物聯(lián)網(wǎng)終端是物聯(lián)網(wǎng)中連接傳感網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)及向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。它擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)采集、初步處理、加密、傳輸?shù)榷喾N功能。

[[280185]]

物聯(lián)網(wǎng)終端的基本原理及作用  

原理：物聯(lián)網(wǎng)終端基本由外圍感知(傳感)接口，中央處理模塊和外部通訊接口三個(gè)部分組成，通過外圍感知接口與傳感設(shè)備連接，如RFID讀卡器，紅外感應(yīng)器，環(huán)境傳感器等，將這些傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并通過中央處理模塊處理后，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過外部通訊接口，如：GPRS模塊、以太網(wǎng)接口、WIFI等方式發(fā)送到以太網(wǎng)的指定中心處理平臺。

作用：物聯(lián)網(wǎng)終端屬于傳感網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層的中間設(shè)備，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，通過他的轉(zhuǎn)換和采集，才能將各種外部感知數(shù)據(jù)匯集和處理，并將數(shù)據(jù)通過各種網(wǎng)絡(luò)接口方式傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中。如果沒有他的存在，傳感數(shù)據(jù)將無法送到指定位置，“物”的聯(lián)網(wǎng)將不復(fù)存在。

物聯(lián)網(wǎng)終端分類

1、從行業(yè)應(yīng)用分  

主要包括工業(yè)設(shè)備檢測終端，設(shè)施農(nóng)業(yè)檢測終端，物流RFID識別終端，電力系統(tǒng)檢測終端，安防視頻監(jiān)測終端等，下面就幾個(gè)常用行業(yè)介紹一下終端的主要特點(diǎn)。

工業(yè)設(shè)備檢測終端：

該類終端主要安裝在工廠的大型設(shè)備上或工礦企業(yè)的大型運(yùn)動機(jī)械上，用來采集位移傳感器、位置傳感器(GPS)、震動傳感器、液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等數(shù)據(jù)，通過終端的有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到中心處理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總和處理，實(shí)現(xiàn)對工廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)跟蹤和大型機(jī)械的狀態(tài)確認(rèn)，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的?？闺姶鸥蓴_和防暴性是此類終端考慮的重點(diǎn)。

設(shè)施農(nóng)業(yè)檢測終端：

該終端一般被安放在設(shè)施農(nóng)業(yè)的溫室/大棚中，主要采集空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、光照傳感器、氣體含量傳感器的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)打包、壓縮、加密后通過終端的有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到中心處理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總和處理。這種系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不利于農(nóng)作物生長的環(huán)境因素并在第一時(shí)間內(nèi)通知使用者糾正這些因素，提高作物產(chǎn)量，減少病蟲害發(fā)生的概率。終端的防腐、防潮設(shè)計(jì)將是此類終端的重點(diǎn)。

物流RFID識別終端：

該類設(shè)備分固定式、車載式和手持式，固定式一般安裝在倉庫門口或其他貨物通道，車載式安裝在物流運(yùn)輸車中，手持式則由使用者手持使用。固定式一般只有識別功能，用于跟蹤貨物的入庫和出庫，車載式和手持式中一般具有GPS定位功能和基本的RFID標(biāo)簽掃描功能，用來識別貨物的狀態(tài)、位置、性能等參數(shù)，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將位置信息和貨物基本信息傳送到中心處理平臺。通過該終端的貨物狀態(tài)識別，將物流管理變得非常順暢和便捷，大大提高了物流的效率。

2、從使用場合分

主要包括以下三種：固定終端，移動終端和手持終端。

固定終端

應(yīng)用在固定場合，常年固定不動，具有可靠的外部供電和可靠的有線數(shù)據(jù)鏈路，檢測各種固定設(shè)備、儀器或環(huán)境的信息，如前面說的設(shè)施農(nóng)業(yè)、工業(yè)設(shè)備用的終端均屬于此類。

移動終端

應(yīng)用在終端與被檢測設(shè)備一同移動的場合，該類終端因經(jīng)常會發(fā)生運(yùn)動，所以沒有太可靠的外部電源，需要通過無線數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，主要檢測如圖象、位置、運(yùn)動設(shè)備的某些物理狀態(tài)等。該類終端一般要具備良好的抗震、抗電磁干擾能力，此外對供電電源的處理能力也較強(qiáng)，有的具備后備電源。一些車載儀器、車載視頻監(jiān)控、貨車/客車GPS定位等均使用此類終端。

