Операционные системы устройств интернета вещей (ОСИВ)

Операционные системы устройств интернета вещей (ОСИВ, англ. Internet of Things Operating Systems, IoT OS) позволяют оснащать умные устройства, подключенные к интернету или иной сети связи, основными функциями компьютера с учётом ограниченности вычислительных ресурсов и специфических технических особенностей экосистемы интернета вещей. Такие ОС близки к ранее существовавшему классу операционных систем реального времени (ОСРВ, англ. RTOS)

Оперативное управление устройством интернета вещей (IoT) представляет собой комплекс мероприятий и технологических процессов, направленных на мониторинг, контроль и регулирование работы подключённого к сети устройства с целью обеспечения его корректного функционирования в рамках заданной задачи и взаимодействия с другими элементами экосистемы. Это включает в себя сбор и анализ данных с датчиков и исполнительных механизмов, управление параметрами работы устройства, обеспечение безопасности и защиты данных, а также обновление программного обеспечения и конфигурационных настроек. Важность оперативного управления обусловлена необходимостью поддерживать высокую надёжность и эффективность работы устройств в динамически изменяющихся условиях эксплуатации.

Ключевые аспекты данного процесса:

• мониторинг состояния устройства и его компонентов,
• контроль выполнения заданных алгоритмов и сценариев работы,
• управление энергопотреблением и другими ресурсами устройства,
• обеспечение взаимодействия с централизованными системами управления и другими устройствами в сети,
• диагностика неисправностей и предотвращение сбоев в работе,
• обновление программного обеспечения и настроек,
• защита от несанкционированного доступа и киберугроз.

Эффективность оперативного управления устройствами интернета вещей во многом зависит от качества используемых программных решений, которые должны учитывать специфику работы в условиях ограниченных вычислительных ресурсов, обеспечивать совместимость с различными протоколами связи и предоставлять инструменты для удалённого мониторинга и управления. Программные решения играют ключевую роль в реализации интеллектуальных функций устройств и обеспечении их интеграции в общую инфраструктуру интернета вещей.

Операционные системы устройств интернета вещей предназначены для обеспечения функционирования умных устройств, подключённых к интернету или другим сетям связи, путём предоставления им базовых вычислительных возможностей, аналогичных функциям компьютера, с учётом ограничений, связанных с вычислительными ресурсами и особенностями экосистемы интернета вещей. Они позволяют реализовывать взаимодействие устройств с сетью, управлять аппаратными компонентами, обеспечивать выполнение прикладных задач и обрабатывать данные, при этом оптимизируя использование доступных ресурсов и учитывая требования к энергоэффективности, надёжности и безопасности.

Функциональное предназначение ОСИВ заключается также в интеграции разнородных устройств в единую информационную среду, обеспечении совместимости и взаимодействия между ними, реализации механизмов управления и мониторинга устройств в рамках экосистемы интернета вещей. ОСИВ адаптированы для работы в условиях ограниченных вычислительных возможностей и специфических требований к времени отклика, что делает их близкими к операционным системам реального времени и позволяет эффективно решать задачи, связанные с обработкой данных в режиме реального времени, управлением устройствами и реализацией различных сценариев автоматизации.

Операционные системы устройств интернета вещей в основном используют следующие группы пользователей:

• производители умных бытовых устройств (например, смарт-телевизоров, холодильников, систем «умный дом»), которые нуждаются в специализированных ОС для интеграции функционала и обеспечения взаимодействия устройств;
• компании, разрабатывающие и внедряющие промышленные IoT-решения, например, для мониторинга оборудования, управления производственными процессами и обеспечения работы систем автоматизации;
• организации в сфере здравоохранения, использующие IoT для мониторинга состояния пациентов, работы медицинских датчиков и других устройств, требующих надёжной и безопасной операционной системы;
• предприятия транспортной отрасли и логистические компании, которые применяют IoT-технологии для отслеживания перемещения грузов, управления транспортными средствами и оптимизации логистических процессов;
• разработчики и поставщики решений для «умных» городов, использующие ОСИВ для управления уличным освещением, системами ЖКХ, парковочными местами и другими городскими инфраструктурами.

