時(shí)下，在操作系統界，有一個(gè)熱得發(fā)紫的名詞“物聯(lián)網(wǎng)操作系統”，但物聯(lián)網(wǎng)和操作系統究竟是什么關(guān)系，物聯(lián)網(wǎng)將面臨什么問(wèn)題，操作系統又能為其解決什么問(wèn)題呢？許多人都說(shuō)協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)的最大問(wèn)題，但物聯(lián)網(wǎng)需要哪些協(xié)議，什么問(wèn)題能用協(xié)議解決，什么問(wèn)題不能用協(xié)議解決，為什么有些協(xié)議永遠不會(huì )有，本文和大家一起探討上述問(wèn)題。
操作系統和其他電子產(chǎn)品一樣，是個(gè)不斷迭代、與時(shí)俱進(jìn)的一個(gè)東西，由用戶(hù)需求、軟件積累、硬件成本等共同推動(dòng)發(fā)展，反過(guò)來(lái)又激發(fā)需求、定義硬件。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大家都在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)操作系統，我們要分析物聯(lián)網(wǎng)的核心問(wèn)題是什么，操作系統對于物聯(lián)網(wǎng)，能做什么，不能做什么，它如何影響操作系統設計。最后，我們會(huì )發(fā)現，物聯(lián)網(wǎng)的核心問(wèn)題中，大多數問(wèn)題，操作系統會(huì )表示很無(wú)奈，無(wú)能為力，OS能做的事情很少，只能解決非常有限的問(wèn)題。我們設計操作系統，要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)應用的話(huà)，就要分析清楚物聯(lián)網(wǎng)面臨的問(wèn)題，要集中精力于解決核心問(wèn)題，有的放矢，不要人云亦云地跟著(zhù)感覺(jué)走。
物聯(lián)網(wǎng)，我們首先要解決的是“連接、區別、識別、溝通、操作”這五大問(wèn)題，只有這些問(wèn)題解決了，才有機會(huì )談?wù)摪踩?、易用性、低成本等?wèn)題。
物聯(lián)網(wǎng)是物體的社會(huì )，就是人類(lèi)企圖組建一個(gè)智慧的物體網(wǎng)絡(luò )，來(lái)替人類(lèi)服務(wù)，要發(fā)揮物體網(wǎng)絡(luò )的智慧，其實(shí)跟人類(lèi)社會(huì )網(wǎng)絡(luò )有很多共同點(diǎn)。人與人之間，也存在連接、區別、識別、溝通、互動(dòng)（也就是物聯(lián)網(wǎng)說(shuō)的互操作）這些問(wèn)題。人和人之間，首先要通過(guò)見(jiàn)面、電話(huà)、信函等方式建立連接，才有機會(huì )交流吧。不同的人，必須能夠區別開(kāi)來(lái)吧，世界上沒(méi)有完全一樣的兩張臉，就提供了區別的基礎；有了區別后，你和你交流的對象，必須認識吧，你不能稀里糊涂就跟人走吧；能識別還是不行啊，必須能溝通啊，雞跟鴨講是不行的，得有相同的語(yǔ)言，配翻譯也行。以上條件都具備了，才有互動(dòng)（物聯(lián)網(wǎng)中的互操作）的可能。以上過(guò)程，由于人具有高級智慧而變得簡(jiǎn)單，例如語(yǔ)言不通的人之間，還可以通過(guò)場(chǎng)景、手勢、畫(huà)畫(huà)、眼神等來(lái)交流；對于只有非常有限的智慧的電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，會(huì )變得復雜和困難。
物聯(lián)網(wǎng)中，連接問(wèn)題是最簡(jiǎn)單最基本的問(wèn)題，也是當今操作系統支持最為充分的，業(yè)內很多人都在談?wù)摰乃^協(xié)議，多數指的是通信協(xié)議。為什么說(shuō)它簡(jiǎn)單呢？俗話(huà)說(shuō)，能用錢(qián)解決的問(wèn)題，都不是問(wèn)題。這句話(huà)套用到物聯(lián)網(wǎng)中就是，能用技術(shù)解決的問(wèn)題，都不是問(wèn)題。連接就是一個(gè)能用技術(shù)解決的問(wèn)題，我們接下來(lái)會(huì )談到，物聯(lián)網(wǎng)面臨的問(wèn)題，大多數都不是技術(shù)能解決的問(wèn)題，設計操作系統，要充分認識物聯(lián)網(wǎng)面臨的問(wèn)題的基礎上，把現階段能解決的問(wèn)題做到極致，尚不具備條件的，逐步地提出解決方案，或者為解決這些問(wèn)題提供一些必要的支持。