09.03 解讀:為什麼IoT需要專門的OS?

IoT設備真的需要OS嗎?這是個問題。

物聯網(IoT)作為擁有千億級設備連接量的龐大市場,已經遠超PC和移動手機市場體量。國內巨頭在物聯網平臺已然較量了多個回合,而在此過程中,操作系統也被視為關鍵一環,經歷了移動互聯網時代,廠商開始對操作系統更加敏感,誰不想擁有Android或iOS在移動手機中的地位?

物聯網終端設備開發遇到瓶頸

物聯網經過這些年的發展,在終端設備開發中顯現出諸多問題。

解读:为什么IoT需要专门的OS?

終端設備需要低成本、低功耗。由於多為小型便攜產品,因而電池壽命和硬件成本就成了關鍵問題,降低芯片成本、提升電池續航能力成為當下發展瓶頸;

連接方式要求多樣化。前代連接方式由於功耗和成本仍是問題,在即將到來的5G時代,設備亟需支持更多連接方式; 雲端安全成為痛點。隨著數據量的增大,部分或全部數據上傳到雲端進行處理已是必然趨勢,隨著數據洩露事件頻發,社會關注度也越來越高,安全性成了不可忽視的問題。

總體來看,現在的物聯網設備還不夠智能,而這正是華為決定開發操作系統的原因。華為LiteOS運營總監林旅強告訴雷鋒網編輯,現在的物聯網終端設備通常都是不智能的,因此也被稱作啞終端。智能化後的設備不僅可以實現數據上傳雲平臺,還要能夠實現信息的改變、命令下發、動作執行,這也是華為操作系統要實現的功能。

從自用到開源:華為的佈局思考

大部分開發者對華為LiteOS的認知是從2015年華為宣佈開源LiteOS,或是在2017年提出“雲——管——端”戰略開始的,而其實,據雷鋒網瞭解,早在2012年,華為就開始做終端設備OS,也是現在LiteOS的雛形。

解读:为什么IoT需要专门的OS?

研發之初,華為的終端設備OS主要應用在自家消費類產品中;可穿戴市場興起後,華為又在2014年推廣到自家手環、手錶等可穿戴設備。隨著物聯網設備體量逐漸成長,種類也開始繁盛,華為看到了這一市場機遇,開始進入物聯網領域,也就有了現在的LiteOS。據華為內部對LPWA領域設備出貨量統計數據顯示,截止2018年,搭載華為LiteOS的NB-IoT產品出貨量超過2000萬。

在2015年華為網絡大會上,LiteOS正式宣佈開源。林旅強笑稱,華為此前都是自己吃自己的口糧。LiteOS操作系統是華為完全自研的,並非通過Linux或其他系統二次開發的。

為什麼要開源?

開源就是為了建立產業標準,我們不希望規定誰能用或誰不能用,這樣無法將產業做大,我們希望能夠將物聯網產業橫向拓展。

華為LiteOS自主知識產權指什麼?

即使開源,也會受到很多限制,例如Android系統。華為LiteOS 99%以上的代碼是由華為帶頭做的(其中也有合作伙伴的身影),以DSP的方式開源,不會有國外知識產權的問題,是自有知識產權。

IoT OS聯網關鍵:端雲組件和增強組件

單獨從內核來看,任何操作系統的內核都大同小異。物聯網操作系統內核的本身有一個特點,即輕量級,華為LiteOS可以做到KB等級。另外,作為物聯網開源操作系統,廠商可以直接將華為LiteOS操作系統拿來做定製解決方案。

解读:为什么IoT需要专门的OS?

物聯網最為關鍵的就是互聯互通,由於物聯網生態系統中,每個組織內部有眾多節點,這需要有完整的系統架構作為支撐。而現在市面上一些物聯網終端系統仍然存在無法聯網的問題,這樣的嵌入式系統自然無法稱作物聯網系統,這主要由於端雲組件不夠完善。

從嵌入式系統到物聯網系統主要區別在於端雲集成的能力。相對於嵌入式系統,物聯網系統支持多種協議,同時也增加了遠程升級的能力。華為LiteOS支持諸如LwM2M、MQTT、DTLS等協議,也支持遠程升級。

華為LiteOS在增強組件方面加入了差分升級。所謂差分升級,即只把需要升級的部分進行升級,而不必進行全部升級,其優點是佔用更少的通道資源,這一點其實也借鑑了現在手機操作系統的更新/升級功能。華為LiteOS可以在只佔用很少“管”端資源的情況下,對設備需要的功能進行升級。

