構(gòu)筑基于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境

構(gòu)筑基于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境最近跟物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的一些資深從業(yè)人員做了深入交流，就物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的概念和必要性、定位等進(jìn)行了充分深入的溝通。首先說明的是，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的概念被廣泛認(rèn)同。同時(shí)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的功能和地位，又有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。下面簡(jiǎn)單總結(jié)，供業(yè)界的朋友們參考評(píng)論。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的最基本功能，與Android操作系統(tǒng)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位和作用類似。先看一下Android，其最大的貢獻(xiàn)在于，實(shí)現(xiàn)了智能終端硬件和軟件的分離。任何應(yīng)用程序開發(fā)者，基本不用考慮智能終端的物理硬件配置（CPU型號(hào)、內(nèi)存、各種外設(shè)等），只需根據(jù)Android提供的編程接口編寫應(yīng)用程序，就可以運(yùn)行在所有基于Android的智能終端上。硬件的功能是有限的，如果軟件和硬件緊密捆綁不分離，則整個(gè)系統(tǒng)的功能也是有限的。但是一旦把硬件功能剝離出來，則通過軟件的變動(dòng)，可以使得整個(gè)系統(tǒng)的功能大大擴(kuò)充。舉例來說，帶閃光燈的拍照手機(jī)，如果硬件和軟件捆綁，則其功能就僅僅局限于一臺(tái)照相機(jī)和一部手機(jī)。但是軟硬件分離后，就可以變成手電筒、信號(hào)燈等原來無法實(shí)現(xiàn)的功能。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來說，要實(shí)現(xiàn)類似移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)一樣的良性發(fā)展，也需要達(dá)到軟硬件分離的效果。物聯(lián)網(wǎng)終端的硬件功能很有限，比如一個(gè)傳統(tǒng)的車載OBD模塊，僅僅提供定位、GPRS、車輛信息讀取等功能。但是通過額外的應(yīng)用軟件，則可以把OBD模塊變成一個(gè)防盜器（事先劃定位置范圍，超出后報(bào)警），甚至其它功能設(shè)備。保險(xiǎn)公司也可以定制開發(fā)自己的程序，安裝到OBD上，獲取必要的數(shù)據(jù)。這種通過軟件創(chuàng)新，把已知（硬件功能）變成未知（軟件功能）的能力，才是激發(fā)人類興趣的源泉，也是為行業(yè)帶來活力的關(guān)鍵。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)還需要達(dá)到另外一種分離：硬件驅(qū)動(dòng)程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核的分離?？紤]這樣一種場(chǎng)景：電冰箱的內(nèi)置攝像頭壞了，重新更換了一個(gè)新型號(hào)、功能更強(qiáng)大的攝像頭。這時(shí)候運(yùn)行在冰箱內(nèi)的操作系統(tǒng)，必須能夠根據(jù)新攝像頭的硬件特征（比如設(shè)備ID等），自動(dòng)從網(wǎng)上下載對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，然后安裝。這個(gè)過程對(duì)運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序來說是透明的。Android貌似是無法做到硬件驅(qū)動(dòng)程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核分離的，一旦增加一個(gè)新的硬件，必須編寫對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，然后重新編譯Android內(nèi)核。下圖示意了基于這兩種分離思想（應(yīng)用軟件與硬件分離、設(shè)備驅(qū)動(dòng)與操作系統(tǒng)內(nèi)核分離），構(gòu)筑的一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系：圖中的實(shí)線表示永久邏輯連接，虛線表示臨時(shí)的邏輯交互。大概過程是這樣的：1、物聯(lián)網(wǎng)終端（大到汽車、冰箱，小到門鎖、追蹤卡、手環(huán)等）上運(yùn)行物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，以及基于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的應(yīng)用（APP）。