AliOS Things網路連線技術概述

2021-08-19 13:10:49 字數 3869 閱讀 1092

摘要: alios things具有非常豐富的連線元件和能力,主要包括: 自組織網路協議(umesh), 套接字適配層(sal),tcp/ip網路協議棧(lwip)和連線協議(wifi,ble, lorawan, gprs和nb-iot等)

alios things 是 alios 家族旗下的、面向 iot 領域的、輕量級物聯網嵌入式作業系統。 alios things 致力於搭建雲端一體化 iot 基礎設施,具備極致效能、極簡開發、雲端一體、豐富元件、安全防護等關鍵能力,並支援終端裝置連線到阿里雲 link,可廣泛應用在智慧型家居、智慧型城市、新出行等領域。

alios things不僅是乙個傳統的rtos,而是乙個具有豐富元件的,雲端一體的執行在嵌入式mcu上的嵌入式作業系統。它具有豐富的連線元件和能力,主要包括:

自組織網路協議(umesh)

套接字適配層(sal)

tcp/ip網路協議棧(lwip)

連線協議(wifi,ble, lorawan, gprs和nb-iot)

自組織網路(umesh),套接字適配層(sal)和tcp/ip網路協議棧(lwip)主要是功能和使用場景的介紹。連線協議部分除了功能性介紹,還會根據場景給出aliosthings網路元件的建議使用方法。

自組織網路

alios things核心元件之一umesh提供了alios things原生自組織網路能力,提供了alios things本地互聯互通的能力。umesh具有自組織、自修復、多跳的特性。適用於需要大規模部署的場景。主要功能特性包括:

無縫支援ipv4 和ipv6

支援wifi、ble和802.15.4等通訊媒介

支援不同通訊媒介間的異構組網

支援樹狀拓撲和網狀拓撲

支援低功耗特性

使用id2對裝置進行認證,aes-128對資料進行加密

umesh自組織網路協議位於mac層之上,及ip層之下。整個協議包括三個部分,協議核心部分,連線協議抽象層,及ip協議適配層。如下圖所示。

umesh適用於需要大規模部署的場景,如室內定位,智慧型照明,及商業場景。目前,主要支援wifi,正在開發對低功耗和ble mesh的支援。

套接字適配層

ip網路協議棧

alios things ip網路協議棧是基於lwip 2.0.0,深度定製和優化的tcp/ip協議棧,主要功能特性包括:

ipv4

ipv6

icmp (internet control message protocol)

udp (user datagram protocol)

tcp(transport control protocol)

arp (address resolution protocol)

ndp(neighbor discovery protocol)

mld (multicast listener protocol)

igmp (internet group management protocol)

dhcp client

tftp server

tftp client

除了上述提供的功能特性,還對tcp/ip協議棧在多併發連線,大資料量條件下進行了深度優化。

連線協議

alios things支援豐富的連線晶元和協議,目前主要支援wifi,ble和lorawan,並且在不斷新增新的支援。

wifi

wifi協議棧通常由晶元廠商提供,alios things提供了極簡的wifi hal層,開發者完成hal對接後,即可使用alios things提供的豐富的應用層功能元件。同時,alios things也支援外接wifi通訊晶元,由sal(socket adapter layer)完成對接和抽象。完成sal對接後,開發者同樣可以使用豐富的應用層功能元件。

wifi晶元是目前支援最廣泛的連線晶元之一。主要可以分為四種不同型別:

整合wifi晶元,不支援tcp/ip協議棧

整合wifi晶元,支援tcp/ip協議棧

外接wifi晶元,不支援tcp/ip協議棧

外接wifi晶元,支援tcp/ip協議棧

根據這四種不同的形式,alios things提供了不同的功能元件組合,如下表。lwip和sal是根據wifi晶元型別的必選項。wifi配網和wifi umesh的支援是根據實際的需要。

lorawan元件支援端側class a和class c兩種模式,開發者可以利用lora介面實現端側與服務端資料的收發。開發者可以使用alios things的lorawan sample完成與lora閘道器和伺服器之間的基本連線和通訊。

lora通常是mcu外接semtech lora晶元。目前alios things已經整合支援sx1276,晶元開發者可以直接使用alios things提供的lorawan協議棧進行開發。如果外接其它semtech lora晶元,可以根據alios things整合的lora radio層介面完成介面的對接。

alios things lorawan協議棧不僅提供端上lorawan協議,同時也提供整套測試環境,開發者使用alios things lorawan協議棧完成開發後,可以利用alios things提供的測試環境進行前期測試和驗證。應用示例測試環境搭建和使用請猛戳這裡。

目前,lorawan開發者可以使用lora協議層介面進行開發。我們正在根據lora應用及場景特點,開發應用層介面,讓應用開發者使用了alios things lora介面後,做到極簡開發,不需要過多的理解lorawan協議細節。

bluetooth

目前,ble元件已經在mk3239上支援bluetooth 4.2,應用程式設計框架和應用框架介面。應用程式設計框架對ble協議細節進行抽象,對應用開發者提**用框架介面。應用開發者不再需要關心ble協議棧細節,專注於業務邏輯開發,做到極簡開發。對於網路開發者,ble元件提供完整的協議層介面,供網路開發者使用完整的ble協議能力。

應用框架主要提供能力包括:

ble連線的建立

感測器資料的讀取和更新

廣播資料

開發者可以根據應用開發框架提供的介面,將外設採集到的資料由gatt服務端傳送到gatt客戶端。提**用開發框架最主要的原因是藍芽應用開發者很有可能不希望花費精力在藍芽技術的細節上,而是希望通過極簡的介面快速搭建起自己的應用。目前,alios things提供外設端的應用開發介面,主要解決感測器資料的讀取和更新,開發者可以利用這套介面在mk3239上快速搭建基於藍芽的應用。

我們正在加速豐富應用開發框架,開發bluetooth 5.0,並擴充套件藍芽晶元支援的規模,同時umesh也正在加入ble mesh支援,它將完全相容sig ble mesh。

gprs和nb-iot

目前,nb-iot和gprs作為通訊晶元外接在執行alios things主晶元上,通過sal對接到通訊晶元的at命令集已經可以支援。

對於nb-iot和gprs作為alios things支援協議族一部分,直接執行在一塊soc的相關工作正在進行中。

總結

alios things提供了豐富的連線元件和能力。包括近場、遠場通訊晶元和協議的支援,網路協議棧,自組織網路及應用層物聯網協議,並在快速持續演進中。

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