g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

IoT işletim sistemlerinin derinlemesine analizi

Nesnelerin İnterneti'nin temel özellikleri

Bağlan

Sözde bağlantı, belirli bir ağ teknolojisi aracılığıyla birleşik bir ağa bağlanabilen çeşitli terminal cihazlarını ifade eder. Herhangi bir terminal birbirine erişebilir. Gelecekteki 5G, iletişim ağı mimarisi yeniden yapılandırması vb. Dahil olmak üzere yeni nesil temel iletişim ağları, Nesnelerin İnterneti için her yerde bulunan bir bağlantı ağı sağlamanın temel hedefidir. Şu anda, birçok üretici Google'ın iş parçacığı / dalgası, Huawei'nin Hi-Link ve NB-IoT gibi çözümleri piyasaya sürdü.

Geleneksel Nesnelerin İnterneti bağlantısı, aşağıda gösterildiği gibi, Nesnelerin İnterneti terminal cihazı ile Nesnelerin İnterneti bulut platformu arasındaki bağlantıyı ifade eder:

Bu modda IoT cihazları, WiFi, Ethernet, BLE, Zigbee ve diğer teknolojiler gibi çeşitli bağlantı teknolojileri aracılığıyla buluttaki IoT platformuna bağlanır. Bunun sadece mantıksal bir yapı olduğu unutulmamalıdır.Fiziksel olarak IoT cihazları, bulut platformuna bağlanmadan önce bir IoT ağ geçidine ihtiyaç duyabilir. Zigbee, BLE, Z-Wave, NFC vb. Gibi birçok bağlantı teknolojisi İnternet üzerinde bulunan IoT bulut platformuna doğrudan bağlanamadığından. Bu teknolojilerin iletişim aralığı, ev, ofis vb. Gibi küçük bir yerel alan ağıdır. İnternete bağlanan teknoloji genellikle WiFi, Ethernet, 2/3 / 4G ve diğer ağ teknolojileridir. Çoğu IoT cihazı bu bağlantı için destek sağlayamaz. Bu nedenle, bu GAP'yi telafi etmek ve farklı teknolojiler arasındaki dönüşümü tamamlamak için bir IoT ağ geçidine ihtiyaç vardır. Aşağıdaki şekil, IoT ağ geçidinin işlevini ve ağ konumunu göstermektedir:

IoT ağ geçitleri genellikle nispeten güçlü bilgi işlem yeteneklerine, zengin ağ arayüzlerine ve mesajların veya verilerin toplanma ve ayrıştırma işlevlerine sahiptir.

Bu bağlantı modunda, IoT bulut platformu tüm IoT terminal cihazlarının "beyni" dir ve bulut platformu, IoT terminalinin davranışını eşit şekilde yönlendirir.Bu bağlantı kesilirse, IoT terminali bir kayıp olacak ve kontrolü tamamen kaybedecektir. .

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, daha ideal bir bağlantı, IoT cihazları arasında yerel bir doğrudan bağlantı olmalıdır:

Bulut platformu ile bağlantı korunurken IoT cihazları arasındaki bağlantı da kurulur. Bunun avantajı, bulut platformuna bağlantı kesildiğinde, IoT terminalinin hizmet sağlamaya devam etmek için yerel terminal bağlantısını kullanabilmesidir. Aynı zamanda IoT cihazları arasında yerel iletişim ve iletişim buluta gitmek yerine doğrudan yerel bağlantı üzerinden tamamlanır.

Bu "bulut bağlantısı" artı "yerel bağlantı" modelini gerçekleştirmek için IoT cihazlarının mesaj röle işlevlerini desteklemesi gerekir. Yani IoT cihazı, başka bir IoT cihazının mesajını veya verilerini bulut platformuna iletebilir ve aynı zamanda bulut platformundan gönderilen verileri başka bir IoT cihazına aktarabilir.

İşbirliği

İşbirliği, ağa bağlı herhangi bir cihazın öğrenme yoluyla kendisinin ve diğer tarafın yeteneklerini ve durumunu gerçek zamanlı olarak anlayabileceği ve belirli giriş koşullarına veya belirli çevresel koşullara göre birden çok cihazla etkin bir şekilde etkileşime girip koordinasyon sağlayabileceği anlamına gelir. Tek bir cihazın yapamayacağı bir tür işi tamamlamak için çalışın. İşbirliği, Nesnelerin İnternetinin özü ve özüdür. Sinerji şu yönlerden ortaya çıkıyor:

IoT cihazları arasında otomatik keşif, özellikle farklı işlevlerin ve farklı cihaz türlerinin birbirini nasıl keşfedebileceği. Örneğin akıllı ulaşım alanında, bir araba bir sokak lambasına yaklaştığında, sokak lambasını hızlı bir şekilde bulabilmeli ve temas kurabilmelidir. Bu şekilde, sokak lambaları, sinyal lambalarının yanıp sönme zamanını, kendileriyle temas kuran araçların sayısına göre esnek bir şekilde programlayabilir;

IoT cihazları arasındaki yeteneklerin etkileşimi. Cihazlar ancak birbirlerinin yeteneklerini ve karşı tarafın neler yapabileceğini anladığında etkili etkileşim ve işbirliği sağlayabilir. Çinliler arasındaki "ilişkiyi bulmaya" benzer şekilde, yalnızca karşı tarafın ne yaptığını ve hangi yeteneklere sahip olduklarını bilerek, amaca ulaşmak için birlikte işbirliği yapmak için bilinçli bir şekilde "bir istek başlatabilirler";

Yeni IoT cihazlarının veya işlevlerinin otomatik olarak yayılması. Örneğin, bir yerel alan ağında (akıllı ev), yeni bir işlevsel cihaz eklenir ve bu yeni cihazın mümkün olan en kısa sürede orijinal cihaza "entegre edilmesi" gerekir. Bu, kendi yeteneklerini yayınlayabilen bir mekanizmayı da içerir.Aynı zamanda, orijinal ekipman aynı zamanda yeni eklenen ekipmanın işlevlerini ve rollerini hızlı bir şekilde "anlayabilmeli", böylece gelecekte birleşik bir duruma ulaşabilir.

akıllı

İstihbarat, belirli koşullara ve ortamlara göre kendi kendini düzenleme ve sürekli öğrenme yoluyla sürekli olarak optimize etme ve iyileştirme ve insanlığa daha "insanca" hizmet etme yeteneği gibi "insan benzeri" Nesnelerin İnterneti cihazlarının zekasını ifade eder.

