在Internet中，網(wǎng)關(guān)是一種連接內(nèi)部網(wǎng)與Internet上其它網(wǎng)的中間設(shè)備，也稱“路由器”，而在物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)中，在感知層和網(wǎng)絡(luò)層兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)之間需要一個(gè)中間設(shè)備，那就是“物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)”。
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
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什么是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)？
網(wǎng)關(guān)就是為了不同協(xié)議之間轉(zhuǎn)換難而誕生的一個(gè)產(chǎn)品，對(duì)內(nèi)負(fù)責(zé)整個(gè)智能家居系統(tǒng)不同設(shè)備的協(xié)議轉(zhuǎn)換，對(duì)外通過以太網(wǎng)或者WiFi進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。
相比于互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議更加多樣，物的碎片化非常嚴(yán)重，網(wǎng)關(guān)的重要性也就由此凸顯——物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)能夠把不同的物收集到的信息整合起來，并且把它傳輸?shù)较乱粚哟危蚨畔⒉拍茉诟鞑糠种g相互傳輸。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換；既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。
比如電視機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱等家電設(shè)備；門禁、煙霧探測器、攝像頭等安防設(shè)備；臺(tái)燈、吊燈、電動(dòng)窗簾等采光照明設(shè)備等，通過集成特定的通信模塊，分別構(gòu)成各自的自組網(wǎng)子系統(tǒng)。而在家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備內(nèi)部，集成了幾套常用自組網(wǎng)通信協(xié)議，能夠同時(shí)與使用不同協(xié)議的設(shè)備或子系統(tǒng)進(jìn)行通信。用戶只需對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行操作。便可以控制家里所有連接到網(wǎng)關(guān)的智能設(shè)備。
網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)里面起著很重要的核心作用，網(wǎng)關(guān)有哪幾種形態(tài)呢？
我們這里也簡單說說：無線轉(zhuǎn)無線：WiFi轉(zhuǎn)433MHz、紅外、ZigBee（家庭常見），GPRS（2G、3G、4G）轉(zhuǎn)433MHz、紅外、ZigBee（工業(yè)常見），無線轉(zhuǎn)有線：WiFi轉(zhuǎn)RS485、RS232、CAN（工業(yè)居多），有線轉(zhuǎn)無線：以太網(wǎng)轉(zhuǎn)433MHz、紅外、ZigBee（家庭常見），有線轉(zhuǎn)有線：以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS485、RS232、CAN（工業(yè)居多）
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物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的歷史
設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、傳輸、監(jiān)測是整個(gè)流程的關(guān)鍵步驟，在市場需求不斷更新以及技術(shù)提升中，物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)就此出現(xiàn)，要更好地了解它的價(jià)值和出現(xiàn)的契機(jī)，要從設(shè)備機(jī)器數(shù)據(jù)的采集、傳輸、監(jiān)測過程發(fā)展歷程說起。
在發(fā)展早期，數(shù)據(jù)采集的意識(shí)才剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，由于傳感器的匱乏加上傳輸技術(shù)的落后，大多都是依靠人工進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)量。人工計(jì)量的弊端不言而喻，耗時(shí)耗力并且能夠檢測的范圍是非常狹窄的，所以人工計(jì)量的方式很快就被淘汰。
1、初期的本地監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集的首次嘗試
真正意義上的數(shù)據(jù)監(jiān)測應(yīng)該從本地監(jiān)測開始。通過有線網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備總控和 PLC 或者 HMI 連接起來，進(jìn)行本地的人機(jī)交互和信息交換，設(shè)備上的數(shù)據(jù)直接顯示在 PC 或者 HMI 上面。
