智能手機技術發展及展望

中圖分類號：TN915 文獻標志碼：A 文章編號：1009-6868 (2012) 03-0035-004

摘要：文章基于智能手機技術與業務部署方式的發展演化，對未來智能手機的發展進行了分析，論證了基于Web語言的WebOS是智能手機一個重要的發展趨勢。文章認為未來智能手機必將是一種能夠與云計算技術充分結合的Web化的平臺，這種智能平臺在業務服務擴展能力上具有巨大的優勢，有可能成為未來顛覆現有產業格局的有利武器。

關鍵詞：嵌入操作系統；超文本鏈接標記語言；云計算；Web操作系統

Abstract:In this paper， we discuss the development of future smartphones and suggest that WebOS， based on web language， is an important trend. In the future， smartphones will be a web platform combined with cloud computing. This smart platform will have many advantages for extending services and will change the existing industrial paradigm.

Key words:embedded operating system; HTML; cloud computing; WebOS

隨著iPHONE的出現，智能手機突然進入一個嶄新的時代，而Android的出現把變化推向一個新的階段，一些新的面孔進入到了手機這個原本似乎非常成熟的產業。隨著新巨頭的崛起，傳統的手機巨頭紛紛倒下，智能手機的開創者黑莓、PALM，以及智能手機的王者MOTOROLA與NOKIA，不是日薄西山就是已經倒下，而蘋果、GOOGLE成為新的巨頭。智能手機戰場逐漸演變成了蘋果IOS與GOOGLE的Android之間的對決。

這次智能手機革命是基于移動互聯網的飛速發展，可以說蘋果與GOOGLE的崛起正是順應移動互聯網的發展應運而生的結果。伴隨著這次變革，產業鏈上的其他各個廠商不斷被邊緣化。

首先被邊緣化的是傳統電信運營商。電信運營商不僅沒能搭上移動互聯網的順風車，反而面臨著管道化的趨勢，而管道由于激烈的價格競爭而變得越來越難以贏利。其次被邊緣化的是手機制造商們。過去手機制造商都采取封閉的操作系統，也維護了各自的高利潤。但隨著開放的Android平臺的出現，手機制造商們面臨著PC化的命運。各種Android手機出現了同質化的現象，手機的競爭變成了硬件配置的競爭，而手機廠家也逐漸滑向純粹的硬件制造商。最后被邊緣化的是手機軟件與業務的開發者，蘋果與Android已經事實上控制了終端的業務部署，其他軟件開發者只能在蘋果與GOOGLE的生態鏈上生存發展。蘋果公司一家的利潤，即占了整個手機產業總利潤的50％以上，而GOOGLE雖暫時未從Android上獲得暴利，但是考慮到Android終端龐大的數量，GOOGLE未來的贏利空間大得驚人。

如何破解當前的蘋果、GOOGLE的雙巨頭局面，是手機業者不得不認真思索的問題。

從表面上看，似乎大勢已定，蘋果與GOOGLE已經把智能手機的技術發展到難以超越的地步，然而技術的發展有其自身的發展規律，超越GOOGLE與蘋果的利器蘊藏在技術發展的本身規律當中。

1 智能操作系統的演化歷史

談智能手機，必談智能操作系統，然而智能操作系統的準確定義是什么？同樣一款手機，在某些人看是智能機，但是在另一些人眼里就成了功能機，比如BMP手機與SYMBIAN手機。

智能操作系統本身就是一個非常模糊抽象的概念，要回答這個問題，我們首先回歸到操作系統本身。

1.1 智能操作系統定義

要弄清楚什么是智能手機操作系統，首先需要回到什么是嵌入操作系統？人們通常的概念是：運行速度非常快、尺寸非常小、跟硬件結合很緊密的操作系統就是嵌入操作系統。這種概念本身就非常含糊，正確的回答是：應用程序嵌入到操作系統里面，成為操作系統一個組成部分的軟件，也就是把應用程序“嵌入”到操作系統內核里面[1]。

