
物联网(IoT)是新一代信息技术的重要组成部分,也是信息化时代的重要发展阶段。简而言之,物联网就是物物相连的互联网。这里包含两层意思:
● 第一,物联网的外部链接仍然是互联网,是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
● 第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。
我们从物联网面临的主要问题出发,分析物联网操作系统的特点和属性。
1.物联网操作系统的特征物联网连接的设备不再局限于传统的手机等设备,更多的智能硬件、感知设备即将或正在被部署,这其中包含海量的传感器等资源严重受限设备。
这类设备具备以下典型特点:
● CPU频率在兆赫兹级别。
● RAM/Flash资源在千比特级别。
● 电池供电。
● 长生命周期。
针对资源受限设备的特点,开源组织和芯片厂家都在努力推出物联网应用的开源操作系统,主要包括:FreeRTOS、Contiki、RIOT、Wind River Helix和ARMmbed等。
资源受限设备的功能通常并不复杂,厂商、开发者使用芯片厂商提供的操作系统就能完成设备和应用开发,这种模式在以前的部署中问题不大,厂商只需考虑与自有平台对接,无须与其他厂商设备互联互通,设备升级更新不频繁。但在目前物联网设备激增的情况下,该模式已经不适应时代需求:
● 快速升级:设备硬件升级意味着移植、适配等烦琐的工作,也意味着成本的增加和较长的上市周期。
● 互联互通:不同的应用场景在网络连接、互联互通上对应不同的方案,网络协议栈异常复杂,最好的解决方式是提供操作系统平台支撑。
● 系统安全:随着更多设备的联网,协同效应也就越明显,但是系统整体安全风险也越大。任何一个存在安全漏洞的设备,都是系统潜在的入侵点,亟需一个具有安全机制的操作系统平台。
● 设备管理:物联网设备,具有部署数量众多、部署地理位置分散的显著特点,迫切需要通用的设备管理平台服务,为物联网设备提供远程部署、配置、信息收集和升级等功能。
● 应用开发与调试:传统的物联网应用开发都是使用芯片厂家提供的开发工具包,而物联网不限定接入设备的厂家,因此不便于开发和调试。随着基础物联网平台的不断发展,高效的物联网应用开发和调试环境将会成为用户的急迫需求。
综上所述,在物联网飞速发展和水平化转型的大背景下,运行在资源受限设备之上的操作系统内涵也将不断丰富,例如硬件抽象、安全、协议连接、互联互通、设备管理等。
具体来说,物联网操作系统除具备传统操作系统的设备资源管理功能外,还具备下列功能:
● 屏蔽物联网碎片化的特征,提供统一的编程接口。
● 物联网生态环境培育。
● 降低物联网应用开发的成本和时间。
● 为物联网统一管理奠定基础。
物联网架构正在由原来的垂直沙漏模型向水平模型转化,从水平化角度看,其发展趋势是更重视设备管理和设备连接性,不再拘泥于特定操作系统的功能。如WindRiver和ARM都将物联网平台定位在提供连接性和设备管理上。中兴通信物联网操作系统采用水平化分层架构模式。
该架构最下层是目前支持的硬件微控制单元(MCU),即ARM的Cortex-M系列;在其上是嵌入式内核;内核之上是中间层,它由安全模块、设备管理、设备连接发现及其协议栈组成。安全模块包括设备安全和网络通信安全。设备管理目前主要是基于LWM2M协议,实现对物联网设备的管理。网络部分支持以太网和Wi-Fi通信,主要协议栈有IPv4/IPv6、6LoWPAN等。设备的发现和互联基于Alljoyn协议实现。中间层之上为应用接口层,为用户提供C++/C接口,便于应用开发及其他应用库的实现;最上层则是应用程序和其他应用库。

2.物联网操作系统安全机制物联网连接处理的目标物主要有物、网络和数据。
相较于以文本为主要处理目标的互联网,物联网对于安全性的要求高很多,主要包括:
● 机器与感知节点的本地安全问题;
● 感知网络的传输与信息安全问题;
● 核心网络的传输与信息安全问题;
● 物联网业务的安全问题。
3.中兴通信物联网操作系统特征
中兴通信对物联网操作系统的定义是:轻量级的操作系统,具备开源特征,方便第三方进行开发,并具备远程的云调试和开发能力,可以进行远程调试和版本升级,并灵活适配各种类型的物联网终端。具体特征包括:
● 连接:操作系统集成常见的网络协议栈(TCP/IP、ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等)。
● 远程管控和简易配置:操作系统集成设备管理协议(典型的是LWM2M),使得通过管理平台,可以对不同厂商的智能硬件设备进行统一的管理。
● 沟通和互操作:操作系统通过集成设备互联互通框架(AllJoyn精简核心库),能够在物和物之间进行沟通和互操作;云端的管理和操作使得物与物、物和人之间的互联互通不再是障碍。
● 在线开发调试:通过中兴CDSP云平台(Cloud Development & SupportPlatform),支持物联网操作系统软件的在线开发、编译和调试,还可以通过CDSP云平台对终端设备在线升级;实现多种厂商终端设备的支持。
4.中兴物联网操作系统的功能
传统软件的运行依赖于操作系统提供的资源管理和抽象应用程序接口(API)功能。
物联网平台需要管理来自不同厂商的物联网设备,对这些设备资源进行抽象,提供管理资源的能力,提供北向API给不同垂直领域的应用。
物联网平台管理的是整个系统的资源,涉及终端、连接、网关和通用平台,包括以下几部分:
● 终端操作系统,以及连接到网关/平台的SDK。
● 网关,提供连接性管理。
● 物联网平台,对接入设备资源进行管理、抽象,提供API。
物联网操作系统应提供完整的连接和设备管理功能,而不仅仅限于某一个网元。连接管理提供终端之间的互联互通,以及终端与平台之间的连接服务;设备管理提供终端的部署、配置、信息收集和升级等全生命周期管理服务。
终端上的软件分为Client OS和Client SDK。Client SDK可以移植到第三方操作系统之上,使之具备接入物联网系统框架的能力。