而PC需要近距離地安裝在設(shè)備旁，同時(shí)需要人員一天 24 小時(shí)的監(jiān)控以及反饋。此時(shí)，人工的力量還是占了主導(dǎo)地位，本地監(jiān)測的實(shí)際意義不大，只是停留在簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作上。
2、以太網(wǎng)出現(xiàn)，延伸物理傳輸距離
由于本地監(jiān)測局限性太大，人們開始把以太網(wǎng)等有線寬帶技術(shù)運(yùn)用在數(shù)據(jù)采集、傳輸上，數(shù)據(jù)的傳輸在范圍上有了一定的延伸。當(dāng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)接入傳感器，通過一定的轉(zhuǎn)換到達(dá)以太網(wǎng)，再到達(dá)終端顯示。就傳輸范圍而言，在原有范圍基礎(chǔ)上是有了一定的拓展。
但是中間存在的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)差異導(dǎo)致通信并不能暢通無阻，且有線網(wǎng)絡(luò)的固有限制就是無法遠(yuǎn)程監(jiān)測，這又一次給數(shù)據(jù)市場提供一個(gè)巨大的需求。
3、網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn)，適配更多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)
伴隨著 2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、藍(lán)牙等無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸問題出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，但多種通信協(xié)議的多重協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也阻礙了設(shè)備與設(shè)備之間的“對(duì)話”。此時(shí)為了能夠適配更多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn)非常及時(shí)，在通信協(xié)議和數(shù)據(jù)之間，網(wǎng)關(guān)是一個(gè)翻譯器，與網(wǎng)橋只是簡單地傳達(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)系統(tǒng)的需求。
網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)換能力結(jié)合無線通信協(xié)議技術(shù)，大大提高了物聯(lián)網(wǎng)延伸距離，但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也面臨一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)。其中一個(gè)挑戰(zhàn)是，受限于系統(tǒng)內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和計(jì)算能力，很多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)無法直接連接基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)，這樣就難以做到萬物互聯(lián)。而物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以填補(bǔ)這塊空白，在基于IP的公共網(wǎng)絡(luò)與本地物聯(lián)網(wǎng)之間架起一座網(wǎng)絡(luò)橋梁，使用在不同的通信協(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。 通俗來講，有了網(wǎng)關(guān)，所謂的 M2M 不再是狹義上機(jī)器與機(jī)器的對(duì)話，而是設(shè)備、系統(tǒng)、人之間沒有障礙的溝通。
4、現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)，推動(dòng)設(shè)備預(yù)測性運(yùn)維
現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代扮演非常重要的角色，它不僅是連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶。作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。此外物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運(yùn)營商通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)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，特有的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算能力，讓傳統(tǒng)工廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中實(shí)現(xiàn)了更為快速、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集及傳輸。
物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)的特點(diǎn)
