物联网终端产品是物联网中相连感测应用层和数据传输应用层,同时实现收集统计数据及向应用层发送统计数据的电子设备。它肩负着统计数据收集、初步处置、身份验证、数据传输等多种功能。
物联网终端产品的基本概念及促进作用
原理:物联网终端产品基本由西向交互(感测)USB,中央处置组件和内部通信USB三个部分组成,透过西向交互USB与感测电子设备相连,如RFID移动硬盘,红外线传感器,环境传感器等,将那些感测电子设备的统计数据展开加载并透过中央处置组件处置后,按照互联网协议,透过内部通讯USB,如:GPRS组件、调制解调器USB、WIFI等形式发送至调制解调器的选定服务中心处置互联网平台。
促进作用:物联网终端产品属于感测应用层和数据传输应用层的中间电子设备,也是物联网的关键电子设备,透过他的转换和收集,才能将各式各样内部交互数据汇聚和处置,并将统计数据透过各式各样互联网USB形式数据传输到互联网中。如果没有他的存在,感测统计数据将无法送到选定边线,“物”的联网将荡然无存。
物联网终端产品分类
1、从金融行业应用分
主要就包括轻工业电子设备检验终端产品,公共设施林业检验终端产品,仓储RFID辨识终端产品,供电系统检验终端产品,智能家居音频监测终端产品等,下面就几个常用金融行业介绍一下终端产品的主要就特点。
轻工业电子设备检验终端产品:
这类终端产品主要就加装在厂房的小型电子设备上或厂矿的小型运动机械设备上,用来收集偏转感测器、边线传感器(GPS)、冲击波传感器、母吕氏传感器、压力传感器、温度传感器等统计数据,透过终端产品的有线电视互联网或有线互联网USB发送至服务中心处置互联网平台展开统计数据的汇整和处置,同时实现对厂房电子设备运行状况的及时跟踪和小型机械设备的状况确认,达到安全制造的目的。抗爆震和镇暴性是这类终端产品考虑的重点项目。
公共设施林业检验终端产品:
该终端产品通常被放置在公共设施林业的气溶胶/果树中,主要就收集空气控温传感器、土壤温度传感器、含水传感器、日光传感器、气体含量传感器的统计数据,将统计数据装箱、填充、身份验证后透过终端产品的有线电视互联网或有线互联网USB发送至服务中心处置互联网平台展开统计数据的汇整和处置。这种系统可以及时处理林业制造中有利于农作物生长的各式各样因素并在第一时间内通知普通用户纠偏这些因素,提高作物产量,减少虫害发生的概率。终端产品的保温、防水设计将是这类终端产品的重点项目。
仓储RFID辨识终端产品:
这类电子设备分可折叠、车载式和便携式,可折叠通常加装在库房门口或其他货物通道,车载式加装在仓储运输车中,便携式则由普通用户手持使用。可折叠通常只有辨识功能,用于跟踪货物的入库和出库,车载式和便携式中通常具有GPS定位功能和基本的RFID标签扫描功能,用来辨识货物的状况、边线、性能等参数,透过有线电视或无线互联网将边线信息和货物基本信息传送到服务中心处置互联网平台。透过该终端产品的货物状况辨识,将仓储管理变得非常顺畅和便捷,大大提高了仓储的效率。
2、从使用场合分
主要就包括以下三种:固定终端产品,移动终端产品和手持终端产品。
固定终端产品
应用在固定场合,常年固定不动,具有可靠的内部供电和可靠的有线电视统计数据链路,检验各式各样固定电子设备、仪器或环境的信息,如前面说的公共设施林业、轻工业电子设备用的终端产品均属于这类。
移动终端产品
应用在终端产品与被检验电子设备一同移动的场合,这类终端产品因经常会发生运动,所以没有太可靠的内部电源,需要透过有线统计数据链路展开统计数据的数据传输,主要就检验如图象、边线、运动电子设备的某些物理状况等。这类终端产品通常要具备良好的抗震、抗爆震能力,此外对供电电源的处理能力也较强,有的具备后备电源。一些车载仪器、车载音频监控、货车/客车GPS定位等均使用这类终端产品。
手持终端产品
这类终端产品是在移动终端产品基础上,展开了改造和升级,他通常小巧、轻便,普通用户可以随身携带,有后备电池,通常可以断电连续使用8小时以上。有可以相连内部感测电子设备的USB,收集的统计数据通常可以透过有线展开及时数据传输,或在积累一定程度后相连有线电视数据传输。这类终端产品大部分应用在仓储RFID辨识、厂房参数表巡检、农作物病虫害普查等领域。
