物联网 *** 作系统的体系架构

物联网 *** 作系统的体系架构,第1张

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。

影响物联网IoT实施的最主要因素之一是人才缺口:现有市场供应无法跟上拥有物联网技术的工程师的需求。根据Canonical的研究,大约68%的公司正在努力为他们的物联网项目雇佣开发人员。但技能短缺的另一面是,职业前景对于具有物联网技术的专业人员来说是非常光明的。在这里,我们重点关注物联网中最常用的编程语言,即Java,C,C ++,Python,JavaScript和Go,然后分析专门从事这些语言的专业人员可以获得多少收入。我们还会考虑资历和地点等因素。

作为一个技术强国,美国在IT 薪资标准方面常常成为世界其他国家的基准。以下是根据Payscale的数据对美国顶级物联网IoT编程语言以及相应的开发者薪资数据的简要统计。

美国最热门的物联网编程语言的平均工资统计

平均而言,Java和C开发人员可以获得比物联网中使用其他语言的开发人员更高的薪水,尽管高级Go编程人员的薪水潜力最高、尽管初级和中级Go开发人员与其他同行相比低调,但Skilled Go的开发人员却是业内薪酬最高的开发人员之一。

从Java开始,我们来看看物联网IoT中最流行的编程语言的平均薪水。

Java:物联网技术最流行的编程语言

Java有多个应用领域,从后端编程到Android的移动应用。根据 Eclipse基金会执行的2017年物联网开发者调查,Java首次提供了用于物联网开发的编程语言列表,专门用于网关和云。

使用Java进行物联网开发的一个主要好处是便携性。Java没有任何硬件限制,这意味着您可以在计算机上编写和调试Java代码,并将其部署到几乎任何运行Java虚拟机的设备上。出于这个原因,许多公司选择聘请Java开发人员进行物联网项目。

根据Payscale的数据,美国Java开发者的平均薪水约为88万美元。瑞士的Java开发者的平均收入较高,每年约为96,000美元。与此同时,英国和以色列的Java开发人员的平均薪水则明显较低,分别为4万5千美元和33万美元。

Java开发人员的平均工资

但是,Java开发人员的平均工资可能不具代表性,因为根据相关技术人员的经验和资历,个人薪酬差别很大。例如,从Java初级到高级Java开发人员的薪酬跳跃在美国是66万美元到97万美元,在英国是从41,000美元到61,000美元。

Java在美国和英国的平均初级,中级和高级Java开发人员工资

我们对美国Java开发者工资的研究表明,不同州的平均薪水可能远高于全国平均水平。例如,加利福尼亚州的开发人员对美国开发人员的平均薪水最高(133万美元)。这一事实在很大程度上是该州IT总体高技能需求的一个功能。

C:嵌入式设备的关键编程语言

C编程语言接下来成为物联网IoT堆栈最喜欢的语言。然而,根据Eclipse基金会的说法,它被认为是受限设备开发的领先技术。

该编程语言提供对低级硬件API的直接访问。由于其与机器语言的相似性,C非常快速且灵活,使其成为处理能力有限的物联网系统的完美选择。

与Java类似,C开发人员的薪酬在世界各地差异很大。在美国,C开发人员每年可赚取约10万美元,而在瑞士,C开发人员的平均年薪为92,000美元。在我们分析的国家中,C专家的最低工资在英国。据Payscale称,英国年平均C开发人员薪水仅略高于4万美元。

C开发人员的平均工资。来源:Payscale

C级初级和高级开发人员的薪酬差异也很大。高级C开发人员的收入几乎是美国和英国入门级员工的两倍。

C在美国和英国的初级,中级和高级C开发人员的平均工资

C ++:Linux的第一语言

与其前身C一样,C ++已广泛用于嵌入式系统开发。但是,C ++的主要优势在于处理能力,在任务更加复杂时使其成为C的有用替代方案。

C ++最适合编写硬件特定的代码。它可与Linux,第一大物联网技术 *** 作系统配合使用。但是,与Java相比,它具有有限的可移植性。

与C开发人员相比,C ++工程师的薪水更低。我们的研究发现,C ++开发人员在以色列和丹麦的预计收入约为82-86,000美元,而在美国,这个数字仅为71,000美元。

