雖然“物聯(lián)網(wǎng)”之熱有所冷卻，但以企業(yè)為主體的務(wù)實(shí)創(chuàng)新階段正悄然來臨。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)是ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的競爭制高點(diǎn)。成熟的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚屬空白，正呈現(xiàn)著兩條技術(shù)路線：一是以Contiki和Tiny OS為代表的做加法路徑；二是以iOS和 Andriod為代表的做減法路徑。不同技術(shù)路線的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚未形成壟斷，中國廠商應(yīng)抓住機(jī)遇，盡早布局，確立路徑方向，重點(diǎn)解決專利、安全和產(chǎn)業(yè)生態(tài)三大問題，切實(shí)提升我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的國際話語權(quán)和產(chǎn)業(yè)競爭力。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的內(nèi)涵及類型

　　由于物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備要求尺寸更小、功耗更低，安全可靠并具備通訊和組網(wǎng)能力，需要上面運(yùn)行的操作系統(tǒng)能夠支持更優(yōu)秀的低功耗技術(shù)和豐富互聯(lián)技術(shù)等，從而構(gòu)成特有的“物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”概念。

　　我們認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)特指面向物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備且具備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)，為用戶和開發(fā)者提供統(tǒng)一使用接口的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)是硬件與用戶之間的接口，傳統(tǒng)上將操作系統(tǒng)分為服務(wù)器操作系統(tǒng)、桌面操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)三大類。服務(wù)器操作系統(tǒng)是服務(wù)器與用戶之間的接口，桌面操作系統(tǒng)是個(gè)人計(jì)算機(jī)與用戶之間的接口，嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式硬件平臺(tái)與用戶之間的接口。近年來隨著技術(shù)發(fā)展，硬件設(shè)備越來越多樣化，操作系統(tǒng)分類呈現(xiàn)細(xì)分趨勢(shì)，出現(xiàn)了專門針對(duì)智能終端的移動(dòng)操作系統(tǒng)Android和iOS。

　　物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的硬件設(shè)備和應(yīng)用場景的多樣化往往需要融合多種操作系統(tǒng)。例如：在智能家居應(yīng)用中，硬件設(shè)備從云端高性能服務(wù)器直至智能燈泡這樣僅包含簡單處理邏輯的新型智能設(shè)備，往往在同一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景包含著多種操作系統(tǒng)，表1列舉了其中主要操作系統(tǒng)名稱，分別對(duì)應(yīng)硬件設(shè)備、計(jì)算平臺(tái)和操作系統(tǒng)類型。

表1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的操作系統(tǒng)

　　根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的不同類型，我們以CPU計(jì)算能力（以運(yùn)行主頻表征）為橫軸和對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場景要求（以操作系統(tǒng)功能特性表征）為縱軸對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)分類，結(jié)果見圖1。圖中右上角屬于以桌面和服務(wù)操作系統(tǒng)為代表的通用操作系統(tǒng)，這類操作系統(tǒng)運(yùn)行在高性能的Intel處理器上，支持最為豐富的操作系統(tǒng)功能；反之在左下角則是以contiki和Tiny OS為代表的傳感器網(wǎng)操作系統(tǒng)，這類操作系統(tǒng)不支持圖形界面，僅需幾KB內(nèi)存即可運(yùn)行。中間則是以Android和iOS為代表的移動(dòng)操作系統(tǒng)，功能和性能也介入上述兩者之間。

　　物聯(lián)網(wǎng)作為新興應(yīng)用領(lǐng)域，由于接入設(shè)備可使用資源受限、設(shè)備之間互連協(xié)議種類多，設(shè)備規(guī)格跨度大等，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)提出了新的需求，既要求系統(tǒng)占用資源相對(duì)少、運(yùn)行功耗低；同時(shí)又要求支持多種物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，支持內(nèi)核可伸縮等關(guān)鍵技術(shù)特征。正好位于圖中左下角一個(gè)相對(duì)空白的區(qū)域（見圖中陰影部分），即物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)范圍與技術(shù)路線

　　二、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的技術(shù)路線

　　由于現(xiàn)有操作系統(tǒng)很難完全匹配物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，填補(bǔ)圖1中的空白區(qū)域有兩條技術(shù)路線可以選擇。一條是基于Android這樣的操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪和定制，來適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備的需求（見圖1中技術(shù)路線一）；另一條技術(shù)路線是以傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過增加設(shè)備聯(lián)網(wǎng)等功能，滿足物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備互聯(lián)需求，形成新的嵌入式操作系統(tǒng)（見圖1中技術(shù)路線二）。