Агентское приложение устройства (Edge)

Функции Агентских приложений для устройств (англ. Edge Applications) в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют устанавливать на устройства управляющие прикладные приложения (при операционной совместимости с устройством). Такие функции предоставляют возможность быстрой настройки и интеграции между сторонним устройством и IoT-платформой.

Администрирование

Возможность администрирования позволяет осуществлять настройку и управление функциональностью системы, а также управление учётными записями и правами доступа к системе.

Анализ данных датчиков

Функции Анализа данных датчиков позволяют при помощи имеющихся в платформе типовых модулей, алгоритмов и обработчиков производить аналитические операции над данными датчиков, в том числе статистический и математический анализ прикладных данных. Такие функции предоставляют возможность получения выводов из данных сенсоров и датчиков непосредственно в Платформе интернета вещей (IoT).

Визуализация данных датчиков

Функции Визуализации данных датчиков в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют представлять полученные от IoT-устройств данные в графическом виде, удобном для контроля и анализа. Такие функции предоставляют возможность обращаться к графикам и диаграммам в составе отчётов или информационных панелей (дашбордов, виджетов).

Встроенная среда разработки (IDE)

Функции Встроенной среды разработки (IDE) в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют использовать IoT-платформу для быстрой разработки прикладных приложений, программных продуктов, систем и сервисов интернета вещей на базе готовых компонентов платформы, а также с возможностью применения методов малокодовой (Low-Code) или бескодовой (No-Code) разработки.

Геопозиционирование

Функции Геопозиционирования в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют отслеживать местоположение умного устройства при помощи спутниковой системы позиционирования или методов ангуляции в сетях подвижной (мобильной) связи. Такие функции предоставляют возможность иметь в системе актуальные данные о географических координатах ИВ-устройства.

Диспетчеризация парка активов

Функции Диспетчеризации парка активов в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют массово управлять на прикладном уровне умными устройствами и умными активами (например, вендинговыми аппаратами, электросамокатами, оборудованием умного дома, оборудованием производственной площадки и прочими). Такие функции предоставляют возможность учёта, контроля и сопровождения парка устройств или целого цифровизированного промышленного объекта.

Импорт/экспорт данных

Возможность импорта и/или экспорта данных в продукте позволяет загрузить данные из наиболее популярных файловых форматов или выгрузить рабочие данные в файл для дальнейшего использования в другом ПО.

Искусственный интеллект (AI)

Функции Искусственного интеллекта (AI) в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют применять алгоритмы машинного обучения, искусственных нейронных сетей и других методов ИИ над данными с умных устройств и датчиков. Такие функции предоставляют возможность получить пользу от технологий ИИ в приложениях Интернета вещей.

Межмашинное взаимодействие (M2M)

Функции Межмашинного взаимодействия (M2M, MTC) в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют обеспечить автоматическое взаимодействие (без участия человека) между прикладными устройствами по стандартизированным прикладным протоколам машинной коммуникации. Таким образом обеспечиваются совместимость устройств и возможности сценарного обмена данными между умными устройствами.

Многопользовательский доступ

Возможность многопользовательской доступа в программную систему обеспечивает одновременную работу нескольких пользователей на одной базе данных под собственными учётными записями. Пользователи в этом случае могут иметь отличающиеся права доступа к данным и функциям программного обеспечения.

Наличие API

Часто при использовании современного делового программного обеспечения возникает потребность автоматической передачи данных из одного ПО в другое. Например, может быть полезно автоматически передавать данные из Системы управления взаимоотношениями с клиентами (CRM) в Систему бухгалтерского учёта (БУ). Для обеспечения такого и подобных сопряжений программные системы оснащаются специальными Прикладными программными интерфейсами (англ. API, Application Programming Interface). С помощью таких API любые компетентные программисты смогут связать два программных продукта между собой для автоматического обмена информацией.

