Die besten IoT-Betriebssysteme

Wie jedes andere Computersystem ist auch eine Bereitstellung des Internets der Dinge (IoT) ohne Betriebssystem unvollständig. Diese Betriebssysteme ermöglichen es Nutzern, grundlegende Computerfunktionen auf internetverbundenen Geräten auszuführen.

In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf diese IoT-Betriebssysteme und stellen die führenden Betriebssysteme vor, die zum Betrieb von IoT-Systemen eingesetzt werden.

• • Was sind Betriebssysteme?
  • Warum IoT-Betriebssysteme einsetzen
  • So wählen Sie ein IoT-Betriebssystem aus
  • Die besten IoT-Betriebssysteme
  • Nucleus RTOS
  • TinyOS
  • Amazon FreeRTOS
  • Windows 10 IoT
  • Tizen
  • RIOT OS
  • Wind River VxWorks
  • Vergleichstabelle: IoT-Betriebssysteme

Siehe auch: 6 Herausforderungen des IoT und wie sie sich lösen lassen

Was sind IoT-Betriebssysteme?

IoT-Betriebssysteme sind Betriebssysteme, die es Entwicklern und Geschäftsteams ermöglichen, mit eingebetteten Geräten und Systemen zu interagieren, deren Funktionen zu programmieren und die von ihnen im Rahmen von IoT-Anwendungen erzeugten Daten zu verfolgen.

Diese Betriebssysteme bieten die für eine stabile und konsistente Leistung erforderliche Verarbeitungskapazität. Wie herkömmliche Betriebssysteme unterstützen IoT-Betriebssysteme die Nutzer dabei, Computerfunktionen auf vernetzten Geräten auszuführen.

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Warum IoT-Betriebssysteme einsetzen?

IoT-Strategien werden von Unternehmen in zahlreichen Branchen zunehmend priorisiert, da die stärkere Vernetzung von Geräten und Systemen verspricht, Kundenerlebnis und Abläufe auf bisher ungeahnte Weise zu optimieren.

Für eine erfolgreiche IoT-Initiative benötigen Entwickler Zugriff auf einzelne Geräte und Kontrolle über sie, um sicherzustellen, dass sie für jedes Gerätesystem oder Asset die richtigen Anwendungen ausführen. Ein IoT-Betriebssystem gibt ihnen diese Kontrolle.

IoT-Betriebssysteme sind für Sie nützlich, wenn Sie:

• Software und Daten auf einzelnen IoT-Geräten verwalten möchten.
• die Programmierung für jedes Gerät anpassen möchten, um in einer IoT-Architektur die größtmögliche Effektivität zu erzielen.
• die Nutzung von Ressourcen und Energie auf IoT-Hardware reduzieren möchten.
• eingebettete Geräte mit IoT-Anwendungen, Cloud-Diensten oder Edge-Geräten verbinden möchten.

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So wählen Sie ein IoT-Betriebssystem aus

Bei der Auswahl des richtigen IoT-Betriebssystems für Ihre Anwendungen und Umgebungen sind einige Faktoren zu berücksichtigen:

• Anwendungsfall: Da sich IoT-Betriebssysteme in Funktionalität und Einsatz unterscheiden, bestimmt der gewünschte Anwendungsfall des Nutzers, welche Art von IoT-Betriebssystem implementiert wird.
• Sicherheit: Das Betriebssystem muss die passenden Sicherheitserweiterungen für die Anwendungen und Umgebungen seiner Nutzer bieten, da die IoT-Sicherheit einer der wichtigsten Faktoren für den Erfolg von IoT-Initiativen ist. Von Angreifern ausgenutzte Schwachstellen und Sicherheitslücken führen bei IoT-Systemen häufig zu kostspieligen Folgen.
• Skalierbarkeit: Ein gutes IoT-Betriebssystem bietet Skalierbarkeit für jeden Gerätetyp in der Umgebung eines Nutzers.
• Konnektivität: Ein Betriebssystem, das eine große Bandbreite an Konnektivitätsprotokollen unterstützt, sollte bevorzugt werden. Es sollte außerdem relevante und aktuelle Protokolle unterstützen, um zukunftssicher zu sein.
• Footprint: Je nach Anwendungsfall ist es wichtig, ein Betriebssystem auszuwählen, das die Anforderungen an Speicher, Energie und Verarbeitung erfüllt. Bei Geräten mit begrenzten Ressourcen sollte das Betriebssystem möglichst wenig Verarbeitungsleistung, Energie und Speicher beanspruchen.