　?。ㄒ唬┗贏ndroid等操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪和定制

　　第一條技術(shù)路線優(yōu)勢(shì)在于保持底層技術(shù)架構(gòu)一致的基礎(chǔ)上，可以使用原有操作系統(tǒng)的商業(yè)生態(tài)，從而降低市場進(jìn)入成本。缺點(diǎn)在于要兼顧多種應(yīng)用場景，很難保證針對(duì)底層應(yīng)用的最優(yōu)化，包括功耗的最優(yōu)化和可靠性最優(yōu)化等，也很難保證運(yùn)行在高頻處理器的操作系統(tǒng)經(jīng)過裁剪能夠運(yùn)行在低主頻和更低主頻的微控制器上。目前采取這種技術(shù)路線的主要國外公司包括：

• 微軟：微軟原有產(chǎn)品線包括了服務(wù)器操作系統(tǒng)（windows Server系列），桌面操作系統(tǒng)（windows xp，windows7，windows8），嵌入式操作系統(tǒng)（windows CE， windows phone）。微軟近期戰(zhàn)略方向就是統(tǒng)一產(chǎn)品線，在windows 10這一版本中提供一個(gè)覆蓋全領(lǐng)域的操作系統(tǒng)架構(gòu)，其中就包括了windowsiot cores。而對(duì)于大量采用低主頻應(yīng)用的系統(tǒng)來說，微軟的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)仍顯得運(yùn)行成本過高。

  
  

• 谷歌：原有產(chǎn)品線包括移動(dòng)操作系統(tǒng)（android）。谷歌通過適當(dāng)?shù)亩ㄖ撇眉?，推出了面向穿戴設(shè)備的android wear操作系統(tǒng)，面向智能汽車的android auto。而在今年（2015年），谷歌又推出了僅具備android最底層特性，面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的android brillo。同時(shí)由于谷歌采取了開源方式發(fā)布操作系統(tǒng)，還有大量第三方廠商通過定制android系統(tǒng)，將其應(yīng)用在智能電視，機(jī)頂盒、路由器等不同領(lǐng)域。

  
  

• 蘋果：原有產(chǎn)品線包括桌面操作系統(tǒng)（Mac OS）和移動(dòng)操作系統(tǒng)（iOS），配合其在智能硬件領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品布局，基于iOS系統(tǒng)開發(fā)了面向apple watch的穿戴設(shè)備操作系統(tǒng)。同時(shí)蘋果以iOS為主導(dǎo)，用HomeKit智能家居平臺(tái)整合硬件廠商，而HomeKit平臺(tái)作為一個(gè)互連框架對(duì)于智能硬件廠商是開放的。

  
  

  
  

　　（二）在傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加設(shè)備聯(lián)網(wǎng)

　　第二條技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)在于原本單片機(jī)操作系統(tǒng)就是針對(duì)資源受限的硬件平臺(tái)開發(fā)，功耗和可靠性上都顯著比上面的“大操作系統(tǒng)”強(qiáng)，通過適當(dāng)增加功能也能保證功耗和性能符合應(yīng)用需求。主要問題在于如何圍繞操作系統(tǒng)構(gòu)建一套新的生態(tài)體系，提高市場占有率。該技術(shù)路線的國外廠商和研究機(jī)構(gòu)包括：

• ThingSquare：主要產(chǎn)品線為Contiki。這是一個(gè)小型的、開源的、極易移植的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)。Contiki專門設(shè)計(jì)適用于一系列的內(nèi)存首先的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括從8位單片機(jī)到基于32位微型控制器的嵌入式系統(tǒng)。在一個(gè)較為典型的配置中，Contiki系統(tǒng)只需2KB的RAM與40Kb的ROM，并能提供多任務(wù)環(huán)境和內(nèi)建TCP/IP支持，因此目前在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。

  
  

• UCBerkeley：該大學(xué)機(jī)構(gòu)主要開發(fā)了開源操作系統(tǒng)項(xiàng)目Tiny OS，專為嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，Tiny OS是一個(gè)具備較高專業(yè)性，專門為低功耗無線傳感終端設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，目前TinyOS應(yīng)用在石油和氣體監(jiān)控、傳感網(wǎng)絡(luò)的控制和優(yōu)化、無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行健康監(jiān)測等。

  
  

• ARM：ARM作為一家芯片公司，目前主要的MCU廠商都獲得了其Cortex-M系列IP核設(shè)備，開發(fā)32位的微控制器。ARM原本不涉足操作系統(tǒng)產(chǎn)品，但是在2014年底推出了mbed平臺(tái)，其中包括了一個(gè)為Cortex-M架構(gòu)設(shè)計(jì)的嵌入式操作系統(tǒng)。mbed操作系統(tǒng)包括物聯(lián)網(wǎng)所需的所有基礎(chǔ)組件如安全、通信傳輸、設(shè)備管理等，并將所有的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議支持諸如BT、Wi-Fi、Thread、HTTP等都集成在內(nèi)。

  
  