當前，連接的技術(shù)方面，雖然還有些紛擾，但也就WiFi、ZigBee、藍牙等少數幾個(gè)協(xié)議在競爭，已經(jīng)算是進(jìn)入了諸侯爭霸時(shí)代，無(wú)論是連接還是組網(wǎng)方式，技術(shù)上都比較成熟。而事關(guān)設備識別和溝通方面，還一盤(pán)散沙呢。還有一些物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺，或者操作系統，發(fā)展自己的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，企圖形成技術(shù)準入門(mén)檻，進(jìn)而壟斷。巨頭可以這樣做，但我認為那是不可能成功的，為什么呢？Android、iOS能形成壟斷的原因是什么？那是因為它足夠復雜，一般人做不出來(lái)，而且手機操作系統作為應用分發(fā)和服務(wù)投送的平臺，其生態(tài)系統上的APP廠(chǎng)商客觀(guān)上不希望有太多平臺，做一個(gè)APP，需要同時(shí)推出iOS、Android、win-mobile三個(gè)版本，已經(jīng)夠煩的了，再多幾個(gè)操作系統的話(huà)，還不暈死，所以廠(chǎng)商會(huì )主動(dòng)地選擇少數幾個(gè)最受歡迎的操作系統予以支持。所以在通用操作系統上，容易形成一將功成萬(wàn)骨枯的壟斷局面。而對于物聯(lián)網(wǎng)的接入協(xié)議來(lái)說(shuō)，接入公網(wǎng)的技術(shù)已經(jīng)成型，就是TCPIP，沒(méi)什么好爭的了，它是個(gè)公共協(xié)議，大家都能用；而局域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，分兩大類(lèi)，一類(lèi)是像智能家居一樣，需要接入不同廠(chǎng)家的設備的，這種網(wǎng)絡(luò )，必須使用統一的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，一致性高的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，不要搞成不同廠(chǎng)家的芯片互不兼容；另一類(lèi)是不需要接入不同廠(chǎng)家設備的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，例如某些工業(yè)控制網(wǎng)。大多數無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)應用都比較簡(jiǎn)單，其所承載的業(yè)務(wù)也往往單一，就像開(kāi)關(guān)插座不可能形成壟斷一樣，局部物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，也不太可能像IP網(wǎng)絡(luò )那樣，形成一個(gè)協(xié)議獨大的局面，大家都有機會(huì )，更不可能形成少數幾家開(kāi)發(fā)工具壟斷的局面，操作系統也會(huì )呈百花齊放的精彩。
對于網(wǎng)絡(luò )，無(wú)非是以下幾種，就物聯(lián)網(wǎng)整體來(lái)說(shuō)，應該是以下多種網(wǎng)絡(luò )的混合體。
連接也包含組網(wǎng)、維持網(wǎng)絡(luò )連接、設備發(fā)現的問(wèn)題，維持連接在物聯(lián)網(wǎng)中是一個(gè)很重要的問(wèn)題，為什么呢？因為物聯(lián)網(wǎng)中有許多低功耗設備，這些設備絕大部分時(shí)間是休眠的，又要省電，又要不丟失連接，需要有點(diǎn)智慧。維持連接一般是用心跳的方式，對低功耗設備，合理的心跳間隔、快速喚醒、快速連接，連接完后快速返回休眠狀態(tài)，就非常重要了。操作系統能做啥？只需要支持常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)連接如ZigBee、藍牙、WiFi等，并實(shí)現組網(wǎng)，在低功耗上做足文章就可以了。至于幾種連接方式，諸侯爭霸最終誰(shuí)執牛耳，沒(méi)操作系統什么事，只能隔岸觀(guān)火、且看風(fēng)云。
