物联网 *** 作系统的体系架构

物联网 *** 作系统由内核、辅助外围模块(文件系统、图形用户界面、通信协议栈、各类常见设备的驱动程序等)、集成开发环境等组成，基于此，可衍生出一系列面向行业的特定应用。
物联网 *** 作系统与传统的个人计算机 *** 作系统和智能手机类 *** 作系统不同，它具备物联网应用领域内的一些独特特点，现说明如下。
物联网 *** 作系统内核的特点
1、内核尺寸伸缩性强，能够适应不同配置的硬件平台。比如，一个极端的情况下，内核尺寸必须维持在10K以内，以支撑内存和CPU性能都很受限的传感器，这时候内核具备基本的任务调度和通信功能即可。在另外一个极端的情况下，内核必须具备完善的线程调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议、图形用户界面等功能，以满足高配置的智能物联网终端的要求。这时候的内核尺寸，不可避免的会大大增加，可以达到几百K，甚至M级。这种内核尺寸的伸缩性，可以通过两个层面的措施来实现：重新编译和二进制模块选择加载。重新编译措施很简单，只需要根据不同的应用目标，选择所需的功能模块，然后对内核进行重新编译即可。这个措施应用于内核定制非常深入的情况下，比如要求内核的尺寸达到10K以下的场合。而二进制模块选择加载，则用在对内核定制不是很深入的情况。这时候维持一个 *** 作系统配置文件，文件里列举了 *** 作系统需要加载的所有二进制模块。在内核初始化完成后，会根据配置文件，加载所需的二进制模块。这需要终端设备要有外部存储器(比如硬盘、Flash等)，以存储要加载的二进制模块;
2、内核的实时性必须足够强，以满足关键应用的需要。大多数的物联网设备，要求 *** 作系统内核要具备实时性，因为很多的关键性动作，必须在有限的时间内完成，否则将失去意义。内核的实时性包涵很多层面的意思，首先是中断响应的实时性，一旦外部中断发生， *** 作系统必须在足够短的时间内响应中断并做出处理。其次是线程或任务调度的实时性，一旦任务或线程所需的资源或进一步运行的条件准备就绪，必须能够马上得到调度。显然，基于非抢占式调度方式的内核很难满足这些实时性要求;
3、内核架构可扩展性强。物联网 *** 作系统的内核，应该设计成一个框架，这个框架定义了一些接口和规范，只要遵循这些接口和规范，就可以很容易的在 *** 作系统内核上增加新的功能的新的硬件支持。因为物联网的应用环境具备广谱特性，要求 *** 作系统必须能够扩展以适应新的应用环境。内核应该有一个基于总线或树结构的设备管理机制，可以动态加载设备驱动程序或其它核心模块。同时内核应该具备外部二进制模块或应用程序的动态加载功能，这些应用程序存储在外部介质上，这样就无需修改内核，只需要开发新的应用程序，就可满足特定的行业需求;
4、内核应足够安全和可靠。可靠性就不用说了，物联网应用环境具备自动化程度高、人为干预少的特点，这要求内核必须足够可靠，以支撑长时间的独立运行。安全对物联网来说更加关键，甚至关系到国家命脉。比如一个不安全的内核被应用到国家电网控制当中，一旦被外部侵入，造成的影响将无法估量。为了加强安全性，内核应支持内存保护(VMM等机制)、异常管理等机制，以在必要时隔离错误的代码。另外一个安全策略，就是不开放源代码，或者不开放关键部分的内核源代码。不公开源代码只是一种安全策略，并不代表不能免费适用内核;
5、节能省电，以支持足够的电源续航能力。 *** 作系统内核应该在CPU空闲的时候，降低CPU运行频率，或干脆关闭 CPU。对于周边设备，也应该实时判断其运行状态，一旦进入空闲状态，则切换到省电模式。同时， *** 作系统内核应最大程度的降低中断发生频率，比如在不影响实时性的情况下，把系统的时钟频率调到最低，以最大可能的节约电源。
物联网 *** 作系外围模块的特点
外围模块指为了适应物联网的应用特点， *** 作系统应该具备的一些功能特征，比如远程维护和升级等。同时也指为了扩展物联网 *** 作系统内核的功能范围，而开发的一些功能模块，比如文件系统、网络协议栈等。物联网 *** 作系统的外围模块(或外围功能)应该至少具备下列这些：
1、支持 *** 作系统核心、设备驱动程序或应用程序等的远程升级。远程升级是物联网 *** 作系统的最基本特征，这个特性可大大降低维护成本。远程升级完成后，原有的设备配置和数据能够得以继续使用。即使在升级失败的情况下， *** 作系统也应该能够恢复原有的运行状态。远程升级和维护是支持物联网 *** 作系统大规模部署的主要措施之一;
2、支持常用的文件系统和外部存储。比如支持FAT32/NTFS/DCFS等文件系统，支持硬盘、USB stick、Flash、ROM等常用存储设备。在网络连接中断的情况下，外部存储功能会发挥重要作用。比如可以临时存储采集到的数据，再网络恢复后再上传到数据中心。但文件系统和存储驱动的代码，要与 *** 作系统核心代码有效分离，能够做到非常容易的裁剪;