平均C ++开发人员工资统计。来源:Payscale

然而,尽管美国的C ++开发人员平均费用较低,但经验丰富的专家在职业生涯后期可以达到六位数。

美国和英国的初级,中级和高级C ++开发人员的平均工资。

Python:面向数据的物联网系统的解决方案

作为最受欢迎的网络编程语言之一,以及科学计算的前沿技术,Python在物联网开发中也获得了巨大的推动力。 对于数据密集型应用程序,Python是一个不错的选择,特别是在管理和组织复杂数据时。

此外,由于语言的清晰语法,用Python编写的源代码非常紧凑且非常易读。这对于计算能力和内存有限的小型设备来说效果特别好,尽管速度不如C / C ++快。

美国的平均Python开发人员薪水约在71k美元左右,而拥有类似技能的开发人员则分别在以色列和瑞士分别可以获得约68-67k的薪水。

Python开发人员的平均工资。来源:Payscale

与其他一样,初级和高级Python开发人员之间的薪酬差距很大。

美国和英国的平均初级,中级和高级Python开发人员薪水

仔细观察数据显示,尽管全国平均水平相对较低,但在美国,Python开发人员的薪水可能会非常高。由于开发商需求迫切,供应量有限,某些州的薪酬可能高达14万美元。传统上,加利福尼亚州是为技术专家提供最高工资的州之一。当地的Python开发人员平均赚取了大约135万美元。

JavaScript:事件驱动物联网应用的最佳解决方案

根据年度StackOverflow开发者调查显示,JavaScript是过去五年来最流行的编程语言之一,是现代Web开发中的核心技术。

在许多其他应用领域中,JavaScript是物联网编程语言中最常用的构建事件驱动系统。它可以管理连接设备的大型网络,并且在需要处理多个任务而无需等待其他任务完成时可以胜任。JavaScript对IoT的主要优势之一是非常节约资源。

随着IBM和三星等主要公司在他们的物联网项目中积极采用JavaScript(即Nodejs),对具有物联网(IoT)体验的JavaScript开发人员的需求仍然很高。这意味着能够全面的提高薪水。

瑞士的JavaScript开发者平均可以赚取约96k美元。令人惊讶的是,美国JavaScript专家的平均薪水要低得多,开发者可以得到69万美元。

全球JavaScript开发人员的平均工资。来源:Payscale

不同州之间的薪资数据差别很大:例如,研究发现,康涅狄格州,马萨诸塞州,加利福尼亚州和纽约州是JavaScript开发者收入最高的美国州,平均薪资介于10万美元至14万美元之间。

同样,根据经验,JavaScript开发人员的工资差别很大:美国的专业JavaScript开发人员平均可赚取10万美元,英国则可赚取6万美元左右。

美国和英国的平均初级,中级和高级JavaScript开发人员工资

Go:坚固的技术堆栈为复杂的物联网网络提供动力

Go是一款开源编程语言,由Google创建。尽管它不能像语言那样拥有同样广泛的用途,但我们之前专注于这一点,它是在您的物联网系统内建立通信层的强大技术。

Go语言关于物联网的主要优势是并发性和同时运行多个进程(数据输入和输出)的能力。这使得构建由多个传感器和设备组成的复杂IoT网络变得更加容易。

虽然它已被评为美国最高收入技术(根据最新的StackOverflow开发者调查),但美国的Go平均薪水相当平稳 - 约为73,000美元,而英国则为43,000美元。

