什么是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的操作系統(tǒng)

工控領(lǐng)域的思維正在改變，IT（信息技術(shù)）與OT（運(yùn)營(yíng)技術(shù)）的融合逐步發(fā)生，但步履滯緩。那么，IT與OT的融合到底該如何逐步實(shí)現(xiàn)？有時(shí)后退一步是為了前進(jìn)兩步，從融合的“反面”進(jìn)行思考，先做拆解和分離，從“解耦”到“封裝”，再到逐步“融合”，也許是適合從經(jīng)典工業(yè)控制走向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展道路。

在文中你將看到：

1、什么是“解耦”思維？為什么說(shuō)操作系統(tǒng)或者物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是解耦思維的集大成者？

2、什么是物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)？

3、解耦之后，物聯(lián)網(wǎng)硬件能否實(shí)現(xiàn)“公板公模”？

退一步海闊天空

人們常說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)賺不了快錢(qián)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)涉及到IT（信息技術(shù)）、CT（通信技術(shù)）和OT（運(yùn)營(yíng)技術(shù)）多個(gè)領(lǐng)域的有機(jī)交融，時(shí)間和積累的深度難有超車捷徑。

首先比較一下代表CT的通信行業(yè)和代表IT的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。為什么通信行業(yè)的發(fā)展慢，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)能快速演進(jìn)迭代？很大程度的原因在于：標(biāo)準(zhǔn)的力量。通信行業(yè)有互聯(lián)互通的基本訴求，所以它的發(fā)展要基于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要多方協(xié)調(diào)統(tǒng)一，周期長(zhǎng)、成本高。而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是在開(kāi)放的通信技術(shù)以及通達(dá)全球的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，具備一點(diǎn)接入服務(wù)全球的能力，沒(méi)必要與其他企業(yè)互聯(lián)互通，最多就是做一些接口標(biāo)準(zhǔn)和API，所以更能快速迭代、迅速擴(kuò)張。

而與CT通信技術(shù)相比，OT需要深入到工業(yè)領(lǐng)域，涉及到實(shí)體經(jīng)濟(jì)中身量更重的一個(gè)部分。OT的縱深層次很多，從控制中心、工程師站，向下到交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、控制器，再向下到變頻器、驅(qū)動(dòng)器，然后再向下到傳感器、執(zhí)行單元、儀器儀表、終端設(shè)備…產(chǎn)品多、組合多、鏈條長(zhǎng)，因此互聯(lián)互通的難度更大，周期更長(zhǎng)，成本更高。

因此談到物聯(lián)網(wǎng)，往往與之相關(guān)的形容詞是“碎片化”和“術(shù)業(yè)有專攻”。無(wú)論是底層的連接還是上層的應(yīng)用服務(wù)，都特別強(qiáng)調(diào)專業(yè)化，但他們又扎根于不同的專業(yè)，即便是一家企業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施全面布局，也會(huì)將任務(wù)分派給OT、CT、IT等不同團(tuán)隊(duì)。

如何將他們拼接起來(lái)，讓他們彼此融合？正如文初所講，退一步海闊天空，先讓他們彼此拆解和分離，做到資源和協(xié)作的最大化分離，即——“解耦”。

過(guò)去做硬件的人不用管軟件，但是做軟件的人必須兼顧，既看硬件又編軟件。然而有了操作系統(tǒng)之后，軟硬件彼此“解耦”，做軟件的人可以不看硬件了。這并不是誰(shuí)強(qiáng)誰(shuí)弱，也不是誰(shuí)重要誰(shuí)不重要的問(wèn)題，而是大家通過(guò)實(shí)踐形成了共同遵守的共識(shí)。

提到操作系統(tǒng)，第一時(shí)間我們就會(huì)想到運(yùn)行在電腦上的Windows、Linux，想起運(yùn)行在手機(jī)上的安卓和iOS。這些程序直接運(yùn)行在“裸機(jī)”設(shè)備的最低層，搭建起其他軟件、應(yīng)用運(yùn)行的環(huán)境與基礎(chǔ)。得益于操作系統(tǒng)的興起、完善，才促成了軟件與應(yīng)用的興起，鑄就了輝煌的PC時(shí)代與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

