雖然“物聯(lián)網(wǎng)”之熱有所冷卻，但以企業(yè)為主體的務實創(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。成熟的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚屬空白，正呈現(xiàn)著兩條技術路線：一是以Contiki和TinyOS為代表的做加法路徑；二是以iOS和Andriod為代表的做減法路徑。不同技術路線的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚未形成壟斷，中國廠商應抓住機遇，盡早布局，確立路徑方向，重點解決專利、安全和產(chǎn)業(yè)生態(tài)三大問題，切實提升我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的國際話語權和產(chǎn)業(yè)競爭力。

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雖然“物聯(lián)網(wǎng)”之熱有所冷卻，但以企業(yè)為主體的務實創(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。成熟的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚屬空白，正呈現(xiàn)著兩條技術路線：一是以Contiki和TinyOS為代表的做加法路徑；二是以iOS和Andriod為代表的做減法路徑。不同技術路線的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚未形成壟斷，中國廠商應抓住機遇，盡早布局，確立路徑方向，重點解決專利、安全和產(chǎn)業(yè)生態(tài)三大問題，切實提升我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的國際話語權和產(chǎn)業(yè)競爭力。

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，需要上面運行的操作系統(tǒng)能夠支持更優(yōu)秀的低功耗技術和豐富互聯(lián)技術等，從而構成特有的“物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”概念。

我們認為，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)特指面向物聯(lián)網(wǎng)設備且具備物聯(lián)網(wǎng)應用特點，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。服務器操作系統(tǒng)是服務器與用戶之間的接口，桌面操作系統(tǒng)是個人計算機與用戶之間的接口，嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式硬件平臺與用戶之間的接口。近年來隨著技術發(fā)展，硬件設備越來越多樣化，操作系統(tǒng)分類呈現(xiàn)細分趨勢，出現(xiàn)了專門針對智能終端的移動操作系統(tǒng)Android和iOS。

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

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的不同類型，我們以CPU計算能力（以運行主頻表征）為橫軸和對應的應用場景要求（以操作系統(tǒng)功能特性表征）為縱軸對操作系統(tǒng)進行一個系統(tǒng)分類，如圖1。圖中右上角屬于以桌面和服務操作系統(tǒng)為代表的通用操作系統(tǒng)，這類操作系統(tǒng)運行在高性能的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TinyOS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)存即可運行。中間則是以Android和iOS為代表的移動操作系統(tǒng)，功能和性能也介入上述兩者之間。

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

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的技術路線

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

基于Android等操作系統(tǒng)進行裁剪和定制

第一條技術路線優(yōu)勢在于保持底層技術架構一致的基礎上，可以使用原有操作系統(tǒng)的商業(yè)生態(tài)，從而降低市場進入成本。缺點在于要兼顧多種應用場景，很難保證針對底層應用的最優(yōu)化，包括功耗的最優(yōu)化和可靠性最優(yōu)化等，也很難保證運行在高頻處理器的操作系統(tǒng)經(jīng)過裁剪能夠運行在低主頻和更低主頻的微控制器上。目前采取這種技術路線的主要國外公司包括：

微軟：微軟原有產(chǎn)品線包括了服務器操作系統(tǒng)（WindowsServer系列），桌面操作系統(tǒng)（WindowsXP、Windows7Windows8），嵌入式操作系統(tǒng)（WindowsCEWindowsPhone）。微軟近期戰(zhàn)略方向就是統(tǒng)一產(chǎn)品線，在Windows10這一版本中提供一個覆蓋全領域的操作系統(tǒng)架構，其中就包括了WindowsiotCores。而對于大量采用低主頻應用的系統(tǒng)來說，微軟的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)仍顯得運行成本過高。

谷歌：原有產(chǎn)品線包括移動操作系統(tǒng)（Android）。谷歌通過適當?shù)亩ㄖ撇眉簦瞥隽嗣嫦虼┐髟O備的AndroidWear操作系統(tǒng)，面向智能汽車的AndroidAuto。而在今年，谷歌又推出了僅具備Android最底層特性，面向物聯(lián)網(wǎng)應用的AndroidBrillo。同時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)，將其應用在智能電視、機頂盒、路由器等不同領域。

蘋果：原有產(chǎn)品線包括桌面操作系統(tǒng)（MacOS）和移動操作系統(tǒng)（iOS），配合其在智能硬件領域內(nèi)的產(chǎn)品布局，基于iOS系統(tǒng)開發(fā)了面向AppleWatch的穿戴設備操作系統(tǒng)。同時蘋果以iOS為主導，用HomeKit智能家居平臺整合硬件廠商，而HomeKit平臺作為一個互連框架對于智能硬件廠商是開放的。

在傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)的基礎上增加設備聯(lián)網(wǎng)

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

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

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UCBerkeley：該大學機構主要開發(fā)了開源操作系統(tǒng)項目TinyOS，專為嵌入式無線傳感網(wǎng)絡設計，TinyOS是一個具備較高專業(yè)性，專門為低功耗無線傳感終端設計的操作系統(tǒng)，目前TinyOS應用在石油和氣體監(jiān)控、傳感網(wǎng)絡的控制和優(yōu)化、無線傳感網(wǎng)絡進行健康監(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，其中包括了一個為Cortex-M架構設計的嵌入式操作系統(tǒng)。Mbed操作系統(tǒng)包括物聯(lián)網(wǎng)所需的所有基礎組件如安全、通信傳輸、設備管理等，并將所有的標準協(xié)議支持諸如BT、Wi-Fi、Thread、HTTP等都集成在內(nèi)。

