物聯(lián)網(wǎng)和“工業(yè)4.0”為我們描述了一個非常美好的未來， 但物聯(lián)網(wǎng)究竟如何實現(xiàn)？這也許是很多技術(shù)人員以及企業(yè)關(guān)注的熱點話題。

物聯(lián)網(wǎng)的硬件技術(shù)，特別是通訊技術(shù)的突破， 將物聯(lián)網(wǎng)的連接維度擴展到無限(無線)空間。而傳感，數(shù)據(jù)識別，邊緣計算等技術(shù)等為硬件終端的數(shù)據(jù)收集和傳輸提供了可能性?？梢哉f快速發(fā)展的物聯(lián)基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)開始讓各種軟件有了發(fā)展的空間。

然而， 物聯(lián)網(wǎng)的最大特色是終端設(shè)備眾多，類型和功能千差萬別，設(shè)備的性能要求在不同場景下要求也不一致， 這些特點又使得軟件開發(fā)異常困難。而物聯(lián)網(wǎng)軟件，關(guān)乎著終端的數(shù)據(jù)接入，設(shè)備管理，數(shù)據(jù)安全等等，因此軟件發(fā)展的滯后，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。

那么，物聯(lián)網(wǎng)的軟件應(yīng)該如何開發(fā)才能管理硬件終端，并且有效的管理軟件資源？

在互聯(lián)網(wǎng)時代， 操作系統(tǒng)是軟硬件的接口，發(fā)揮著基本系統(tǒng)軟件的功能。 比如智能手機有IOS, Android 操作系統(tǒng)；PC 有Windows操作系統(tǒng)；服務(wù)器有Linux, Unix 操作系統(tǒng)。這里的操作系統(tǒng)管理著硬件、以及數(shù)據(jù)資源，控制程序運行，改善用戶界面，為其他中間件以及應(yīng)用軟件提供支持，并且通過分配資源，成為一切硬件運行的指揮中心。

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的初級階段（智能硬件，智能穿戴）時代，數(shù)據(jù)通過傳感器直接傳到云端。 而隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大多數(shù)情況下，直接將傳輸數(shù)據(jù)基本上行不通了。比如在工業(yè)領(lǐng)域，由于大量的機器，設(shè)備生成的數(shù)據(jù)量很容易超過可用帶寬，所以將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到云端需要昂貴的成本。此外，一些設(shè)備和操作流程需要在幾秒甚至幾毫秒內(nèi)就實現(xiàn)自動響應(yīng)工作。等到上載的數(shù)據(jù)到達數(shù)據(jù)中心，再將結(jié)果傳送到邊緣，通常就已經(jīng)太晚了。

那么，物聯(lián)網(wǎng)是否也可以通過操作系統(tǒng)，做到軟硬件分離，并且通過操作系統(tǒng)為各種應(yīng)用軟件的開發(fā)提供可能性？

首先，我們考慮物聯(lián)網(wǎng)可以使用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)嗎？我們認為，隨著智能終端多樣化，數(shù)據(jù)巨量化，以及系統(tǒng)的復(fù)雜化， Windows, Linux, 甚至安卓系統(tǒng)的內(nèi)核存在規(guī)模龐大、不夠?qū)崟r、缺乏安全等問題，已經(jīng)不能適應(yīng)未來物聯(lián)網(wǎng)的需求。

再者， 是否有必要基于物聯(lián)網(wǎng)的特色開發(fā)一套終端操作系統(tǒng)，并可以適應(yīng)不同終端協(xié)議的需求，并且具有擴展性，操控性。我們相信是非常有必要的，操作系統(tǒng)的存在必將重新規(guī)范物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，并為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅速發(fā)展提供了統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境 。

因此，我們將終端操作系統(tǒng)定義成物聯(lián)網(wǎng)底層連接“物”與“云”的系統(tǒng)軟件，對于“云”來說，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)可以將各種具象的物抽象為單一的“物“，其本身的特性和多種API和SDK 非常便于中間件以及頂層應(yīng)用軟件的開發(fā)，并不以中間傳送的角色出現(xiàn)。

操作系統(tǒng)基本原理

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與PC ,手機，服務(wù)器等傳統(tǒng)的IT 架構(gòu)有相似之處，目的是管理硬件，為軟件提供運行環(huán)境 。簡單來看，操作系統(tǒng)在實際應(yīng)用中所處的位置如下。