IoT cihazları yalnızca birbirine bağlıysa, uzaktan kontrol edilebilirse ve insanların komutlarına pasif bir şekilde itaat ederse, gerçek bir IoT olarak değil, yalnızca bir "kontrol ağı" olarak değerlendirilebilir. İdeal hedef, IoT cihazlarının kendi kendine öğrenme yeteneklerine sahip olması, geçmiş deneyim veya verileri biriktirerek geleceği tahmin edebilmesi ve insanlara daha akıllı hizmetler sunmasıdır. Bu tür bir "makine öğrenimi" yeteneğinin IoT işletim sisteminin bir parçası olması gerektiğine ve kernelde yerleşik olan ve uygulama geliştiricileri veya cihaz geliştiricileri tarafından çağrılan bazı temel hizmetlere veya API'lere soyutlanabilmesi gerektiğine inanıyoruz.

Dahası, bu tür bir makine öğrenimi hizmeti sadece terminal işletim sisteminde bulunan bir kod parçası değil, aynı zamanda büyük bir arka plan ile desteklenmelidir. Arka planda çok sayıda hesaplama ve tahmin işlevi yürütülür. Terminalde yalnızca basit hesaplamalar ve sonuçlar yürütülür. Bu şekilde, terminal ve arka plan yazılımı, etkili iş bölümü, işbirliğine dayalı hesaplama ve düzenli yürütme ile, Nesnelerin İnternetini destekleyen dijital bir sinir oluşturan dağıtılmış bir bilgisayar ağı oluşturur.

IoT işletim sisteminin genel mimarisine genel bakış

Nesnelerin İnterneti işletim sistemi, Nesnelerin İnterneti'nin büyük ölçekli gelişimini destekleyen temel yazılımdır. Yukarıda özetlenen Nesnelerin İnterneti'nin temel özelliklerine göre, işletim sisteminin ana işlevleri ve hiyerarşik yapısı ile birlikte, Nesnelerin İnterneti işletim sisteminin genel mimarisini şu şekilde özetliyoruz:

Genel olarak, Nesnelerin İnterneti işletim sistemi, işletim sistemi çekirdeği, çevresel işlevsel bileşenler, Nesnelerin İnternetinin işbirlikçi çerçevesi, genel bir istihbarat motoru ve entegre bir geliştirme ortamı gibi birkaç ana alt sistemden oluşur. Bu alt sistemler, çeşitli IoT uygulama senaryoları için eksiksiz bir yazılım temel platformu oluşturmak üzere birbirleriyle işbirliği yapar. Bu alt sistemler arasında belirli bir düzeyde bağımlılık olduğu unutulmamalıdır.Örneğin, çevresel işlevsel bileşenlerin IoT işletim sisteminin çekirdeğine bağlı olması, IoT işbirliği çerçevesinin çevresel işlevsel bileşenlere dayanması ve ortak zeka motorunun alt katmana bağlı olması gerekir. Nesnelerin İnterneti'nin temel, çevresel işlevsel bileşenleri ve hatta işbirlikçi çerçevesi. Bu mimari diyagramda, bu hiyerarşik bağımlılık da yansıtılmaktadır.

Google'ın Brillo, Linux Open Foundation'ın Ostro projesi ve HelloX projesi gibi mevcut ana akım IoT işletim sistemlerinin tümü böyle bir çerçeveyi takip ediyor. Bu alt sistemlere kısa bir giriş aşağıda verilmiştir.

IoT işletim sistemi çekirdeğine genel bakış

Çekirdek, herhangi bir işletim sisteminin temel bileşenidir.İşletim sisteminin temel işlevleri ve çekirdek mekanizmalarının tümü, çekirdekte uygulanır. Çekirdek iş parçacığı / görev yönetimi, bellek yönetimi, çekirdek güvenliği ve senkronizasyon mekanizmaları gibi. Çoğu işletim sisteminin çekirdeği işlev açısından çok farklı olmasa da, bu özel işlevlerin gerçekleştirilmesi açısından, farklı alanlara bakan işletim sistemlerinin farklı gerçekleştirme hedefleri ve gerçekleştirme teknolojileri vardır.

Örneğin, geleneksel genel amaçlı kişisel bilgisayar işletim sistemleri için çekirdek, kullanıcı etkileşiminin yanıt süresine, kaynakların tam kullanımına ve farklı uygulamalar arasındaki izolasyon ve güvenliğe daha fazla önem verir. Bu, uygulama senaryolarıyla ilgilidir. Gömülü alana yönelik gömülü işletim sistemleri için, kesintilere yanıt süresine daha fazla dikkat edilir ve iş parçacığı veya görevlerin programlama algoritmasına daha fazla dikkat edilir, böylece tüm sistem dış olaylara tepkiyi öngörülebilir bir süre içinde tamamlayabilir.

Nesnelerin İnterneti işletim sisteminin çekirdeği diğer işletim sistemlerinden farklıdır. En önemli şey ölçeklenebilirliğidir. IoT işletim sisteminin çekirdeği, onlarca kilobayt belleğe sahip alt uçlu gömülü uygulamalardan onlarca megabayta kadar belleğe sahip karmaşık uygulamalara kadar çeşitli donanım ortam yapılandırmalarına uyum sağlayabilmelidir. Aynı zamanda, IoT işletim sisteminin çekirdeği, bazı enerji kısıtlı uygulamalarda yeterince uzun süre dayanmasını sağlamak için enerji açısından verimli olmalıdır. Örneğin çekirdek, CPU'nun kendisinin hazırda bekletilmesi de dahil olmak üzere bir donanım hazırda bekletme mekanizması sağlayabilir, böylece IoT cihazında herhangi bir görev işlemi olmadığında uykuya devam edebilir. Harici olayların işlenmesi gerektiğinde hızlı bir şekilde uyanabilir.