APP從“M2MAPPStore”上下載；2、物聯(lián)網(wǎng)終端上運(yùn)行的應(yīng)用程序，由用戶通過智能手機(jī)進(jìn)行控制。智能手機(jī)通過本地通道（比如藍(lán)牙、WiFi、Zigbee等）連接到物聯(lián)網(wǎng)終端，控制終端上的APP的安裝和卸載，以及M2M終端的相關(guān)配置（安全信息等）；3、一旦物聯(lián)網(wǎng)終端上運(yùn)行了一個(gè)APP，如果該APP是基于client-server模式（比如智能手機(jī)上的微信），則物聯(lián)網(wǎng)終端需要跟APP的“應(yīng)用程序后臺(tái)”進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯；4、物聯(lián)網(wǎng)終端跟“終端管理后臺(tái)”建立持久的通信連接，用于實(shí)時(shí)更新物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核版本、實(shí)時(shí)更新物聯(lián)網(wǎng)終端的硬件驅(qū)動(dòng)程序等。還是上面講的例子，一臺(tái)冰箱更換了內(nèi)置攝像頭，這時(shí)候物聯(lián)網(wǎng)終端需要連接到終端管理后臺(tái)，去下載對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。一般情況下，終端管理后臺(tái)由物聯(lián)網(wǎng)終端制造廠商建立并維護(hù)，比如針對(duì)家電領(lǐng)域，是由家電廠商建設(shè)的，針對(duì)汽車領(lǐng)域，則是由車廠建設(shè)；5、物聯(lián)網(wǎng)終端上運(yùn)行的APP，由第三方開發(fā)者或者ICP/ISP開發(fā)，并上載到M2MAPPStore，供用戶按照需求下載；6、物聯(lián)網(wǎng)終端之間能夠通過本地通信通道（藍(lán)牙、WiFi、Zigbee等）進(jìn)行通信，這種通信無需借助后臺(tái)。比如，汽車到達(dá)路口后，可以跟信號(hào)燈通信，向信號(hào)燈注冊(cè)。這樣信號(hào)燈就能夠掌握各個(gè)方向的排隊(duì)汽車數(shù)量，然后根據(jù)數(shù)量來決定信號(hào)的變換，達(dá)到優(yōu)化交通的目的。物聯(lián)網(wǎng)終端之間的直接通信（端端通信）是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵能力之一，也是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵地方之一。加深對(duì)這個(gè)生態(tài)模型的理解，舉一個(gè)餐飲行業(yè)的例子。先說一下需求吧，我經(jīng)常去家門口的一家餐館吃飯，而且每次去，點(diǎn)的餐食基本都一樣。但現(xiàn)在的問題是，每次去都要排隊(duì)，點(diǎn)餐，交錢，然后拿餐牌，找座位，等待。顯然這是一個(gè)重復(fù)乏味的過程，如果能夠通過自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，使得這個(gè)過程簡(jiǎn)化或者自動(dòng)化，那就很理想了。我們開發(fā)一種通用的智能手環(huán)，智能手環(huán)上運(yùn)行物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。手環(huán)除了具備通用的鬧鐘提醒、身體生物指標(biāo)測(cè)量和報(bào)告等功能外，還具備RFID功能，該功能的打開與否，由用戶控制，比如甩一下手環(huán)、按一個(gè)按鈕等。在餐館門口，安裝一套ID識(shí)別設(shè)備，一旦一個(gè)帶手環(huán)的人進(jìn)入餐館，并打開了RFID功能，就立即被檢測(cè)到。檢測(cè)設(shè)備把進(jìn)入者的ID上報(bào)給后端服務(wù)器，后端服務(wù)器進(jìn)一步判斷這個(gè)人是否已經(jīng)有消費(fèi)記錄。如果沒有，OK，遵循通常的點(diǎn)餐、交錢、等待等流程，但是這個(gè)過程中，后臺(tái)系統(tǒng)會(huì)建立針對(duì)這個(gè)人的檔案，并記錄其點(diǎn)餐列表、等待時(shí)間、座位號(hào)等信息。如果這個(gè)人第二次來就餐，那好了，運(yùn)行在手環(huán)上的APP（由餐館開發(fā)并上載到M2MAPPStore，由用戶安裝到手環(huán)上）會(huì)立即震動(dòng)提醒消費(fèi)者，并通過自帶的小屏幕，自動(dòng)把上一次點(diǎn)的餐食列表等信息呈現(xiàn)給消費(fèi)者，讓消費(fèi)者確認(rèn)是否點(diǎn)同樣的餐食。如果確認(rèn)點(diǎn)同樣的餐食，則消費(fèi)者只需要找個(gè)空閑的位置坐下，然后等待即可，手環(huán)上的APP會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出座位號(hào)，并聯(lián)系餐館的后臺(tái)服務(wù)器下訂單。