操作系統(tǒng)需要進行硬件抽象I/O控制，內(nèi)存管理，線程、進程調(diào)度，文件系統(tǒng)管理，UI交互，而這些功能的原子操作是由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成。而一個操作系統(tǒng)能否出色或者能否被廣泛接受是看其能否提供豐富的軟件接口，完備的應(yīng)用體系，開發(fā)環(huán)境等等因素。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的必要性

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)解決了物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的碎片化問題

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)單元，物聯(lián)網(wǎng)的能力是由這個基礎(chǔ)單元的能力所決定，如果沒有一個好的物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備就無法擺脫碎片化的問題。物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的能力也無法發(fā)揮和擴展。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)培養(yǎng)專有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)生態(tài)鏈

提高物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)速度

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用因為涉及到各種硬件終端設(shè)備，又必須考慮到云端和應(yīng)用層面的需求，操作系統(tǒng)和各種開放式接口，可以大家加速研發(fā)速度。

培養(yǎng)健康的技術(shù)生態(tài)鏈

如果沒有好的操作系統(tǒng)，將會阻礙軟件開發(fā)人員，硬件開發(fā)人員從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究的積極性。而只有從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域人才基數(shù)的提高，才能促進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進一步的發(fā)展和完善。

因此物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的目標應(yīng)該是充分抽象物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，而且可以快速培養(yǎng)出專有的技術(shù)人才。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能

硬件控制能力

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備是可以感知或控制物體一個或多個屬性， 這種感知和控制都是由不同的硬件設(shè)備完成。物聯(lián)網(wǎng)由于行業(yè)和領(lǐng)域的多樣性，這些硬件可能是多種多樣，那么對硬件的抽象和控制顯的尤為突出。

操作系統(tǒng)中通常采用I/O控制，對與外來設(shè)備采用即插即用的方式，Windows是這點做的最好的操作系統(tǒng)了，它采用驅(qū)動和操作系統(tǒng)分開的方式，硬件提供商提供硬件設(shè)備的同時也提供配套的驅(qū)動程序，這樣操作系統(tǒng)對硬件的支持就非常開放。

同時操作系統(tǒng)要提供豐富的API接口來控制硬件或外設(shè)。API可以提供硬件的底層控制，也可以是高層的應(yīng)用屬性的控制。例如API可以是對一類接口如串口控制，也可以是針對攝像設(shè)備的控制。通常操作系統(tǒng)的早期階段是以底層接口API為多，隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展會向高層API發(fā)展。

通過上面的討論，我們可以總結(jié)出：物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)要能夠提供豐富的硬件設(shè)備驅(qū)動，同時提供豐富的硬件控制API。

軟件遠程控制能力

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的數(shù)量是非常龐大，而且通常都是無人監(jiān)控和操作，那么物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的遠程被控制的能力非常重要，因此終端操作系統(tǒng)為軟件的遠程控制能力支持，應(yīng)該是物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的一個特性。

遠程控制能力可以從下面兩個方面理解：應(yīng)用的遠程升級和系統(tǒng)控制能力高度開放。

應(yīng)用的遠程升級需要操作系統(tǒng)能夠?qū)?yīng)用的運行環(huán)境和應(yīng)用分離。Android系統(tǒng)，Windows系統(tǒng)，linux系統(tǒng)都是這類的操作系統(tǒng)，但是大部分的嵌入式操作系統(tǒng)都不是這類系統(tǒng)。一個比較好的解決方式是Java虛擬機的概念即操作系統(tǒng)中提供一個虛擬化的運行環(huán)境，應(yīng)用可以后向的開發(fā)和升級。只有做到軟硬件分離，應(yīng)用與運行環(huán)境分離，才能將物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的技術(shù)分離促成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)鏈的形成。

系統(tǒng)控制能力高度開放指終端操作系統(tǒng)能夠為應(yīng)用提供足夠豐富的控制接口，這里不僅涉及到API接口開發(fā)，還涉及到操作系統(tǒng)訪問控制權(quán)限的設(shè)計。

豐富，精簡的網(wǎng)絡(luò)承載能力以及互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議支持能力

