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深度分析:物联网操作系统技术路线之争及中国厂商的机遇

导读: 目前,成熟的物联网操作系统尚属空白,正呈现着两条技术路线:一是以Contiki和TinyOS为代表的做加法路径;二是以iOS和Andriod为代表的做减法路径。不同技术路线的物联网操作系统尚未形成垄断,中国厂商应抓住机遇,尽早布局,确立路径方向,重点解决专利、安全和产业生态三大问题。

  虽然“物联网”之热有所冷却,但以企业为主体的务实创新阶段正悄然来临。物联网操作系统是ICT产业发展的竞争制高点。成熟的物联网操作系统尚属空白,正呈现着两条技术路线:一是以Contiki和TinyOS为代表的做加法路径;二是以iOS和Andriod为代表的做减法路径。不同技术路线的物联网操作系统尚未形成垄断,中国厂商应抓住机遇,尽早布局,确立路径方向,重点解决专利、安全和产业生态三大问题,切实提升我国物联网操作系统的国际话语权和产业竞争力。

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  虽然“物联网”之热有所冷却,但以企业为主体的务实创新阶段正悄然来临。物联网操作系统是ICT产业发展的竞争制高点。成熟的物联网操作系统尚属空白,正呈现着两条技术路线:一是以Contiki和TinyOS为代表的做加法路径;二是以iOS和Andriod为代表的做减法路径。不同技术路线的物联网操作系统尚未形成垄断,中国厂商应抓住机遇,尽早布局,确立路径方向,重点解决专利、安全和产业生态三大问题,切实提升我国物联网操作系统的国际话语权和产业竞争力。

  物联网操作系统的内涵及类型

  由于物联网接入设备要求尺寸更小、功耗更低、安全可靠并具备通讯和组网能力,需要上面运行的操作系统能够支持更优秀的低功耗技术和丰富互联技术等,从而构成特有的“物联网操作系统”概念。

  我们认为,物联网操作系统特指面向物联网设备且具备物联网应用特点,为用户和开发者提供统一使用接口的系统软件。操作系统是硬件与用户之间的接口,传统上将操作系统分为服务器操作系统、桌面操作系统和嵌入式操作系统三大类。服务器操作系统是服务器与用户之间的接口,桌面操作系统是个人计算机与用户之间的接口,嵌入式操作系统是嵌入式硬件平台与用户之间的接口。近年来随着技术发展,硬件设备越来越多样化,操作系统分类呈现细分趋势,出现了专门针对智能终端的移动操作系统Android和iOS。

  物联网领域的硬件设备和应用场景的多样化往往需要融合多种操作系统。例如:在智能家居应用中,硬件设备从云端高性能服务器直至智能灯泡这样仅包含简单处理逻辑的新型智能设备,往往在同一个物联网应用场景包含着多种操作系统,列举了其中主要操作系统名称,分别对应硬件设备、计算平台和操作系统类型。

  根据物联网操作系统的不同类型,我们以CPU计算能力(以运行主频表征)为横轴和对应的应用场景要求(以操作系统功能特性表征)为纵轴对操作系统进行一个系统分类,如图1。图中右上角属于以桌面和服务操作系统为代表的通用操作系统,这类操作系统运行在高性能的Intel处理器上,支持最为丰富的操作系统功能;反之在左下角则是以Contiki和TinyOS为代表的传感器网操作系统,这类操作系统不支持图形界面,仅需几KB内存即可运行。中间则是以Android和iOS为代表的移动操作系统,功能和性能也介入上述两者之间。

  物联网作为新兴应用领域,由于接入设备可使用资源受限、设备之间互连协议种类多,设备规格跨度大等,对嵌入式操作系统提出了新的需求,既要求系统占用资源相对少、运行功耗低;同时又要求支持多种物联网互联协议,支持内核可伸缩等关键技术特征。正好位于图中左下角一个相对空白的区域(见图中阴影部分),即物联网操作系统的应用范围。

  物联网操作系统的技术路线

  由于现有操作系统很难完全匹配物联网应用需求,填补图1中的空白区域有两条技术路线可以选择。一条是基于Android这样的操作系统进行裁剪和定制,来适应物联网接入设备的需求(见图1中技术路线一);另一条技术路线是以传统嵌入式操作系统和实时操作系统为基础,通过增加设备联网等功能,满足物联网接入设备互联需求,形成新的嵌入式操作系统(见图1中技术路线二)。

  基于Android等操作系统进行裁剪和定制

  第一条技术路线优势在于保持底层技术架构一致的基础上,可以使用原有操作系统的商业生态,从而降低市场进入成本。缺点在于要兼顾多种应用场景,很难保证针对底层应用的最优化,包括功耗的最优化和可靠性最优化等,也很难保证运行在高频处理器的操作系统经过裁剪能够运行在低主频和更低主频的微控制器上。目前采取这种技术路线的主要国外公司包括:

  微软:微软原有产品线包括了服务器操作系统(WindowsServer系列),桌面操作系统(WindowsXP、Windows7\Windows8),嵌入式操作系统(WindowsCE\WindowsPhone)。微软近期战略方向就是统一产品线,在Windows10这一版本中提供一个覆盖全领域的操作系统架构,其中就包括了WindowsiotCores。而对于大量采用低主频应用的系统来说,微软的物联网操作系统仍显得运行成本过高。

  谷歌:原有产品线包括移动操作系统(Android)。谷歌通过适当的定制裁剪,推出了面向穿戴设备的AndroidWear操作系统,面向智能汽车的AndroidAuto。而在今年,谷歌又推出了仅具备Android最底层特性,面向物联网应用的AndroidBrillo。同时由于谷歌采取了开源方式发布操作系统,还有大量第三方厂商通过定制Android系统,将其应用在智能电视、机顶盒、路由器等不同领域。

  苹果:原有产品线包括桌面操作系统(MacOS)和移动操作系统(iOS),配合其在智能硬件领域内的产品布局,基于iOS系统开发了面向AppleWatch的穿戴设备操作系统。同时苹果以iOS为主导,用HomeKit智能家居平台整合硬件厂商,而HomeKit平台作为一个互连框架对于智能硬件厂商是开放的。

  在传统嵌入式操作系统和实时操作系统的基础上增加设备联网

  第二条技术路线的优势在于原本单片机操作系统就是针对资源受限的硬件平台开发,功耗和可靠性上都显著比上面的“大操作系统”强,通过适当增加功能也能保证功耗和性能符合应用需求。主要问题在于如何围绕操作系统构建一套新的生态体系,提高市场占有率。该技术路线的国外厂商和研究机构包括:

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