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Die besten IoT-Betriebssysteme

Nucleus RTOS

Nucleus RTOS ist ein Echtzeitbetriebssystem, das Systementwickler in die Lage versetzt, die komplexen Anforderungen fortschrittlicher eingebetteter Designs zu bewältigen. Es wird in mehr als 3 Milliarden Geräten eingesetzt und bietet ein auf einem Mikrokernel basierendes Betriebssystem, das auf Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit ausgelegt ist. Seine umfangreichen Kernel-Funktionen und Tooling-Merkmale eignen sich ideal für Anwendungsfälle, die einen skalierbaren Footprint, Energiemanagement, Sicherheit und deterministische Leistung erfordern.

Anspruchsvolle Märkte mit strengen Sicherheitsanforderungen wie Industriesysteme, Systeme für die Luftfahrt, medizinische Geräte und die Automobilbranche verzeichnen allesamt erfolgreiche Nucleus-Bereitstellungen.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale

• Multicore-Unterstützung: Nucleus RTOS bietet umfassende Multicore-Unterstützung mit 32-Bit- und 64-Bit-Lösungen für uAMP-, sAMP- und SMP-Architekturen.
• Prozessmodell: Nucleus nutzt sein Prozessmodell, um durch die Partitionierung von Speicherbereichen zur Isolierung von Software und Subsystemen eine höhere Zuverlässigkeit zu erzielen.
• Energieeffizientes Design: Mit dem Nucleus Power Management Framework bietet Nucleus RTOS Entwicklern eingebetteter Systeme die neuesten Energiesparfunktionen. Entwickler können dieses Framework nutzen, um energiebewusste Anwendungen zu erstellen, die den Anforderungen eingebetteter Systeme an einen niedrigen Energieverbrauch gerecht werden.
• Unterstützung vielfältiger Konnektivitätslösungen: Nucleus unterstützt eine große Bandbreite an Konnektivitätslösungen, darunter optimiertes USB 2.0 und 3.0, SDIO 2.0 und 3.0, 802.15.4, Bluetooth Low Energy (BLE) und Bluetooth, WLAN sowie PCIe.

TinyOS

TinyOS ist ein eingebettetes, quelloffenes, komponentenbasiertes Betriebssystem für drahtlose Geräte mit niedrigem Energieverbrauch, das von einer Gemeinschaft aus Wissenschaft und Industrie genutzt wird. Das Betriebssystem dient drahtlosen Geräten mit niedrigem Energieverbrauch, wie sie im Ubiquitous Computing, in drahtlosen Netzwerken, intelligenten Zählern, intelligenten Gebäuden und persönlichen Netzwerken zum Einsatz kommen.

Da TinyOS von den Ereignissen abhängt, die es aus seiner Umgebung empfängt, handelt es sich um ein ereignisgesteuertes Betriebssystem. Seine Fähigkeiten zur Speicheroptimierung machen TinyOS bei Entwicklern beliebt.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale

• Optimierung für die Speicherbegrenzungen von Sensornetzwerken: Die Anwendungen von TinyOS werden in einem Dialekt der Programmiersprache C namens nesC geschrieben, der für die Speicherbegrenzungen von Sensornetzwerken optimiert ist.
• Gemeinsame Abstraktionsschnittstellen und Komponenten: TinyOS stellt Schnittstellen und Komponenten für gängige Abstraktionen wie Routing, Paketkommunikation, Aktorik, Sensorik und Speicherung bereit.
• Simulation von Algorithmen und Protokollen: Das Betriebssystem TinyOS unterstützt die groß angelegte Simulation von Algorithmen und Kommunikationsprotokollen. TinyOS eignet sich daher für die Entwicklung von Kommunikationsprotokollen für drahtlose Sensornetzwerke.

Amazon FreeRTOS

Amazon FreeRTOS ist ein quelloffenes Echtzeitbetriebssystem für Geräte mit begrenzten Ressourcen. Es vereinfacht die Programmierung, Bereitstellung, Absicherung, Konnektivität und Verwaltung kleiner Edge-Geräte mit niedrigem Energieverbrauch. Das cloudneutrale Betriebssystem zeichnet sich durch einen schnellen, reaktionsfähigen und zuverlässigen Kernel aus und ist in mehr als 40 Architekturen implementiert. Dadurch haben Entwickler eine große Auswahl an Hardware, die sie mit vorkonfigurierten Softwarebibliotheken kombinieren können.

