اینترنت اشیا مجموعه ای از میلیون ها دستگاه متصل به هم است که برای اهداف مختلفی استفاده میشوند.دستگاه ها بسته به پردازشی که برای آن طراحی شده اند قابلیت های متفاوتی دارند. هر دستگاهی یک سیستم عامل داخلی دارد که عملیات ها را کنترل میکند و به آن اجازه میدهد تا با پلتفرم های ابری ارتباط برقرار کند.
سیستم عامل های اینترنت اشیا با نرم افزاری که رایانه و لپ تاپ شما استفاده میکند متفاوت است زیرا مثل سیستم های همه منظوره ، به مجموعه گسترده ای از ویژگی ها نیاز ندارند.
در ادامه به عملکرد سیستم عامل های اینترنت اشیا و فاکتور های مهم آن می پردازیم. همچنین به طور خلاصه درباره بهترین سیستم عامل ها برای پیاده سازی اینترنت اشیاء صحبت خواهیم کرد.
وظایف سیستم عامل های اینترنت اشیاء:
الزاما همه دستگاه های اینترنت اشیا برای کارکردن به سیستم عامل نیاز ندارند. یک دستگاه ساده مثل سنسور های دما بدون سیستم عامل هم میتوانند داده ها را به پلتفرم ابری بفرستند. با گسترش اینترنت اشیا، پیچیدگی دستگاه های مورد استفاده هم بیشتر میشود.
بسیاری از دستگاه های اینترنت اشیا دارای چندین حسگر هستند ، داده ها را پردازش میکنند و برای حفظ ارتباط با سیستم های کنترلی، به اتصال پایدار و قابل اطمینان نیاز دارند. بعضی از آنها به نمایشگر های گرافیکی مجهز ند و یا برای احراز هویت از تشخیص چهره و صدا استفاده میکنند. سیستم عامل های اینترنت اشیا قابلیت هایی فراهم میکنند تا برای دستگاه های متصل به اینترنت فعالیت های محاسباتی اساسی را انجام بدهند.
نیاز به یک سیستم عامل اینترنت اشیا به این جهت است که سیستم عامل برای پیاده سازی موثر تر راه حل های اینترنت اشیا، عملکرد های مورد نیاز را ارائه بدهند. میتواند قدرت پردازش را مدیریت کرده و جمع آوری، انتقال و ذخیره سازی داده ها را تسهیل کند. سیستم عامل های اینترنت اشیا به پایانه ها [مثل سنسور ها] امکان ارتباط با منابع ابری و سایر دستگاه ها را میدهند.
مهم ترین فاکتور های یک سیستم عامل اینترنت اشیا:
برای دستیابی به عملکرد کامل دستگاه های IoT، نیازمند سیستم عامل اختصاصی اینترنت اشیا هستیم. سیستم عامل های همه منظوره مثل ویندوز یا مک که روی لپ تاپ شما اجرا میشوند برای اکثریت دستگاه های اینترنت اشیا مناسب نیستند.
یک سیستم عامل IoT درون دستگاه تعبیه شده و باید توانایی کار در شرایط محدود را داشته باشد. همچنین بتوانند با تجهیزات محدودی که روی آن نصب شده، کار کند. محدودیت های دستگاه IoT نقش مهمی در محدود کردن اختیارات ما برای انتخاب سیستم عامل دارد. مثل دستگاه های مورد استفاده در یارانش مه، باید قبل از انتقال داده محاسبات نسبتا سنگینی را انجام دهند.
در ادامه به چند فاکتور اصلی برای انتخاب سیستم عامل IoT می پردازیم. بهترین انتخاب باید بتواند تا حد قابل قبولی این ملاحظات را برآورده کند.
حداقل حجم مورد نیاز: معمولا بخاطر محدودیت های دستگاه های IoT به سیستم عامل هایی نیاز داریم که حجم کمتری نیاز داشته باشند. این یعنی سیستم عامل در حین انجام وظایف خود، باید حداقل حافظه، قدرت پردازشی و سایر منابع محاسباتی را مصرف کند. در بعضی موارد، هنگام توسعه سیستم عامل های IoT ، باید بین عملکرد و حداقل حجم مورد نیاز مصالحه ایجاد بشود. به عنوان مثال میکروی STM32F103 با معماری ARM تنها x کیلوبایت ram و y KB فضای rom دارد..
