況下,操作系統也應該能夠恢復原有的運行狀態。遠程升級和維護是支持物聯網操作系統大規模部署的主要措施之一;
 
支持常用的文件系統和外部存儲,比如支持FAT32/NTFS/DCFS等文件系統,支持硬盤、USB stick、Flash、ROM等常用存儲設備。在網絡連接中斷的情況下,外部存儲功能會發揮重要作用。比如可以臨時存儲采集到的數據,再網絡恢復后再上傳到數據中心。但文件系統和存儲驅動的代碼,要與操作系統核心代碼有效分離,能夠做到非常容易的裁剪;
 
支持遠程配置、遠程診斷、遠程管理等維護功能。這里不僅僅包涵常見的遠程操作特性,比如遠程修改設備參數、 遠程查看運行信息等。還應該包涵更深層面的遠程操作,比如可以 遠程查看 操作系統內核的狀態,遠程調試線程或任務,異常時的遠程dump內核狀態等功能。這些功能不僅僅需要外圍應用的支持,更需要 內核的天然支持;
 
支持完善的網絡功能。物聯網操作系統必須支持完善的TCP/IP協議棧,包括對IPv4和IPv6的同時支持。這個協議棧要具備靈活的伸縮性,以適應裁剪需要。比如可以通過裁剪,使得 協議棧只支持IP/UDP等協議功能,以降低代碼尺寸。同時也支持豐富的IP協議族,比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等協議,以適用智能終端和高安全可靠的應用場合;
 
對物聯網常用的無線通信功能要內置支持。比如支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共網絡的無線通信功能,同時要支持Zigbee/NFC/RFID等近場通信功能,支持WLAN/Ethernet等桌面網絡接口功能。這些不同的協議之間,要能夠相互轉換,能夠把從一種協議獲取到的數據報文,轉換成為另外一種協議的報文發送出去。除此之外,還應支持短信息的接收和發送、語音通信、視頻通信等功能;
 
內置支持XML文件解析功能。物聯網時代,不同行業之間,甚至相同行業的不同領域之間,會存在嚴重的信息共享壁壘。而XML格式的數據共享可以打破這個壁壘,因此XML標準在物聯網領域會得到更廣泛的應用。物聯網操作系統要內置對XML解析的支持,所有操作系統的配置數據,統一用XML格式進行存儲。同時也可對行業自行定義的XML格式進行解析,以完成行業轉換功能;
 
支持完善的GUI功能。 圖形用戶界面一般應用于物聯網的智能終端中,完成用戶和設備的交互。GUI應該定義一個完整的框架,以方便圖形功能的擴展。同時應該實現常用的用戶界面元素,比如 文本框、按鈕、列表等。另外,GUI模塊應該與操作系統核心分離,最好支持二進制的動態加載功能,即操作系統核心根據應用程序需要,動態加載或卸載GUI模塊。GUI模塊的效率要足夠高,從用戶輸入確認,到具體的動作開始執行之間的時間(可以叫做click-launch時間)要足夠短,不能出現用戶點擊了確定、但任務的執行卻等待很長時間的情況;
 
支持從外部存儲介質中動態加載應用程序。物聯網操作系統應提供一組API,供不同應用程序調用,而且這一組API應該根據操作系統所加載的外圍模塊實時變化。比如在加載了GUI模塊的情況下,需要提供GUI操作的系統調用,但是在沒有GUI模塊的情況下,就不應該提供GUI功能調用。同時操作系統、GUI等外圍模塊、應用程序模塊應該二進制分離,操作系統能夠動態的從外部存儲介質上按需加載應用程序。這樣的一種結構,就使得整個操作系統具備強大的擴展能力。 操作系統內核和外圍模塊(GUI、網絡等)提供基礎支持,而各種各樣的行業應用,通過應用程序來實現。最后在軟件發布的時候,只發布 操作系統內核、所需的外圍模塊、應用程序模塊即可。
 
集成開發環境的特點
 
集成開發環境是構筑行業應用的關鍵工具,物聯網操作系統必須提供方便靈活的開發工具,以開發出適合行業應用的應用程序。開發環境必須足夠成熟并得到廣泛適用,以降低應用程序的上市時間(GTMT)。集成開發環境必須具備如下特點:
 
物聯網操作系統要提供豐富靈活的API,供程序員調用,這組API應該能夠支持多種語言,比如既支持C/C++,也支持Java、Basic等 程序設計語言;最好充分利用已有的 集成開發環境。比如可以利用Eclipse、Visual Studio等 集成開發環境,這些集成開發工具具備廣泛的應用基礎,可以在Internet上直接獲得良好的技術支持;除配套的集成開發環境外,還應定義和實現一種緊湊的應用程序格式(類似Windows的PE格式),以適用物聯網的特殊需要。通過對 集成開發環境進行定制,使得集成開發環境生成的代碼,可以遵循這種格式;要提供一組工具,方便應用程序的開發和調試。比如提供應用程序 下載工具、遠程調試工具等,支撐整個開發過程。
 
可以看出,上述物聯網 操作系統內核、外圍模塊、應用開發環境等,都是支撐平臺,支撐更上一層的行業應用。行業應用才是最終產生生產力的軟件,但是物聯網操作系統是行業應用得以茁壯生長和長期有效生存的基礎,只有具備了強大靈活的物聯網操作系統,物聯網這棵大樹才能結出豐碩的果實。
 
5物聯網操作系統的開發
 
當前尚無一個比較完善的可商業應用的物聯網操作系統。不過許多操作系統,都在朝這個方向發展。比如國產操作系統Hello China,已具備物聯網操作系統的大致雛形(完善的 內核、文件系統、網絡功能、GUI、開發工具等),進一步完善后,可作為典型的物聯網操作系統進行推廣。進一步的信息,請參考“擴展閱讀”相關內容。

責任編輯:靳玉鳳

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