時下，在操作系統(tǒng)界，有一個熱得發(fā)紫的名詞“物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”，但物聯(lián)網(wǎng)和操作系統(tǒng)究竟是什么關(guān)系，物聯(lián)網(wǎng)將面臨什么問題，操作系統(tǒng)又能為其解決什么問題呢？許多人都說協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)的最大問題，但物聯(lián)網(wǎng)需要哪些協(xié)議，什么問題能用協(xié)議解決，什么問題不能用協(xié)議解決，為什么有些協(xié)議永遠不會有，本文和大家一起探討上述問題。

    操作系統(tǒng)和其他電子產(chǎn)品一樣，是個不斷迭代、與時俱進的一個東西，由用戶需求、軟件積累、硬件成本等共同推動發(fā)展，反過來又激發(fā)需求、定義硬件。在物聯(lián)網(wǎng)時代，大家都在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，我們要分析物聯(lián)網(wǎng)的核心問題是什么，操作系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計。最后，我們會發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)的核心問題中，大多數(shù)問題，操作系統(tǒng)會表示很無奈，無能為力，OS能做的事情很少，只能解決非常有限的問題。我們設(shè)計操作系統(tǒng)，要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的話，就要分析清楚物聯(lián)網(wǎng)面臨的問題，要集中精力于解決核心問題，有的放矢，不要人云亦云地跟著感覺走。

    物聯(lián)網(wǎng)，我們首先要解決的是“連接、區(qū)別、識別、溝通、操作”這五大問題，只有這些問題解決了，才有機會談?wù)摪踩?、易用性、低成本等問題。

    物聯(lián)網(wǎng)是物體的社會，就是人類企圖組建一個智慧的物體網(wǎng)絡(luò)，來替人類服務(wù)，要發(fā)揮物體網(wǎng)絡(luò)的智慧，其實跟人類社會網(wǎng)絡(luò)有很多共同點。人與人之間，也存在連接、區(qū)別、識別、溝通、互動（也就是物聯(lián)網(wǎng)說的互操作）這些問題。人和人之間，首先要通過見面、電話、信函等方式建立連接，才有機會交流吧。不同的人，必須能夠區(qū)別開來吧，世界上沒有完全一樣的兩張臉，就提供了區(qū)別的基礎(chǔ)；有了區(qū)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，得有相同的語言，配翻譯也行。以上條件都具備了，才有互動（物聯(lián)網(wǎng)中的互操作）的可能。以上過程，由于人具有高級智慧而變得簡單，例如語言不通的人之間，還可以通過場景、手勢、畫畫、眼神等來交流；對于只有非常有限的智慧的電子產(chǎn)品來說，會變得復(fù)雜和困難。    

    物聯(lián)網(wǎng)中，連接問題是最簡單最基本的問題，也是當(dāng)今操作系統(tǒng)支持最為充分的，業(yè)內(nèi)很多人都在談?wù)摰乃^協(xié)議，多數(shù)指的是通信協(xié)議。為什么說它簡單呢？俗話說，能用錢解決的問題，都不是問題。這句話套用到物聯(lián)網(wǎng)中就是，能用技術(shù)解決的問題，都不是問題。連接就是一個能用技術(shù)解決的問題，我們接下來會談到，物聯(lián)網(wǎng)面臨的問題，大多數(shù)都不是技術(shù)能解決的問題，設(shè)計操作系統(tǒng)，要充分認識物聯(lián)網(wǎng)面臨的問題的基礎(chǔ)上，把現(xiàn)階段能解決的問題做到極致，尚不具備條件的，逐步地提出解決方案，或者為解決這些問題提供一些必要的支持。當(dāng)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(shù)幾個協(xié)議在競爭，已經(jīng)算是進入了諸侯爭霸時代，無論是連接還是組網(wǎng)方式，技術(shù)上都比較成熟。而事關(guān)設(shè)備識別和溝通方面，還一盤散沙呢。還有一些物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，或者操作系統(tǒng)，發(fā)展自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，企圖形成技術(shù)準(zhǔn)入門檻，進而壟斷。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(fù)雜，一般人做不出來，而且手機操作系統(tǒng)作為應(yīng)用分發(fā)和服務(wù)投送的平臺，其生態(tài)系統(tǒng)上的APP廠商客觀上不希望有太多平臺，做一個APP，需要同時推出iOS、Android、win-mobile三個版本，已經(jīng)夠煩的了，再多幾個操作系統(tǒng)的話，還不暈死，所以廠商會主動地選擇少數(shù)幾個最受歡迎的操作系統(tǒng)予以支持。所以在通用操作系統(tǒng)上，容易形成一將功成萬骨枯的壟斷局面。而對于物聯(lián)網(wǎng)的接入?yún)f(xié)議來說，接入公網(wǎng)的技術(shù)已經(jīng)成型，就是TCPIP，沒什么好爭的了，它是個公共協(xié)議，大家都能用；而局域無線網(wǎng)絡(luò)，分兩大類，一類是像智能家居一樣，需要接入不同廠家的設(shè)備的，這種網(wǎng)絡(luò)，必須使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，一致性高的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不要搞成不同廠家的芯片互不兼容；另一類是不需要接入不同廠家設(shè)備的無線局域網(wǎng)，例如某些工業(yè)控制網(wǎng)。大多數(shù)無線局域網(wǎng)應(yīng)用都比較簡單，其所承載的業(yè)務(wù)也往往單一，就像開關(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，形成一個協(xié)議獨大的局面，大家都有機會，更不可能形成少數(shù)幾家開發(fā)工具壟斷的局面，操作系統(tǒng)也會呈百花齊放的精彩。