IoT işletim sisteminin çekirdeği ayrıca, harici olaylara öngörülebilir ve hesaplanabilir yanıt süresi, öngörülebilir kesinti yanıt süresi ve çeşitli harici donanımlar için kontrol ve yönetim mekanizmaları gibi gömülü işletim sisteminin bazı özelliklerine sahip olmalıdır. Tabii ki, IoT işletim sisteminin çekirdeği, IoT'nin güvenlik gereksinimlerini karşılamak için yeterince güvenilir ve güvenli olmalıdır.

İşlev açısından, temelde görev yönetimi, bellek yönetimi, kesinti yönetimi, çekirdek senkronizasyonu, güvenlik ve yetki yönetimi, uygulama yönetimi vb. Dahil olmak üzere diğer işletim sistemlerine benzer. Çekirdeğin normal çalışmasını sağlamak için, çekirdek aynı zamanda çekirdek istatistikleri ve izleme işlevleri de sağlamalıdır, yani çekirdeğin çalışma durumunu izlemeli, çekirdek nesnelerinin sayısını / durumunu izlemeli, vb. Ve bakım veya geliştiricilerin hataları bulması için araçlar sağlamalıdır. Her bir çekirdek alt modülde, IoT uygulamalarının ihtiyaçlarını karşılamak için daha spesifik mekanizmalar veya algoritmalar benimsenecektir. Aynı zamanda çekirdeğin genel güvenliğini ve güvenilirliğini sağlayın.

Çekirdek aynı zamanda fiziksel cihazlarla doğrudan etkileşime giren bir yazılımdır Fiziksel cihaz tespiti, fiziksel cihaz sürücüsü yükleme ve boşaltma vb. Dahil tüm fiziksel cihaz yönetimi de çekirdekte uygulanmaktadır. Fiziksel cihazları etkin bir şekilde yönetmek için, çekirdeğin standart bir cihaz yönetimi çerçevesi tanımlaması gerekir ve cihaz sürücülerinin çekirdek tarafından yönetilmeden önce bu çerçeveyi izlemesi gerekir. Çekirdek, çeşitli fiziksel cihazlara erişmek için donanım soyutlama katmanı adı verilen bir yazılım setini de tanımlar. Bu, esasen okuma ve yazma cihaz yapılandırma alanı gibi bazı yaygın donanım işlemlerinin bir özetidir. Bazı CPU'lar G / Ç kullanır. Arayüz cihaz alanına erişir ve bazıları cihaz konfigürasyon alanını doğrudan hafıza alanına eşler ve cihaz konfigürasyon alanını geleneksel hafıza erişimi yoluyla okur. Bu farklı duruma uyum sağlamak için, çekirdek genellikle __device_read ve __device_write adlı bir makro tanımlar.Cihaz türüne bağlı olarak, bu makro tanımlamalarının uygulama kodu farklı olacaktır, ancak işletim sistemi çekirdeği ve aygıt sürücüleri için yalnızca Aygıt yapılandırma alanına erişmek için bu iki tutarlı makroyu aramanız gerekir. Bu, tipik bir donanım soyutlama katmanının bir örneğidir.

Ek olarak, IoT işletim sisteminin çekirdeği aynı zamanda IoT uygulamaları için Bluetooth desteği, Zigbee desteği, WiFi desteği vb. Gibi ortak bağlantı işlevleri sağlar. Çeşitli alanlardaki uygulamalar, en temel iletişim gereksinimlerini elde etmek için IoT işletim sistemi çekirdeğinin bu bağlantı işlevlerini doğrudan kullanabilir.

Aşağıdaki şekil, çekirdeğin diğer işlevsel yapısını göstermektedir:

Çevresel fonksiyon bileşenlerine genel bakış

IoT işletim sisteminin çekirdeği, yalnızca IoT uygulamasının çağırması için en temel işletim sistemi işlevlerini sağlar. Ancak sadece IoT işletim sisteminin çekirdeği yeterli olmaktan uzaktır.Çoğu durumda dosya sistemleri, TCP / IP ağ protokol yığınları ve veritabanları gibi diğer birçok işlevsel modülün desteğini de gerektirir. Bu işlevsel bileşenleri, "çevresel işlevsel bileşenler" adı verilen bağımsız bir işlevsel sistem oluşturmak için IoT işletim sisteminin çekirdeğinden ayırıyoruz.

Bu işlevsel bileşenlerin "çevre birimleri" olarak adlandırılmasının nedeni, çoğu durumda bu işlevsel bileşenlerin gerekli olmamasıdır. Dahası, gerçek IoT uygulamalarında, bu çevresel bileşenlerin tümü kullanılmayacaktır.Çoğu durumda, bunlardan biri veya ikisi talebi karşılayabilir ve diğer işlevsel bileşenlerin çıkarılması gerekir. Çünkü IoT uygulamalarında, sistem donanım kaynakları çoğu durumda çok sınırlıdır.Kullanılmayan işlevsel bileşenleri saklarsanız, çok fazla kaynak israf olur. Aynı zamanda, kullanılmayan bazı bileşenleri saklamak, tüm sisteme güvenlik riskleri getirecektir. Örneğin, bir IoT uygulamasının İnternet'e bağlanması gerekmiyorsa, ancak TCP / IP protokol yığını işlevini sürdürüyorsa, TCP / IP protokol yığınının HATA veya boşluğundan yararlanılabilir ve böylece sistem üzerinde güvenlik etkilerine neden olabilir. Bu çevresel işlevsel bileşenler, IoT işletim sistemi için özelleştirilir ve geliştirilir ve IoT işletim sistemi çekirdeği ile arayüz çok net ve son derece uyarlanabilir.