與桌面系統比較，嵌入操作系統一般具有以下的特征：

?應用程序通常與操作系統一起編譯成一個可執行文件。

?應用程序是操作系統的一組函數調用或者是一組任務。

?應用程序的啟動沒有裝載、重定位的過程，而是直接跳到相關函數運行。

?應用程序與操作系統處于同一個平坦內存空間，即沒有用戶空間與內核空間的區別。

回答了什么是嵌入操作系統，那么智能操作系統的概念就非常清晰了，只有能夠自有安裝應用，而不需要把應用與操作系統編譯成一個鏡像的操作系統，才是智能操作系統。

通過以上分析，我們可以明白：VXWORKS、REX、UCOS之類的是嵌入操作系統，WINDOWS與LINUX不是真正的嵌入操作系統，SYMBIAN比較特殊，是一個介于嵌入與非嵌入之間的操作系統。因此，LINUX、WINDOWS MOBILE的智能手機，一定是雙CPU或者雙核架構的，大家一定對早期的WINDOWS手機的笨重粗大還印象深刻。而SYMBIAN卻是可以在單CPU單核架構下運行，并且可以運行得非常流暢。

1.2 智能操作系統的演化路線

過去的手機，都是基于傳統嵌入軟件的，也就沒有智能、非智能手機的區別，而智能手機的演化，主要是基于兩種技術路線：

(1)在傳統嵌入軟件基礎上增強。增加圖形引擎，增加用戶態空間，增加應用的動態加載，可執行程序的加載重定位。軟件越來越具備一些桌面操作系統的特征。

(2)在桌面操作系統基礎上裁減。裁減不相關的功能，優化運行效率，減少尺寸。軟件越來越像一個嵌入操作系統了。

顯然，SYMBIAN走的是對傳統嵌入軟件進行增強的技術路線[2]，WINDOWS MOBILE走的是第二條路線。兩條路線都有各自的優缺點。對傳統嵌入軟件進行增強，能較好兼顧運行效率，適應早期處理器處理能力的限制。NOKIA把SYMBIAN的潛力發揮到了極限，也取得了最大的成功。但是擴展性、通用性、開放性受到天生的限制，嵌入操作系統自始就沒考慮這些問題，所以需要作大量的改造。這是最終SYMBIAN衰落的根本原因。第二條路線的優點是繼承桌面操作系統的優點，界面表現力豐富，對應用的支持能力強，但是性能欠佳。早期受到硬件條件的限制，不得不采用CP+AP的架構，所以早期的WINDOWS PHONE都顯得傻大笨粗且耗電驚人，而目前這個問題已經逐漸解決。

智能手機平臺最好是從桌面系統演化而來的。評價一個智能平臺好不好，先看看它對應的桌面系統。在iPHONE誕生之前，WINDOWS MOBILE是最好的智能平臺，而WINDOWS MOBILE正是延續了PC上的WINDOWS操作系統；iPHONE的操作系統IOS也是蘋果的桌面操作系統的衍生物；LINUX則繼續延續其桌面系統的混亂，直到Android出現才最終統一。

2 業務模式的演化

2.1 移動業務的業務部署的演化

早期的手機以及現在的功能機采用的都是傳統的強實時的嵌入操作系統，這使得手機的功能在出廠的時候就被固定了，出廠之后想要再增加新的業務功能基本是不可能的。這是因其操作系統平臺特性決定的。這就使得運營商以及軟件開發者很難發布自己的新業務，所以2G時代，手機技術的創新多集中在續航能力、操作體驗、造型設計方面，而實質性的業務創新非常少。

當智能機出現之后，這種局限得以改變。手機可以通過下載安裝新的應用，實現新功能的擴展，并使得運營商能夠在已經售出的手機上部署新的業務。隨著智能平臺從SYMBIAN演進到iPHONE和Android，業務的創新被激發出來，移動互聯網才真正成為現實。