談到設備區別，就開(kāi)始出現問(wèn)題了，網(wǎng)絡(luò )中的兩個(gè)設備，你必須能夠區別出他們是不同的個(gè)體，就像人的身份證號一樣，每個(gè)設備也必須有一個(gè)身份證號，或者在你所在的區域網(wǎng)中有一個(gè)唯一的號碼也行。這個(gè)唯一的號碼，誰(shuí)來(lái)分配呢，就成了問(wèn)題，分配號碼的人，就成了老大，誰(shuí)是誰(shuí)啊，憑什么你當老大？其實(shí)設備區別這個(gè)問(wèn)題，很早就有人想解決了，IPV4有一個(gè)32位地址，當時(shí)覺(jué)得32位足夠大了，網(wǎng)卡考慮的周全些，有48位MAC地址，也不夠大。maxim公司的iButton以及802.15.4，都有一個(gè)64位的唯一地址，理論上，64位夠用了，但maxim公司是一個(gè)企業(yè)，自然無(wú)法成為老大；802.15.4綁定了特殊的連接方式，也無(wú)法成為老大，WiFi節點(diǎn)、有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的MAC節點(diǎn)，都會(huì )站出來(lái)反對你。那只剩下IPV6了，將來(lái)，只要需要接入網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)，都會(huì )有一個(gè)固定的IPV6號碼。但802.15.4的64位地址，802.11n的48位地址也不會(huì )消亡，有許多設備根本就不上廣域網(wǎng)，只要在其局域網(wǎng)內有唯一地址就足夠了。當然，IPV6也有問(wèn)題，萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，一個(gè)生產(chǎn)水杯的小工廠(chǎng)，怎么低成本地獲得IP呢？又如何收回其IP呢？如果不收回，垃圾桶里，每天都會(huì )有無(wú)數的IP，即使128位的IP，也遲早會(huì )消耗完的。這個(gè)問(wèn)題，操作系統能做什么？操作系統不需要做多少事，只需要支持IPV6就可以了。
說(shuō)到設備識別，頭痛的問(wèn)題，就開(kāi)始來(lái)了，就目前而言，并沒(méi)有任何一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)方案能完美解決設備識別的問(wèn)題。一個(gè)最簡(jiǎn)單的智能交通系統，要實(shí)現這樣的功能，哪個(gè)方向有車(chē)來(lái)，就開(kāi)哪個(gè)方向的綠燈，都有車(chē)來(lái)，就根據流量智能調整紅綠燈周期。問(wèn)題就來(lái)了，你如何判斷路上過(guò)來(lái)的是一輛車(chē)，還是一條狗！東西向有車(chē)來(lái)，南北向跑來(lái)一只狗，綠燈給誰(shuí)放行？
識別車(chē)和狗，還是最基本的識別問(wèn)題，只是識別物種，還沒(méi)有要你識別個(gè)體呢。識別有兩個(gè)層次，一是人和物之間的互相識別，當然主要是人識別物，另一個(gè)是物和物之間的識別。由于人的智慧，人會(huì )根據許多的參考條件來(lái)進(jìn)行模糊識別，人工智能也可以這樣做，但人工智能畢竟無(wú)法跟人比，只能在有限條件下，做簡(jiǎn)單的輔助識別。物聯(lián)網(wǎng)不是要有智慧么？要為個(gè)體提供專(zhuān)屬服務(wù)么？做不到識別，一切妄談。有些朋友會(huì )想到，用它的128位IP，或者唯一的MAC地址，不就可以了么？對不起，地址只能起到區別的作用，是起不到識別作用的，除非你為地球上的每一類(lèi)物體都進(jìn)行分類(lèi)，不同種類(lèi)的物體，給分配不同的IP段?？尚忻?？拉倒吧，不說(shuō)自然界每天都在誕生的新物種，或者新發(fā)現的物種，就是在創(chuàng )客之都深圳，創(chuàng )客們每天新設計出來(lái)的新奇玩意，你都數不過(guò)來(lái)。自描述是一個(gè)辦法，因為絕大多數的物聯(lián)網(wǎng)應用，只是要求識別部分類(lèi)別的物體，回到前面所講的智能交通，只要所有的汽車(chē)，都用一句“I am a car，。。?！眮?lái)描述，就不會(huì )跟跑過(guò)來(lái)的狗弄混。當然，對于具體應用而言，它不需要識別全地球的智能設備，能夠識別跟具體應用相關(guān)的設備就行了，可以自己定義識別規則，這純粹是應用自己的事，操作系統真的沒(méi)有太多事做，你只能做些輔助線(xiàn)的工作，例如把物體的身份證號和自描述語(yǔ)句傳遞給應用程序，僅此而已。