3、支持远程配置、远程诊断、远程管理等维护功能。这里不仅仅包涵常见的远程 *** 作特性，比如远程修改设备参数、远程查看运行信息等。还应该包涵更深层面的远程 *** 作，比如可以远程查看 *** 作系统内核的状态，远程调试线程或任务，异常时的远程dump内核状态等功能。这些功能不仅仅需要外围应用的支持，更需要内核的天然支持;
4、 支持完善的网络功能。物联网 *** 作系统必须支持完善的TCP/IP协议栈，包括对IPv4和IPv6的同时支持。这个协议栈要具备灵活的伸缩性，以适应裁剪需要。比如可以通过裁剪，使得协议栈只支持IP/UDP等协议功能，以降低代码尺寸。同时也支持丰富的IP协议族，比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等协议，以适用智能终端和高安全可靠的应用场合;
5、对物联网常用的无线通信功能要内置支持。比如支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共网络的无线通信功能，同时要支持Zigbee/NFC/RFID等近场通信功能，支持WLAN/Ethernet等桌面网络接口功能。这些不同的协议之间，要能够相互转换，能够把从一种协议获取到的数据报文，转换成为另外一种协议的报文发送出去。除此之外，还应支持短信息的接收和发送、语音通信、视频通信等功能;
6、内置支持XML文件解析功能。物联网时代，不同行业之间，甚至相同行业的不同领域之间，会存在严重的信息共享壁垒。而XML格式的数据共享可以打破这个壁垒，因此XML标准在物联网领域会得到更广泛的应用。物联网 *** 作系统要内置对XML解析的支持，所有 *** 作系统的配置数据，统一用XML格式进行存储。同时也可对行业自行定义的XML格式进行解析，以完成行业转换功能;
7、支持完善的GUI功能。图形用户界面一般应用于物联网的智能终端中，完成用户和设备的交互。GUI应该定义一个完整的框架，以方便图形功能的扩展。同时应该实现常用的用户界面元素，比如文本框、按钮、列表等。另外，GUI模块应该与 *** 作系统核心分离，最好支持二进制的动态加载功能，即 *** 作系统核心根据应用程序需要，动态加载或卸载GUI模块。GUI模块的效率要足够高，从用户输入确认，到具体的动作开始执行之间的时间(可以叫做click-launch时间)要足够短，不能出现用户点击了确定、但任务的执行却等待很长时间的情况;
8、支持从外部存储介质中动态加载应用程序。物联网 *** 作系统应提供一组API，供不同应用程序调用，而且这一组 API应该根据 *** 作系统所加载的外围模块实时变化。比如在加载了GUI模块的情况下，需要提供GUI *** 作的系统调用，但是在没有GUI模块的情况下，就不应该提供GUI功能调用。同时 *** 作系统、GUI等外围模块、应用程序模块应该二进制分离， *** 作系统能够动态的从外部存储介质上按需加载应用程序。这样的一种结构，就使得整个 *** 作系统具备强大的扩展能力。 *** 作系统内核和外围模块(GUI、网络等)提供基础支持，而各种各样的行业应用，通过应用程序来实现。最后在软件发布的时候，只发布 *** 作系统内核、所需的外围模块、应用程序模块即可。
物联网 *** 作系统集成开发环境的特点
集成开发环境是构筑行业应用的关键工具，物联网 *** 作系统必须提供方便灵活的开发工具，以开发出适合行业应用的应用程序。开发环境必须足够成熟并得到广泛适用，以降低应用程序的上市时间(GTMT)。集成开发环境必须具备如下特点：
1、 物联网 *** 作系统要提供丰富灵活的API，供程序员调用，这组API应该能够支持多种语言，比如既支持C/C++，也支持Java、Basic等程序设计语言;
2、 最好充分利用已有的集成开发环境。比如可以利用Eclipse、Visual Studio等集成开发环境，这些集成开发工具具备广泛的应用基础，可以在Internet上直接获得良好的技术支持;
3、 除配套的集成开发环境外，还应定义和实现一种紧凑的应用程序格式(类似Windows的PE格式)，以适用物联网的特殊需要。通过对集成开发环境进行定制，使得集成开发环境生成的代码，可以遵循这种格式;
4、 要提供一组工具，方便应用程序的开发和调试。比如提供应用程序下载工具、远程调试工具等，支撑整个开发过程。
可以看出，上述物联网 *** 作系统内核、外围模块、应用开发环境等，都是支撑平台，支撑更上一层的行业应用。行业应用才是最终产生生产力的软件，但是物联网 *** 作系统是行业应用得以茁壮生长和长期有效生存的基础，只有具备了强大灵活的物联网 *** 作系统，物联网这棵大树才能结出丰硕的果实。