華為作為國內通訊巨頭企業,與包括三大運營商在內的眾多平臺都有合作,因而其LiteOS系統擁有多平臺互動能力也就很容易理解了。當然,就華為自己的定位來看,LiteOS主要還是連接自家的OceanConnect平臺的,但同時也可以將LiteOS與三大運營商的雲平臺連接。

事實上,“雲管端”可以自由搭配,但是我們默認推薦華為整套方案,這也是最方便的事情。

另外,據林旅強透露,華為LiteOS特別針對IDE(Integrated Development Environment ,集成開發環境)會在今年推出一些定製插件,以使基於LiteOS的開發更方便。

著力重點:Open CPU

解读:为什么IoT需要专门的OS?

針對LPWA終端設備開發而言,基於華為LiteOS有三種開發方案:

基於MCU的設備開發

集成到NB-IoT SoC方案開發

面向運營商雲平臺提供SDK供模塊廠商快速對接

以上三類設備開發方案需要進行單獨開發的部分依次減少。其中最典型的是基於MCU的設備開發,這類方案需要用到內核、AT Adapter, 以及LiteOS的SDK全部組件;如果用Hi2115芯片(NB-IoT SoC)做設備開發的話,可以直接用Open CPU方案簡化開發過程;而華為面向三大運營商產品提供各家SDK,可以實現與一些模組廠商快速對接。

解读:为什么IoT需要专门的OS?

華為在2016年9月推出首款NB-IoT芯片,並於2017年6月大規模發貨,之後又推出了Boudica 150,相較而言,Boudica 150開放了Application部分(之前並未開放),開發者可以直接在其上做應用編程。由於之前沒有開放這一部分,開發者需要另外加入一塊MCU,因而Boudica 150可以節省一個MCU,從而在功耗、成本、設計尺寸上都得到了進一步改善。

Open CPU是華為今年的著力重點。Open CPU就設備側來看,與基於MCU的方案比較,可以省1-2美元;從端雲集成方案角度看,相對於用AT命令來對接,節省更多時間;相對於前一版本Boudica 120節電30%;同時對接的IoT平臺種類也有增加。

ofo應用實例

ofo單車作為LiteOS成熟應用方案之一,其工作原理如下圖所示。

解读:为什么IoT需要专门的OS?

華為的NB-IoT應用方案主要在ofo車鎖上。當你打開車鎖時,手機APP開始計費;關閉車鎖時,手機APP會結束計費。其中,關鎖過程中,車鎖利用NB-IoT模塊發信號到OceanConnet平臺,OceanConnet平臺接收到信號就會告知單車的雲平臺,單車雲平臺再將信號發送到你的手機APP,從而完成關鎖計費。

這樣的一套流程早期的版本用的GPRS模塊,非常耗電,需要1-2個月換一次電池;NB-IoT/LiteOS方案解決了這一問題,現在ofo車鎖平均可以連續工作26個月。另外,在開發時間上也有很大的提升,過去要一個月,現在用兩週就能完成開發工作。

IoT OS是否必須?

雖然現在各大IoT OS設備接入量屢屢爆表,但是仍然會有人質疑物聯網硬件是否真的需要OS,對此,雷鋒網編輯也與林總進行了交流。

當談到採用華為LiteOS系統和用其他系統接入OceanConnect平臺是否有區別?對於IoT設備,操作系統是否是必須?

林旅強:目前採用華為LiteOS系統和用其他系統接入OceanConnect平臺雖然有一定區別,但是還不是很明顯,甚至對於個別要求省電、高效的小型方案,不添加OS會更好。但是總體來講,OS的存在還是能解決很多問題的。現在來看,電池技術仍是阻礙,但是五年之後,電池應該就不再是技術阻礙,對低功耗的需求將沒有那麼高。

IoT設備操作系統是否會與手機安卓系統在功能和發展上有所不同?

林旅強:IoT設備操作系統與安卓有不同之處,基於安卓系統開發APP的人很多,但是物聯網操作系統目前還沒有開發APP的成熟條件。如果參照移動手機的發展史,從技術發展來看,IoT設備還沒走到諾基亞的塞班系統時代,而是處在早期功能機階段。我們現在要解決的問題包括連接、各種協議棧,先在行業上讓大部分人能夠使用,再在上面加其他功能,直到像現在開發安卓系統那麼容易,但是現在距離還很遠。


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