    對于網(wǎng)絡(luò)，無非是以下幾種，就物聯(lián)網(wǎng)整體來說，應(yīng)該是以下多種網(wǎng)絡(luò)的混合體。

    · 中心服務(wù)網(wǎng)廣域，就是有一個數(shù)據(jù)和運算中心，執(zhí)行各種各樣的服務(wù)，如數(shù)據(jù)存儲、分析、分發(fā)、查詢等。

    · 無中心網(wǎng)廣域，任何終端都可以找到另一個終端，而無需通過任何服務(wù)器，從安全性角度來講，它能避開不受信任的服務(wù)器，這是未來組網(wǎng)的發(fā)展方向之一。

    · 固定局域網(wǎng)，例如一個固定位置安裝的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)，往往內(nèi)部組成一個mesh網(wǎng)，然后通過一個公共出口連接到公網(wǎng)，或者根本就不連接到公網(wǎng)。

    · 流動區(qū)域網(wǎng)，例如智能交通，汽車到了哪一個路口，就和哪一個路口的信號燈聯(lián)網(wǎng)；跑到哪條路上，就跟那條路的路燈聯(lián)網(wǎng)，是否連入公網(wǎng)，并不重要。

    連接也包含組網(wǎng)、維持網(wǎng)絡(luò)連接、設(shè)備發(fā)現(xiàn)的問題，維持連接在物聯(lián)網(wǎng)中是一個很重要的問題，為什么呢？因為物聯(lián)網(wǎng)中有許多低功耗設(shè)備，這些設(shè)備絕大部分時間是休眠的，又要省電，又要不丟失連接，需要有點智慧。維持連接一般是用心跳的方式，對低功耗設(shè)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(tǒng)能做啥？只需要支持常見的無線連接如ZigBee、藍牙、WiFi等，并實現(xiàn)組網(wǎng)，在低功耗上做足文章就可以了。至于幾種連接方式，諸侯爭霸最終誰執(zhí)牛耳，沒操作系統(tǒng)什么事，只能隔岸觀火、且看風(fēng)云。

    談到設(shè)備區(qū)別，就開始出現(xiàn)問題了，網(wǎng)絡(luò)中的兩個設(shè)備，你必須能夠區(qū)別出他們是不同的個體，就像人的身份證號一樣，每個設(shè)備也必須有一個身份證號，或者在你所在的區(qū)域網(wǎng)中有一個唯一的號碼也行。這個唯一的號碼，誰來分配呢，就成了問題，分配號碼的人，就成了老大，誰是誰啊，憑什么你當(dāng)老大？其實設(shè)備區(qū)別這個問題，很早就有人想解決了，IPV4有一個32位地址，當(dāng)時覺得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64位的唯一地址，理論上，64位夠用了，但maxim公司是一個企業(yè)，自然無法成為老大；802.15.4綁定了特殊的連接方式，也無法成為老大，WiFi節(jié)點、有線網(wǎng)絡(luò)的MAC節(jié)點，都會站出來反對你。那只剩下IPV6了，將來，只要需要接入網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，都會有一個固定的IPV6號碼。但802.15.4的64位地址，802.11n的48位地址也不會消亡，有許多設(shè)備根本就不上廣域網(wǎng)，只要在其局域網(wǎng)內(nèi)有唯一地址就足夠了。當(dāng)然，IPV6也有問題，萬物聯(lián)網(wǎng)時代，一個生產(chǎn)水杯的小工廠，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，每天都會有無數(shù)的IP，即使128位的IP，也遲早會消耗完的。這個問題，操作系統(tǒng)能做什么？操作系統(tǒng)不需要做多少事，只需要支持IPV6就可以了。    