以下是部分物联网的应有领域

1、工业领域的应用：产品设备管理、能源管理、工业安全生产管理；

2、农业领域的应用：温室环境信息的采集和控制、节水灌溉的控制和管理、环境信息和动植物信息的监测；

3、智能家居领域的应用：家庭智能化、小区智能化和城市智能化三者之间融成一个真正广义的智能控制网络；

4、医疗领域的应用：整合的医疗保健平台、电子健康档案系统；

5、智能交通领域的应用：公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机“一卡通”；

6、物流领域的应用：供应链网络优化、供应链的可视性；

7、智能校园领域的应用：电子钱包、身份识别和银行圈存。

物联网技术应用前景展望

从整个物联网的发展情况来看，物联网目前仍然处在一个规模成长前夜的阶段。要实现规模化的发展，还面临着一系列的挑战和问题，从长远来看，物联网必须在横向整合、纵向深入以及网络优化三个重要问题上取得突破，才能取得物联网的规模化发展。

摘 要 物联网作为一项新兴的技术, 已经引起国内学术界高度重视。针对物联网的发展趋势，介绍了其基本概念和技术背景，以及对所涉及的利益相关者产生安全和隐私的影响。需要采取措施，确保该架构能抵御攻击，进行数据认证，访问控制，建立客户隐私。
关键词 物联网 隐私
中图分类号：C913 文献标识码：A

Talking about the Problems of Internet Things Privacy
HUANG Ling
(College of Electronics and Information Engineering, Nanjing Institute of
Information Technology, Nanjing, Jiangsu 210046)
Abstract IOT(Internet of Things), as an emerging technology, attracts much attention form domestic academia and industry For its trend, this paper describes the basic concept and technical background Its development has an impact on the security and privacy of the involved stakeholders Measures ensuring the architecture"s resilience to attacks, data authentication, access control and client privacy need to be established
Key words Internet of things; privacy