امنیت: در انتخاب سیستم عامل IoT ویژگی امنیت بیشترین اهمیت را دارد. احتمال آسیب پذیری برای پایانه های اینترنت اشیاء [ مثل سنسور ها] بیشتر است و می توانند برای شروع یک حمله سایبری مورد استفاده قرار بگیرند. ویژگی های امنیتی یک سیستم عامل باید موارد زیر را تامین کند:
قابلیت اتصال: سیستم عامل های IoT باید پروتکل های ارتباطی زیادی از جمله اترنت، وای فای ، بلوتوث و... را پشتیبانی کنند. قابلیت اتصال، یک ویژگی کلیدی در پیاده سازی اینترنت اشیا ست؛ زیرا دستگاه های توزیع شده نیاز به ارتباط با نرم افزار مدیریتی دارند. اینکه سیستم عامل انتخابی شما، دارای قابلیت اتصال باشد بسیار مهم است.
توسعه پذیری: سیستم عامل باید برای هر نوع گره و دروازه ای (gateway) توسعه پذیر باشد تا توسعه و ادغام سیستم ها ساده باشد. با گسترش سیستم اینترنت اشیا میتواند گره ها و دروازه مختلفی را در بر بگیرد. برای همین سازمان ها به سیستم عامل مقیاس پذیری نیاز دارند که به آن ها اجازه دهد بدون توجه به مسئله سازگاری ، کارشان را گسترش دهند.
رابط کاربری: انتخاب نوع رابط کاربری میتواند تحت تاثیر الزامات پیاده سازی باشد. در بعضی موارد ، برای دستیابی به عملکرد مورد نظر دستگاه، ممکن است به قابلیت های گرافیکی پیشرفته نیاز باشد. درحالیکه ممکن است در برخی سناریو ها دستگاه نیاز به رابط کاربری پیشرفته ای نداشته باشند که سیستم عامل را قادر می سازد تا حجم کمتری را از منابع سیستم اشغال کند.
قابل حمل بودن:
سیستم عامل IoT ، وابستگی های برنامه را از مشخصه های سخت افزاری جدا میکند. سیستم عامل به طور معمول بر روی پلتفرم های سخت افزاری مختلف قابل اجرا است و از روش ها ارتباطی استاندارد مثل POSIX استفاده میکند. قابل حمل بودن، توسعه و ادغام سیستم های اینترنت اشیا را ساده میکند.
ماژولار بودن:
یک سیستم عامل ماژولار اینترنت اشیا، عملکرد های اصلی (کرنل) را در هسته خود فراهم می کند و امکانات پیشرفته را با افزودن ماژول های اختصاصی، امکان پذیر می کند. ماژولار بودن، امکان گسترش سیستم عامل برای پاسخگویی به نیاز های خاص منظوره را فراهم می کند بدون این که نیاز به افزایش منابع مورد نیاز برای اجرای هسته اصلی (کرنل)سیستم عامل باشد. توسعه دهندگان میتوانند ماژول ها مورد نیاز خود را انتخاب کنند در حالی که نیازی به استفاده از منابع اضافه تر ندارند.
قابل اطمینان بودن:
بسیاری از دستگاه های اینترنت اشیاء از راه دور کنترل میشوند و انتظار می رود سال ها بدون نقص کار کنند. یک سیستم عامل IOT باید بسیار قابل اطمینان باشد و بتواند مورد تایید گواهی هایی مثل ISO 62304, ISO 61508 و DO-178B باشد. خرابی دستگاه های IOT ریموت بخاطر مشکلات سیستم عامل، علاوه بر هزینه های زیاد تعمیر و نگهداری، میتواند منجر به ناکارآمدی کل سیستم شود.
پشتیبانی توسعه:
ضرورت پشتیبان داشتن یک سیستم عامل وقتی مشخص تر میشود که در پیاده سازی یا عملکرد به مشکل بخوریم. شما به سیستم عاملی نیاز دارید که پیشتیبانی فعالی داشته باشد، به طور مداوم امکانات جدید اضافه کند و حفره های امنیتی را رفع کند. مطمئن شوید که سیستم عامل منتخبتان، پشتیبانی فعالی داشته باشد.
