了解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的概念及三大關鍵設計因素

一、什么是網(wǎng)關

網(wǎng)關是一種充當轉(zhuǎn)換重任的計算機系統(tǒng)或設備。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關是一個翻譯器。與網(wǎng)橋只是簡單地傳達信息不同，網(wǎng)關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統(tǒng)的需求。同時，網(wǎng)關也可以提供過濾和安全功能。

二、什么是物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關

在物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)中，為感知層和網(wǎng)絡層兩個不同的層級架起一座橋梁，那就是“物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關”。它既可以實現(xiàn)廣域網(wǎng)互連，也可以實現(xiàn)局域網(wǎng)互連。此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關還需要具備設備管理功能，運營商通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關設備可以管理底層的各感知節(jié)點，了解各節(jié)點的相關信息，并實現(xiàn)遠程控制。

三、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的特征

全面感知，即利用RFID技術(shù)、傳感器接入、二維碼等隨時獲取物體信息;

可靠傳遞，通過NB-IoT或LoRa進行組網(wǎng)，并與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將信息實時準確地傳遞出去;

智能處理，利用云計算、模糊識別技術(shù)、邊緣計算技術(shù)等對數(shù)據(jù)進行分析和預處理，對物體實施智能化控制。

四、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的功能

1. 協(xié)議的轉(zhuǎn)換

從不同的感知網(wǎng)絡到接入網(wǎng)絡的協(xié)議轉(zhuǎn)換、將下層的標準格式的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝、保證不同的感知網(wǎng)絡的協(xié)議能夠變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信令;將上層下發(fā)的數(shù)據(jù)包解析成感知層協(xié)議可以識別的信令和控制指令。

2. 可控與管理能力

首先要對網(wǎng)關進行管理，如注冊管理、權(quán)限管理、狀態(tài)監(jiān)管等。網(wǎng)關實現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點的管理，如獲取節(jié)點的標識、狀態(tài)、屬性、能量等，以及遠程實現(xiàn)喚醒、控制、診斷、升級和維護等。由于子網(wǎng)的技術(shù)標準不同，協(xié)議的復雜性不同，所以網(wǎng)關具有的管理能力不同。

網(wǎng)絡邊界變得更加深入和多樣化，隨著不斷增加廣泛且迅速擴展的各種全新種類互聯(lián)性“事物”，人們通常將其稱之為物聯(lián)網(wǎng)。

五年前，網(wǎng)絡邊界的界定清晰并且相當狹窄，連接互聯(lián)網(wǎng)的設備類型主要是個人計算機，或者是筆記本電腦或臺式機，要么就是終端平臺。如今，網(wǎng)絡邊界則已經(jīng)變得更加深入和多樣化，隨著不斷增加廣泛且迅速擴展的各種全新種類互聯(lián)性“事物”，人們通常將其稱之為物聯(lián)網(wǎng)。

現(xiàn)今，“云”通常被用來描述由邊界路由器、交換機、應用交付控制器和服務器組成的一套多樣化硬件，而且在數(shù)據(jù)中心中還托管著基于服務器的各種應用、 數(shù)據(jù)庫和服務等。采用類似的方式，“霧”(“the fog” )如今被人們用于描述網(wǎng)絡領域的邊界，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的所有新“事物”都存在其中。

對此，飛思卡爾專家現(xiàn)身，從“霧”層到“云”層解析物聯(lián)網(wǎng)設計。那么，對于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的關鍵設計因素到底有哪些?

五、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的關鍵設計因素

1. 物理連接性

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備的類型，用于支持M2M網(wǎng)絡連接性的“霧”層連接性可以呈現(xiàn)為無線物理層，例如 ZigBee、Sub-gigaHertz、Z-Wave、低功耗藍牙、低功耗Wi-Fi或近場通信等。

為了適應“霧”層設備所用的各種連接性解決方案，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關必須提供適用類型的足夠連接端口，以支持連接“霧”層設備所需的調(diào)制解調(diào)器。

2. 協(xié)議支持

除了支持“霧”層設備所用的各種物理層連接性之外，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關必須能夠支持每種類型物聯(lián)網(wǎng) (IoT)設備所用的協(xié)議。這些協(xié)議包括家庭自動化(Home Automation)、智能能源(Smart Energy)、802.11n、6LoPAN和多種其它協(xié)議。每種類型的協(xié)議需要一定數(shù)量的處理工作負載，以便管理每一種協(xié)議相關的協(xié)議堆棧。

3、安全性

對于數(shù)據(jù)安全而言，除了加密的功能之外，還要防止引進惡意軟件以降低數(shù)據(jù)安全性，或者在加密數(shù)據(jù)之前防止采集未授權(quán)數(shù)據(jù)。這種行為日益受到法規(guī)的監(jiān)管和監(jiān)控，在不斷擴展采用加密標準和協(xié)議技術(shù)規(guī)范。

結(jié)果不可避免的是，這要求在M2M或物聯(lián)網(wǎng)中使用的通信處理器必須能夠執(zhí)行加密運行功能，例如哈希算法、簽名和加密數(shù)據(jù)，以及安全密鑰存儲單元，以便滿足法規(guī)要求

4.. 數(shù)據(jù)過濾功能

有時，傳感器/設備會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，會對系統(tǒng)造成很大壓力，并且傳輸和存儲成本也會相應提高。通常在這種情況下，只有一小部分數(shù)據(jù)是有價值的其余的過濾掉。例如攝像頭不需要發(fā)送走廊的視頻數(shù)據(jù)。網(wǎng)關可以預處理和過濾由傳感器/設備生成的數(shù)據(jù)，以減少傳輸、處理和存儲要求。

5. 廣泛的接入能力

目前用于近程通信的技術(shù)標準很多，現(xiàn)在國內(nèi)外已經(jīng)在展開針對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的標準化工作，如3GPP、傳感器工作組，實現(xiàn)各種通信技術(shù)標準的互聯(lián)互通。

六、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關選型

1. 工業(yè)智能網(wǎng)關

工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)關，采用高性能的工業(yè)級32位通信處理器，可為PLC、變頻器、機器人等工業(yè)現(xiàn)場提供遠程維護的通道，實現(xiàn)設備遠程管理。滿足傳感器、多路網(wǎng)絡接入和串口DTU功能。

2. 邊緣計算網(wǎng)關

邊緣計算網(wǎng)關，采用Arm架構(gòu)高端處理器;標準Linux系統(tǒng)支持用戶二次開，軟件多級檢測和硬件多重保護機制來提高設備穩(wěn)定性。廣泛應用于交通、電力、金融、水利、氣象、環(huán)保、工業(yè)自動化，能源礦產(chǎn)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、石油、建筑、智能交通、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)應用。

3. 工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關

工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是一款采用ARM架構(gòu)高能效處理器作為主控、采用Linux作為操作系統(tǒng)的嵌入式工業(yè)計算機，該產(chǎn)品廣泛應用工業(yè)4.0、智慧水利、智慧城市、智慧電力等行業(yè)領域。

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