1 物联网：概念和技术背景
物联网（IOT）是一个新兴的基于互联网的信息体系结构，促进商品和服务在全球供应链网络的交流。例如，某类商品的缺货，会自动报告给供应商，这反过来又立即引起电子或实物交付。从技术角度来看，物联网是基于数据通信的工具，主要是RFID（无线电射频识别）标签的物品，通过提供的IT基础设施，促进一个安全和可靠的 “物”的交流的方式。
基于目前普遍的看法，物联网的新的IT基础设施是由EPCglobal和GS1引入的电子产品代码（EPC）。“物”是携带一个特定EPC 的RFID标签的物理对象;基础设施可以给本地和远程的用户提供和查询EPC信息服务（EPCIS）。信息并不完全保存在RFID标签上，通过对象名称解析服务（ONS）的连接和互联。信息可由互联网上的分布式服务器提供，
ONS是权威的（连接元数据和服务），在这个意义上，实体可以拥有―集中―改变对有关EPC信息的控制。从而，该架构还可以作为无处不在的计算的骨干，使智能环境识别和确定对象，并接收来自互联网的资料，以方便他们的自适应功能。
ONS是基于知名的域名系统（DNS）。从技术上讲，为了使用DNS来找到有关物品的信息，该物品的EPC必须转换成DNS可以理解的格式，这是典型的“点”分隔的，由左往右形式的域名。EPC编码语法上是正确的域名，然后在使用现有的DNS基础设施，ONS可以考虑是DNS子集。然而，由于这个原因，ONS也将继承所有的DNS弱点。
2 安全和隐私需求
21 物联网技术的要求
物联网的技术架构对所涉及的利益相关者产生安全和隐私的影响。隐私权包括个人信息的隐蔽性以及能够控制此类信息的能力。隐私权可以看作一个基本的和不可剥夺的人权，或作为个人的权利。用户可能并不知道物体的标签的归属性，并有可能不是声音或视觉信号来引起使用物体的用户注意。因此不需要知道它们个体也可以被跟踪，留下它们的数据或可在其网络空间被追踪。
既然涉及到商业过程，高度的可靠性是必要的。在本文中，对所要求的安全和隐私进行了说明：（1）抗攻击的恢复能力：该系统应避免单点故障，并应自动调节到节点故障；（2）数据验证：作为一项原则，检索到的地址和对象的信息必须经过验证；（3）访问控制：信息供应商必须能够实现对所提供的数据访问控制；（4）客户隐私：只有信息供应商从观察一个特定的客户查询系统的使用可以进行推断，至少，对产品的推断应该是很难进行。
使用物联网技术的民营企业在一般的经营活动将这些要求纳入其风险管理意识中。
22 隐私增强技术（PET）
履行对客户隐私的要求是相当困难的。多项技术已经开发，以实现信息的隐私目标。这些隐私增强技术（PET）的可描述如下。（1）虚拟专用网络（）是由商业伙伴的紧密团体建立的外联网。作为唯一的合作伙伴，他们承诺要保密。但是，这个方案不会允许一个动态的全球信息交换，考虑到外联网以外的第三方是不切实际的。（2）传输层安全（TLS），基于一个全球信托机构，还可以提高物联网的保密性和完整性。然而，每个ONS委派都需要一个新的TLS连接，信息搜索由于许多额外的层将产生负面影响。（3）DNS安全扩展（DNSSEC）的公共密钥加密技术记录资源记录，以保证提供的信息来源的真实性和完整性。然而，如果整个互联网界采用它。DNSSEC只能保证全球ONS信息的真实性。（4）洋葱路由对许多不同来源来编码和混合互联网上的数据，即数据可以打包到多个加密层，使用传输路径上的洋葱路由器的公共密钥加密。这个过程会妨碍一个特定的源与特定的互联网协议包匹配。然而，洋葱路由增加了等待时间，从而导致性能问题。（5）一旦提供了EPCIS私人信息检索系统（PIR）将隐瞒客户感兴趣的信息，然而，可扩展性和密钥管理，以及性能问题，会出现在诸如ONS的一个全球性的接入系统中，这使得这种方法变得不切实际的。（6）另一种方法来增加安全性和保密性是同行对等（P2P）系统，它表现出良好的的可扩展性和应用程序的性能。这些P2P系统是基于分布式哈希表（DHT）的。然而，访问控制，必须落实在实际的EPCIS本身，而不是在DHT中存储的数据，因为这两项设计没有提供加密。在这种情况下，使用普通的互联网和Web服务安全框架，EPCIS连接和客户身份验证的加密可以容易地实现，特别是，客户身份验证可以通过发布共享机密或使用公共密钥来实现。
重要的是，附加到一个对象RFID标签可以在稍后阶段被禁用，以便为客户来决定他们是否要使用标签。 RFID标签可及将其放入保护箔网格而禁用，网格称为“法拉第笼”，由于某些频率的无线电信号不能穿过，或将其“杀”死，如移除和销毁。然而，这两个选择有一定的缺点。虽然将标签放在笼子，相对比较安全的，如果客户需要，它需要每一个产品的每个标签都在笼中。某些标签将被忽略并留在客户那里，她/他仍然可以追溯到。发送一个“杀”命令给标签，留下重新激活的可能性或一些识别的信息在标签上。此外，企业可能倾向于为客户提供奖励机制不破坏标签或暗中给他们标签，不用杀死标签，解散标签和可识别对象之间的连接可以实现。ONS上面的信息可被删除，以保护对象的所有者的隐私。虽然标签仍然可以被读取，但是，关于各人的进一步信息，是不可检索。
此外，由RFID撷取的非个人可识别信息需要透明化。有源RFID可以实时跟踪游客的运动，不用识别哪个游客是匿名的 ；然而，在没有任何限制的情况下收集这些资料是否被传统隐私权的法律涵盖，这一问题仍然存在。
人们对隐私的关心的确是合理的，事实上，在物联网中数据的采集、处理和提取的实现方式与人们现在所熟知的方式是完全不同的， 在物联网中收集个人数据的场合相当多，因此，人类无法亲自掌控私人信息的公开。此外，信息存储的成本在不断降低，因此信息一旦产生， 将很有可能被永久保存，这使得数据遗忘的现象不复存在。实际上物联网严重威胁了个人隐私，而且在传统的互联网中多数是使用互联网的用户会出现隐私问题， 但是在物联网中，即使没有使用任何物联网服务的人也会出现隐私问题。确保信息数据的安全和隐私是物联网必须解决的问题，如果信息的安全性和隐私得不到保证，人们将不会将这项新技术融入他们的环境和生活中。
物联网的兴起既给人们的生活带来了诸多便利， 也使得人们对它的依赖性越来越大。如果物联网被恶意地入侵和破坏，那么个人隐私和信息就会被窃取，更不必说国家的军事和财产安全。国家层面从一开始就要注意物联网的安全、可信、隐私等重大问题，如此才能保障物联网的可持续健康发展。安全问题需要从技术和法律上得到解决。