TRON：這是一個來自日本的實時操作系統(tǒng)，特色在于規(guī)定了設計內(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。針對物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展趨勢，TRON本身也在不斷演化，更加強調(diào)網(wǎng)絡協(xié)議棧與硬件多樣化的支持。

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

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進行定制開發(fā)，而慶科與華為則是采取了與技術路線二的方式推出自己的輕量級嵌入式操作系統(tǒng)。

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

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MiCOOS。MiCOOS是一個基于微控制器的嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)置完整廣泛應用的成熟解決方案，包括簡易的交互式網(wǎng)絡配置、智能硬件的初次設置、超快速的無線網(wǎng)絡接入、服務的發(fā)現(xiàn)、身份的認證、數(shù)據(jù)安全等功能，并支持大部分常用的微控制器平臺。

華為：華為LiteOS是一個面向物聯(lián)網(wǎng)應用的輕量級操作系統(tǒng)，支持動態(tài)加載，自帶藍牙和ZigBee協(xié)議棧，并且在華為Mate7智能手機上已得到應用，基于LiteOS實現(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)應用進行系統(tǒng)布局。

我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的發(fā)展機會

存量市場競爭集中度不高

由于計算平臺的多樣化，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%）、UbuntuLinux（13%）、MicriumuCOS-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位數(shù)字。與此同時，用戶自己開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)占據(jù)了高達19%的份額。普遍認為競爭集中度不高的市場有利于新進入者，給中國廠商留下了相應的市場機會。

增量市場帶來大量新的機會

操作系統(tǒng)本身是一個用戶粘性極高的產(chǎn)品，不斷尋找增量市場機會才可以搶占先機。例如：微軟利用個人計算機普及的這個增量市場機會，進入桌面操作系統(tǒng)市場，并最終成為市場統(tǒng)治者。谷歌利用智能手機大量普及的增量市場機會，推出滿足以應用為核心的Android操作系統(tǒng)，而目前Android系統(tǒng)占據(jù)了整個計算平臺的40%左右的市場份額。

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場是一個增量市場。目前并沒有一款成熟產(chǎn)品能夠完全適應物聯(lián)網(wǎng)應用。即使是微軟與風河（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。

操作系統(tǒng)商業(yè)模式與云計算和移動互聯(lián)相結合

移動互聯(lián)網(wǎng)時代，應用或服務成為產(chǎn)業(yè)價值鏈的核心。操作系統(tǒng)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的基礎軟件，而是為構建應用生態(tài)系統(tǒng)服務的平臺。例如，Android是由系統(tǒng)庫、運行庫、應用架構和應用軟件組成的系統(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)平臺和一個運行在云平臺的設備服務器。

操作系統(tǒng)與云端結合趨勢也為中國發(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)的同時與自身的云計算平臺結合，更有利于實現(xiàn)對整個嵌入式系統(tǒng)的控制。

中國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)需要解決的重點問題

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)中還需要重點考慮以下幾個突出問題。

1.專利問題

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)勢需高度關注。參照目前微軟在Android這樣一個開源生態(tài)進行專利授權和收費的案例，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)展情況和競爭對手態(tài)勢來提前研究和布局物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)上的專利。

2.安全問題

對于物聯(lián)網(wǎng)應用來說，目前缺乏從操作系統(tǒng)層面提供相應的安全措施。硬件智能化會帶來嚴重的安全問題，根據(jù)惠普的調(diào)研報告，70%左右的物聯(lián)網(wǎng)設備存在安全隱患。一旦底層系統(tǒng)和應用出了問題，所涉及到設備數(shù)量將會以數(shù)十萬計乃至數(shù)百萬計。典型的例子如Nest召回了44萬臺煙霧探測器。從這個角度出發(fā)，以行業(yè)安全的角度出發(fā)設置操作系統(tǒng)的安全準入門檻，有利于整個物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的健康發(fā)展，而國內(nèi)的廠商在這方面應當有提前的布局和應對。

3.生態(tài)問題

操作系統(tǒng)、應用與服務需要形成一個良好生態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)最終是要實現(xiàn)萬物互聯(lián)，應用與服務是一個核心問題，而操作系統(tǒng)只是實現(xiàn)連接標準的基礎。目前國外有四個制定物聯(lián)網(wǎng)互連標準的組織，分別是高通主導的AllJoyn、Intel主導的OIC聯(lián)盟、蘋果主導的HomeKit以及谷歌主導的AndroidHome。這些從事物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)標準的組織促進了不同種類設備間互聯(lián)應用。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，建立自身的互聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)，這更是物聯(lián)網(wǎng)應用的核心。

過去60年間計算平臺發(fā)展歷史證明，當人們使用的計算平臺硬件發(fā)生改變時，就為新操作系統(tǒng)廠商進入市場提供了機會，在物聯(lián)網(wǎng)應用領域包含了大量的新型智能硬件，在這樣一個新的操作系統(tǒng)市場機會中，是否會再次孕育出微軟或谷歌這一級別的新操作系統(tǒng)廠商，更關鍵的在于中國廠商要更多的思考如何利用自身的技術和市場優(yōu)勢抓住這次機會，在操作系統(tǒng)市場拼圖上加入中國板塊。