手持終端

該類終端是在移動終端基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改造和升級，他一般小巧、輕便，使用者可以隨身攜帶，有后備電池，一般可以斷電連續(xù)使用8小時(shí)以上。有可以連接外部傳感設(shè)備的接口，采集的數(shù)據(jù)一般可以通過無線進(jìn)行及時(shí)傳輸，或在積累一定程度后連接有線傳輸。該類終端大部分應(yīng)用在物流RFID識別、工廠參數(shù)表巡檢、農(nóng)作物病蟲害普查等領(lǐng)域。

3、從傳輸方式分 

主要包括以太網(wǎng)終端、WIFI終端、2G終端、3G終端等，有些智能終端具有上述兩種或兩種以上的接口。

以太網(wǎng)終端

該類終端一般應(yīng)用在數(shù)據(jù)量傳輸較大、以太網(wǎng)條件較好的場合，現(xiàn)場很容易布線并具有連接互聯(lián)網(wǎng)的條件。一般應(yīng)用在工廠的固定設(shè)備檢測、智能樓宇、智能家居等環(huán)境中。

WIFI終端

該類終端一般應(yīng)用在數(shù)據(jù)量傳輸較大、以太網(wǎng)條件較好，但終端部分布線不容易或不能布線的場合，在終端周圍架設(shè)WIFI路由或WIFI網(wǎng)關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。一般應(yīng)用在無線城市、智能交通等需要大數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)膱龊匣蚱渌麘?yīng)用中終端周圍不適合布線但需要高數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膱龊稀?/p>

2G終端  

該類終端應(yīng)用在小數(shù)據(jù)量移動傳輸?shù)膱龊匣蛐?shù)據(jù)量傳輸?shù)囊巴夤ぷ鲌龊?，如車載GPS定位、物流RFID手持終端、水庫水質(zhì)監(jiān)測等。該類終端因具有移動中或野外條件下的聯(lián)網(wǎng)功能，所以為物聯(lián)網(wǎng)的深層次應(yīng)用提供了更加廣闊的市場。

3G終端

該類終端是在上面終端基礎(chǔ)上的升級，增加了上下行的通訊速度，以滿足移動圖像監(jiān)控，下發(fā)視頻等應(yīng)用場合，如：警車巡警圖像的回傳、動態(tài)實(shí)時(shí)交通信息的監(jiān)控等，在一些大數(shù)據(jù)量的傳感應(yīng)用，如震動量的采集或電力信號實(shí)施監(jiān)測中也可以用到該類終端。

4、從使用擴(kuò)展性分

主要包括單一功能終端和通用智能終端兩種。

單一功能終端

類終端一般外部接口較少，設(shè)計(jì)簡單，僅滿足單一應(yīng)用或單一應(yīng)用的部分?jǐn)U展，除了這種應(yīng)用外，在不經(jīng)過硬件修改的情況下無法應(yīng)用在其他場合中。目前市場上此類終端較多，如汽車監(jiān)控用的圖像傳輸服務(wù)終端、電力監(jiān)測用的終端、物流用的RFID終端，這些終端的功能單一，僅適用在特定場合，不能隨應(yīng)用變化進(jìn)行功能改造和擴(kuò)充等。因功能單一，所以該類終端的成本較低，也比較好標(biāo)準(zhǔn)化。

通用智能終端

該類終端因考慮到行業(yè)應(yīng)用的通用性，所以外部接口較多，設(shè)計(jì)復(fù)雜，能滿足兩種或更多場合的應(yīng)用。它可以通過內(nèi)部軟件的設(shè)置、修改應(yīng)用參數(shù)，或通過硬件模塊的拆卸來滿足不同的應(yīng)用需求。該類模塊一般涵蓋了大部分應(yīng)用對接口的需求，并具有網(wǎng)絡(luò)連接的有線、無線多種接口方式，還擴(kuò)展了如藍(lán)牙、WIFI、Zigbee等接口，甚至預(yù)留一定的輸出接口用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中對“物”的控制等。該類終端開發(fā)難度大，成本高，未標(biāo)準(zhǔn)化，目前市面很少。

5、從傳輸通路分

主要包括數(shù)據(jù)透傳終端和非數(shù)據(jù)透傳終端。

數(shù)據(jù)透傳終端

該類終端將輸入口與應(yīng)用軟件之間建立起數(shù)據(jù)傳輸通路，使數(shù)據(jù)可以通過模塊的輸入口輸入，通過軟件原封不動的輸出，表現(xiàn)給外界的方式相當(dāng)于一個(gè)透明的通道，因此叫數(shù)據(jù)透傳終端。目前，該類終端在物聯(lián)網(wǎng)集成項(xiàng)目中得到大量采用。優(yōu)點(diǎn)是很容易構(gòu)建出符合應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，缺點(diǎn)是功能單一。在一些多路數(shù)據(jù)或多類型數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要使用多個(gè)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的合并處后，才可通過該終端傳輸。否則，每一路數(shù)據(jù)都需要一個(gè)數(shù)據(jù)透傳終端，這樣會加大使用成本和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。目前市面上的大部分通用終端都是數(shù)據(jù)透傳終端。