2、从使用扩展性分
主要就包括单一功能终端产品和通用智能终端产品两种。
单一功能终端产品
类终端产品通常内部USB较少,设计简单,仅满足单一应用或单一应用的部分扩展,除了这种应用外,在不经过硬件修改的情况下无法应用在其他场合中。目前市场上这类终端产品较多,如汽车监控用的图像数据传输服务终端产品、电力监测用的终端产品、仓储用的RFID终端产品,那些终端产品的功能单一,仅适用在特定场合,不能随应用变化展开功能改造和扩充等。因功能单一,所以这类终端产品的成本较低,也比较好标准化。
通用智能终端产品
这类终端产品因考虑到金融行业应用的通用性,所以内部USB较多,设计复杂,能满足两种或更多场合的应用。它可以透过内部软件的设置、修改应用参数,或透过硬件组件的拆卸来满足不同的应用需求。这类组件通常涵盖了大部分应用对USB的需求,并具有互联网相连的有线电视、有线多种USB形式,还扩展了如蓝牙、WIFI、Zigbee等USB,甚至预留一定的输出USB用于物联网应用中对“物”的控制等。这类终端产品开发难度大,成本高,未标准化,目前市面很少。
4、从数据传输通路分
主要就包括统计数据透传终端产品和非统计数据透传终端产品。
统计数据透传终端产品
这类终端产品将输入口与应用软件之间建立起统计数据数据传输通路,使统计数据可以透过组件的输入口输入,透过软件原封不动的输出,表现给外界的形式相当于一个透明的通道,因此叫统计数据透传终端产品。目前,这类终端产品在物联网集成项目中得到大量采用。优点是很容易构建出符合应用的物联网系统,缺点是功能单一。在一些多路统计数据或多类型统计数据数据传输时,需要使用多个收集组件展开统计数据的合并处后,才可透过该终端产品数据传输。否则,每一路统计数据都需要一个统计数据透传终端产品,这样会加大使用成本和系统的复杂程度。目前市面上的大部分通用终端产品都是统计数据透传终端。
非统计数据透传终端产品
这类终端产品通常将内部多USB的收集统计数据透过终端产品内的处置器合并后数据传输,因此具有多路同时数据传输优点,同时减少了终端产品数量。缺点是只能根据终端产品的西向USB选择应用,如果满足所有应用,该终端产品的西向USB种类就需要很多,在不太复杂的应用中会造成很多USB资源的浪费,因此USB的可插拔设计是这类终端产品的共同特点,前文提到的通用智能终端产品就属于这类终端产品。统计数据数据传输应用协议在终端产品内已集成,作为多功能应用,通常需要提供二次开发USB。目前市面上这类终端产品较少。
物联网终端产品电子设备软件系统架构
常见系统框架的总结下来主要就存在如下2种:带RTOS的(处置复杂的业务场景,场景里面透过需要多个事务并行协同完成工作)和不带RTOS的(通常处置的业务场景较单一)
不带RTOS电子设备终端产品系统框架:
带RTOS电子设备终端产品系统框架:
RTOS是什么? 实时多任务操作系统,有了它,在终端产品电子设备里面可以并行运行多个任务。每个任务负责一个事务。透过并行化运行,响应实时性及效率就得到提升。
RTOS实时操作内核通常包含的重要组件如下:任务调度、任务间同步与通信、内存分配、中断管理、时间管理、电子设备驱动、以任务调度组件举例:
在嵌入式操作系统中,任务是CPU上最小运行单元。通常一个稍微复杂点IOT APP是由多个任务协同完成。比如有的任务负责处置用户事件输入以及UI显示,有的任务负责处置统计数据通信,有的任务负责业务逻辑处置。
既然一个系统中有多个任务在跑,而CPU资源确是单一的,这样导致每个时刻只能由一个任务在CPU上跑。因此为了每个任务都能够在CPU上有运行机会,就涉及到了任务调度概念。任务调度需要按照一定的规则来,那通常是按照哪些规则来的?
我们常见的调度方式有3种:一个基于优先级调度的,一个是基于时间片调度的,一个是把优先级和时间片结合在一起调度。
以优先级调度举例,在定义任务的时候,给每个任务分配一个优先级,在运行的时候,高优先级的任务都会优先被运行。直到没有高优先级任务后,低优先级任务才会被运行。假如低优先级任务获得CPU资源后,这是如果有高优先级任务就绪怎么办呢?
