刘旭明 IoT OS架构设计与端云协同的思考 20190709

文字内容
1. Lite OS架构设计与端 云协同的思考 架构师
4. 物联网各产业环节技术痛点 • 目前面临技术碎片化、业务碎片化、行业碎片化等痛点,至今还未完全形成可规模复制的商业模式 芯片/模组公司 面临问题 现状 • 每家芯片公司甚至一家公司的不同芯片,都可能使 • 在应用处理器核上,面临多OS的选择和多云的支持. 面临问题 技术碎片化从此而生. 现状 • 不同云平台对同一功能设备定义不一致,升级、安全机 用 面临问题 现状 多,采用的网络协议、通讯制式、OS不一致,导致设备 厂商自己集成工作量大,开发困难) • 自家可能采用多个平台(特别是运营商),但多个平台的 设备难以做到互联互通,不同SaaS难以被集成,集采设 备做不到标准化 2 • 提供统一南向设备描述,端云结合提供统一开放的升级 框架和安全框架 • 设备不能快速、可靠上云(因为行业内芯片、模组型号众 面临问题 建议解决方法 • 针对具体IoT平台,做设备定制、SaaS修改 制不一致,需要针对不同平台重复开修改设备和SaaS应 运营商/集成商 • 提供开放的SDK胶水技术,完成各3rd SDK融合 • 独立移植各云的SDK,各SDK不能完全融合和优化, 开发 云和平台 • 提供统一OS作为技术底座 用不同的OS • 整体应用方案,不同平台的升级方案、安全方案等需要定制化 方案/设备公司 建议解决方法 建议解决方法 • 南向设备接口,设备厂商不愿采用 • 提供统一OS作为技术底座 • 南向设备SDK,解决设备厂商集成问题,但是要面 • 提供开放的SDK胶水技术,完成各3rd SDK融合 临多个平台该得SDK 现状 建议解决方法 • 要求模组商、设备上针对具体IoT平台,做设备 定制、SaaS修改 • 提供统一南向设备描述,端云结合提供统一开放的升级框架和 安全框架 • 提供北向设备的服务接口,被第三方SaaS集成 关注设备标准上云和支持设备SaaS被集成的能力建设,E2E解决单品设备垂直解决方案和多品类设备横向被集成场景
5. Lite OS是面向IoT设备的软件平台 重点解决如下6方面的问题: 城市 家庭 个人穿戴 LiteOS ARM-M 系 可在绝大多数资源受限的设备上运行 多连接协议 多种连接方式的协议栈,Wifi、BLE、NB-IoT、eMTC… 云服务内置 与通用IoT云平台对接,端云协同 超低功耗 App 8/16/32 bit MCU 轻量级系统 安全 RISC-V 提供一个轻量级完整软件栈,开源开放生态。 支持低功耗的应用 提供完善的措施保证数据、应用运行以及设备的安全
6. LiteOS IoT全栈技术架构设计参考 措施2: 端侧定义设备描述和功能流程,云侧抽象设备服务能力。设备开箱即用,SaaS标准对接,解决客户集成和运 维问题。 措施1: 大数据 AI 计算 数据库 SaaS 设备服务框架 供应商1 SaaS 供应商2 SaaS 物联网云平台(OceanConnect) 设备服务统一描述 网关 IDE Link协议 …….. LWM2M Device Profile标准 CoAP MQTT 差分升级 DTLS TLS 传输协议 TCP/IP 华为云 ….. 供应商3 SaaS 北向设备服务化 推动设备从单品到场景,提供设备到服务的转化, 平台能力作厚,引入更多华为服务,方便服务被集 成、可组合、可复制 IoT云服务 云服务SDK, (设备Profile统一描述) 南向设备标准化 平台与设备间,通过云服务中间件形成设备标准化。 增加云业务粘性 安全方案 供应商1 设备 OS多任务能力 芯片 /模组 基础技术能力 方案级特性 供应商2 设备 供应商3 设备
7. LiteOS提供内核级低功耗支持 工作状态 空闲状态 功耗 功耗 固定间隔 4次唤醒 4次唤醒 VS 功耗 唤醒 睡眠 Idle 时间 时间 唤醒 睡眠 Idle 任务1 任务2 任务 功耗 2次唤醒 1次唤醒 动态预判 时间 5 VS 时间 系统自动实现多任务的对齐处理,减少唤醒CPU的次数, 空闲状态下,动态计算系统最大可休眠时间,减少唤醒 降低功耗(多传感器数据采集应用场景) CPU的次数,最大可降低功耗90%
8. LiteOS提供DTLS+,安全可靠低功耗 防火墙1 防火墙2 DTLS Internet DTLS IoT平台 EPC 防火墙中的NAT将内部IP转换为外部IP,一段时间后,NAT表老化 终端:EPC分配的内部IP地址 ConnectionID IoT Platform Device DTLS Negotiation Application Data … DTLS Negotiation 2-3x 1.15x 功耗 功耗 6 NAT aging … 前提条件: • 网络覆盖:ECL2 (Path loss = 152dB) • 话务模型: 每日上报一次,DTLS每日 握手一次,DTLS+每月握手一次 • NAT表老化后,终端IP变化,需再次协商,交互多个消 息,终端功耗高 Application Data Generate Resume-ID … … Application Data IoT Platform Device NAT aging DTLS Negotiation ConnectionID Application Data • 定义 Resume-ID 用于识别连接,仅仅一次协商,降低 终端功耗