非數(shù)據(jù)透傳終端

該類終端一般將外部多接口的采集數(shù)據(jù)通過終端內(nèi)的處理器合并后傳輸，因此具有多路同時(shí)傳輸優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)減少了終端數(shù)量。缺點(diǎn)是只能根據(jù)終端的外圍接口選擇應(yīng)用，如果滿足所有應(yīng)用，該終端的外圍接口種類就需要很多，在不太復(fù)雜的應(yīng)用中會造成很多接口資源的浪費(fèi)，因此接口的可插拔設(shè)計(jì)是此類終端的共同特點(diǎn)，前文提到的通用智能終端就屬于此類終端。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用協(xié)議在終端內(nèi)已集成，作為多功能應(yīng)用，通常需要提供二次開發(fā)接口。目前市面上該類終端較少。

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備軟件系統(tǒng)架構(gòu)

常見系統(tǒng)框架的總結(jié)下來主要存在如下2種：帶RTOS的(處理復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景，場景里面通過需要多個(gè)事務(wù)并行協(xié)同完成工作)和不帶RTOS的(通常處理的業(yè)務(wù)場景較單一)

不帶RTOS設(shè)備終端系統(tǒng)框架：

帶RTOS設(shè)備終端系統(tǒng)框架：

RTOS是什么? 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，有了它，在終端設(shè)備里面可以并行運(yùn)行多個(gè)任務(wù)。每個(gè)任務(wù)負(fù)責(zé)一個(gè)事務(wù)。通過并行化運(yùn)行，響應(yīng)實(shí)時(shí)性及效率就得到提升。

RTOS實(shí)時(shí)操作內(nèi)核一般包含的重要組件如下：任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存分配、中斷管理、時(shí)間管理、設(shè)備驅(qū)動、以任務(wù)調(diào)度組件舉例：

在嵌入式操作系統(tǒng)中，任務(wù)是CPU上最小運(yùn)行單元。通常一個(gè)稍微復(fù)雜點(diǎn)IOT APP是由多個(gè)任務(wù)協(xié)同完成。比如有的任務(wù)負(fù)責(zé)處理用戶事件輸入以及UI顯示，有的任務(wù)負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)通信，有的任務(wù)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯處理。

既然一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)任務(wù)在跑，而CPU資源確是單一的，這樣導(dǎo)致每個(gè)時(shí)刻只能由一個(gè)任務(wù)在CPU上跑。因此為了每個(gè)任務(wù)都能夠在CPU上有運(yùn)行機(jī)會，就涉及到了任務(wù)調(diào)度概念。任務(wù)調(diào)度需要按照一定的規(guī)則來，那一般是按照哪些規(guī)則來的?

我們常見的調(diào)度方式有3種：一個(gè)基于優(yōu)先級調(diào)度的，一個(gè)是基于時(shí)間片調(diào)度的，一個(gè)是把優(yōu)先級和時(shí)間片結(jié)合在一起調(diào)度。

以優(yōu)先級調(diào)度舉例，在定義任務(wù)的時(shí)候，給每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)優(yōu)先級，在運(yùn)行的時(shí)候，高優(yōu)先級的任務(wù)都會優(yōu)先被運(yùn)行。直到?jīng)]有高優(yōu)先級任務(wù)后，低優(yōu)先級任務(wù)才會被運(yùn)行。假如低優(yōu)先級任務(wù)獲得CPU資源后，這是如果有高優(yōu)先級任務(wù)就緒怎么辦呢?

兩種處理方式：繼續(xù)運(yùn)行、搶占式。

高優(yōu)先級搶占CPU資源進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

從上文可以看出，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的類型和功能是千差萬別的，終端設(shè)備的性能在不同場景下的要求也不一致。物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的硬件、軟件的碎片化也阻礙了物聯(lián)網(wǎng)本身的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)可以解決上面提到的問題，它不僅可以重新規(guī)范物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，也能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅速發(fā)展提供了統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境。

需要物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的原因有如下幾個(gè)：

第一，物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)解決了物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備碎片化的問題。物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備各式各樣，如果有一個(gè)好的物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)來支撐這些設(shè)備，那么各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用就有了發(fā)揮自己能力的舞臺，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備碎片化的問題也得到了解決。