Bununla birlikte, genel işletim sistemlerinde, bu çevresel bileşenler, IoT işletim sistemlerinden farklı şekilde ele alınır.Bu bileşenler, çekirdek içinde birleştirilecek, çekirdek ile dağıtılacak ve bir bütün olarak kullanıcılara sağlanacaktır. Uygulama bu bileşenleri kullanmasa bile kesilemezler. Bunun nedeni, genel amaçlı işletim sisteminin kaynaklarının nispeten bol olması ve daha işlevsel modüller bulundurmanın genel sistem üzerinde çok az etkiye sahip olmasıdır. Aynı zamanda, genel işletim sistemlerinin güvenlik gereksinimleri nispeten düşüktür.

IoT işletim sisteminin çekirdeği ile çevresel işlevsel bileşenlerin birleşimi, IoT'nin "bağlantı" gereksinimlerini çözebilir. Bu, çekirdek tarafından sağlanan temel IoT yerel bağlantısını (Bluetooth, Zigbee, NFC, RFID vb.) Ve ayrıca çevresel işlevsel bileşenlerde TCP / IP protokol yığını tarafından sağlanan karmaşık ağ bağlantısını içerir.

TCP / IP ağ protokol yığınına ek olarak, ortak çevre birimi bileşenleri ayrıca dosya sistemlerini, grafik kullanıcı arayüzlerini (GUI), güvenli aktarım protokollerini, komut dosyası dili yürütme motorlarını (JavaScript yürütme motorları vb.) Ve TCP / IP protokolüne dayalı güvenliği içerir. İletim protokolü (SSL / SSH, vb.), C çalışma zamanı kitaplığı, çevrimiçi güncelleme mekanizması (yazılım yükseltme / çevrimiçi güncelleme yaması) vb. TCP / IP protokol yığınının İnternet için tasarlanmış bir iletişim protokol yığını olduğu unutulmamalıdır.Nesnelerin İnternetinin özellikleri İnternet'ten çok farklı olduğu için, TCP / IP protokol yığını, Nesnelerin İnternetine uygulandığında birçok sorun ve zorluklarla karşılaşır. TCP / IP protokol yığınının optimize edilmesi gerekir. Yeniden yapılandırılmış TCP / IP protokol yığınına "Nesnelerin İnterneti için TCP / IP protokolü" adını veriyoruz, "TCP / IP @ IoT" olarak kısaltılıyoruz. Aşağıdaki şekil, yaygın IoT işletim sistemlerinin çevresel işlevsel bileşenlerini göstermektedir:

IoT işbirliği çerçevesine genel bakış

IoT işbirliği çerçevesi, IoT'nin "işbirliği" işlevsel gereksinimlerini gerçekleştiren temel bir işlevsel sistemdir. IoT işletim sisteminin çekirdek ve çevresel işlevsel bileşenleri, yalnızca IoT cihazları arasındaki "bağlantı" işlevini gerçekleştirir. Ancak, Nesnelerin İnterneti cihazlarını İnternet'e bağlamanın yeterli olmadığını biliyoruz. Nesnelerin İnterneti'nin özü, Nesnelerin İnterneti cihazlarının birbirleriyle etkileşime girebilmesi ve işbirliği yapabilmesidir, böylece Nesnelerin İnterneti cihazları, tek bir Nesnelerin İnterneti cihazının tamamlayamayacağı işlevleri gerçekleştirmek için birbirleriyle "tam olarak işbirliği yapabilir" ve koordinasyon sağlayabilir. IoT işbirliği çerçevesi, IoT cihazları arasındaki işbirliği için teknik bir temel sağlar.

Genel olarak, Nesnelerin İnterneti için işbirliğine dayalı bir çerçeve, bağımsız ancak birbirine bağımlı işlevlere sahip birçok yazılım modülünden oluşan bir yazılım kümesidir. Örneğin, Google'ın Weave IoT ortak çalışma çerçevesi, bulut platformu bileşenleri Weave Cloud, cihaz odaklı LibWeave ve akıllı telefon istemci odaklı Weave İstemcisinden oluşur. Weave Cloud, tüm çerçevenin "merkezi yöneticisi" dir. Tüm Weave tabanlı IoT cihazları ilk olarak Weave Cloud'a bağlanır, Weave Cloud tarafından verilen talimatları kabul eder ve ilgili verileri Weave Cloud'a bildirir. Weave Client'ın ayrıca Weave tabanlı IoT cihazlarını yönetmek ve kontrol etmek için Weave Cloud kullanması gerekir.

Genel olarak konuşursak, IoT işbirliği çerçevesi en azından aşağıdaki işlevleri içerir:

IoT cihaz keşif mekanizması. Nesnelerin İnterneti cihazları genellikle doğrudan bir kullanıcı etkileşim arayüzü sağlamaz ve cihazı yönetmek ve yapılandırmak için akıllı telefonlar, bilgisayarlar vb. Gibi yöntemlerle cihaza bağlanmaları gerekir. Nesnelerin İnterneti cihazı ilk kez açıldıktan ve İnternete bağlandıktan sonra, Nesnelerin İnterneti cihazının akıllı telefonlar / bilgisayarlar tarafından hızlı ve doğru bir şekilde nasıl bulunacağı, Nesnelerin İnterneti cihaz keşif mekanizması ile çözülmesi gereken bir sorundur. Özellikle çok sayıda IoT cihazı ve çeşitli işlevler söz konusu olduğunda, IoT cihazlarının nasıl doğru ve hızlı bir şekilde keşfedileceği ve bunlara bağlanılacağı büyük bir zorluktur. Cihaz keşif mekanizmasının bir başka uygulama senaryosu, cihazlar arasındaki doğrudan etkileşimdir. Örneğin, aynı yerel alan ağındaki Nesnelerin İnterneti cihazları, Nesnelerin İnterneti cihazları arasında "sinerji" elde etmek için, birbirleriyle ilişkilendirmeleri keşfedebilir ve kurabilir ve gerektiğinde birbirleriyle doğrudan iletişim ve işbirliği yapabilir;