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備能夠具有通過近距離無線通信與其他物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備進行信息交換能力。物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)可以是多種多樣的（從物聯(lián)網(wǎng)近距離無線通訊技術(shù)討論中可以了解），不同網(wǎng)絡(luò)下的設(shè)備之間的通訊是比較困難的，那么物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)要能夠提供一種承載無關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議，從而滿足不同階段不同網(wǎng)絡(luò)承載設(shè)備的部署，同時突破目前物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)各自為政的局面。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)同時應(yīng)該提供豐富的網(wǎng)絡(luò)接口能力，支持眾多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，目前互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都應(yīng)該能夠在物聯(lián)網(wǎng)中有對應(yīng)的映射和補充。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)該是精簡的，目前物聯(lián)網(wǎng)處于早期發(fā)展階段，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的能力相對較弱，那么精簡的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有利于設(shè)備，應(yīng)用的快速開發(fā)和部署，同時滿足物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備能力不一致的問題。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)該是支持高吞吐量，高效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，物聯(lián)網(wǎng)基本的神經(jīng)單元數(shù)據(jù)都是由物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備采集提供的，同時這些采集通常是不間斷，高速產(chǎn)生的，這對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提出了新的需求。

邊緣計算能力

計算機能力包括技術(shù)的精度，計算的速度，數(shù)據(jù)輸入/輸出的速度，計算模型。不同的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對上述的計算能力會有不同的要求。

計算的速度和數(shù)據(jù)輸入/輸出的速度是軟件、硬件共同作用的結(jié)果。就計算的精度來來說，這個要求是物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)需要提供的基礎(chǔ)能力，數(shù)據(jù)的精確度和計算結(jié)果的精確度是數(shù)據(jù)價值的保障，

計算模型操作系統(tǒng)能夠提供豐富的計算模型，方便開發(fā)者開發(fā)，同時提供計算模型插件能夠支持第三方的技術(shù)模型。

系統(tǒng)大小的可伸縮能力

從外觀上來說，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備區(qū)別與計算機、移動終端的一個顯著特點是，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備外觀，尺寸都是不固定的，有的很小，有點很大，有的對功耗有很高要求，有的對網(wǎng)絡(luò)能力有要求，有的對數(shù)據(jù)采集有要求等等。

外觀和尺寸的不固定，對操作系統(tǒng)占用空間的大小就會有多種要求，從百K級別到M級別都要適配。那么在設(shè)計操作系統(tǒng)的時候，對物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的要求就是：內(nèi)核要小；功能可裁剪；

內(nèi)核小：不僅指操作系統(tǒng)內(nèi)核部分小，而且要求操作系統(tǒng)的最小功能集要很小。這樣在設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的時候，才能不受操作系統(tǒng)本身的大小尺寸所限制。

功能可裁剪：硬件設(shè)備多樣性也必然要求操作系統(tǒng)的能力根據(jù)硬件能力提高或裁剪。物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該能夠提供豐富的可裁剪的功能模塊供選擇。這點不僅要求操作系統(tǒng)的最小集是足夠的穩(wěn)定，而且要求操作系統(tǒng)在設(shè)計時考慮足夠強的動態(tài)升級的能力。

支持云技術(shù)能力

為了更好的配合云技術(shù)，或者促進云技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，我們要在物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)設(shè)計之初就需要進行考慮，增強物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備支持云技術(shù)的能力。

• 數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕簽樵萍夹g(shù)提供安全，完整的數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的基本任務(wù)。

• 數(shù)據(jù)的預(yù)處理：為了配合云技術(shù)的并發(fā)計算，終端設(shè)備應(yīng)該有能力按照云端要求對原始數(shù)據(jù)進行處理或過濾。

• 安全的數(shù)據(jù)存儲： 在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力還未有質(zhì)的提升之前，本地化的安全的數(shù)據(jù)存儲也是配合云技術(shù)的一個能力。

簡單的匯總是為了配合云技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該有完善的數(shù)據(jù)處理的能力。

系統(tǒng)的自我生長能力

在設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)時候，我們建議使用通用操作系統(tǒng) +行業(yè)操作系統(tǒng)。

通用操作系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的提供者關(guān)注操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)通用領(lǐng)域技術(shù)的提升，行業(yè)操作系統(tǒng)指針對不同行業(yè)，由行業(yè)操作系統(tǒng)提供者制定行業(yè)操作系統(tǒng)標準。這種方式即解決了操作系統(tǒng)自身自我發(fā)展的能力，同時又解決了開源，開放帶來的碎片化問題。

技術(shù)上如何從通用操作系統(tǒng)向行業(yè)操作系統(tǒng)演進，這不僅要求通用操作系統(tǒng)足夠開放，也要求通用操作系統(tǒng)架構(gòu)支持系統(tǒng)級模塊的擴展，也即我們所說的系統(tǒng)模塊加載，或者動態(tài)模塊加載的能力。

我們也相信，通過操作系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，勢必加速整個物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)跨越式的進展。

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