    說到設(shè)備識別，頭痛的問題，就開始來了，就目前而言，并沒有任何一個物聯(lián)網(wǎng)方案能完美解決設(shè)備識別的問題。一個最簡單的智能交通系統(tǒng)，要實現(xiàn)這樣的功能，哪個方向有車來，就開哪個方向的綠燈，都有車來，就根據(jù)流量智能調(diào)整紅綠燈周期。問題就來了，你如何判斷路上過來的是一輛車，還是一條狗！東西向有車來，南北向跑來一只狗，綠燈給誰放行？

    識別車和狗，還是最基本的識別問題，只是識別物種，還沒有要你識別個體呢。識別有兩個層次，一是人和物之間的互相識別，當(dāng)然主要是人識別物，另一個是物和物之間的識別。由于人的智慧，人會根據(jù)許多的參考條件來進行模糊識別，人工智能也可以這樣做，但人工智能畢竟無法跟人比，只能在有限條件下，做簡單的輔助識別。物聯(lián)網(wǎng)不是要有智慧么？要為個體提供專屬服務(wù)么？做不到識別，一切妄談。有些朋友會想到，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(qū)別的作用，是起不到識別作用的，除非你為地球上的每一類物體都進行分類，不同種類的物體，給分配不同的IP段?？尚忻?？拉倒吧，不說自然界每天都在誕生的新物種，或者新發(fā)現(xiàn)的物種，就是在創(chuàng)客之都深圳，創(chuàng)客們每天新設(shè)計出來的新奇玩意，你都數(shù)不過來。自描述是一個辦法，因為絕大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，只是要求識別部分類別的物體，回到前面所講的智能交通，只要所有的汽車，都用一句“I am a car，......”來描述，就不會跟跑過來的狗弄混。當(dāng)然，對于具體應(yīng)用而言，它不需要識別全地球的智能設(shè)備，能夠識別跟具體應(yīng)用相關(guān)的設(shè)備就行了，可以自己定義識別規(guī)則，這純粹是應(yīng)用自己的事，操作系統(tǒng)真的沒有太多事做，你只能做些輔助線的工作，例如把物體的身份證號和自描述語句傳遞給應(yīng)用程序，僅此而已。    

    最大的問題是溝通，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什么。讓“物體”說同樣的話，互相聽懂，這是最困難也最缺乏標(biāo)準(zhǔn)也是不可能有標(biāo)準(zhǔn)的。如果是物與人之間溝通，就好辦多了，舉個例子吧，一個智能溫控器，顯示一個按鈕，無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(zhuǎn)化為編碼，像“03”表示溫度上升，“04”表示下降，其他廠家生產(chǎn)的主控設(shè)備，如何知道“03”而不是“08”表示上升，如何讓所有廠家生產(chǎn)的溫控器也用“03”表示溫度上升，“04”表示下降，這就有很大的問題。能夠用標(biāo)準(zhǔn)去統(tǒng)一千萬種物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點輸出的數(shù)據(jù)和接受的控制信息格式呢嗎？你能窮舉物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)以千萬計的物體所需要輸出的數(shù)據(jù)和接受的控制命令，一一予以編號么？即使現(xiàn)有的物體都編號了，新冒出來的物種如何及時編號呢？即使解決了編號問題，還有傳輸順序呢？數(shù)據(jù)包里面如果有溫度，有濕度，也有告警信息，這些東西在數(shù)據(jù)包里面怎么排列，都能搞出無數(shù)種組合出來。所以，根本不可能有標(biāo)準(zhǔn)去規(guī)范物聯(lián)網(wǎng)中萬千種物體的狀態(tài)、測量、控制命令的格式，各智能硬件的生產(chǎn)廠家，一定是自由飛翔的。事實上，也確實有通過窮舉網(wǎng)絡(luò)中所有需要傳輸?shù)男畔⒌囊?guī)范，例如CANOPEN的“對象字典”，每一個CANopen設(shè)備里，都存儲了一部字典，其主要構(gòu)成部分是通用字典，這樣的話設(shè)備與設(shè)備之間就能直接進行對話了。ZigBee協(xié)議通過profile和cluster ID編碼，來列舉部分ZigBee設(shè)備?！罢f”的話，使ZigBee設(shè)備之間互相聽懂。但這兩協(xié)議，都沒有局限于窮舉，都是開放的，CANOPEN允許在通用字典外，定義個性化字典，ZigBee也沒有允許使用非標(biāo)準(zhǔn)定義的profile和cluster。無論是對象字典，還是profile，都只是在極小的一個領(lǐng)域中窮舉，它所規(guī)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(biāo)準(zhǔn)其實是很不靠譜的，所有標(biāo)準(zhǔn)，都是圍繞一個非常小的領(lǐng)域進行，尚且無法避免人們閱讀標(biāo)準(zhǔn)后的不同理解，不同理解導(dǎo)致的是不同的執(zhí)行結(jié)果。變電站自動化，這么小的一個領(lǐng)域，有嚴謹規(guī)范的協(xié)議，全國只有幾十個廠家，而且在國家電網(wǎng)的強力推動下，花了不下幾十億，幾年時間，做過無數(shù)次互操作測試，才基本統(tǒng)一了設(shè)備間傳輸?shù)男畔⒏袷剑O(shè)備之間才勉強可以對話。