根据最近的调查显示,由于全球Go开发者工资数据不足,我们将重点关注美国和英国这些Go开发者人数最多的国家的薪水。

在美国和英国的平均Go开发者工资。来源:Payscale

高技能的Go开发者在美国可以获得高达14万美元的收入 - 几乎是初级Go程序员的三倍,是英国高级Go开发者的两倍。

在美国和英国的平均初级,中级和高级Go开发人员工资

结论

正如我们所看到的,物联网中最热门编程语言的开发人员的工资差别很大,并且取决于许多关键方面。为了理解这些信息,重要的是要看到更大的空间,并能够识别现有的市场趋势。

以上由物联传媒提供,如有侵权联系删除

物联网设备是非标准计算设备,可无线连接到网络并具有传输数据的能力。物联网涉及将互联网连接范围从台式机,笔记本电脑,智能手机和平板电脑之类的标准设备扩展到任何范围的传统“哑”或未启用互联网的物理设备和日常物品。这些设备嵌入了技术,可以通过Internet进行通信和交互。它们也可以被 远程监视和控制。

连接的设备是生态系统的一部分,在该生态系统中,每个设备都与环境中的其他相关设备通信以自动执行家庭和行业任务。他们可以将可用的传感器数据传达 给用户,企业和其他预期的各方。这些设备可以分为三大类:消费类,企业类和工业类。

消费者连接的设备包括智能电视,智能扬声器,玩具,可穿戴设备和智能电器。例如,在 智能家居中,设备旨在感应和响应人的存在。当一个人回到家中时,他们的汽车与车库连通以打开门。进入室内后,温度调节器已经被调整到其首选温度,并且照明设置为较低的强度和颜色,因为他们的智能手表数据表明这是一个充满压力的日子。其他智能家居设备包括根据天气预报调整洒水量的洒水装置和了解最经常清洁房屋区域的机器人真空吸尘器。

企业物联网设备是旨在供企业使用的边缘设备。有各种各样的企业物联网设备可用。这些设备的功能各不相同,但往往倾向于维护设施或提高运营效率。一些选项包括智能锁,智能恒温器,智能照明和智能安全性。这些技术的消费者版本也存在。

在企业中,智能设备可以帮助举行会议。位于会议室中的智能传感器可以帮助员工确定和安排会议可用的房间,确保可以使用合适的房间类型,大小和功能。当与会人员进入会议室时,温度将根据占用情况进行调整,随着屏幕上适当的PowerPoint加载,灯光将变暗,并且演讲者开始演示。

消费者,企业和工业物联网设备的示例包括装配在会议室和装配线机器上的智能电视和智能传感器。

工业物联网设备旨在用于工厂或其他工业环境。大多数工业物联网设备是用于监视装配线或其他制造过程的传感器。来自各种类型传感器的数据将传输到监视应用程序,以确保关键流程处于最佳运行状态。这些相同的传感器还可以通过预测何时需要更换零件来防止意外停机。

如果发生问题,系统可能能够将通知发送给服务技术人员,以告知他们出了什么问题以及解决问题所需的部件。这样可以避免技术人员到现场诊断问题,然后再去仓库获取解决问题所需的零件。

物联网设备如何工作?

物联网设备在功能方面有所不同,但是物联网设备在工作方式上有一些相似之处。首先,物联网设备是旨在以某种方式与现实世界进行交互的物理对象。该设备可能是装配线上的传感器或智能监控摄像头。无论哪种情况,设备都可以感知物理世界中正在发生的事情。

该设备本身包括集成的CPU,网络适配器和固件,通常在开放源代码平台上构建。在大多数情况下,物联网设备连接到动态主机配置协议服务器,并获取该设备可用于在网络上运行的IP地址。某些物联网设备可通过公共互联网直接访问,但大多数设计为仅在专用网络上运行。

尽管不是绝对要求,但许多物联网设备是通过软件应用程序配置和管理的。但是,某些设备具有集成的Web服务器,因此不需要外部应用程序。

物联网设备配置并开始运行后,其大部分流量就出站了。例如,安全摄像头可传输视频数据。同样,工业传感器流式传输传感器数据。但是,某些物联网设备(例如智能灯)确实接受输入。


欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出

原文地址: http://outofmemory.cn/dianzi/13321649.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
上一篇 2023-07-14
下一篇 2023-07-14

发表评论

登录后才能评论

评论列表(0条)

保存