Отчётность и аналитика

Наличие у продукта функций подготовки отчётности и/или аналитики позволяют получать систематизированные и визуализированные данные из системы для последующего анализа и принятия решений на основе данных.

Прикладное управление активами

Функции Прикладного управления активами в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют контролировать прикладные показатели состояния умного устройства и управлять его прикладными возможностями. Например, для умных транспортных средств такие функции будут предоставлять возможность состояния частей транспортного средства, данные о пробеге и местоположении и т.п.

Программный интерфейс приложения (API)

Функции Программного интерфейса приложения (API) в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют использовать программные интерфейсы для быстрого построения новых приложений интернета вещей. Такие функции предоставляют возможность использовать ИВ-платформу для быстрой интеграции с окружающими информационными системами.

Телеметрия и телеуправление

Функции Телеметрии и телеуправления в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют получать данные непосредственно с умных устройств, датчиков и сенсоров, преобразовывать эти данные из цифрового (бинарного) вида к нужному формату прикладных данных и сохранять на сервере, а также отправлять управляющие сигналы умным устройствам, приводам и актуаторам. Такие функции предоставляют возможность работать с умным оборудованием на прикладном уровне по стандартным прикладным протоколам, или по настраиваемым протоколам.

Управление мобильным устройством

Функции Управления мобильным устройством в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют выполнять аппаратное управление ресурсами мобильного устройства по стандартам управления мобильными устройствам (англ. Mobile Device Management).

Управление подключениями

Функции Управления подключениями в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют вести учёт, контролировать параметры и анализировать статистические параметры сетевых подключений умных устройств для одного или нескольких видов связи. Такие функции предоставляют возможность сохранять контроль над объёмом используемого трафика, частотой сеансов связи и прочими параметрами сетевых подключений ИВ-устройств.

Управление устройством

Функции Управления устройством в Платформах интернета вещей (IoT) позволяют контролировать техническое состояние устройства, производить управление конфигурацией и состоянием устройства и его составных частей (включая блоки ввода/вывода, прикладные периферийные устройства, вычислительные компоненты, включая блоки памяти, процессорные модули, сетевые модули и прочие). Такие функции предоставляют возможность осуществлять полноценное техническое управление умным IoT-устройством.

LoRa связь

Поддержка LoRa (англ. Long Range) связи в Платформах интернета вещей (IoT) позволяет применять данную технологию передачи данных в нелицензируемом диапазоне частот. Стандарт передачи LoRa часто используется для передачи данных в автономных датчиках наблюдения и для решения задач жилищно-коммунального хозяйства.

LPWAN связь

Поддержка LPWAN (англ. Low-power Wide-area Network) связи в Платформах интернета вещей позволяет строить прикладные IoT-приложения с применением беспроводных сетей передачи данных на дальние расстояния. Группа стандартов связи LPWAN включает технологии, спеициально разработанные для распределённых сетей телеметрии, межмашинного взаимодействия и интернета вещей.

NB-Fi связь

Поддержка NB-Fi (англ. Narrow Band Fidelity) связи позволяет использовать данный открытый LPWAN-протокол беспроводной передачи данных малого объёма в рамках Платформы интернета вещей (IoT).

NB-IoT (5G) связь

Поддержка NB-IoT (англ. Narrow Band Internet of Things) связи в Платформах интернета вещей (IoT) позволяет применять стандарты GSM-связи 5 поколения (5G) при построении приложений интернета вещей.

ZigBee связь

Поддержка ZigBee связи в Платформах интернета вещей позволяет применять спецификацию сетевых протоколов верхнего уровня ZigBee для организации связи с умными устройствами в прикладных IoT-приложениях.

Архитектура блокчейн

Использование Архитектуры блокчейн в Платформах интернета вещей позволяет применять в IoT-приложениях цепочки блоков транзации и применять иные архитектурные принципы блокчейн для взаимодействия с умными устройствами. Таким образом возможно применять в приложениях интернета вещей прозрачные, но нераскрытые или псевдо-анонимные операции.