参考文献
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物联网的应用如下：
1、智能仓库。物联网一个很好的应用。它能准确的提供仓库管理各个环节数据的真实性，对于生产企业，可以根据这个数据合理的把控库存量，调整生产量。物联网中利用SNHGES系统的库位管理功能，可以准确提供货物库存位置，这就大大提高了仓库管理的效率。
2、智能物流。运用条形码、传感器、射频识别技术、全球定位等先进的物联网通信技术，实现物流业运输、仓储、配送、装卸等各个环节的智能化。不仅货物运输更加的自动化，而且作出的全面分析还能及时的处理问题对物流过程作出调整，优化了管理。大大提高了物流行业的服务水平，还节约了成本。
3、智能医疗。利用物联网技术，实现患者和医务人员、医疗机构、医疗设备的互动，实现医疗智能化。物联网医疗设备中的传感器与移动设备可以对患者的生理状态进行捕捉，把生命指数记录到电子健康文件中，不仅自己可以查看，也方便了医生的查阅，实现远程的医疗看病。很好的解决当前的医疗资源分布不均，看病难的问题。
4、智能家庭。物联网的出现让我们的日常生活更加的便捷。不远的将来一台手机，就可以 *** 作家里大多数的电器，查看它们的运行状态。寒冷的冬天，我们可以提前打开家里的空调，回到家就暖暖的。物联网还能准确的定位家庭成员的位置，你再也不用担心孩子跑的找不见人，省心省力。
5、智能农业。物联网在农业中的应用就更加的广泛。监测温湿度，监视土壤酸碱度，查看家禽的状态。在这些数据的支持下，农户就可以合理进行科学评估，安排施肥，灌溉。监测到的天气情况比如降水，风力等又为我们抗灾、减灾提供了依据。提高了产量，降低了减产风险。
6、智能交通。物联网将整个交通设备连在一起。主要是用图像识别为核心技术。可以准确的收集到交通车流量信息，通过信号灯等设备进行流量的控制，这个技术的运用，会让堵车成为历史。管理人员利用这个技术能将道路、车辆的情况掌握的一清二楚，驾驶违章无处可逃，交通事故也能及时的得到处理。人们的出行得到了很大的方便。
7、智能电力。电力工程是一项重大的民生工程，对电网的安全检测是一项必修科目。以南方电网与中国移动通过M2M技术进行的合作为例，因为物联网的运用，使得自动化计量系统开始启动，使得故障评价处理时间得到一倍的缩减。

物联网是互联网基础上的延伸和扩展的网络。
将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。
物联网的应用领域涉及到方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域的应用，有效推动了智能化发展，使得有限的资源更加合理的使用分配，从而提高了行业效率、效益。在家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等与生活息息相关的领域的应用，从服务范围、服务方式到服务的质量等方面都有了极大的改进，大大提高了人们的生活质量。

托普云农研发的标准化、个性化物联网解决方案在吉林梨树县、杭州萧山农科所、金华寿仙谷、南充高坪农牧局、湖北金秋农业、宁夏利通区、四川岳池、赣县国家现代农业示范区、广州徐闻县等地得到广泛推广应用，为当地实现节水农业、智慧农业提供着重要的技术支撑！
例如耕地质量保护大数据平台，通过搭建“1个中心，1个平台、N个应用”的平台建设模式。建一个耕地质量保护大数据中心，汇聚土、水、肥三大耕地质量数据，为耕地质量保护监测、管理、服务、应用提供数据支撑。利用大数据分析，达到精准管理，科学决策，形成指挥耕地新业态，通过大数据平台服务公共，服务管理，转变耕地保护方式。
托普水肥一体化智能灌溉系统，托普水肥一体化自动控制系统由系统云平台、墒情数据采集终端、视频监控、施肥机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间管路等组成。系统可根据监测的土壤水分、作物种类的需肥规律，设置周期性水肥计划实施轮灌。施肥机会按照用户设定的配方、灌溉过程参数自动控制灌溉量、吸肥量、肥液浓度、酸碱度等水肥过程的重要参数，实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，充分提高水肥利用率，实现节水、节肥，改善土壤环境，提高作物品质的目的。该系统广泛应用于大田、旱田、温室、果园等种植灌溉作业。

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