最大的問(wèn)題是溝通，溝通也分為人和物溝通與物和物之間溝通，就是互相明白對方在說(shuō)什么。讓“物體”說(shuō)同樣的話(huà)，互相聽(tīng)懂，這是最困難也最缺乏標準也是不可能有標準的。如果是物與人之間溝通，就好辦多了，舉個(gè)例子吧，一個(gè)智能溫控器，顯示一個(gè)按鈕，無(wú)論在按鈕上顯示向上箭頭，還是三角符號，或者英文“up”，或者中文“上”，人一看，都能知道這是控制溫度上升用的。但機器不行，你必須轉化為編碼，像“03”表示溫度上升，“04”表示下降，其他廠(chǎng)家生產(chǎn)的主控設備，如何知道“03”而不是“08”表示上升，如何讓所有廠(chǎng)家生產(chǎn)的溫控器也用“03”表示溫度上升，“04”表示下降，這就有很大的問(wèn)題。能夠用標準去統一千萬(wàn)種物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)輸出的數據和接受的控制信息格式呢嗎？你能窮舉物聯(lián)網(wǎng)中數以千萬(wàn)計的物體所需要輸出的數據和接受的控制命令，一一予以編號么？即使現有的物體都編號了，新冒出來(lái)的物種如何及時(shí)編號呢？即使解決了編號問(wèn)題，還有傳輸順序呢？數據包里面如果有溫度，有濕度，也有告警信息，這些東西在數據包里面怎么排列，都能搞出無(wú)數種組合出來(lái)。所以，根本不可能有標準去規范物聯(lián)網(wǎng)中萬(wàn)千種物體的狀態(tài)、測量、控制命令的格式，各智能硬件的生產(chǎn)廠(chǎng)家，一定是自由飛翔的。事實(shí)上，也確實(shí)有通過(guò)窮舉網(wǎng)絡(luò )中所有需要傳輸的信息的規范，例如CANOPEN的“對象字典”，每一個(gè)CANopen設備里，都存儲了一部字典，其主要構成部分是通用字典，這樣的話(huà)設備與設備之間就能直接進(jìn)行對話(huà)了。ZigBee協(xié)議通過(guò)profile和cluster ID編碼，來(lái)列舉部分ZigBee設備?！罢f(shuō)”的話(huà)，使ZigBee設備之間互相聽(tīng)懂。但這兩協(xié)議，都沒(méi)有局限于窮舉，都是開(kāi)放的，CANOPEN允許在通用字典外，定義個(gè)性化字典，ZigBee也沒(méi)有允許使用非標準定義的profile和cluster。無(wú)論是對象字典，還是profile，都只是在極小的一個(gè)領(lǐng)域中窮舉，它所規范的信息，與物聯(lián)網(wǎng)中的信息相比，滄海一栗而已啊。而且標準其實(shí)是很不靠譜的，所有標準，都是圍繞一個(gè)非常小的領(lǐng)域進(jìn)行，尚且無(wú)法避免人們閱讀標準后的不同理解，不同理解導致的是不同的執行結果。變電站自動(dòng)化，這么小的一個(gè)領(lǐng)域，有嚴謹規范的協(xié)議，全國只有幾十個(gè)廠(chǎng)家，而且在國家電網(wǎng)的強力推動(dòng)下，花了不下幾十億，幾年時(shí)間，做過(guò)無(wú)數次互操作測試，才基本統一了設備間傳輸的信息格式，設備之間才勉強可以對話(huà)。
如果能解決設備識別和設備間“溝通”問(wèn)題，那么智能設備間的互操作就水到渠成了，由于在“識別”和“溝通”方面，無(wú)法形成一個(gè)開(kāi)放的、廣泛適用的標準，許多物聯(lián)網(wǎng)系統就另辟蹊徑，盡可能繞過(guò)標準問(wèn)題。同時(shí)提供智能硬件開(kāi)發(fā)平臺以及通用操作系統的中間件，或者開(kāi)發(fā)一個(gè)跨界系統，使物聯(lián)網(wǎng)中不同設備上使用相同的開(kāi)發(fā)工具，例如liteOS，就提供了iOS和Android上的中間件，我則直接把操作系統設計成既適用于通用設備，又可以在智能硬件上跑。人與物之間的操作問(wèn)題，可以通過(guò)遠程終端的方案，完美地解決。傳統的非智能設備，人和物直接的操作，是通過(guò)文字、圖形、按鍵、觸屏這些介質(zhì)來(lái)完成的，在物聯(lián)網(wǎng)世界里，無(wú)非是操作介質(zhì)和執行操作的智能硬件之間，隔了個(gè)空間距離而已。手持的操作界面，就是一個(gè)顯示和操作終端而已，所有操作，對于設備來(lái)說(shuō)，就像在設備上直接操作一樣，這樣才能規避沒(méi)有標準的實(shí)事。例如空調的控制命令，你就告訴空調，用戶(hù)按了向下的箭頭就好了，空調自己知道那是要降溫。但如果手機把遙控命令翻譯成命令碼下發(fā)的話(huà)，因為沒(méi)有標準，每家的命令碼都不一樣，怎么辦？這不是踏進(jìn)沒(méi)有標準的泥潭了么？下面我們來(lái)談一種不靠譜但廣泛使用的方案，和兩種比較靠譜的方案。
