物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是目前最新最熱的技術(shù)熱點(diǎn)之一，也是這個(gè)信息化時(shí)代的重要發(fā)展節(jié)點(diǎn)。相對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)而言，物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)在于“萬物相連”。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息。

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)概述：

盡管物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形態(tài)受到普遍看好和關(guān)注，但是“連接、區(qū)別、識(shí)別、溝通、操作”這五大問題一直如影隨形，可以說只有這些問題得到很好的解決和兼顧，才能繼續(xù)應(yīng)對(duì)安全性、易用性、低成本等問題。在互聯(lián)網(wǎng)“人與人”之間的信息交換和共享基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)“物與物”“人與物”之間的信息交換和共享。

在這樣的大背景下，我們發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和智能手機(jī)類操作系統(tǒng)不同，它具備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的以下特點(diǎn)：

1、內(nèi)核尺寸伸縮性以及整體架構(gòu)的可擴(kuò)展性。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展即將進(jìn)入一個(gè)小的爆發(fā)期，所以面對(duì)一輪輪的技術(shù)革新甚至換代時(shí)，整體架構(gòu)的靈活性和可擴(kuò)展性可以說決定了一個(gè)企業(yè)的商業(yè)命脈。同時(shí)，為了適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景下的技術(shù)要求，內(nèi)核尺寸的伸縮性也是需要面對(duì)的問題。

2、內(nèi)核的實(shí)時(shí)性。

對(duì)于非搶占式調(diào)度方式的內(nèi)核很難滿足關(guān)鍵性動(dòng)作的實(shí)時(shí)性要求，比如常見的中斷響應(yīng)和多任務(wù)調(diào)度等情況下，操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性便有了更高的要求，特別是對(duì)于大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言，有意義的響應(yīng)時(shí)間決定了市場(chǎng)的接受度。

3、高可靠性。

在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境下，面對(duì)海量節(jié)點(diǎn)可以說設(shè)備一經(jīng)投入使用，就很難再去維護(hù)。所以平均無故障運(yùn)行時(shí)間和在一些嚴(yán)苛環(huán)境下的性能表現(xiàn)就顯得尤為重要。而在一向很注重信息安全的機(jī)密機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)安全性，引發(fā)了業(yè)內(nèi)關(guān)于開源機(jī)制、VMM機(jī)制等的廣泛討論。

4、低功耗。

由于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增多，低功耗是一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)。所以在整體架構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，就需要加入一些休眠模式、節(jié)能模式、降頻模式等邏輯判斷，以延長(zhǎng)續(xù)航能力。

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)整體架構(gòu)和功能：

在最低層的硬件平臺(tái)之上，有物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核和外圍功能模塊，加上集成開發(fā)環(huán)境，這些子系統(tǒng)之間相互配合，共同組成一個(gè)完整的面向各種各樣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，一起支撐了物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用。

圖2是最抽象的一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)描述。

具體地說，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)除具備傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的設(shè)備資源管理功能外，還具備下列功能：

1、屏蔽物聯(lián)網(wǎng)碎片化的特征，提供統(tǒng)一的編程接口；

2、物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境培育；

3、降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的成本和時(shí)間；

4、為物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一管理奠定基礎(chǔ)。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的外圍功能模塊，也有一些特殊的要求：

1、支持應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程升級(jí)。

上文說到，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的種種應(yīng)用環(huán)境和條件限制，遠(yuǎn)程升級(jí)是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)在升級(jí)方式上的唯一選擇，當(dāng)然同時(shí)也是最為低成本的選擇。

2、外部存儲(chǔ)。

支持硬盤、USB stick、Flash、ROM等常用存儲(chǔ)設(shè)備，以便在網(wǎng)絡(luò)連接中斷的情況下，起到臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的作用。

3、對(duì)物聯(lián)網(wǎng)常用的無線通信功能要內(nèi)置支持。

在公共網(wǎng)絡(luò)、近場(chǎng)通信、桌面網(wǎng)絡(luò)接口之間，要能夠相互轉(zhuǎn)換，能夠把從一種協(xié)議獲取到的數(shù)據(jù)報(bào)文，轉(zhuǎn)換成為另外一種協(xié)議的報(bào)文發(fā)送出去。除此之外，還應(yīng)支持短信息的接收和發(fā)送、語音通信、視頻通信等功能；

4、 網(wǎng)絡(luò)功能。

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)必須支持完善的TCP/IP協(xié)議棧，包括對(duì)IPv4和IPv6的同時(shí)支持。但TCP/IP協(xié)議棧是面向互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的通信協(xié)議棧，由于物聯(lián)網(wǎng)本身特征與互聯(lián)網(wǎng)有很大差異，TCP/IP協(xié)議棧在應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，面臨許多問題和挑戰(zhàn)，需要對(duì)TCP/IP協(xié)議棧做一番優(yōu)化改造。

5、支持完善的GUI功能。

圖形用戶界面一般應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的智能終端中，完成用戶和設(shè)備的交互。GUI應(yīng)該定義一個(gè)完整的框架，以方便圖形功能的擴(kuò)展。同時(shí)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)常用的用戶界面元素，比如文本框、按鈕、列表等。

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)實(shí)例分析

RT-Thread

由中國(guó)開源社區(qū)主導(dǎo)開發(fā)的開源嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它包含實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)組件：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，TCP/IP協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、libc接口、圖形引擎等。

從圖中對(duì)比上文提到的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)抽象架構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)RT-Thread包括了：