Обеспечение безопасности

Обеспечение безопасности в Платформах интернета вещей (IoT) предполагает использование специальных выделенных модулей защиты информации, соответствующих тем или иным стандартам информационной безопасности.

Проводная связь

Поддержка Проводной связи в Платформах интернета вещей (IoT) позволяет строить приложения для управления умными устройствами, соединяемыми с сервером посредством проводной (стационарной) связи.

Сотовая связь (GSM: 2G, 3G, 4G)

Поддержка Сотовой связи (GSM: 2G, 3G, 4G) в Платформах интернета вещей (IoT) позволяет применять стандартные подключения к сетям сотовой связи на базе стандартов GSM разных поколений. В случае применения такого вида связи, умное устройство взаимодействует с сервером посредством стандартных сетей сотовой связи.

Спутниковая связь

Поддержка Спутниковой связи в Платформах интернета вещей позволяет строить IoT-приложения, где устройства взаимодействуют с сервером посредством спутниковых сетей передачи данных. Спутниковые сети связи обладают наилучшими показателями покрытия сигналом связи, что позволяет строить ИВ-приложения для умных мобильных активов, выходящих далеко за границы покрытия антен связи малого и среднего радиуса действия.

При выборе программного продукта из функционального класса операционных систем устройств интернета вещей (ОСИВ) необходимо учитывать ряд ключевых факторов, которые определят пригодность системы для решения конкретных бизнес-задач. Прежде всего, следует оценить масштаб деятельности компании и предполагаемый объём подключённых устройств, так как это повлияет на требования к масштабируемости и управлению ресурсами ОСИВ. Также важно проанализировать отраслевые требования и стандарты, например, в сфере здравоохранения могут быть жёсткие требования к безопасности данных и соответствию медицинским нормативам, а в промышленном интернете вещей — повышенные требования к надёжности и времени отклика системы. Технические ограничения устройств, такие как ограниченный объём оперативной памяти, процессорные мощности и энергопотребление, также играют значительную роль в выборе ОСИВ. Кроме того, необходимо учитывать совместимость с существующими корпоративными информационными системами и протоколами связи, а также возможности для разработки и интеграции прикладных модулей и API для расширения функциональности.

Ключевые аспекты при принятии решения:

• совместимость с аппаратными платформами, которые планируется использовать (например, поддержка определённых микроконтроллеров или одноплатных компьютеров);
• наличие механизмов обеспечения безопасности данных (шифрование трафика, аутентификация устройств, защита от несанкционированного доступа);
• поддержка необходимых сетевых протоколов и стандартов (например, MQTT, CoAP, HTTP для обмена данными);
• возможности для удалённого управления и мониторинга устройств, включая наличие веб-интерфейсов или специализированных инструментов администрирования;
• поддержка обновлений и механизмов обеспечения жизненного цикла ПО (например, возможность «бесшовного» обновления без потери данных и прерывания работы устройств);
• наличие документации, инструментов разработки и сообществ разработчиков для упрощения создания прикладных решений;
• соответствие отраслевым стандартам и нормативам (например, требованиям к защите персональных данных, промышленным стандартам безопасности).

Окончательный выбор ОСИВ должен базироваться на тщательном анализе соотношения между функциональными возможностями системы и спецификой бизнес-процессов компании. Важно также предусмотреть потенциал для дальнейшего развития и интеграции с новыми технологиями, учитывая динамичный характер рынка интернета вещей и быстрое обновление технического ландшафта.

Операционные системы устройств интернета вещей (ОСИВ) играют ключевую роль в развитии экосистемы IoT, обеспечивая эффективное функционирование умных устройств. Их применение приносит ряд преимуществ, связанных с оптимизацией ресурсов, повышением эффективности и расширением возможностей взаимодействия устройств.

• Оптимизация использования ресурсов. ОСИВ позволяют эффективно использовать ограниченные вычислительные ресурсы устройств IoT, минимизируя потребление энергии и памяти, что особенно важно для маломощных и компактных устройств.