Cihazın ilk kez kullanıldığında ilk yapılandırması, cihaz kimlik doğrulama ve yetkilendirme, cihaz durumu yönetimi vb. Dahil olmak üzere IoT cihazlarının başlatılması ve konfigürasyon yönetimi;

IoT cihazları arasında işbirliğine dayalı etkileşim. Bu, IoT cihazları arasındaki doğrudan iletişim mekanizmalarını içerir. IoT işbirliği çerçevesi, bir ilişki ilişkisi kuran IoT cihazlarının bir arka uç sunucusundan geçmeden doğrudan iletişim kurabilmesi için bir dizi standart veya spesifikasyon sağlayabilmelidir;

Bulut hizmeti. Çoğu durumda, IoT hizmetleri bulut desteğini gerektirir (yani, IoT'nin arka ucu). IoT cihazları, kimlik doğrulama ve kayıt için bulut platformuna bağlanmalıdır. İşletim süresi boyunca IoT cihazları tarafından elde edilen verilerin de depolama için bulut platformuna iletilmesi gerekiyor. Kullanıcı IoT cihazından uzaktaysa ve doğrudan bağlanamıyorsa, kullanıcının IoT cihazını kısaca kontrol etmek veya çalıştırmak için bulut platformundan geçmesi vb. Gerekir. IoT işbirliği çerçevesi, bu işlemleri desteklemek için en azından bir dizi standart protokol tanımlamalı ve uygulamalıdır.

Ek olarak, IoT işbirliği çerçevesi, yukarıdaki işlevleri desteklemek için bazı temel hizmetleri uygulamalıdır. Örneğin, IoT işbirliği çerçevesinin, her IoT cihazını doğru ve benzersiz bir şekilde tanımlayabilmesi için standart bir IoT cihaz adlandırma sistemi tanımlaması gerekir. IoT cihazları arasında ve kullanıcılar ile IoT cihazları arasında birlikte çalışmadan önce, IoT'nin güvenliğini sağlamak için kimlik doğrulama ve yetkilendirme tamamlanmalıdır. Diğer bir temel hizmet, standart IoT işlem modudur. Örneğin, akıllı ev aletleri uygulamasında kullanıcı, standart bir Aç komutu ile klimayı uzaktan açabilir. Klimanın sıcaklığını ayarlamak için bir Ayarlama komutu aracılığıyla. Bu standart komutlar, farklı üreticiler ve farklı ekipman türleri arasında birlikte çalışabilirliği sağlamak için IoT işbirliği çerçevesi tarafından tanımlanmalıdır. Böyle bir standart çalışma modu (çalıştırma komutu) yoksa, üretici A'nın klimasını açmak, Aç komutudur ve üretici B'nin klimasını açmak için Aç komutu olabilir, böylece karşılıklı işlemler gerçekleştirilemez.

Yukarıda bahsedilen işbirliğine dayalı işlevler ve temel hizmetlerin tümü ağ iletişimi temelinde oluşturulur ve işbirlikçi çerçeve de uygun bir ağ iletişim protokolü uygulamalı veya seçmelidir. Nesnelerin İnternetinin özellikleri, bu iletişim protokolünün olabildiğince düşük güç tüketimine ve yüksek verimliliğe sahip olmasını gerektirir. CoAP veya MQTT gibi yaygın olarak kullanılan bazı standart protokoller bu işlevi üstlenebilir. IoTivity gibi IoT işbirliği çerçevelerinin çoğu, CoAP protokolüne dayanmaktadır.

Aşağıdaki şekil, IoT işbirliği çerçevesinin ana bileşenlerini göstermektedir:

Aşağıda, IoT işbirliği çerçevesinin rolünü daha fazla göstermek için bir akıllı alışveriş merkezi örneği kullanılmaktadır. Akıllı alışveriş merkezi çözümleri genellikle yangın dedektörleri ve akıllı erişim kontrol sistemlerini içerir. Alışveriş merkezine bu iki tür IoT cihazı kurulmadan önce, kötü niyetli bir şekilde kontrol edilmemelerini sağlamak için güvenli bir başlangıç yapılandırmasından geçmeleri gerekir. İlk konfigürasyon tamamlandıktan sonra, bu iki tür cihaz, birleşik işbirliği çerçevesi bulut sistemine bağlanacak ve durumlarını gerçek zamanlı olarak güncelleyecektir. Aynı zamanda, yangın dedektörü, Nesnelerin İnterneti işbirliği çerçevesinin cihaz keşif mekanizması aracılığıyla erişim kontrol sistemi ile de iletişim kuracak ve birbirlerinin varlığını bilecektir. Yangın dedektörü bir yangın algıladığında, doğrudan erişim kontrol sistemine kapıyı açmasını söyler, böylece insanlar mümkün olan en kısa sürede kaçabilir. Bu durumda, Nesnelerin İnterneti cihazları arasında doğrudan bir iletişim işlevi yoksa, tüm iletişimlerin arka plan sistemi aracılığıyla aktarılması gerekir, bu durumda yalnızca yanıt süresi artmaz, arka plana sahip fiziksel ağ kesintiye uğradığında daha da ölümcül olur, O zaman terminaller otomatik bağlantıyı gerçekleştiremeyecektir. Bu tür ağ arızaları en çok yangın alarmları gibi afetler meydana geldiğinde görülür.