9. LiteOS提供OTA,保障设备快速更新迭代 老版本 差分包 MCU 差分包 PCP 老版本 差分合并算法 上传 NB-IoT Chip 差分工具 新版本 IoT 云平台 3rd APP服务器/ LwM2M • 升级包校验 • 断点续传、断电续传 IoT平台Portal • 优化的BSDiff差分算法 • 分块LZMA压缩,MD5校验 新版本 差分包下载 差分包生成 技术优势 • 低空间占用,RAM占用小于32K 某应用固件 • 防变砖,升级包完整性校验,支持版本回滚 • 全量升级包:750K • 领先的差分还原算法,差分包平均为原始包的5% • • 差分升级包:100K 掉电保护,支持断点/断电续传 差分合并升级 FOTA 全量升级单设备 11分钟 FOTA差分升级 93S 案例的网络条件:基于NB-IoT网络,覆盖等级0,单设备升级
10. LiteOS面向NB-IoT领域的技术架构 User Application API 运营商平台业务流程 SOTA差分升级 差分FOTA升级 LWM2M CoAP 端云组件 IDE MQTT AT Adapter TLS DTLS Socket API LWIP ETH LiteOS Kernel LPWA 增强组件 GSM … 业务离散上报 Device PnP Wireless Module …… Tickless Mechanism Memory Management IPC Scheduler Interrupt Management Exception Handing 多平台互通能力 • • HAL 3rd MCU / LPWA芯片 8 IP/UDP/TCP DTLS/TLS Coap/MQTT/LwM2M Fota升级 OpenCPU开放能力 DTLS+ Agent Socket AT Adapter WIFI • • • • 全栈协议支持 • 低功耗机制 Tickless 低功耗机制 DTLS+免握手机制
11. LiteOS支持NB-IoT模组的转型 • 相同的硬件,使用不同的设备PROFILE,则可以让通用模组变为业务模组 各种通信模组 气表Profile 电表Profile 水表Profile 烟感Profile 通信模组 芯片模组 芯片模组 9
12. Lite OS在NB-IoT行业方案的应用(1) 行业标 准 + 传统设备 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. + 通信芯片 OS = 行业公版方案 华为保密信息,未经授权禁止扩散 智能终端 Page 10
13. Lite OS使能联通智慧消防行业方案创新(2) 商用 产品 商用 公版 中消云 海曼 中国联通公共事业 设备管理平台 IoT OS IoTOS IoT OS • 高可靠、高安全 11 昊想 • 深覆盖、低功耗 • 可演进、可感知
14. Lite OS使能联通智慧水务行业方案创新(3) 商用 产品 水表 商业 公版 方案 桑锐 中国联通公共事业 设备管理平台 IoT OS • 物联网贴片卡、高可靠 • • 超低功耗、超长待机 • 数据安全、高等级加密 12 轻量级水务行业SaaS
15. Huawei LiteOS的发展历程 搭载LiteOS IoT芯片 累计出货超2千万+ • 物联网产品出货100万+ • 消费类产品出货5000万+ 2018 2019 2017 2016 2014 2012 推动LiteOS开源 进入物联网领域 与华为手机、可穿戴产品 一起发货 搭载LiteOS IoT芯片 出货1千万 开始自研LiteOS, 先是面向华为消费类产品 *基于Huawei内部对LPWA领域设备出货量的估计 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. 华为保密信息,未经授权禁止扩散 Page 13
16. Huawei LiteOS产业发展近况 芯片、模组领域 终端产品领域 • 小体积 穿戴 。。。。。。 B3手环 B5手环 华为VR2 LiteOS支持的NB芯片占据总体市场发货份额的70%以上 • 超低功耗 • 传感框架能力 手机 协处理器OS M系列 • 低功耗,always on P系列 。。。。。。 • 传感器管理和协同 • ISP算法处理 LiteOS支持主流WiFi芯片 荣耀系列 • 低功耗框架 合作伙伴智能家居设备 • 提供端云方案 • 助力设备快速入云 表计 路灯 车锁 水务 采集器 邮政物流 MCU联合商用方案LiteOS已支持90%的主流MCU芯片推出IoT方案
17. 无缝对接运营商平台 天翼云 OneNET 联通平台 华为云 User Application(OpenCPU) LiteOS Uni_Cloud API 差分FOTA升级 LWM2M IDE 端云组件 CoAP MQTT DTLS LPWA 增强组件 TLS Device PnP …… Tickless Mechanism Memory Management IPC Scheduler Interrupt Management Exception Handing LPWA芯片 AP核 15 3rd 平台 对接 DTLS+ LWIP LiteOS Kernel 业务离散调度
18. Lite OS给物联网构建端云协同生态优势 智慧城市 行业应用 工业物联网 人工智能 大数据 计算与存储 物联网平台 智慧家庭 车联网 产业价值 构筑IoT上游技术生态,解决产业技术碎片化。解决不同技术组合和设备模型带来的 不必要的重复投入,增强安全和可靠性。 商业价值 WLAN Gateway 成为云的业务抓手和推广者,方便设备快速上云和云服务落地。 1. 降低智能终端的开发门槛、加快设备商用节奏。 2. 以开源开放的生态,把控技术发展方向。 Huawei LiteOS OS Chips Module 16 3. 利用社区力量推广,吸引行业伙伴,构建生态,丰富资源池。
19. 技术支持:全方位的技术支持助力伙伴完成产品研发 资料&工具 研发支持 OpenLab 社区开放资料、工具、源代码 样例、视频教程 助力初学者成IoT专家 差异化解决方案支持 完备FAE团队,线下贴身支持 社区在线支持 支持伙伴集成验证 华为IoT技术认证