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物联网操作系统的研究与实践
资料介绍
物联网相关的系统技术是当前的一个热点,既有基于云计算的物联网平台技术,也有物联网设备采用的操作系统技术,还有边缘计算所用到的系统软件技术等.本文首先阐述了在物联网场景中所需要的系统软件,并回顾了物联网设备常用的操作系统,然后提出了本文对于物联网操作系统的定义,它是特指在物联网设备的使用场景中,能够将各种物联网设备集合起来发挥作用、管理此场景中软硬件资源的系统软件.最后介绍了一个工业界实践中的物联网操作系统—指令集智能操作系统.
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物联网操作系统的研究与实践
Research and practice of IoT OS
潘爱民 （杭州指令集智能科技有限公司CEO，浙江 杭州 310012）
摘
要：物联网相关的系统技术是当前的一个热点，既有基于云计算的物联网平台技术，也有物联网设备
采用的操作系统技术，还有边缘计算所用到的系统软件技术等。本文首先阐述了在物联网场景中所需要的
系统软件，并回顾了物联网设备常用的操作系统，然后提出了本文对于物联网操作系统的定义，它是特指
在物联网设备的使用场景中，能够将各种物联网设备集合起来发挥作用、管理此场景中软硬件资源的系统
软件。最后介绍了一个工业界实践中的物联网操作系统—指令集智能操作系统。
关键字：操作系统；物联网；智能设备；物联网操作系统
1 操作系统的演进
操作系统经过了几代的发展 从最早期的多任
，
务操作系统 如Multics和UNIX 到适用于个人电
，
，
脑的多处理器操作系统 如Linux和Windows
再
，
，
到最近10多年广泛流行的移动操作系统 如iOS和
，
Android 其核心技术已经非常成熟 软件复杂度
，
，
也达到了上亿行代码的规模 操作系统的每一次大
。
图1 联网的体重计
仍然是基础 物联网并没有再造出一个独立的网络
发展必定跟计算机硬件的发展密切相关 随着物联
。
，
，
网
IoT 时代的到来 操作系统也必将迎来新的
） ，
（
但是对互联网进行了扩展和延伸 允许各种物体通过
，
发展
。
互联网交换信息和通信 大量的物体都连接到了网
。
表1 总结了每一代操作系统的特征
。
络
最直接的效果是 这些物体都可以被远程操控
， ，
，
例如 物体的状态显示在任何一个屏幕上 物体上的
，
，
2 物联网需要什么样的基础软件
开关可以由远端的软件来控制 譬如 在图1中 体
，
。
，
物联网的核心是各种物体连接到互联网 互联网
：
表1 每一代操作系统的特征
年代
1960年代
1980年代末
产业环境
大型机
SMP硬件架构
OS驱动力/需求
典型操作系统
Multics, UNIX
Windows NT Linux, 386BSD
，
多用户 多任务
，
硬件架构
，
~1990年代初 虚拟内存
2007
设备 PDA
应用运行环境 Runtime
Android, iOS, WinCE, iOS, PalmOS
，
，
（
）
智能手机
2015
IoT设备
设备通讯
mbedOS, RT-Thread, LiteOS, FreeRTOS
2017-
各种物联网设备 大量IoT设备需要管理
，
使用场景
分散的设备 AI算法
，
35
万方数据
ocus Technology
热门技术
F
重计是一个物联网设备 它能够连接到后台服务器
操作系统的意义在于 对硬件的基本功能进行抽
，
，
，
上报数据和状态 远程用户可以通过连接服务器来获
象
从而做到各种应用软件无需直接跟硬件打交道就
，
，
得体重计的数据和状态
可以操控硬件 针对如图2所示的软件划分 我们可
。
。
，
在这样的环境下 我们可以看到有三个地方需要
以抽象出下面的操作系统来协同工作
，
。
软件 一是体重计上的软件 二是服务器上的软件
• 物联网设备操作系统 这是运行在设备上的软
。
：
；
，
完成体重计设备的状态监测以及数据记录和报告
三
件
常见的是嵌入式操作系统 用恰当的软件把设备
， ，
；
是客户端的软件 显示所需要的信息或者接受用户的
驱动起来 让它们正常地工作
， ；
，
指令
• 物联网操作系统 这是工作在设备之外的服务
。
。
首先 体重计需要一个操作系统来完成基本硬件
器上的软件 它提供了设备功能之外的扩展或延伸能
，
，
的能力 包括连接网络的能力 这样的系统很成熟
力
譬如远程访问能力 历史数据记录和分析能力
， 、 、
，
。
，
就
，
门槛也不高 对于体重计 用一个单片机 MCU
多个设备的协同功能 等等
， 。
，
，
（
）
可以让它工作起来 或者也可以用一个嵌入式系统
物联网设备操作系统很容易理解 有大量的教科
，
，
功能更强大 其次 在后台服务器需要一个服务软
书或专著来详细讲解现代操作系统的软件结构和相应
。
，
件
一方面与体重计进行连接与通信 另一方面也允
的资源调度算法[1] 物联网操作系统是一个相对比较
，
，
。
许远程用户连接上来并指定相应的体重计设备 以便
新的概念 但事实上又广泛存在着大量的软件在完成
，
，
查看信息或者对它进行控制 客户端的功能通常用浏
这些功能 很多设备厂商需要搭建一个后台服务系
。
。
览器来完成 不需要额外安装软件 也可以用移动应
统
甚至还有不少厂商开发了客户端移动APP 这就
， 。
，
；
用或者各种形态的小程序的形式来跟服务器通信
是典型的 在操作系统缺位的情况下 硬件厂商不得
、 ，
。
几乎每一种物联网设备 为了让它们以联网的方
不自己研发软件系统的情形 而理想的情况是 存在
。 ：
，
式工作起来 都需要像体重计这样的软件架构 概括
通用的物联网操作系统 可以让设备厂商专注于设备
，
，
。
起来 物联网设备的软件分如下两部分 如图2
研发 设备厂商只需开发驱动软件以及简单的应用软
，
，
（
）。
• 在设备硬件上 用一个软件程序让设备工作起
件就可以让设备用起来
，
。
来
并且具备连接网络的能力
；
，
• 需要有一个服务软件能够为这个设备提供各种
便利的服务
3 物联网设备操作系统
物联网设备所在的硬件环境往往有以下特点
。
。
• 连接。这是物联网设备的必要功能 以特定
，
的方式连接到计算机网络 进而连接到互联网
常
。
，
见的接入协议有Zigbee 蓝牙 Wi-Fi NB-IoT或
、
、
、
RoLa等
。
• 低功耗。这些设备需要长时间 几个月 甚至
（
，
图2 设备软件与服务软件
在某些特定情况下 可以把以上两方面的软件功
几年 运行 对电量的消耗有苛刻的要求 通常只能
）
，
。
，
靠电池供电
，
• 安全。设备要能报告自己的状态 并且有一定
，
能都放在设备上完成 这样就不需要后台服务器
因
，
，
纠错和保密的能力 还要避免被仿冒和入侵
，
。
而客户端可以直接连接设备 但这通常仅限于一些计
。
• 标准。每一种设备都隶属于特定的行业 而成
，
算和存储能力较强的设备 并且对部署方式也有要求
，
熟的行业往往已经形成了相应的工业标准 最起码也
，
比如智能路由器
本文不讨论这样的设备实例和
）。
（
有事实上的参考标准
。
软件架构
。
ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2019.8
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万方数据
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