Yukarıda belirtilen mekanizmaların etkili çalışmasını desteklemek için, IoT işbirliği çerçevesi aynı zamanda tutarlı iletişim protokolleri ve iletişim teknolojileri sağlamalıdır.IoT cihazları, bu protokol setini takip ettikleri sürece birbirlerinin mesajlarını tanıyabilir. Aynı zamanda, IoT işbirliği çerçevesi, herhangi bir IoT terminal cihazının benzersiz bir ad alabilmesini ve diğer cihazların bu benzersiz ad aracılığıyla onunla etkileşime girebilmesini sağlamak için bir dizi benzersiz adlandırma spesifikasyonu da sağlamalıdır. Aynı zamanda, bu benzersiz adlandırma kuralı, IoT terminal cihazlarının işlevlerini en iyi şekilde yansıtmalıdır. Bu şekilde, Nesnelerin İnterneti cihazları, cihaz adları aracılığıyla sağladıkları işlevleri belirleyebilir ve ardından hedeflenen eylemler gerçekleştirebilir. Örneğin, yukarıdaki örnekte, yangın alarmı detektörü "Yangın alarmı detektörü" olarak adlandırılabilir ve erişim kontrol sistemi "Giriş erişim kontrolü" olarak adlandırılabilir, böylece ikisi birbirinin işlevsel rolünü adıyla bilebilir. Elbette bu sadece bir örnek: Asıl adlandırma sisteminde, bilgisayarın tanıyabileceği bir kodlama sistemi hala mevcut olmalıdır.

Şu anda, Nesnelerin İnterneti endüstrisindeki bazı işbirlikçi çerçeveler temelde Nesnelerin İnterneti işletim sisteminin çekirdeğinden bağımsızdır, yani bu işbirliği çerçeveleri, bu işletim sistemleri gerekli arayüzleri sağlayabildiği sürece, herhangi bir işletim sistemine dayalı Nesnelerin İnterneti çözümlerinde kullanılabilir. Bu kadar. Ancak bu yöntemi benimsemenin bariz dezavantajları vardır. Yani, tüm işletim sistemlerine uyum sağlamak için tek tip bir kod benimsemek imkansızdır. Örneğin, Google'ın Waeve, Linux ve Android gibi karmaşık işletim sistemleri için C ++ dilinde LibWeave bileşenleri geliştirdi. Sınırlı kaynaklara sahip gömülü uygulama senaryoları için uWeave, C dilinde geliştirilmiştir. Bu şekilde, IoT cihazlarının geliştiricileri için tamamen farklı iki API'ye hakim olmaları ve tamamen farklı mekanizmalara sahip iki IoT işbirliği çerçevesini anlamaları gerekir ki bu açıkça maliyetleri azaltamaz.

Bunu başarmanın ideal yolu, IoT işbirliği çerçevesinin IoT işletim sistemi çekirdeğine yakından bağlanabilmesi ve geliştiricilere yalnızca bir dizi API sağlamasıdır. IoT işletim sisteminin çekirdeğinin ölçeklendirme mekanizması aracılığıyla farklı uygulama senaryolarına uyum sağlayın. Örneğin, WiFi desteği olmayan gömülü senaryolarda, IoT işletim sistemi çekirdeği, TCP / IP gibi bileşenleri kesecek ve veri iletişimini sağlamak için Bluetooth düşük enerji teknolojisini kullanacaktır. Hedef donanım, WiFi veya Ethernet gibi ağ arayüz cihazlarıyla yapılandırılırsa, TCP / IP protokol yığını korunur. Formdan bağımsız olarak, IoT işletim sistemi çekirdeği, IoT işbirliği çerçevesi için birleşik bir API kümesi, yani IoT işbirliği çerçevesi için şeffaf olan temel iletişim mekanizması sağlayacaktır. Bu tasarım ilkesine dayanarak, Google Weave gibi bir IoT işbirliği çerçevesinin farklı hedef donanımlar için birden fazla çözüm seti tasarlaması gerekmez, ancak sorunu yalnızca bir set çözebilir.

Public Intelligence Engine'e Genel Bakış

Nesnelerin İnterneti'nin işbirlikçi çerçevesi aracılığıyla, Nesnelerin İnterneti cihazları arasında ilişkiler kurmak, tamamen işbirliği yapmak ve tek bir Nesnelerin İnterneti cihazının tamamlayamayacağı işlevleri tamamlamak mümkündür. Ancak bu işbirlikçi işlev hala önceden tanımlanmış mantıkla sınırlıdır. Örneğin, akıllı bir alışveriş merkezinde bir yangın dedektörü ve bir erişim kontrol sistemi ile ilgili yukarıdaki örnekte, yangın dedektörüne bir yangın meydana geldiğinde erişim kontrol sistemine kapıyı açmasını söylemesini söylemek için saha uygulamasında kod yazmak gerekir. Böyle bir program mantığı yoksa, yangın algılama sistemi erişim kontrol sistemine bildirimde bulunmayacaktır.

IoT sisteminin önceden tanımlanmış aralığı aşmasını istiyorsanız, bir dereceye kadar kendi kendine öğrenme elde edebilirsiniz. Örneğin, başlangıçta, yangın dedektörü bir yangın alarmı oluştuğunda erişim kontrol sistemine bildirimde bulunmayı bilmiyordu, ancak çalışma süresi arttıkça yavaş yavaş "öğreniyor" "Bu yeteneğe. Bu şekilde, yalnızca Nesnelerin İnterneti işbirlikçi çerçevesi elde edilemez ve akıllı motorun desteğinin getirilmesi gerekir.

Nesnelerin İnternetinin akıllı motoru, konuşma ve anlamsal tanıma, makine öğrenimi vb. Gibi işlevsel modüllerin dahil edilmesini ifade eder, böylece Nesnelerin İnterneti "önceden tanımlanmış" etkinlik kurallarının ötesine geçebilir ve insanlar gibi "akıllı" olma yeteneğine sahip olabilir. IoT akıllı motordaki işlevsel modüllerin tümü temel yeteneklerdir ve çeşitli IoT uygulamaları tarafından çağrılabilir. Tipik bir örnek, IoT cihazlarına ses tanımanın eklenmesidir.İnsanlar, talimat verme amacına ulaşmak için doğrudan IoT cihazlarıyla konuşmak için doğal dili kullanır.