Zu den Anwendungsfällen von FreeRTOS gehören die lokale Erfassung und Verarbeitung von Daten, die Verwaltung mehrerer Aufgaben kommerzieller Geräte sowie die Fernaktualisierung von Geräten.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale

• Konnektivität: FreeRTOS-Geräte können über Ethernet und WLAN eine lokale Verbindung aufrechterhalten, wobei lokale Konnektivitätsbibliotheken wie die WLAN-Verwaltung zum Einsatz kommen. FreeRTOS unterstützt außerdem die Cloud-Konnektivität, sodass Nutzer bequem Daten erfassen und auf mikrocontrollerbasierten Geräten agieren können, die in IoT-Anwendungen sowie mit anderen AWS-Cloud-Diensten eingesetzt werden.
• Unterstützung von AWS-IoT-Funktionen und -Diensten: Amazon FreeRTOS unterstützt AWS-IoT-Funktionen und -Dienste wie AWS IoT Core Device Shadow und AWS IoT Device Defender.
• Over-the-Air-Updates: Die Verwendung von FreeRTOS mit AWS IoT Device Management bietet eine Lösung für Over-the-Air-Updates. FreeRTOS ermöglicht die speicherschonendere Bereitstellung von Over-the-Air-Updates für mikrocontrollerbasierte Geräte.

Windows 10 IoT

Windows 10 IoT ermöglicht es Entwicklern, die Leistungsfähigkeit von Windows 10 zu nutzen, um IoT-Lösungen schnell und sicher zu erstellen. Dafür stellt es Entwicklertools, Sicherheit auf Unternehmensniveau und langfristigen Support bereit. Windows bietet ein vertrauenswürdiges Betriebssystem, auf dessen Grundlage IoT-Lösungen erstellt und bereitgestellt werden können. Es hilft Nutzern, ihre Geräte über Azure IoT mit der Cloud zu verbinden und Erkenntnisse zu nutzen, um personalisierte Erlebnisse zu schaffen, die Kundenbindung zu vertiefen und Geschäftsergebnisse zu verbessern.

Windows 10 IoT ist in zwei Editionen erhältlich: Windows 10 IoT Core und Windows 10 IoT Enterprise.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale

• Windows 10 Enterprise: Windows 10 IoT Enterprise bietet die volle Leistungsfähigkeit von Windows 10 Enterprise für den Einsatz in dedizierten Geräten wie Kassen im Einzelhandel, intelligenten Gateways, Robotern, Kiosksystemen und mehr.
• Sicherheit: Windows 10 IoT verfügt über zahlreiche Sicherheitsfunktionen, um dem stetig wachsenden Bedarf an Verwaltung und Absicherung digitaler Geräte angesichts der zunehmenden Verbreitung des IoT gerecht zu werden. Windows 10 IoT bietet Gerätesicherheitstechnologien wie Trusted Platform Module (TPM), Secure Boot, BitLocker, Device Guard und Device Health Attestation.
• Entwicklertools: Windows for IoT stellt effektive und vertraute Entwicklertools zum Erstellen und Verwalten von IoT-Geräten bereit.
• Unterstützung offener Cloud-Protokolle: Windows for IoT unterstützt offene Cloud-Protokolle und sofort einsatzbereite Funktionen, die Azure-Intelligenz für Windows for IoT bereitstellen.

Tizen

Tizen ist ein flexibles Betriebssystem, das von einer Entwicklergemeinschaft unter einer Open-Source-Governance entwickelt wurde, um gezielt die Anforderungen von Anwendungsentwicklern, Geräteherstellern, Mobilfunkanbietern und weiteren Beteiligten des Ökosystems für mobile und vernetzte Geräte zu erfüllen. Entwickler können Tizen verwenden, um leistungsfähige Anwendungen zu erstellen und auf einer Vielzahl von Geräten auszuführen.

