物联网及物联网操作系统1.1.1. 物联网简介及发展趋势物联网是“通过感知设备， 按照既定协议， 连接物、 人、 系统和信息资源， 对物理和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务系统”。 其中， “物”指物理实体。 国际标准 ISO/IEC 22417:2017《 Internet ofthings (IoT) – IoT use cases》中提出物联网的应用场景包括交通、 家居、 公共建筑、 办公、 工业、 农业、 渔业、穿戴、 机车、 智慧城市等。全球物联网连接数保持高速增长， 2020 年全球物联网总连接数达到 131 亿，预计到 2025 年， 连接规模将达到 246 亿， 全球物联网行业正处于高速发展期。我国物联网连接数在全球占比超过 30%， 产业规模突破 1.7 万亿元 [1] ， 呈现出良好的增长态势。
2021 年， 工信部发布《物联网新型基础设施建设三年行动计划》 ， 明确提出“融合应用发展行动”， 在社会治理领域， 将感知终端纳入公共基础设施建设，加快构建智慧城市、 数字乡村。 各地政府将其纳入新阶段发展重点， 物联网投资将持续加大， 外部政策为其快速发展注入了新动力。1.1.2. 物联网操作系统简介及架构物联网操作系统是支持物联网技术大规模发展的核心基础软件， 包括操作系统内核、 外围组件和服务、 物联网安全框架等， 以支持构成具有低功耗、 安全通信属性的物联网软件平台。 物联网操作系统的内核通常具备任务管理、 中断管理、 异常处理、 时钟管理、 存储管理、 同步与通信等功能。 物联网操作系统向下协调和控制各种软件硬件资源， 向上提供统一的应用编程接口， 降低物联网应用开发的复杂度、 成本和时间。
物联网操作系统的架构如图 1 所示。由于物联网操作系统具有不同的架构和安全机制， 因此在安全性、 AI 支持、实时性、 资源要求等方面具有较大的差异。 如工业控制的物联网操作系统必须满足强实时性要求， 而用于智能家居终端设备的物联网操作系统的实时性要求则不物联网操作系统特点近些年， 随着设备形态多样化发展， 特别是人机交互方式的更迭， 传统操作系统逐步从企业商用操作系统、 个人计算机操作系统演进到移动设备操作系统。
企业商用机领域的大型机、 小型机的操作系统以类 UNIX 系统为主， 而人机交互方式以键盘为主。 如果对于磁盘 I/O 要求较高， 那么 Linux 是首选服务器操作系统。个人计算机中微软的 Windows 占据主流， 苹果的 macOS 独树一帜， Linux各种发行版后来居上。 人机交互方式演进为鼠标、 键盘为主。 图形用户界面友好，窗口制作优美， 操作简单易学。移动设备的操作系统目前以谷歌 Android 系统和苹果 iOS 系统为主。 由于设备多是便携的小尺寸手持形态， 人机交互方式取消了键盘， 演进为完全基于触摸屏的交互设计。相比传统操作系统， 物联网操作系统通常具备如下的特性 [2] ：
1、 可裁剪伸缩性： 根据不同的硬件能力和应用场景， 需要对物联网操作系统进行剪裁与配置， 以灵活的配置来满足不同的需求。 操作系统要实现上述的灵活配置， 需要采用“组件化、 模块化”的思想， 如可伸缩的开放式架构、 组件的模块化设计以及任务调度分层化管理等。
2、 低功耗节能性： 由于部署的位置、 空间、 热环境等方面的限制， 低功耗成为物联网设备及操作系统的一个非常关键的指标。 在物联网操作系统整体架构设计的时候， 加入一些休眠模式、 节能模式、 降频模式等逻辑判断， 以支持足够中国通信标准化协会 物联网操作系统安全白皮书3的电源续航能力。
3、 安全性： 作为物联网基础软件的操作系统， 尤其需要重视信息安全性，具备防御外部入侵和避免非授权访问的能力。 其次需要重视功能安全性， 避免因软件功能缺陷而导致安全风险。
4、 实时性： 物联网应用领域中大部分设备都要求实时性， 不论是数据采集、信息交互还是操作控制。 实时操作系统（RTOS） 是指当外界事件或数据产生时，能够实时采集并以足够快的速度予以处理， 其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应， 调度一切可利用的资源完成实时任务， 并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。
5、 泛在通信性： 由于物联网设备的部署场景千差万别， 可能采用的通信制式五花八门， 因此作为物联网基础软件的操作系统， 就要求内置各种近距离和远距离的通信协议， 既能支持 GPRS/HSPA/4G/5G/NB-IoT 等蜂窝无线通信功能，也能支持 WiFi/ZigBee/NFC/RFID 等近场通信功能。
6、 云端连接性： 物联网设备完成数据采集后， 海量数据通常需要云端进行存储与分析。 因此， 云端连接性是物联网操作系统的基础功能。 通过内置云平台连接中间件， 物联网操作系统可以极大的简化物联网应用的开发。