Kamu istihbarat motorundaki bir diğer önemli modül DSL dili ve ona karşılık gelen işleme motorudur. DSL (Etki Alanına Özgü Dil, etki alanına özgü dil), belirli bir uygulama alanı için geliştirilmiş bir programlama veya işletim dilidir ve özellikle nispeten bağımsız bir alanda kullanılır. Bu bilgisayar programlama dillerinden farklıdır Çoğu bilgisayar programlama dili daha geneldir ve birden çok uygulama alanı için programlar yazabilir. Kesinlikle çok yönlülüğü nedeniyle belirli bir alana bakamamaktadır.Bu nedenle, bir uygulamayı belirli bir alanda uygulamak için genel amaçlı bir bilgisayar dili kullanmak çok zahmetlidir.Profesyonel programcıların karmaşık programlama işlerinden geçmesini gerektirir. DSL dili, çok ayrıntılı bir işlevsel alan için geliştirilmiştir ve özellikle bu belirli alana uygulanır. Bu şekilde, bu belirli alan için bazı yerleşik nesneler oluşturulabilir, alana özgü eylemler tanımlanabilir ve alan alışkanlıklarına göre alana özgü dilbilgisi tanımlanabilir. Etki alanı uygulamaları yazmak için DSL dilini kullanmak çok basittir.

DSL'leri tanımlamak ve yürütme yorumlama motorları sağlamak için kullanılabilecek birçok yazılım aracı vardır. IoT işletim sisteminin genel akıllı motor modülü, IoT'nin belirli senaryolarının başlatılmasını kolaylaştırmak için DSL dili geliştirme ve yorumlama işlevleri de sağlamalıdır.

Entegre Geliştirme Ortamına Genel Bakış

Tümleşik geliştirme ortamı, herhangi bir eksiksiz işletim sistemi için gerekli olan işlevsel bir bileşendir.Programcılar, entegre geliştirme ortamının yardımıyla belirli uygulamaların geliştirilmesini tamamlar. Bu uygulamalar, sonunda hedef işletim sistemi üzerinde çalışacaktır. Örneğin, Linux işletim sistemi için GCC geliştirme aracı paketi, Windows işletim sistemi için Microsoft Visual Studio entegre geliştirme ortamı ve çapraz platform Eclipse entegre geliştirme ortamı vb.

Geliştirme ortamı, işletim sistemi ekosistemini zenginleştirmenin ve genişletmenin temel bileşenidir ve aynı zamanda bir "ikincil geliştirme modeli" oluşturmanın temelidir. İki seviyeli geliştirme modeli olarak adlandırılan model, işletim sistemi platformunun kendisinin işlevsel gelişiminin yanı sıra, işletim sistemi platformuna dayalı olarak uygulama geliştirme veya işletim sistemi çekirdeği özelleştirmesinin ikincil gelişimini içeren birinci seviye geliştirmeyi ifade eder. İlk geliştirme düzeyi, işletim sistemi satıcıları veya açık kaynak toplulukları tarafından yapılır. İkinci düzey ikincil geliştirme, belirli uygulama satıcıları tarafından geliştirilmiştir. Bu iki geliştirme düzeyinde kullanılan araçlar farklıdır. Birinci seviye geliştirmede, genellikle çoğu komut satırı modu olan sistem düzeyinde geliştirme araçları kullanılır ve kullanılan geliştirme dili esas olarak C / C ++ veya hatta assembly dilidir. İkinci geliştirme düzeyinde, işletim sistemi altyapısı oluşturulmuş ve ilgili programlama geliştirme ortamı da mükemmelleştirilmiştir, bu nedenle çoğu grafiksel geliştirme ortamlarını kullanır. Nispeten konuşursak, ikinci seviye geliştirme için gerekli olan sistem seviyesi geliştirme becerileri nispeten düşüktür. Burada bahsedilen "sistem düzeyinde" geliştirme becerilerinin, uygulama odaklı geliştirme becerilerini değil, esas olarak bilgisayar CPU'larının ve donanımının, işletim sistemi çekirdeklerinin vb. Anlayış ve becerilerine atıfta bulunduğunu unutmayın. Aslında, gelişim seviyesi ne olursa olsun, daha derine indiğiniz ve problemi gerçekten çözdüğünüz sürece çok basit olmayacaktır.

Aynı şey Nesnelerin İnterneti için de geçerlidir. IoT işletim sisteminin geliştirilmesinde, göreceli olarak farklı profesyonel geliştirme araçları kullanılacaktır. İşletim sistemi piyasaya sürüldükten sonra, IoT alanındaki programcılar tarafından IoT uygulamalarının geliştirilmesini kolaylaştırmak için eksiksiz bir geliştirme araçları seti de sağlanmalıdır.

Genel entegre geliştirme ortamı bir dizi araçtan oluşur, Microsoft'un Visual Studio entegre geliştirme ortamı olsa bile, Office Word'e benzer bağımsız bir uygulama olmasına rağmen, programcılar program yazma ve derlemeyi tamamlayabilirler. , Hata ayıklama, çalıştırma, yayınlama vb. Yazılım yaşam döngüsünün tüm faaliyetleri, ancak aynı zamanda derleme araçları, bağlantı araçları, hata ayıklama araçları, yazılım kodu tutarlılığı kontrol araçları gibi çeşitli bağımsız araçları birleştirerek oluşturulan entegre bir yazılım tezgahıdır. ve daha fazlası.