两种处置形式:继续运行、抢占式。
高优先级抢占CPU资源进入运行状况。
从上文可以看出,物联网终端产品电子设备的类型和功能是千差万别的,终端产品电子设备的性能在不同场景下的要求也不一致。物联网终端产品电子设备的硬件、软件的碎片化也阻碍了物联网本身的发展。
物联网终端产品操作系统可以解决上面提到的问题,它不仅可以重新规范物联网终端产品电子设备,也能够为物联网应用的迅速发展提供了统一的开发环境。
需要物联网终端产品操作系统的原因有如下几个:
第一,物联网终端产品操作系统解决了物联网终端产品电子设备碎片化的问题。物联网终端产品电子设备各式各样,如果有一个好的物联网终端产品操作系统来支撑那些电子设备,那么各式各样物联网应用就有了发挥自己能力的舞台,物联网终端产品电子设备碎片化的问题也得到了解决。
第二,物联网终端产品操作系统可以培养专有的物联网技术生态链。好的物联网终端产品操作系统可以提高物联网应用的开发速度并培养健康的技术生态链,它可以隔离软 / 硬件系统,加快物联网应用的开发速度,提高物联网应用的实用性。
物联网终端产品操作系统的能力
从物联网的实际应用出发,物联网终端产品操作系统需要具备以下能力:
1. 硬件控制能力
物联网终端产品电子设备的一个重要能力是交互和控制物体,这种交互和控制都是由不同的硬件电子设备完成。由于金融行业和领域的多样性,物联网硬件可能是多种多样的,那么对硬件的抽象和控制就显得尤为重要。物联网终端产品操作系统要提供丰富的 API 来控制硬件或外设,那些 API 可以提供硬件的底层控制,也可以提供对高层应用属性的控制。
总的说来,物联网终端产品操作系统要能够提供丰富的硬件电子设备驱动,同时要提供丰富的硬件控制 API。
2. 软件远程控制能力
物联网终端产品电子设备的数量非常庞大,并且经常部署在一些比较恶劣的条件下。也就是说,很多终端产品电子设备通常都是无人监控和操作的,此时物联网终端产品电子设备被远程控制的能力就显得非常重要了。进一步而言,终端产品操作系统为软件的远程控制能力提供支持,也是物联网终端产品操作系统的一个特性。
远程控制能力可以从两个方面理解:应用的远程升级和系统控制能力的高度开放。其中,应用的远程升级需要操作系统能够将应用的运行环境和应用分离,系统控制能力高度开放指终端产品操作系统能够为应用提供足够丰富的控制USB。
3. 丰富的互联网能力
物联网终端产品电子设备具有透过近距离有线通信与其他物联网终端产品电子设备展开信息交换的能力,因此,物联网操作系统应该提供丰富的互联网USB能力,并支持众多的互联网协议。
同时,物联网终端产品操作系统的互联网协议应该是精简的,因为精简的互联网协议有利于电子设备、应用的快速开发和部署,并解决物联网终端产品电子设备能力不一致的问题。
4. 计算能力
计算能力是物联网终端产品操作系统需要提供的基础能力,统计数据的精确度和计算结果的精确度是物联网统计数据价值的保障。
物联网终端产品操作系统需要能够提供丰富的计算模型,方便开发者开发,同时提供计算模型插件能够支持第三方的技术模型。
5. 系统大小的可伸缩能力
物联网终端产品电子设备与计算机、移动终端产品的一个显著区别是,物联网终端产品电子设备外观、尺寸都是不固定的。外观和尺寸的不固定,对操作系统占用空间的大小就会有多种要求,从百 K 级别到 M 级别都要适配。所以,对物联网终端产品操作系统的要求是:内核要小,功能可裁剪。
内核小,不仅指操作系统内核部分小,而且要求操作系统的最小功能集要很小;功能可裁剪,要求物联网终端操作系统提供丰富的可裁剪的功能组件供选择。
6. 支持云技术能力
云技术与物联网是一对天生的搭档。因此,我们要在物联网终端产品操作系统设计之初就考虑两者的关系,增强物联网终端产品电子设备支持云技术的能力。
简而言之,为了配合云技术在物联网金融行业的应用,物联网终端产品操作系统应该有完善的统计数据处置的能力。
7. 系统的自我生长能力
在物联网金融行业通用领域技术的提升;金融行业操作系统的指针对不同金融行业,由金融行业操作系统提供者制定金融行业操作系统标准),理由如下:
第一,物联网终端产品电子设备多样性,要求操作系统也有多样性的特点。
第二,物联网的应用领域是分金融行业的,那么需要针对不同金融行业特性设计不同的终端产品操作系统。
第三,从整个计算机技术领域发展来说,开源的理念越来越被接受,开源会让更多人和机构参与进来,对培养生态链非常有帮助。