眾所周知，以安卓為代表的操作系統(tǒng)，通過(guò)虛擬抽象層實(shí)現(xiàn)了硬件和軟件的分離和解耦，即所有的軟件和應(yīng)用開(kāi)發(fā)者只需根據(jù)操作系統(tǒng)提供的編程接口，開(kāi)發(fā)出的應(yīng)用軟件就可以運(yùn)行在所有基于該操作系統(tǒng)的設(shè)備上，而無(wú)需考慮設(shè)備中各類硬件配置。

這里所說(shuō)的“解耦”，其實(shí)是在硬件抽象基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)化，不是軟件與硬件工程師之間不溝通、不交流了，而是因?yàn)樗麄儽舜艘呀?jīng)溝通充分，定義好了彼此之間的溝通邊界和交互平面，形成共識(shí)。而這種共識(shí)已經(jīng)固化成為標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣，所以不需要再重復(fù)溝通。

如果我們能夠參照這種思路，做到從現(xiàn)在的做OT的人不用管IT，但是做IT的人必須看OT，轉(zhuǎn)變?yōu)樽鯥T的人不用看OT了，那么就實(shí)現(xiàn)了IT與OT層面的解耦，從而創(chuàng)造了IT與OT融合的第一個(gè)必要條件。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

當(dāng)然，在物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)虛擬化進(jìn)行“解耦”的過(guò)程中面臨重大挑戰(zhàn)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)不僅涉及上述IT、OT、CT不同領(lǐng)域，還涉及云、邊、端多個(gè)層級(jí)。安卓操作系統(tǒng)中的“硬件虛擬抽象層”在手機(jī)中只涉及一層，而要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中“物理世界的抽象層”，則要復(fù)雜得多。這點(diǎn)我們?cè)诒疚牡牡冖诓糠衷龠M(jìn)行詳細(xì)論述。

操作系統(tǒng)的“解耦”思維體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代便是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，物聯(lián)網(wǎng)中的操作系統(tǒng)就是平臺(tái)。未來(lái)將有數(shù)萬(wàn)億的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)規(guī)律將發(fā)揮重要作用，盡最大努力獲取更多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備支持是操作系統(tǒng)或者物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)推廣的關(guān)鍵。

誰(shuí)的解耦更徹底，誰(shuí)的使用更便捷，誰(shuí)的生態(tài)更豐富，誰(shuí)便最有機(jī)會(huì)觸發(fā)平臺(tái)、工程師與用戶之間的“正反饋”。操作系統(tǒng)或者物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用更順手，工程師們就會(huì)更愿意使用，讓平臺(tái)上的應(yīng)用更加豐富，從而吸引更多的用戶使用，在正反饋的激勵(lì)下，圍繞平臺(tái)的生態(tài)圈自然越來(lái)越大。以此往復(fù)，良性循環(huán)。

物理世界的抽象層

操作系統(tǒng)并不是科技領(lǐng)域的獨(dú)創(chuàng)，人類自古以來(lái)就建立了自己的操作系統(tǒng)，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步，操作系統(tǒng)的含義也在不斷演進(jìn)。

什么是人類的操作系統(tǒng)？是法律、是規(guī)則、是宗教。這些操作系統(tǒng)中的指令通過(guò)人與人之間組成的社會(huì)關(guān)系，層層分發(fā)，層層下達(dá)。

什么是PC和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的操作系統(tǒng)？是Windows、是Linux、是安卓、是iOS。這些操作系統(tǒng)調(diào)度的是PC或者手機(jī)中的計(jì)算和存儲(chǔ)資源。

那么，什么是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的操作系統(tǒng)？這里要警惕了：可不要簡(jiǎn)單局限于“端側(cè)操作系統(tǒng)”。不是AliOS Things，不是Lite OS，不是FreeRTOS，或者說(shuō)不完全是，這幾個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)只是完成了物理硬件的抽象，并不是物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)調(diào)度“物體”本身，因此它很可能將融合人類操作系統(tǒng)與PC時(shí)代操作系統(tǒng)的兩種形態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)對(duì)“物體”的調(diào)度過(guò)程通過(guò)層層分發(fā)、層層下達(dá)，通過(guò)調(diào)度云、邊、端，不同層級(jí)中不同設(shè)備的計(jì)算資源而實(shí)現(xiàn)。