先談?wù)劜豢孔V的方案，現在有些智能硬件廠(chǎng)家，開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的APP讓用戶(hù)操作智能硬件，這是死路一條，為什么呢？就以智能家居為例吧，假設家里安裝了海爾的智能冰箱，美的的智能微波爐，西門(mén)子的智能熱水器，創(chuàng )維的智能電視，格力的智能空調，還有各種智能開(kāi)關(guān)，溫度、濕度傳感器等等。你的手機要為每個(gè)智能設備安裝一個(gè)APP，密密麻麻擺滿(mǎn)你的手機，那些密集恐懼癥的患者，非跳樓不可。所以，需要安裝廠(chǎng)家專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的APP才能操作的物聯(lián)網(wǎng)方案，都是不靠譜的。
兩種靠譜的方案，是HTML和遠程桌面。
遠程桌面是一個(gè)很好的解決方案，手機只是一個(gè)遠程顯示終端，而不是一個(gè)功能終端，手機只充當節點(diǎn)的顯示器和觸摸屏，這就要求，節點(diǎn)上的操作系統，其gui必須支持遠程桌面，該遠程桌面必須具備以下特性：
使用遠程桌面后，你的手機只需要安裝一個(gè)智能設備APP，點(diǎn)開(kāi)該APP后，你家里的所有智能設備都會(huì )被羅列在里面。
遠程桌面的缺點(diǎn)是，動(dòng)畫(huà)顯示很困難，尤其是大面積的動(dòng)畫(huà)，有些消費品是有這個(gè)需求的，這種時(shí)候，就要使用HTML了。除了動(dòng)畫(huà)外，遠程界面的優(yōu)勢還是很明顯的。
首先是兼容性問(wèn)題，瀏覽器的標準化程度其實(shí)不高，網(wǎng)銀挑瀏覽器大家都知道了，就是準備這次視頻之前，測試過(guò)幾個(gè)直播網(wǎng)站，既挑瀏覽器，又挑操作系統，很令人失望。
其次是一致性問(wèn)題，有許多智能硬件，本機是有顯示界面的，比如冰箱，在家里，你可能習慣于直接在冰箱上操作，用冰箱本身的界面操控設備，在外面，你就用手機操作，界面跟冰箱上的界面完全一樣，就像站在冰箱前操作一樣，無(wú)須學(xué)習兩套界面。如果冰箱上和手機上的界面不一樣的話(huà)，你會(huì )抓狂的，遠程桌面天生就是完全一樣的。而使用HTML的話(huà)，你則要自己維護兩份界面的一致性，不要小看維護這個(gè)一致性問(wèn)題，搞過(guò)硬件的人就知道，維護原理圖和bom表的一致性，是一個(gè)致命的工作；維護過(guò)兩個(gè)以上并行軟件版本的人也應該清楚，確保兩個(gè)版本應該相同的部分是一致的，是非常困難的。
大家來(lái)看一個(gè)有趣的圖片，某網(wǎng)站的NBA轉播界面，比分以不同的形式，出現在同一個(gè)界面的3個(gè)位置，居然都不一樣。
說(shuō)了那么多物聯(lián)網(wǎng)應用，氣質(zhì)在工業(yè)控制上，才是遠程界面真正體現價(jià)值的地方，有興趣的同學(xué)，歡迎私下跟我交流。
以上是物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎問(wèn)題，其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題遠遠不止這些，試舉幾個(gè)：
稍微總結一下，操作系統究竟解決了物聯(lián)網(wǎng)的什么問(wèn)題。
連接：操作系統通過(guò)集成常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧，例如TCP/IP、ZigBee、藍牙、WiFi驅動(dòng)等，算是為解決連接問(wèn)題作出了貢獻。
智能硬件間的區別和識別：這兩個(gè)問(wèn)題，似乎真的跟操作系統沒(méi)啥關(guān)系，基本上只能為同一廠(chǎng)家產(chǎn)品之間的“區別和識別”提供部分幫助。
溝通和互操作：物和物之間的溝通和互操作，操作系統基本上看熱鬧而已，同樣只能對使用同一個(gè)廠(chǎng)商提供的開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的特定應用提供一些幫助，其互操作，基本僅限于使用它們的開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的智能硬件，且主要是物和人之間；人和物之間的互操作，支持支持遠程桌面和webserver的操作系統能夠提供比較完善的幫助。
作者簡(jiǎn)介：羅侍田 都江堰操作系統（簡(jiǎn)稱(chēng)djyos）創(chuàng )始人，長(cháng)期從事嵌入式系統開(kāi)發(fā)。博客地址：http://blog.csdn.net/djyos
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