1、底層移植、驅(qū)動(dòng)層，這層與硬件密切相關(guān)，由Drivers和CPU移植相構(gòu)成。

2、硬實(shí)時(shí)內(nèi)核，這層是RT-Thread的核心，包括了內(nèi)核系統(tǒng)中對(duì)象的實(shí)現(xiàn)，例如多線程及其調(diào)度，信號(hào)量，郵箱，消息隊(duì)列，內(nèi)存管理，定時(shí)器等實(shí)現(xiàn)。

3、組件層，這些是基于RT-Thread核心基礎(chǔ)上的外圍組件，例如文件系統(tǒng)，命令行shell接口，lwIP輕型TCP/IP協(xié)議棧，GUI圖形引擎等。

Ostro Linux

英特爾這款基于Yocto Project的操作系統(tǒng)Ostro Linux符合IoTivity，支持眾多的無線技術(shù)，還提供一種傳感器框架。它非常注重物聯(lián)網(wǎng)安全，提供操作系統(tǒng)、設(shè)備、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)等層面的保護(hù)，包括加密和MAC。

在上圖的整體架構(gòu)中，值得一提的是：

1、編程接口：編程接口是Ostro提供給應(yīng)用程序開發(fā)者使用的，用于開發(fā)各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。當(dāng)前來說，Ostro提供了多種多樣的編程接口供程序員根據(jù)自己的喜好和特定應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)用。

2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同框架：Ostro內(nèi)置了對(duì)IoTivity的支持。IoTivity 是一個(gè)開源的軟件框架，用于無縫的支持設(shè)備到設(shè)備的互聯(lián)，以及人與設(shè)備的簡(jiǎn)便互聯(lián)。其主要是為了滿足物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的需要，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)，使得設(shè)備和設(shè)備之間可以安全可靠的連接。而IoTivity 通過提供一系列框架和服務(wù)來加速設(shè)備的互聯(lián)應(yīng)用開發(fā)。該項(xiàng)目由 Open Interconnect Consortium (OIC) 組織贊助，相當(dāng)于是 OIC 標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)參考實(shí)現(xiàn)。

3、Ostro服務(wù)：Ostro服務(wù)主要是指系統(tǒng)級(jí)的一些進(jìn)程或線程，這些進(jìn)程或線程負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)連接，加載必要的支撐服務(wù)，以及提供進(jìn)程間通信（IPC）支持等。在Ostro操作系統(tǒng)中，保留了大部分Linux操作系統(tǒng)所支持的systemd，D-Bus等。

華為LiteOS

身為中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尤其是NB-IoT的先驅(qū)，華為在物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)上也大有作為。其發(fā)布的基于Linux的LiteOS甚至是目前世界上最輕量級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)體積輕巧到 10KB 級(jí)，具備零配置、自組網(wǎng)、跨平臺(tái)的能力，可廣泛應(yīng)用于智能家居、穿戴式、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)等領(lǐng)域。

LiteOS應(yīng)用廣泛，從基于MCU的設(shè)備，到與安卓兼容的應(yīng)用程序處理系統(tǒng)，不一而足。這款可定制的操作系統(tǒng)擁有諸多功能，比如零配置、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)、快速啟動(dòng)和實(shí)時(shí)操作，它提供廣泛的無線支持，包括LTE和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。LiteOS隨華為的敏捷物聯(lián)網(wǎng)解決方案交付，它驅(qū)動(dòng)窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)解決方案。

中興物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)

既然提到了華為，那么順便說一下在2016年中興提出的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)方案。

當(dāng)時(shí)宣稱的亮點(diǎn)包括：

1、連接——操作系統(tǒng)集成常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（TCP/IP、ZigBee、藍(lán)牙、WiFi等）；

2、遠(yuǎn)程管控和簡(jiǎn)易配置——操作系統(tǒng)集成設(shè)備管理協(xié)議（典型的是LWM2M），使得通過管理平臺(tái)，可以對(duì)不同廠商的智能硬件設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理；

3、溝通和互操作——操作系統(tǒng)通過集成設(shè)備互聯(lián)互通框架（典型的是AllJoyn精簡(jiǎn)核心庫(kù)），能夠在物和物之間進(jìn)行溝通和互操作；云端的管理和操作使得物與物、物和人之間的互聯(lián)互通不再是障礙；

4、在線開發(fā)調(diào)試——通過中興CDSP云平臺(tái)（Cloud Development & Support Platform），支持物聯(lián)網(wǎng)OS軟件的在線開發(fā)、編譯和調(diào)試，還可以通過CDSP云平臺(tái)對(duì)終端設(shè)備在線升級(jí)；實(shí)現(xiàn)多種廠商終端設(shè)備的支持。

結(jié)語

目前物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的市場(chǎng)情況是：十幾種物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)都處在發(fā)展初期，產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)環(huán)境對(duì)此并未做出積極反映，目前還很少看到和聽到國(guó)內(nèi)外企業(yè)在使用某種物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的信息。同時(shí)，開源Linux和RT操作系統(tǒng)還是主流，活躍在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

操作系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，今天PC和手機(jī)時(shí)代的操作系統(tǒng)霸主未必能在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代延續(xù)霸業(yè)。操作系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)律是：當(dāng)壟斷已經(jīng)形成，后來者就很難顛覆，只有等待下一次產(chǎn)業(yè)浪潮。如今，一個(gè)全新的、充滿想象空間的操作系統(tǒng)市場(chǎng)機(jī)會(huì)正在開啟