• TRON：這是一個(gè)來自日本的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，特色在于規(guī)定了設(shè)計(jì)內(nèi)核的接口和規(guī)范,本身并不指定內(nèi)核源代碼。因此各個(gè)公司都可以開發(fā)出符合該規(guī)范的操作系統(tǒng)版本，TRON操作系統(tǒng)在以家電為代表的低端嵌入式系統(tǒng)市場取得成功。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)，TRON本身也在不斷演化，更加強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧與硬件多樣化的支持。

  
  

　　總體來說，目前由技術(shù)路線一延伸過來的操作系統(tǒng)相對(duì)來說需要資源更多些，例如：googlebrillo最低也需要32M運(yùn)行內(nèi)存，運(yùn)行功耗更大。相比較而言，contiki最低只需要幾KB運(yùn)行內(nèi)存即可運(yùn)行起來，運(yùn)行功耗極低。

　　三、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的中國廠商

　　目前國內(nèi)發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)主要包括慶科、騰訊、華為等廠商。其中，騰訊使用了Android進(jìn)行定制開發(fā)，而慶科與華為則是采取了與技術(shù)路線二的方式推出自己的輕量級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)。

• 騰訊：主業(yè)是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件，不涉足操作系統(tǒng)產(chǎn)品線。在2015宣布采取了基于Android定制開發(fā)發(fā)布了TOS，這與騰訊在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后布局物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略相關(guān)。目前已有智能手機(jī)和智能手表廠商跟進(jìn)應(yīng)用，但是問題在于TOS仍舊是一個(gè)基于android修改的相對(duì)重量級(jí)的操作系統(tǒng)，未能完全匹配物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備多樣化的應(yīng)用需求。

  
  

• 慶科：上海慶科公司原本從事微控制器系統(tǒng)的開發(fā)，在2014年底以中國第一款物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的概念推出MiCO OS。MiCO OS是一個(gè)基于微控制器的嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)置完整廣泛應(yīng)用的成熟解決方案，包括簡易的交互式網(wǎng)絡(luò)配置，智能硬件的初次設(shè)置，超快速的無線網(wǎng)絡(luò)接入，服務(wù)的發(fā)現(xiàn)，身份的認(rèn)證，數(shù)據(jù)安全等功能，并支持大部分常用的微控制器平臺(tái)。

  
  

• 華為：華為Lite OS是一個(gè)面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的輕量級(jí)操作系統(tǒng)，支持動(dòng)態(tài)加載，自帶藍(lán)牙和ZigBee協(xié)議棧，并且在華為Mate7智能手機(jī)上已得到應(yīng)用，基于LiteOS實(shí)現(xiàn)了傳感器持續(xù)采集數(shù)據(jù)，此外LiteOS也獲得了大量硬件廠商的支持。

  
  

　　此外，小米在自己的路由器上使用基于Linux內(nèi)核定制的路由器操作系統(tǒng)，在機(jī)頂盒上使用了基于Android定制的操作系統(tǒng)； HelloX、百度等也在為未來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)布局。

　　四、我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的發(fā)展機(jī)會(huì)

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　　由于計(jì)算平臺(tái)的多樣化，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)作為嵌入式操作系統(tǒng)的一個(gè)子類，依然處于多樣化市場格局之中。根據(jù)2013年的市場調(diào)研報(bào)告，占據(jù)市場份額超過10%的嵌入式操作系統(tǒng)只有Android（28%）、FreeRTOS（21%）、Ubuntu Linux（13%）、Micrium uCOS-II和III（10%），其他十余種嵌入式操作系統(tǒng)的市場份額都只有個(gè)位數(shù)字。與此同時(shí)，用戶自己開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)占據(jù)了高達(dá)19%的份額。普遍認(rèn)為競爭集中度不高的市場有利于新進(jìn)入者，給中國廠商留下了相應(yīng)的市場機(jī)會(huì)。

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　　操作系統(tǒng)本身是一個(gè)用戶粘性極高的產(chǎn)品，不斷尋找增量市場機(jī)會(huì)才可以搶占先機(jī)。例如：微軟利用個(gè)人計(jì)算機(jī)普及的這個(gè)增量市場機(jī)會(huì)，進(jìn)入桌面操作系統(tǒng)市場，并最終成為市場統(tǒng)治者。谷歌利用智能手機(jī)大量普及的增量市場機(jī)會(huì)，推出滿足以應(yīng)用為核心的Android操作系統(tǒng)，而目前Android系統(tǒng)占據(jù)了整個(gè)計(jì)算平臺(tái)的40%左右的市場份額。

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場是一個(gè)增量市場。目前并沒有一款成熟產(chǎn)品能夠完全適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。即使是微軟與風(fēng)河（ windriver,現(xiàn)在已被intel收購）等傳統(tǒng)操作系統(tǒng)公司，也需要調(diào)整自己的產(chǎn)品線來適應(yīng)新市場。而增量市場的很大一部分必將來自中國，誰能夠在國內(nèi)市場盡可能快的形成自己的用戶群，誰就有可能成為新的市場贏家。