IoT işletim sistemleri için entegre geliştirme ortamı bir istisna değildir ve bir dizi bağımsız ancak birbirine bağımlı bağımsız araçlardan oluşur. En temel ve temel kısım geliştirme dilidir. Şu anda, Nesnelerin İnternetinin gelişimini teşvik etmeye elverişli olmayan IoT uygulamalarının geliştirilmesi için özel bir dil yoktur.Bu nedenle, Nesnelerin İnternetinin özelliklerine uygun bir geliştirme dili seçilmelidir. Nesnelerin İnterneti'nin özelliklerine göre, Nesnelerin İnterneti uygulamalarının geliştirilmesine uygun bir dil aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:

Geliştirme dili, donanım platformunu geçebilmelidir. Çapraz donanım platformunun avantajı, aynı veya benzer işlevlere sahip belirli bir Nesnelerin İnterneti cihazları türü için yazılan uygulamaların, cihazların aynı üreticiden olup olmadığına bakılmaksızın, bu tür Nesnelerin İnterneti cihazlarında evrensel olarak kullanılabilmesidir. Örneğin, akıllı kameralar için, üretici A'nın kameralarının konfigürasyonu ARM CPU, USB arayüzü, çözünürlük 1024 * 768 vb. Olabilirken üretici B'nin kameraları x86 CPU, SPI arayüzüne dayalı olabilir. Kameraya dayalı bir yüz tanıma programı yazın. Çapraz platform programlama dili benimsenirse, üretici A'nın ekipmanı için yazılan uygulama programı doğrudan üretici B'nin ekipmanında kullanılabilir. Bununla birlikte, programlama dili C / C ++ dili gibi çapraz donanım değilse, üretici A'nın kamerası için yazılan uygulama programı, üretici B'nin kamerasında çalıştırılmadan önce yeniden derlenmelidir (hatta birçok değişiklik). IoT cihazlarının parçalı özellikleri, geliştirme dilinin çapraz donanım platformu olması gerektiğini belirler;

Geliştirme dili tercihen nesneye yönelik bir geliştirme dilidir. Nesne yönelimli programlama yöntemi, programcıların uygulama senaryolarını anlamasına ve gerçek dünyaya daha yakın bir şekilde program geliştirme modelleri oluşturmasına olanak tanır ve ayrıca geliştirme hızını büyük ölçüde hızlandırabilir. Büyük ölçekli yazılımlar için nesne odaklı düşünme, geliştirme ve bakım sürecini basitleştirebilir ve geliştirme maliyetlerini azaltabilir. Nesnelerin İnterneti alanında, nesne yönelimli programlama fikirleri daha değerlidir. Tek bir "şey" ile uğraştığımız için, her nesne program geliştirme alanında bir nesne olarak soyutlanabilir.Farklı nesneler (nesneler) arasındaki mesaj etkileşimi yoluyla, karmaşık uygulama sistemlerinin geliştirilmesi hızlı bir şekilde tamamlanabilir. Nesneye yönelik programlama fikirlerini desteklemek için nesne yönelimli programlama dilleri gereklidir;

Geliştirme dili, eksiksiz bir "olay odaklı" mekanizmayı desteklemek için en iyisidir. Geleneksel insan merkezli yazılım geliştirme modelinden farklı olarak, Nesnelerin İnterneti çağındaki yazılımlar "olaylar" tarafından yönlendirilir. Nesnelerin İnternetine yönelik programlar, çoğu durumda dış olayları tek tek ele alır ve dış olaylara göre yanıt verir. Örneğin, bir yangın algılama cihazı, "yangın algılama" gibi asenkron olaylara yanıt verecektir. Nesnelerin İnterneti yazılım geliştirme, çoğu durumda, zaman işleme programlarını tek tek yazmak ve bunları önceden tanımlanmış olaylarla ilişkilendirmektir. Bu nedenle, harici bir olay meydana geldiğinde, işleyici çağrılacaktır. Nesnelerin İnterneti için bu "olay" merkezli programlama yöntemine, eksiksiz bir olay güdümlü mekanizmayı destekleyebilecek bir geliştirme dili eşlik etmelidir.

Mevcut ortak geliştirme dillerini analiz ederken, JavaScript dilinin en uygun dil olduğuna inanıyoruz. Daha ayrıntılı bir analiz süreci daha sonraki bir bölümde ayrıntılı olarak açıklanacaktır.

Programlama dillerine ek olarak, entegre geliştirme ortamının diğer bir temel bileşeni "Nesnelerin İnterneti Çalışma Zamanı" dır (IoT Çalışma Zamanı). Herhangi bir geliştirme dilinin, C dili için libc, Java dili için J2SE / J2EE / J2ME gibi karşılık gelen bir çalışma zamanı kitaplığı vardır. Bu çalışma zamanı kitaplıkları, geliştirme sürecinde en sık kullanılan işlevleri veya işlevleri, örneğin dize işleme, sayı işleme, G / Ç, veritabanı erişimi vb. Sağlar. Aynısı Nesnelerin İnterneti geliştirme alanında da geçerlidir.En yaygın Nesnelerin İnterneti geliştirme işlevi desteğini sağlamak için bir Nesnelerin İnterneti çalışma zamanı kitaplığı seti olmalıdır. IoT uygulama geliştirmeyle ilgili aşağıdaki işlevler, IoT çalışma zamanında uygulanmalıdır:

Dizi işlemleri, dosya G / Ç, ağ işlevleri, görev yönetimi, bellek yönetimi, veritabanı erişimi vb. Gibi IoT uygulama geliştirmenin en temel işlemlerini destekleyin;

Sıcaklık, nem, yerçekimi, hızlanma, ışık vb. Gibi yaygın sensörler için bir dizi standart erişim arabirimi tasarlamak gibi ortak sensörlerin arabirimlerine erişin ve ardından bu erişim arabirimleri kümesini IoT çalışma zamanının bir parçası olarak uygulayın. Uygulama için, sensörün fiziksel parametrelerini (üretici, arayüz tipi, vb.) Umursamadan ilgili sensöre erişmek için yalnızca bu arayüzleri aramanız gerekir;

Olay güdümlü mekanizmanın çerçevesi, nesne yönelimli mekanizmanın nesne yönetimi vb. Gibi IoT yazılımının geliştirilmesini destekleyen temel programlama mekanizması. Bu temel mekanizmaların, doğrudan uygulama tarafından çağrılabilen IoT çalışma zamanında da uygulanması gerekir;

Kamu güvenliği hizmetleri. Kullanıcı veya cihaz kimlik doğrulaması, erişim kimlik doğrulaması, veri iletişimi şifreleme / şifre çözme vb.

IoTivityAPICoAPAPI

JavaScriptJavaScript

JavaScript

TCP/IP