吃完后，通過手環(huán)確認(rèn)一下，可自動(dòng)完成支付，甚至可以對(duì)本次消費(fèi)滿意度點(diǎn)評(píng)。顯然，排隊(duì)、點(diǎn)餐、交錢等過程完全省略了，大大提升了就餐方便程度。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程，最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是，手環(huán)上需要運(yùn)行一個(gè)餐館特定的APP，這個(gè)APP能夠跟RFID聯(lián)動(dòng)，并跟餐館后臺(tái)交互，完成就餐過程的自動(dòng)化。這樣的APP可能有多個(gè)，因?yàn)槟憧赡芤ズ芏嗖宛^就餐。如果沒有物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的支持，這是無法做到的。或者說也可以做到，但是你的手腕上需佩戴很多手環(huán)，一個(gè)餐館一個(gè)。這樣的話，你的職業(yè)也變了，變成餐館的活體廣告牌了。這個(gè)餐飲行業(yè)的應(yīng)用，幾乎把上面生態(tài)模型中的每個(gè)模塊都涉及到了：手環(huán)與餐館檢測(cè)系統(tǒng)的交互，屬于端端通信，手環(huán)上運(yùn)行的APP，需要從M2MAPPStore下載。具體下載哪些餐館的APP，由消費(fèi)者通過智能手機(jī)控制。手環(huán)上的任何一個(gè)APP，都需要跟自己的后臺(tái)進(jìn)行通信。假設(shè)手環(huán)上的某個(gè)配件（比如某個(gè)按鈕、甚至RFID等）壞了，需要更換一個(gè)新的，這時(shí)候手環(huán)需要跟終端管理后臺(tái)進(jìn)行通信，下載新配件的驅(qū)動(dòng)程序。上述過程的最核心需求，就是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)支持的兩大分離特性：應(yīng)用軟件和硬件分離，操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的分離。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，很多情況下，硬件終端的功能比手環(huán)簡(jiǎn)單得多，無需或者無法運(yùn)行第三方開發(fā)的APP。這種場(chǎng)景下，上述架構(gòu)也可以很好的實(shí)現(xiàn)人與物的交互。舉例來說，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測(cè)，未來可能會(huì)開發(fā)很多依靠太陽能供電、無顯示屏等外設(shè)的“環(huán)境監(jiān)測(cè)器”，以公共服務(wù)的形式，安裝到任何可以安裝的地方。用戶通過智能手機(jī)，可以隨時(shí)讀取這些小玩意兒上的檢測(cè)數(shù)據(jù)。這時(shí)候，如果是第一次讀取某種型號(hào)監(jiān)測(cè)器上的數(shù)據(jù)，則首先用手機(jī)上的M2MAPPStore客戶端軟件，掃一下監(jiān)測(cè)器上的二維碼，客戶端會(huì)自動(dòng)根據(jù)二維碼中記錄的信息，到M2MAPPStore上下載一個(gè)應(yīng)用程序。這個(gè)應(yīng)用程序調(diào)用藍(lán)牙、Zigbee等無線服務(wù)，從監(jiān)測(cè)器上獲取數(shù)據(jù)，然后顯示出來?；谶@樣的一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境，可以改變很多既有的商業(yè)模式，達(dá)到更高效率的整體效果。比如下面這張圖，說明了這個(gè)效果：如果沒有物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，那么應(yīng)用程序提供商（騰訊/阿里等）就需要跟硬件設(shè)備提供商進(jìn)行緊密捆綁，形成聯(lián)盟。這一個(gè)一個(gè)的聯(lián)盟，有點(diǎn)“龍虎結(jié)姻”的感覺，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，但又不是一類生物。對(duì)消費(fèi)者來說，也非常麻煩。比如你買了跟阿里結(jié)成聯(lián)盟的家電，那么就必須購(gòu)買阿里的智能家居服務(wù)，即使騰訊做得更好，你也無法更換。但是如果有了物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，那么就會(huì)打破這種緊密耦合的關(guān)系。硬件廠商只需要通過物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，把硬件的能力暴露出來即可?；ヂ?lián)網(wǎng)廠商只需要開發(fā)對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序，放到M2MAPPStore即可。具體怎么組合，由最終用戶決定。可能的一種場(chǎng)景是，阿里的家電控制、節(jié)能等功能做得很好，而騰訊的用戶感知、大數(shù)據(jù)分析做得更好，用戶會(huì)在家電上同時(shí)安裝兩個(gè)APP，分別獲取最好的體驗(yàn)。