然而，編寫智能手機上的應用卻是一個非常麻煩的事情。智能手機的平臺眾多，不同公司生產的智能手機在硬件、軟件差異非常大，開發者需要對多眾多型號的手機進行適配，這無疑是個很大的工作量。同時由于蘋果公司與GOOGLE公司事實上控制了業務的發布權力，這使得無論是業務的開發者，還是傳統的電信運營商都面臨著邊緣化的壓力。另外，這種通過下載安裝新應用的方式，仍然具有相當的局限性，其操作過程仍然非常的繁瑣。考慮到手機的用戶群體非常大眾化，這種過于復雜的操作顯然是不利于開發者與運營商推廣新業務。最后，智能手機有限的能力與無限的業務需求之間存在不可調和的矛盾。隨著應用數量、應用復雜度的提高，智能手機變得越來越復雜，對計算、存儲能力提出越來越高的要求。我們現在可以看到，智能手機處理器的主頻已經超過1 GHz，并朝著雙核甚至4核方向發展，存儲也朝著16G、32G甚至64G方向發展。然而與桌面系統不同，智能手機便攜移動的特性使得續航能力成為一個硬性約束條件，同時，硬件成本的提升也會提高智能手機的使用門檻，從而間接妨礙業務的推廣。更糟糕的是，智能手機的同質化與薄利化幾乎是同步的，智能手機的競爭演變成硬件配置上的競爭，這似乎又走回到PC發展的老路。

顯然，我們需要一種新的業務部署模型，這種新的業務部署模型或許也是顛覆iPHONE、Android壟斷的重要機會。

2.2 云計算與瘦終端

在智能手機發展進入高潮的時候，另一個新的技術也開始展現其前景，那就是云計算技術的發展[3]。本文不專門討論云計算，只重點指出云計算對手機產業兩個最重大的影響。

第一個影響是軟件服務代替軟件產品的思想，即SAAS的概念。過去銷售軟件與業務，是把軟件當成是一個產品而銷售，本質上賣一個軟件與賣一個手機沒有區別。而SAAS不是僅僅銷售軟件，而是銷售軟件所提供的服務，用戶可以根據自己的需求，隨時獲取或者中止某個服務，即需即得。毫無疑問，這會大大降低業務的使用門檻，同時，也使得業務開發者從一次性獲利向長期經營獲利轉變。那么這意味著什么呢？這意味這類似APP STORE這樣的應用下載安裝模式變得不再是必須的了。

第二個影響是，云技術所提供的即需即得且近乎無限的計算、存儲能力，這遠遠突破了智能手機本身計算、存儲能力的發展。那么，智能手機其實不需要再走回PC曾走過的道路，即不斷地搞硬件升級游戲。因為無論手機芯片升級的速度有多快，都趕不上云計算中心處理能力的升級速度和手機業務擴展的需求。

隨著云計算的發展，瘦終端的概念開始逐漸成熟起來[4]，所謂瘦終端并不是指低成本終端，而是結合云計算中心的能力，把復雜的業務邏輯在網絡側實現，終端只起一個顯示、輸入輸出的作用。

因此，我們有理由相信，面向云計算的瘦終端型的智能手機或許是一個必然發展趨勢。

3 智能手機未來技術展望

3.1 智能手機業務擴展技術演進

推動智能手機不斷向前發展，其實只有兩個驅動力，一是技術的發展，二是業務部署的需要。

我們仍然回到業務部署上面來，早期的手機基本不存在業務的擴展能力，所有業務只能在手機出廠的時候預裝在手機上，而新業務的擴展不外3種方式：

第一種方式是JAVA運行方式。這個在過去功能機上非常普遍的一種業務。這種方式具有無比的靈活性，同時不受終端平臺的限制，走到極端就是全JAVA手機。很多年前我們就預測將會出現一個全JAVA的手機，只是沒有想到是GOOGLE而不是SUN，雖然SUN公司也推出過一個JAVAFX平臺。JAVA運行的問題是運行效率問題。GOOGLE采取的辦法是把JAVA從解釋執行變成了編譯執行，這無疑大大削弱了JAVA的優勢，因為這又回到下載安裝應用的老路上。

第二種方式是本地應用擴展方式。通過下載安裝或者預裝手機客戶端軟件實現。這種方式也是現在大多數智能手機所采取的方式，優點是具有很強的業務支持能力和運行效率，缺點是對手機本地平臺有較強的依賴性。這種方式應用的開發、移植、適配很麻煩，同時對手機的硬件能力提升提出了越來越高的要求。