第二，物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)可以培養(yǎng)專有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)生態(tài)鏈。好的物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)可以提高物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)速度并培養(yǎng)健康的技術(shù)生態(tài)鏈，它可以隔離軟 / 硬件系統(tǒng)，加快物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)速度，提高物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)用性。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的能力

從物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)需要具備以下能力：

1. 硬件控制能力

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的一個(gè)重要能力是感知和控制物體，這種感知和控制都是由不同的硬件設(shè)備完成。由于行業(yè)和領(lǐng)域的多樣性，物聯(lián)網(wǎng)硬件可能是多種多樣的，那么對硬件的抽象和控制就顯得尤為重要。物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)要提供豐富的 API 來控制硬件或外設(shè)，這些 API 可以提供硬件的底層控制，也可以提供對高層應(yīng)用屬性的控制。

總的說來，物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)要能夠提供豐富的硬件設(shè)備驅(qū)動，同時(shí)要提供豐富的硬件控制 API。

2. 軟件遠(yuǎn)程控制能力

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的數(shù)量非常龐大，并且經(jīng)常部署在一些比較惡劣的條件下。也就是說，很多終端設(shè)備通常都是無人監(jiān)控和操作的，此時(shí)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備被遠(yuǎn)程控制的能力就顯得非常重要了。進(jìn)一步而言，終端操作系統(tǒng)為軟件的遠(yuǎn)程控制能力提供支持，也是物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的一個(gè)特性。

遠(yuǎn)程控制能力可以從兩個(gè)方面理解：應(yīng)用的遠(yuǎn)程升級和系統(tǒng)控制能力的高度開放。其中，應(yīng)用的遠(yuǎn)程升級需要操作系統(tǒng)能夠?qū)?yīng)用的運(yùn)行環(huán)境和應(yīng)用分離，系統(tǒng)控制能力高度開放指終端操作系統(tǒng)能夠?yàn)閼?yīng)用提供足夠豐富的控制接口。

3. 豐富的網(wǎng)絡(luò)能力

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備具有通過近距離無線通信與其他物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備進(jìn)行信息交換的能力，因此，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)應(yīng)該提供豐富的網(wǎng)絡(luò)接口能力，并支持眾多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)該是精簡的，因?yàn)榫喌木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議有利于設(shè)備、應(yīng)用的快速開發(fā)和部署，并解決物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備能力不一致的問題。

4. 計(jì)算能力

計(jì)算能力是物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)需要提供的基礎(chǔ)能力，數(shù)據(jù)的精確度和計(jì)算結(jié)果的精確度是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)價(jià)值的保障。

物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)需要能夠提供豐富的計(jì)算模型，方便開發(fā)者開發(fā)，同時(shí)提供計(jì)算模型插件能夠支持第三方的技術(shù)模型。

5. 系統(tǒng)大小的可伸縮能力

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)、移動終端的一個(gè)顯著區(qū)別是，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備外觀、尺寸都是不固定的。外觀和尺寸的不固定，對操作系統(tǒng)占用空間的大小就會有多種要求，從百 K 級別到 M 級別都要適配。所以，對物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的要求是：內(nèi)核要小，功能可裁剪。

內(nèi)核小，不僅指操作系統(tǒng)內(nèi)核部分小，而且要求操作系統(tǒng)的最小功能集要很小;功能可裁剪，要求物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)提供豐富的可裁剪的功能模塊供選擇。

6. 支持云技術(shù)能力

云技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)是一對天生的搭檔。因此，我們要在物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就考慮兩者的關(guān)系，增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備支持云技術(shù)的能力。

簡而言之，為了配合云技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)該有完善的數(shù)據(jù)處理的能力。

7、系統(tǒng)的自我生長能力

比較好的系統(tǒng)是通用操作系統(tǒng)+行業(yè)操作系統(tǒng)(通用操作系統(tǒng)是指物聯(lián)網(wǎng)終端操作系統(tǒng)的提供者關(guān)注操作系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)通用領(lǐng)域技術(shù)的提升;行業(yè)操作系統(tǒng)的指針對不同行業(yè)，由行業(yè)操作系統(tǒng)提供者制定行業(yè)操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn))，理由如下：

第一，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備多樣性，要求操作系統(tǒng)也有多樣性的特點(diǎn)。

第二，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域是分行業(yè)的，那么需要針對不同行業(yè)特性設(shè)計(jì)不同的終端操作系統(tǒng)。

第三，從整個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展來說，開源的理念越來越被接受，開源會讓更多人和機(jī)構(gòu)參與進(jìn)來，對培養(yǎng)生態(tài)鏈非常有幫助。