　?。ㄈ┎僮飨到y(tǒng)商業(yè)模式與云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)相結(jié)合

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，應(yīng)用或服務(wù)成為產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的核心。操作系統(tǒng)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的基礎(chǔ)軟件，而是為構(gòu)建應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的平臺(tái)。例如，Android是由系統(tǒng)庫、運(yùn)行庫、應(yīng)用架構(gòu)和應(yīng)用軟件組成的系統(tǒng)，并非傳統(tǒng)意義上的操作系統(tǒng)軟件。而ARM推出的mbed就更為典型，mbed除了操作系統(tǒng)外，還包括了一套在線開發(fā)平臺(tái)和一個(gè)運(yùn)行在云平臺(tái)的設(shè)備服務(wù)器。

　　操作系統(tǒng)與云端結(jié)合趨勢(shì)也為中國發(fā)展操作系統(tǒng)帶來了有利條件。目前開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的中國廠商都有互聯(lián)網(wǎng)和云端的相關(guān)背景，如：慶科與阿里巴巴在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展展開戰(zhàn)略合作，華為發(fā)布的Liteos本身是其敏捷物聯(lián)解決方案的一部分。廠商發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的同時(shí)與自身的云計(jì)算平臺(tái)結(jié)合，更有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的控制。

　　五、中國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)需要解決的重點(diǎn)問題

　　盡管中國廠商未來在物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場存在巨大發(fā)展空間，但是我們也應(yīng)看到中國廠商在發(fā)展自身物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)中還需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)突出問題。

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　　目前物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)大都是基于開源linux系統(tǒng)裁剪，未來在市場競爭過程中，專利競爭態(tài)勢(shì)需高度關(guān)注。參照目前微軟在android這樣一個(gè)開源生態(tài)進(jìn)行專利授權(quán)和收費(fèi)的案例，中國發(fā)展自己的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尤其需要根據(jù)市場發(fā)展情況和競爭對(duì)手態(tài)勢(shì)來提前研究和布局物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)上的專利。

　　（二）安全問題

　　對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，目前缺乏從操作系統(tǒng)層面提供相應(yīng)的安全措施。硬件智能化會(huì)帶來嚴(yán)重的安全問題，根據(jù)惠普的調(diào)研報(bào)告，70%左右的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備存在安全隱患。一旦底層系統(tǒng)和應(yīng)用出了問題，所涉及到設(shè)備數(shù)量將會(huì)以數(shù)十萬計(jì)乃至數(shù)百萬計(jì)。典型的例子如nest召回了44萬臺(tái)煙霧探測器。從這個(gè)角度出發(fā)，以行業(yè)安全的角度出發(fā)設(shè)置操作系統(tǒng)的安全準(zhǔn)入門檻，有利于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的健康發(fā)展，而國內(nèi)的廠商在這方面應(yīng)當(dāng)有提前的布局和應(yīng)對(duì)。

　　（三）生態(tài)問題

　　操作系統(tǒng)、應(yīng)用與服務(wù)需要形成一個(gè)良好生態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)最終是要實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，應(yīng)用與服務(wù)是一個(gè)核心問題，而操作系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)連接標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。目前國外有四個(gè)制定物聯(lián)網(wǎng)互連標(biāo)準(zhǔn)的組織，分別是高通主導(dǎo)的AllJoyn、Intel主導(dǎo)的OIC聯(lián)盟、蘋果主導(dǎo)的HomeKit以及谷歌主導(dǎo)的Android Home。這些從事物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的組織促進(jìn)了不同種類設(shè)備間互聯(lián)應(yīng)用。中國操作系統(tǒng)廠商在建立自身生態(tài)的過程中，需要考慮以最優(yōu)化的方式去支持上述的國外生態(tài)系統(tǒng)，甚至可以考慮以操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立自身的互聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)，這更是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心。

過去60年間計(jì)算平臺(tái)發(fā)展歷史證明，當(dāng)人們使用的計(jì)算平臺(tái)硬件發(fā)生改變時(shí)，就為新操作系統(tǒng)廠商進(jìn)入市場提供了機(jī)會(huì)，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域包含了大量的新型智能硬件，在這樣一個(gè)新的操作系統(tǒng)市場機(jī)會(huì)中，是否會(huì)再次孕育出微軟或谷歌這一級(jí)別的新操作系統(tǒng)廠商，更關(guān)鍵的在于中國廠商要更多的思考如何利用自身的技術(shù)和市場優(yōu)勢(shì)抓住這次機(jī)會(huì)，在操作系統(tǒng)市場拼圖上加入中國板塊。

　　　　　　　　　　　　　　　　　?。▓?zhí)筆人：周萌）