顯然，這在沒有物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的時(shí)候是無法做到的。還有一個(gè)好處，就是讓更專業(yè)的人，去做更專業(yè)的事?；ヂ?lián)網(wǎng)公司聚焦做用戶體驗(yàn)，硬件廠商聚焦做硬件，GodgodandSatanuntoSatan?；谶@樣一個(gè)生態(tài)環(huán)境架構(gòu)，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的架構(gòu)大致如下：通過定義標(biāo)準(zhǔn)的硬件驅(qū)動(dòng)程序接口，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件驅(qū)動(dòng)程序的分離。通過引入Java虛擬機(jī)，并定義基于C語言的標(biāo)準(zhǔn)API接口，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與硬件的分離。這與Android的實(shí)現(xiàn)思路有雷同的地方，但是也有不同的地方：1、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的整體映像尺寸，必須是能夠高度伸縮的，以適應(yīng)硬件資源受限的應(yīng)用場(chǎng)景。比如既能夠適應(yīng)手環(huán)等硬件資源相對(duì)豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，也能夠適應(yīng)環(huán)境監(jiān)測(cè)器等不是非常智能的應(yīng)用。具體來說，操作系統(tǒng)的尺寸，應(yīng)該能夠從10幾K甚至更小，到數(shù)十M的伸縮量級(jí)；2、除提供Java接口外，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)還應(yīng)該提供標(biāo)準(zhǔn)的C語言接口，以應(yīng)對(duì)高效率、高實(shí)時(shí)性的應(yīng)用。比如，物聯(lián)網(wǎng)終端的生產(chǎn)廠商可以使用C接口，開發(fā)針對(duì)該硬件的高效應(yīng)用，第三方企業(yè)則可以使用Java接口，開發(fā)可廣泛移植到同類設(shè)備上的應(yīng)用；3、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序框架，應(yīng)該設(shè)計(jì)的足夠靈活和足夠兼容性，并能夠動(dòng)態(tài)加載和卸載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；4、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的版本分支或者變種數(shù)量，會(huì)非常大。針對(duì)每隔行業(yè)，甚至每種硬件（比如汽車、冰箱等），都會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的版本，這需要編譯開發(fā)工具進(jìn)行良好的支持。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)還有很多其它不同于一般智能操作系統(tǒng)的不同之處，在此不做詳細(xì)描述。最后，還是為作者正在主導(dǎo)開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)HelloChina做一番招聘廣告。首先說明的是，為了適應(yīng)不同的文化背景和國(guó)際化需求，HelloChina這個(gè)名字后續(xù)要修改為HelloX，其中的X可以代表任何東西。這樣就貌似有點(diǎn)打招呼的意思，比如“Hello，car”，“Hello，ring”…，通過這個(gè)操作系統(tǒng)，你能夠跟任何東西對(duì)話，符合物聯(lián)網(wǎng)的含義。英文的口號(hào)是“HelloX,throughwhichyoucantalktoeverything.”。HelloChina操作系統(tǒng)的大部分功能都已實(shí)現(xiàn)，后續(xù)將向本文描述的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境方向做進(jìn)一步開發(fā)。這需要大量的相關(guān)人才的參與，不僅僅是操作系統(tǒng)內(nèi)核的開發(fā)人員，更多的是生態(tài)環(huán)境相關(guān)模塊的開發(fā)人員：1、Java開發(fā)人員，聚焦Java虛擬機(jī)的移植和定制、優(yōu)化，以及相關(guān)Java類庫(kù)和程序的開發(fā)；2、M2MAPPStore開發(fā)人員，基于流行的分布式、大數(shù)據(jù)等架構(gòu)，這部分也是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境的核心；3、編譯環(huán)境的開發(fā)和定制，當(dāng)前基于Eclipse開放環(huán)境進(jìn)行定制；4、硬件驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)人員，基于He