معروف ترین سیستم عامل های اینترنت اشیاء:
در ادامه چند نمونه از سیستم عامل های اینترنت اشیا که جزء برخی از محبوب ترین انتخاب ها برای توسعه دهندگان حوزه اینترنت اشیا است را آوردیم. آن ها از راه حل های تجاری تا سیستم عامل های متن باز که با توسعه انجمن محور پشتیبانی میشوند را شامل میشوند. برخی سیستم عامل ها، دارای ویژگی های خاصی هستند که میتوانند برای سناریوی شما مناسب تر باشند.
یک سیستم عامل متن باز است که مختص ارتباط میکروکنترلر های کوچک و کم مصرف به اینترنت است. حداقل فضای مورد نیاز سیستم عامل کمتر از 30 کیلو بایت است. توسعه دهندگان نرم افزار از طراحی مینیمالیستی استفاده میکنند که عملکرد هایی فراهم میکند که مورد نیاز دستگاه های مدرن است از جمله فراخوانی پویای قطعه کد ها بصورتی که کمترین فضای بی مصرف را داشته باشد.
این سیستم عامل توسط شرکت آمازون توسعه داده شد و به عنوان یک سیستم عامل متن باز و مبتنی بر میکروکنترلر منتشر شد. از وب سرویس های آمازون (AWS IoT Core) برای اجرای برنامه های اینترنت اشیا استفاده میکند و بخاطر حداقل منابع مصرفی کمی که نیاز دارد (در حد 9 کیلوبایت) برای دستگاه های نقطه پایانی دارای محدودیت منابع مانند STM32F103 و یا ESP8266 مناسب است. از امکانات این سیستم عامل IoT میتوان به پشتیبانی از بیش از 40 معماری MCU، کتابخانه ها ماژولار برای افزودن امکانات پیشرفته و ادغام راه حل های AWS اشاره کرد
امبدد لینوکس که مبتنی بر یک سیستم عامل محبوب پیاده سازی شده است، برای استفاده از محیط های محدود طراحی شده است. این سیستم عامل IoT مبتنی بر توزیع لینوکس ابونتو است که برای جامعه بزرگی از توسعه دهندگان آشناست. امبدد لینوکس، کرنل سیستم عامل را بدست میگیرد و آن را برای کاهش مصرف منابع بهینه میکند. همچنین سیستم عامل امنیت پیشرفته ای را فراهم میکند از جمله قابلیت رمزگذاری کامل دیسک!
سیستم عامل RIOT یک سیستم عامل متن باز و رایگان است که مجموعه ای از توسعه دهندگان سراسر جهان از جوامع تجاری و آکادمیک آن را توسعه داده اند. این سیستم عامل از تمام استاندارد های اینترنت و فناوری های رایج شبکه پشتیبانی میکند. از ویژگی ها آن تمام مالتی ترد بودن ، امنیت پیشرفته و ابزارهای توسعه شناخته شده هستند. RIOT امکان توسعه در محیط های لینوکس، ویندوز و مک را امکان پذیر میکند.
نتیجه گیری:
توجه به فاکتور ها، لازمه انتخاب سیستم عامل مناسب برای پیاده سازی اینترنت اشیا است. اکثر دستگاه های IoT با منابع محدود کار میکنند و به یک سیستم عامل سبک نیاز دارند که عملکرد های ضروری را پشتیبانی کند. در برخی موارد، یک سیستم عامل بخاطر مواردی مثل رابط کاربری یا قابلیت اتصال آن انتخاب میشود.
سیستم عامل مورد استفاده یک سیستم اینترنت اشیا، باید توسط کسانی که تجربه و توانایی نگهداری یک سیستم اینترنت اشیا دارند انتخاب شود. آشنایی با توسعه سیستم عامل های متن باز، میتواند تغییراتی را ممکن سازد که کارایی و بهره وری سیستم را افزایش دهد. گسترده بودن طیف سیستم عامل های اینترنت اشیا موجود باعث میشود که تیم شما بتواند سیستمی را پیدا کند که نیاز های شما را به خوبی برطرف کند.
منبع: https://www.helpwire.app/blog/iot-operating-systems