第三種方式即瀏覽器方式。這種方式通過Web方式訪問業務[5]，優點是對手機沒有依賴，只需要手機支持瀏覽器。但是通過手機上的瀏覽器支持復雜的應用非常困難，而且無法與手機本地的能力結合。雖然存在這樣的問題，但是這種業務部署方式已經開始顯現其生命力，很多公司已經推出自己的產品。我們也曾預測將會出現一種全瀏覽器的手機，將瀏覽器與本地能力完全融合在一起，即現在的WebOS[6]。

由此可見，業務的部署走過了預裝、下載安裝，最后將走向所見即所得直接運行的方式。要想實現即需即用、所見即所得的業務部署，必須滿足兩個條件：一是應用必須是解釋執行的，二是必須把終端能力與網絡側服務器能力緊密結合起來。這不是一個普通瀏覽器就能夠實現的，只有WebOS才能滿足未來業務發展的需要。

事實上，能夠解釋執行的語言非常多，例如Python、LUA等等，而且也確實有廠家基于這些語言試圖開發一種新的平臺，然而都未能取得市場成功，只有Web語言被廣泛接受，并擁有廣大編程開發人員。

3.2 未來智能機的關鍵技術

通過前面的論述，我們可以預測，未來智能手機必將是一種能夠與云計算技術充分結合的Web化的平臺。然而針對智能手機的應用特點，目前迫切需要解決一系列的技術問題，主要包括：

(1)如何實現Web引擎與本地能力的完美結合，即把本地的各種能力封裝成接口，供瀏覽器引擎使用。一個單純的瀏覽器無法充分發揮智能手機的本地處理能力，比如調用全球定位系統(GPS)的接口。這也是為什么在目前的智能手機上增加一個全功能瀏覽器并不能實現我們的目標，必須從新設計一種新的Web化的智能平臺。

(2)離線處理。當絕大部分的業務邏輯處理都在網絡側實現，那么離線處理就變得非常重要，甚至可能成為一個關鍵性的制約因素，尤其是在無線環境下使用的手機，其網絡連接的可靠性遠不能與固網相比。

(3)對帶寬的占用的優化。雖然帶寬資源越來越多，但是這種基于云計算理念的WebOS對帶寬的需求遠遠超過當前的智能手機。如何減少對帶寬的需求決定了這種模式能否真正實現商用。目前多采取數據壓縮來減少對帶寬的需求，然而真正有效的還是對應用進行分類，區分出哪些適合在終端側處理，哪些適合在網絡側處理，并將這些接口封裝成統一的服務接口，并可根據網絡情況隨時進行調整，使得資源的利用實現最大化與有效化。

4 結束語

智能手機的變革不是已經完成，而是剛剛開始。我們又重新站在了一個新的起點之上，如何打破現有的蘋果、GOOGLE的雙巨頭壟斷是擺在我們面前的嚴峻挑戰，而唯有技術與業務的創新才能使得我們在未來的智能手機競爭中占據有利位置。面向云計算的Web化智能平臺在業務服務擴展能力上具有巨大的潛在優勢，有可能成為未來顛覆產業格局的有利武器。

5 參考文獻

[1] 涂剛， 陽富民， 胡貫榮. 嵌入式操作系統綜述 [J]. 計算機應用研究， 2000(11):4-9.

[2] 方銀旺， 趙問道. Symbian操作系統及其應用程序開發 [J]. 計算機工程， 2003，29(1):275-277.

[3] 陳康， 鄭緯民. 云計算系統實例與研究現狀 [J]. 軟件學報， 2009， 20(5): 1337-1348.

[4] 任怡， 管劍波， 尹虎哲， 等. 面向瘦客戶端的WebOS研究 [J]. 計算機科學， 2010，37(6):164-167.

[5] MOORE D， BUDD R， BENSON E. Rich Internet Application高級編程后Ajax時代 [M]. 張云， 付勇， 譯. 北京：清華大學出版社， 2009.

[6] 武秀川， 鞠九濱. WebOS:Internet操作系統 [J]. 計算機科學， 2001，28(11):1-6.

收稿日期：2012-03-05

作者簡介

繆敬，中興通訊手機體系業務軟件中心技術總工；主要研究領域為嵌入軟件平臺，智能手機平臺與業務、云計算，已發表論文10余篇。

楊占永，長春郵電學院移動通信專業畢業；中國移動本溪分公司網絡運行部設備操作維護中心主任；主要從事傳輸設備和動力電源方面的研究。