    如果能解決設(shè)備識別和設(shè)備間“溝通”問題，那么智能設(shè)備間的互操作就水到渠成了，由于在“識別”和“溝通”方面，無法形成一個開放的、廣泛適用的標(biāo)準(zhǔn)，許多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就另辟蹊徑，盡可能繞過標(biāo)準(zhǔn)問題。同時提供智能硬件開發(fā)平臺以及通用操作系統(tǒng)的中間件，或者開發(fā)一個跨界系統(tǒng)，使物聯(lián)網(wǎng)中不同設(shè)備上使用相同的開發(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(tǒng)設(shè)計成既適用于通用設(shè)備，又可以在智能硬件上跑。人與物之間的操作問題，可以通過遠程終端的方案，完美地解決。傳統(tǒng)的非智能設(shè)備，人和物直接的操作，是通過文字、圖形、按鍵、觸屏這些介質(zhì)來完成的，在物聯(lián)網(wǎng)世界里，無非是操作介質(zhì)和執(zhí)行操作的智能硬件之間，隔了個空間距離而已。手持的操作界面，就是一個顯示和操作終端而已，所有操作，對于設(shè)備來說，就像在設(shè)備上直接操作一樣，這樣才能規(guī)避沒有標(biāo)準(zhǔn)的實事。例如空調(diào)的控制命令，你就告訴空調(diào)，用戶按了向下的箭頭就好了，空調(diào)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，因為沒有標(biāo)準(zhǔn)，每家的命令碼都不一樣，怎么辦？這不是踏進沒有標(biāo)準(zhǔn)的泥潭了么？下面我們來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(xiàn)在有些智能硬件廠家，開發(fā)專門的APP讓用戶操作智能硬件，這是死路一條，為什么呢？就以智能家居為例吧，假設(shè)家里安裝了海爾的智能冰箱，美的的智能微波爐，西門子的智能熱水器，創(chuàng)維的智能電視，格力的智能空調(diào)，還有各種智能開關(guān)，溫度、濕度傳感器等等。你的手機要為每個智能設(shè)備安裝一個APP，密密麻麻擺滿你的手機，那些密集恐懼癥的患者，非跳樓不可。所以，需要安裝廠家專門開發(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。

    遠程桌面是一個很好的解決方案，手機只是一個遠程顯示終端，而不是一個功能終端，手機只充當(dāng)節(jié)點的顯示器和觸摸屏，這就要求，節(jié)點上的操作系統(tǒng)，其gui必須支持遠程桌面，該遠程桌面必須具備以下特性：

    · 極其省資源，必須能夠在只有幾十K內(nèi)存的節(jié)點上運行，你總不能要求一個微波爐控制器擁有數(shù)M的內(nèi)存吧。

    · 極其節(jié)省帶寬，有些節(jié)點的功耗非常低，低功耗意味著低主頻，即使你用WiFi接口，其傳輸帶寬也必然非常小，要在非常低的速率下實現(xiàn)遠程桌面，是一個挑戰(zhàn)。我做過測試，普通的非動畫桌面，串口就可以流暢傳輸。