因此，物聯(lián)網(wǎng)中的操作系統(tǒng)涉及到芯片層、終端層、邊緣層、云端層等多個(gè)層面。單一層次的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與安卓在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位和作用類似，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件與智能終端硬件的解耦。就像在安卓的生態(tài)環(huán)境中，開(kāi)發(fā)者基本不用考慮智能終端的物理硬件配置，只需根據(jù)安卓的編程接口編寫(xiě)應(yīng)用程序，就可以運(yùn)行在所有基于安卓的智能終端上一樣，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的作用也是如此。

上述提到的幾種嵌入式操作系統(tǒng)，AliOS Things、Lite OS、FreeRTOS…是物理硬件到數(shù)字世界的第一道轉(zhuǎn)換，它們是邊緣側(cè)的“解耦思維”承載體，其上還要經(jīng)過(guò)多道轉(zhuǎn)換，才完成了物理世界到數(shù)字世界的整個(gè)鏡像，也才能構(gòu)成完整的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。

理解物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)，必須提到CPS。對(duì)CPS有充分理解，是做好物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，目前在智能交通領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)初具雛形。我們以地鐵為例，地鐵交通網(wǎng)中的信號(hào)系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)，是局部相對(duì)成型的CPS系統(tǒng)，每一輛地鐵用車都是由計(jì)算機(jī)調(diào)度，調(diào)度分配給每臺(tái)車輛的軌道資源。如果將軌道看作是CPU處理器，車輛便是線程，類似PC時(shí)代操作系統(tǒng)的模式。而構(gòu)成整個(gè)地鐵物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)，需要云端、邊緣、芯片各個(gè)層面的操作系統(tǒng)互相協(xié)同，將物理世界通過(guò)層層“解耦”，抽象提取到數(shù)字世界。

因?yàn)镻C和智能手機(jī)多為標(biāo)準(zhǔn)化的硬件配置，其操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化和批量復(fù)制難度不大，而物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備多樣化和碎片化的特征，硬件資源常被約束在不同且不相通的多重環(huán)境中，對(duì)單個(gè)層面操作系統(tǒng)的伸縮性和靈活性提出了極高要求。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

例如對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)景豐富的智能手表和僅需具備簡(jiǎn)單通訊、調(diào)度功能的計(jì)量終端，其操作系統(tǒng)量級(jí)應(yīng)該差別很大，可能是從幾KB到幾十MB之間無(wú)規(guī)律伸縮。

目前多種物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)并存，同一層面中的操作系統(tǒng)由于演進(jìn)路徑不同，造成較大差異。

例如對(duì)于終端層的操作系統(tǒng)，便呈現(xiàn)出兩種技術(shù)路線：一是基于安卓等操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪和定制，二是在傳統(tǒng)RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能。因此物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域尚未形成像PC和手機(jī)市場(chǎng)那樣，僅有少數(shù)幾種操作系統(tǒng)的局面，不管硬件使用哪種系統(tǒng)，都不會(huì)形成使用障礙，只是性能不同而已。

因此在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，尤其需要操作系統(tǒng)屏蔽物聯(lián)網(wǎng)底層硬件碎片化差異，提供統(tǒng)一的編程接口，降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的門(mén)檻、成本和時(shí)間。為了應(yīng)對(duì)嚴(yán)重的碎片化現(xiàn)狀，采用“分而治之”的方法論，通過(guò)操作系統(tǒng)觸發(fā)的軟硬件分離與解耦可能將在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中顯現(xiàn)價(jià)值——更易復(fù)制，從而加快規(guī)模化進(jìn)程。

“公板公模”能否成真？

操作系統(tǒng)通過(guò)將軟硬件解耦，完成的重大使命是令硬件開(kāi)發(fā)廠商可以降低底層投入，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化和智能化并快速量產(chǎn)。

操作系統(tǒng)作為軟硬件之間的解耦平面和接口，使得硬件標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制的行為變得可行。操作系統(tǒng)的另外一個(gè)價(jià)值，是能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)硬件的通用和軟件的復(fù)用，提升定制化軟件的開(kāi)發(fā)效率，降低復(fù)用成本、激活復(fù)用情景。