• Повышение надёжности и стабильности работы. Благодаря специализированной архитектуре и механизмам управления ресурсами ОСИВ обеспечивают стабильную работу устройств в различных условиях, снижая вероятность сбоев и аварий.

• Упрощение разработки и внедрения IoT-решений. ОСИВ предоставляют разработчикам готовые инструменты и API для создания приложений, что ускоряет процесс разработки, снижает затраты на проектирование и внедрение новых устройств и сервисов.

• Обеспечение совместимости и интероперабельности. ОСИВ способствуют взаимодействию различных устройств и сервисов в рамках единой экосистемы, обеспечивая стандартизацию интерфейсов и протоколов обмена данными.

• Улучшение безопасности системы. ОСИВ включают механизмы защиты данных и управления доступом, что повышает общий уровень безопасности устройств и предотвращает несанкционированный доступ к чувствительным данным.

• Расширение функциональности устройств. С помощью ОСИВ устройства IoT получают дополнительные возможности для обработки данных, выполнения сложных алгоритмов и взаимодействия с облачными сервисами, что расширяет их прикладные возможности.

• Снижение общих затрат на эксплуатацию. Оптимизация ресурсов и повышение эффективности работы устройств благодаря ОСИВ приводит к снижению энергопотребления, уменьшению необходимости в техническом обслуживании и, как следствие, к сокращению эксплуатационных расходов.

Для того, чтобы быть представленными на рынке, Операционные системы устройств интернета вещей должны иметь следующие функциональные возможности:

• поддержка работы с ограниченным объёмом вычислительных ресурсов и памяти, что позволяет эффективно функционировать на маломощных устройствах, ;
• обеспечение взаимодействия с различными типами датчиков и исполнительных устройств, используемых в экосистеме интернета вещей, ;
• реализация механизмов для работы в распределённой сети с возможностью обмена данными между устройствами, ;
• поддержка протоколов связи, специфичных для интернета вещей, обеспечивающих надёжную и энергоэффективную передачу данных, ;
• возможность выполнения базовых вычислительных операций и обработки данных непосредственно на устройстве, минимизируя необходимость обращения к внешним серверам.

В 2025 году на рынке операционных систем устройств интернета вещей (ОСИВ) можно ожидать усиления тенденций, связанных с повышением энергоэффективности, улучшением безопасности данных, интеграцией с искусственным интеллектом и машинным обучением, а также развитием мультиплатформенности и совместимости с различными устройствами и протоколами связи. Среди ключевых трендов:

• Повышение энергоэффективности. ОСИВ будут оптимизировать энергопотребление устройств, что особенно важно для устройств с автономным питанием, например, сенсоров и носимых гаджетов.

• Усиление мер кибербезопасности. В условиях роста числа подключённых устройств и объёма передаваемых данных разработчики ОСИВ будут уделять больше внимания шифрованию, аутентификации и защите от несанкционированного доступа.

• Интеграция с ИИ и машинным обучением. ОСИВ получат встроенные механизмы для работы с алгоритмами машинного обучения, что позволит устройствам анализировать данные и принимать решения в реальном времени.

• Развитие мультиплатформенности. ОСИВ будут обеспечивать совместимость с широким спектром аппаратных платформ и программных интерфейсов, что упростит разработку и развёртывание приложений для интернета вещей.

• Поддержка периферийных вычислений. ОСИВ станут основой для реализации периферийных вычислений, позволяя обрабатывать данные ближе к источнику их генерации и снижая нагрузку на центральные серверы.

• Упрощение разработки приложений. Появится больше инструментов и фреймворков для разработки приложений на базе ОСИВ, что сделает процесс создания решений для интернета вещей более доступным для разработчиков.

• Расширение поддержки протоколов связи. ОСИВ будут поддерживать новые и существующие протоколы связи, обеспечивая взаимодействие устройств в разнородных сетях интернета вещей.

Россия

МАКС ОСРВ, Пирамида, KasperskyOS, SVAROG

США

Amazon FreeRTOS, Fuchsia