    · 無論節(jié)點本身是否有顯示器、觸摸屏、按鈕，都可以實現(xiàn)遠程界面。

    使用遠程桌面后，你的手機只需要安裝一個智能設(shè)備APP，點開該APP后，你家里的所有智能設(shè)備都會被羅列在里面。

    遠程桌面的缺點是，動畫顯示很困難，尤其是大面積的動畫，有些消費品是有這個需求的，這種時候，就要使用HTML了。除了動畫外，遠程界面的優(yōu)勢還是很明顯的。

    首先是兼容性問題，瀏覽器的標(biāo)準(zhǔn)化程度其實不高，網(wǎng)銀挑瀏覽器大家都知道了，就是準(zhǔn)備這次視頻之前，測試過幾個直播網(wǎng)站，既挑瀏覽器，又挑操作系統(tǒng)，很令人失望。

    其次是一致性問題，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(xí)慣于直接在冰箱上操作，用冰箱本身的界面操控設(shè)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，無須學(xué)習(xí)兩套界面。如果冰箱上和手機上的界面不一樣的話，你會抓狂的，遠程桌面天生就是完全一樣的。而使用HTML的話，你則要自己維護兩份界面的一致性，不要小看維護這個一致性問題，搞過硬件的人就知道，維護原理圖和bom表的一致性，是一個致命的工作；維護過兩個以上并行軟件版本的人也應(yīng)該清楚，確保兩個版本應(yīng)該相同的部分是一致的，是非常困難的。

    大家來看一個有趣的圖片，某網(wǎng)站的NBA轉(zhuǎn)播界面，比分以不同的形式，出現(xiàn)在同一個界面的3個位置，居然都不一樣。

    說了那么多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，氣質(zhì)在工業(yè)控制上，才是遠程界面真正體現(xiàn)價值的地方，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(chǔ)問題，其實物聯(lián)網(wǎng)的問題遠遠不止這些，試舉幾個：    

    · 信息安全問題，斯諾登事件，使人無法相信網(wǎng)絡(luò)，特別是中心服務(wù)器，過去，人們認為閉源可以確保安全，但斯諾登事件，使人們不相信閉源服務(wù)器的運維組織，反而開源更易于獲得信任。無中心的可信連接，點對點通信可以繞開不受信任的云。

    · 普通老百姓對于安全性的擔(dān)心，更為直接些，例如，智能門鎖會不會被人破解呢？黑客賊是否可以通過家里電器的開關(guān)情況知道何時家里沒人而方便下手呢？家里的攝像機是否會被黑客控制？

    · 使用壽命問題，長壽命的基礎(chǔ)設(shè)施，長期維護和服務(wù)很困難，壞了誰來修，供應(yīng)商倒閉了呢？比如智能門鎖，普通門鎖用幾十年基本不會壞，而智能門鎖則不然，電子設(shè)備普遍不能超過10年，大多數(shù)5年就壞了。

    · 電子設(shè)備可靠性問題，智能燈泡的控制器壞了，開不了或者關(guān)不掉怎么辦？

    · 降低研發(fā)成本，操作系統(tǒng)需要提供提供易學(xué)易用的開發(fā)方法和開箱即用的解決方案。

    稍微總結(jié)一下，操作系統(tǒng)究竟解決了物聯(lián)網(wǎng)的什么問題。

    連接：操作系統(tǒng)通過集成常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，例如TCP/IP、ZigBee、藍牙、WiFi驅(qū)動等，算是為解決連接問題作出了貢獻。

    智能硬件間的區(qū)別和識別：這兩個問題，似乎真的跟操作系統(tǒng)沒啥關(guān)系，基本上只能為同一廠家產(chǎn)品之間的“區(qū)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(tǒng)基本上看熱鬧而已，同樣只能對使用同一個廠商提供的開發(fā)工具開發(fā)的特定應(yīng)用提供一些幫助，其互操作，基本僅限于使用它們的開發(fā)工具開發(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(tǒng)能夠提供比較完善的幫助。

    作者簡介：羅侍田 都江堰操作系統(tǒng)（簡稱djyos）創(chuàng)始人，長期從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。