在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，軟件和硬件模塊復(fù)用性低是大家普遍面臨的難題。尤以工業(yè)場(chǎng)景為甚，硬件型號(hào)極端碎片化，工業(yè)APP被重復(fù)使用的次數(shù)相對(duì)較低，可以說(shuō)是低到慘不忍睹?，F(xiàn)實(shí)的情況往往是一個(gè)工業(yè)APP被客制化的次數(shù)非常多，而被重復(fù)使用的次數(shù)又非常低，無(wú)法通過(guò)多次復(fù)用攤薄使用成本，幾乎形成了一個(gè)死循環(huán)。

如果這個(gè)問(wèn)題不解決，設(shè)備的大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)很難實(shí)現(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)本身是“系統(tǒng)的系統(tǒng)”，勢(shì)必涉及到產(chǎn)品與系統(tǒng)之間“車同軌、書(shū)同文”的工作，涉及到大量的“解耦”工作，通過(guò)不同層面的操作系統(tǒng)，將硬件相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化，更多定制化功能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。

回顧PC和手機(jī)的發(fā)展歷程，都會(huì)看到硬件標(biāo)準(zhǔn)化，更多功能由軟件定義的發(fā)展歷程。

自從世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC在上個(gè)世紀(jì)四十年代誕生以來(lái)，PC經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路等數(shù)個(gè)階段。ENIAC雖是第一臺(tái)通用意圖的計(jì)算機(jī)，但由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠彈性化，導(dǎo)致它每計(jì)算一道新的題目，都需要重新修改電路。隨后從馮?諾伊曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開(kāi)始，計(jì)算機(jī)科學(xué)才慢慢演變?yōu)橛布蛙浖刹糠?。如今發(fā)展到硬件通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，由軟件實(shí)現(xiàn)文字處理和圖形圖像等豐富功能的階段。

智能手機(jī)的硬件通用化，軟件定制化特征則更為明顯。當(dāng)年蘋(píng)果一款手機(jī)便擊敗了諾基亞擁有的眾多型號(hào)，因?yàn)樘O(píng)果率先從戰(zhàn)略上認(rèn)識(shí)到了在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)階段，硬件的標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)、操作系統(tǒng)的重要性，以及手機(jī)應(yīng)用程序的作用。就這樣手機(jī)進(jìn)入了硬件高度一致化，通過(guò)應(yīng)用商店中種類繁多的各種軟件滿足用戶個(gè)性化需求的新階段。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，通過(guò)少數(shù)幾種公板公模，實(shí)現(xiàn)硬件標(biāo)準(zhǔn)化的做法，是否能夠成真呢？

至少很多企業(yè)已經(jīng)看到了這個(gè)趨勢(shì)，朝著類似的方向在努力。比如汽車領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)鏈的變革正在發(fā)生，通過(guò)蘋(píng)果、谷歌、特斯拉等公司的推動(dòng)，現(xiàn)在汽車正在變得越來(lái)越像一部裝了四個(gè)輪子的智能手機(jī)，使用較少的車型，通過(guò)車載操作系統(tǒng)，用大量的個(gè)性化軟件實(shí)現(xiàn)眾多的功能。

至于其它領(lǐng)域，讓我們等待時(shí)間去驗(yàn)證。

最后，衷心感謝阿里云首席智聯(lián)網(wǎng)科學(xué)家丁險(xiǎn)峰、華為軟件首席戰(zhàn)略規(guī)劃專家寧宇在成文過(guò)程中對(duì)我的大力支持。

本文小結(jié)：

這里所說(shuō)的“解耦”，其實(shí)是在硬件抽象基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)化，不是軟件與硬件工程師之間、IT與OT工程師之間不溝通、不交流了，而是因?yàn)樗麄儽舜艘呀?jīng)溝通充分，定義好了彼此之間的溝通邊界和交互平面，形成共識(shí)。

物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)調(diào)度“物體”本身，而這種調(diào)度過(guò)程通過(guò)層層分發(fā)、層層下達(dá)，通過(guò)調(diào)度云、邊、端，不同層級(jí)中不同設(shè)備的計(jì)算資源而實(shí)現(xiàn)。

很多企業(yè)已經(jīng)看到了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域公板公模的趨勢(shì)，朝著同樣的方向在努力。