Es stellt über Tizen Studio, das aus einer integrierten Entwicklungsumgebung (IDE), einer Toolchain, einem Emulator, Beispielcode und Dokumentation besteht, umfassende Werkzeuge zum Erstellen nativer Tizen- und Webanwendungen bereit.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale

• Mehrere Profile: Das Tizen-Betriebssystem bietet mehrere Profile, um unterschiedlichen Branchenanforderungen gerecht zu werden. Zu diesen Tizen-Profilen gehören Tizen IVI (In-Vehicle-Infotainment), Tizen TV, Tizen Mobile und Tizen Wearable. Alle diese Profile basieren seit Tizen 3.0 auf derselben gemeinsamen Infrastruktur namens Tizen Common.
• Anpassung des Betriebssystems: Mit Tizen können Gerätepartner und Mobilfunkanbieter gemeinsam das Betriebssystem und die Benutzererfahrung anpassen, um die spezifischen Bedürfnisse ihrer Kundensegmente zu erfüllen.
• Entwicklung nativer Anwendungen: Tizen bietet Anwendungsentwicklern und unabhängigen Softwareanbietern die Möglichkeiten der nativen Anwendungsentwicklung und unterstützt gleichzeitig flexibel HTML5. Dadurch können Anwendungsentwickler ihre Reichweite auf intelligente Geräte mit Tizen ausweiten.

RIOT OS

RIOT OS ist ein kostenloses quelloffenes Betriebssystem mit einer globalen Gemeinschaft aus Industrie, Hobbyentwicklern und akademischer Forschung. Es unterstützt die meisten stromsparenden IoT-Geräte und Peripheriegeräte sowie 8-, 16- und 32-Bit-Mikrocontrollerarchitekturen. Es stellt einen Mikrokernel, Dienstprogramme und Netzwerkstacks bereit, die unter anderem Datenstrukturen, kryptografische Bibliotheken und eine Shell umfassen. Das Betriebssystem richtet sich hauptsächlich an Systeme, deren Ressourcen für die Ausführung von Linux nicht ausreichen. Es zielt darauf ab, alle anwendbaren offenen Standards zu implementieren, die ein sicheres, langlebiges und vernetztes Internet der Dinge unterstützen.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale

• Konnektivität: RIOT OS verfolgt einen modularen Ansatz, um sich an die Anforderungen von Anwendungen anzupassen und Silos aufzubrechen. Das Betriebssystem soll alle gängigen Netzwerktechnologien und Internetstandards unterstützen.
• Sicherheit: RIOT unterstützt DTLS-Sicherheit, die Verschlüsselung nach IEEE 802.15.4, sichere Firmware-Updates, zahlreiche kryptografische Pakete und kryptografisch sichere Elemente, um sichere IoT-Anwendungen zu ermöglichen.
• Codequalität: Die RIOT-Community verwendet etablierte Werkzeuge, um den Code kontinuierlich zu testen und höchste Standards bei der Codequalität zu gewährleisten.

Wind River VxWorks

Wind River VxWorks ist ein Echtzeitbetriebssystem, das die für die höchsten Standards beim Betrieb der eingebetteten Computersysteme in der kritischen Infrastruktur seiner Nutzer erforderliche Leistung, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Schutzfunktionen bietet. Es handelt sich um ein prioritätsbasiertes, präemptives Echtzeitbetriebssystem mit geringer Latenz und minimalem Jitter. Es basiert auf einer Architektur, die nicht nur aktualisierbar, sondern auch zukunftssicher ist, damit seine Kunden auf sich wandelnde Markt- und Technologieanforderungen reagieren können.

VxWorks unterstützt außerdem die Bereitstellung von Anwendungen über Container. Dieser moderne Ansatz für Echtzeitbetriebssysteme steigert die Produktivität von Entwicklern und hilft ihnen, eingebettete und sicherheitskritische Anwendungen zuverlässig bereitzustellen.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale

• Umfassende Unterstützung für Multicore- und Multiprocessing-Systeme: VxWorks hilft seinen Nutzern, die Hardware optimal auszuschöpfen, da es 32- und 64-Bit-Multicore-Prozessoren auf Basis der Architekturen Arm, Intel, RISC-V und Power unterstützt.
• OCI-Container: Nutzer können IT-ähnliche Werkzeuge und Methoden verwenden, um ihre Anwendungen schnell zu paketieren und bereitzustellen. Sie können ihre Anwendungen in standardmäßige Container-Registries übertragen und von ihren bereitgestellten VxWorks-basierten Geräten abrufen.
• Sicherheitsfunktionen: VxWorks integriert umfassende und sich schnell weiterentwickelnde Sicherheitsfunktionen. Damit können Architekten ein Sicherheitsniveau entwickeln, das zur Angriffsfläche und zu den Bedrohungen passt, denen ihre Anwendungsfälle und Umgebungen ausgesetzt sind.

Vergleichstabelle: IoT-Betriebssysteme