了解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的概念及三大關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素

一、什么是網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語(yǔ)言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關(guān)是一個(gè)翻譯器。與網(wǎng)橋只是簡(jiǎn)單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)對(duì)收到的信息要重新打包，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)也可以提供過(guò)濾和安全功能。

二、什么是物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)

在物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)中，為感知層和網(wǎng)絡(luò)層兩個(gè)不同的層級(jí)架起一座橋梁，那就是“物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)”。它既可以實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)互連，也可以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互連。此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

三、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)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(shí)獲取物體信息;

可靠傳遞，通過(guò)NB-IoT或LoRa進(jìn)行組網(wǎng)，并與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去;

智能處理，利用云計(jì)算、模糊識(shí)別技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)處理，對(duì)物體實(shí)施智能化控制。

四、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能

1. 協(xié)議的轉(zhuǎn)換

從不同的感知網(wǎng)絡(luò)到接入網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換、將下層的標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝、保證不同的感知網(wǎng)絡(luò)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(shí)別的信令和控制指令。

2. 可控與管理能力

首先要對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理，如注冊(cè)管理、權(quán)限管理、狀態(tài)監(jiān)管等。網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的管理，如獲取節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)、狀態(tài)、屬性、能量等，以及遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)喚醒、控制、診斷、升級(jí)和維護(hù)等。由于子網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，協(xié)議的復(fù)雜性不同，所以網(wǎng)關(guān)具有的管理能力不同。

網(wǎng)絡(luò)邊界變得更加深入和多樣化，隨著不斷增加廣泛且迅速擴(kuò)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(luò)邊界的界定清晰并且相當(dāng)狹窄，連接互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備類型主要是個(gè)人計(jì)算機(jī)，或者是筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)，要么就是終端平臺(tái)。如今，網(wǎng)絡(luò)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(kuò)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(lái)描述由邊界路由器、交換機(jī)、應(yīng)用交付控制器和服務(wù)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(wù)器的各種應(yīng)用、 數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)等。采用類似的方式，“霧”(“the fog” )如今被人們用于描述網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的邊界，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的所有新“事物”都存在其中。

對(duì)此，飛思卡爾專家現(xiàn)身，從“霧”層到“云”層解析物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)。那么，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素到底有哪些?

五、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素

1. 物理連接性

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的類型，用于支持M2M網(wǎng)絡(luò)連接性的“霧”層連接性可以呈現(xiàn)為無(wú)線物理層，例如 ZigBee、Sub-gigaHertz、Z-Wave、低功耗藍(lán)牙、低功耗Wi-Fi或近場(chǎng)通信等。

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

2. 協(xié)議支持

除了支持“霧”層設(shè)備所用的各種物理層連接性之外，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)必須能夠支持每種類型物聯(lián)網(wǎng) (IoT)設(shè)備所用的協(xié)議。這些協(xié)議包括家庭自動(dòng)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(fù)載，以便管理每一種協(xié)議相關(guān)的協(xié)議堆棧。

3、安全性

對(duì)于數(shù)據(jù)安全而言，除了加密的功能之外，還要防止引進(jìn)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(kuò)展采用加密標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(chǔ)單元，以便滿足法規(guī)要求

4.. 數(shù)據(jù)過(guò)濾功能

有時(shí)，傳感器/設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大壓力，并且傳輸和存儲(chǔ)成本也會(huì)相應(yīng)提高。通常在這種情況下，只有一小部分?jǐn)?shù)據(jù)是有價(jià)值的其余的過(guò)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(guān)可以預(yù)處理和過(guò)濾由傳感器/設(shè)備生成的數(shù)據(jù)，以減少傳輸、處理和存儲(chǔ)要求。

5. 廣泛的接入能力

目前用于近程通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)很多，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在展開(kāi)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，如3GPP、傳感器工作組，實(shí)現(xiàn)各種通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通。

六、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)選型

1. 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)

工業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線網(wǎng)關(guān)，采用高性能的工業(yè)級(jí)32位通信處理器，可為PLC、變頻器、機(jī)器人等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供遠(yuǎn)程維護(hù)的通道，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程管理。滿足傳感器、多路網(wǎng)絡(luò)接入和串口DTU功能。

2. 邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)

邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，采用Arm架構(gòu)高端處理器;標(biāo)準(zhǔn)Linux系統(tǒng)支持用戶二次開(kāi)，軟件多級(jí)檢測(cè)和硬件多重保護(hù)機(jī)制來(lái)提高設(shè)備穩(wěn)定性。廣泛應(yīng)用于交通、電力、金融、水利、氣象、環(huán)保、工業(yè)自動(dòng)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(yīng)用。

3. 工業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

工業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)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(jì)算機(jī)，該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用工業(yè)4.0、智慧水利、智慧城市、智慧電力等行業(yè)領(lǐng)域。

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