支持遠(yuǎn)程更新維護(hù)。例如 Ruff 的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)可隨時(shí)根據(jù)軟件的升級(jí)，添加支持協(xié)議，對(duì)外提供基于 JS 語言的開發(fā)接口，只需下載相應(yīng)的配置應(yīng)用即完成對(duì)硬件產(chǎn)品功能的修改。在網(wǎng)關(guān)使用過程中出現(xiàn)了問題，也無需去現(xiàn)場進(jìn)行維修只需利用 Ruff Explorer 遠(yuǎn)程管理工具在軟件層面進(jìn)行修改即可，從遠(yuǎn)端提前發(fā)現(xiàn)和解決隱患，使維護(hù)更智能，設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定可靠。
Ruff 服務(wù)的農(nóng)業(yè)客戶
Ruff Explorer 遠(yuǎn)程管理工具
其次，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)也具有超強(qiáng)的兼容性。采用即插即用的設(shè)計(jì)理念，兼容主流廠商的設(shè)備和協(xié)議，提供協(xié)議的下載和二次開發(fā)接口使得兼容變得更加容易。由于是在軟件層面控制硬件網(wǎng)關(guān)，這樣一來工廠在轉(zhuǎn)型過程中不需要花費(fèi)大成本來替換適配網(wǎng)關(guān)的設(shè)備，簡單修改軟件層面邏輯即可。
目前國內(nèi)一些公司比如華為、Ruff生產(chǎn)的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)已經(jīng)在真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境中有了多次成功的實(shí)踐，在人造板行業(yè)、汽車制造業(yè)、木材加工行業(yè)幫助客戶快速高效地接入設(shè)備，采集傳輸數(shù)據(jù)，并且通過其本身的邊緣計(jì)算能力可以就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。對(duì)于人力成本、設(shè)備維修成本、時(shí)間成本的降低是非常有價(jià)值的，這也將是很多中小型工廠在工業(yè) 4.0 轉(zhuǎn)型之戰(zhàn)中核心競爭力之一。
當(dāng)然，網(wǎng)關(guān)的技術(shù)能力目前還沒有到達(dá)終點(diǎn)，隨著市場的需求越來越高以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷提升，相信功能更加全面的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)會(huì)不斷更新出現(xiàn)，為物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展提供更好的服務(wù)。
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物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用
現(xiàn)在你知道一個(gè)網(wǎng)關(guān)是什么，你可能會(huì)想知道在傳感器/設(shè)備和云之間采取額外的步驟有什么好處。
電池壽命
如果傳感器/設(shè)備位于遠(yuǎn)程區(qū)域，則可能需要遠(yuǎn)程連接，例如衛(wèi)星連接才能與云端通話。如這里所述，較長的范圍通常意味著增加的功耗(和成本);這對(duì)于具有有限電池壽命的小型傳感器/設(shè)備來說可能是一個(gè)問題。
如果傳感器能夠持續(xù)數(shù)年，而不是數(shù)月或數(shù)周。通過使用安裝在外圍或谷倉倉頂部附近的高架網(wǎng)關(guān)，傳感器/設(shè)備只需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)的距離很短，并且網(wǎng)關(guān)可以通過單個(gè)更高帶寬的連接將數(shù)據(jù)回傳到云端。
網(wǎng)關(guān)允許傳感器/設(shè)備在較短距離內(nèi)進(jìn)行通信，從而提高電池壽命。
不同協(xié)議的轉(zhuǎn)換
完整的IoT應(yīng)用可能涉及許多不同種類的傳感器和設(shè)備。再次使用智能農(nóng)業(yè)，您可能需要傳感器的溫度，濕度和陽光以及自動(dòng)灌溉和肥料系統(tǒng)等設(shè)備。所有不同的傳感器和設(shè)備都可以使用不同的傳輸協(xié)議(基本上是傳輸信息的規(guī)則和格式)。協(xié)議包括LPWAN，Wi-Fi，藍(lán)牙和Zigbee等等。
網(wǎng)關(guān)可以通過不同協(xié)議與傳感器/設(shè)備進(jìn)行通信，然后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(如MQTT)，以發(fā)送到云端。
未過濾的數(shù)據(jù)
有時(shí)，傳感器/設(shè)備可以產(chǎn)生如此多的數(shù)據(jù)，這是數(shù)據(jù)壓倒在系統(tǒng)上或傳輸和存儲(chǔ)成本極高的情況。通常在這種情況下，只有一小部分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)際上是有價(jià)值的。例如，安全攝像機(jī)不需要發(fā)送空走廊的視頻數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)可以預(yù)處理和過濾由傳感器/設(shè)備生成的數(shù)據(jù)，以減少傳輸，處理和存儲(chǔ)要求。
高延遲
時(shí)間對(duì)于某些IoT應(yīng)用來說可能至關(guān)重要；傳感器/設(shè)備無法將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍⒃诓扇⌒袆?dòng)之前等待獲得響應(yīng)。對(duì)于醫(yī)療領(lǐng)域的生命或死亡情況或汽車等快速移動(dòng)的物體，這是真的。 通過處理網(wǎng)關(guān)上的數(shù)據(jù)并在本地發(fā)出命令可以避免更高的延遲。然而，IoT應(yīng)用中的許多傳感器/設(shè)備太小，電池太低，無法進(jìn)行處理。
網(wǎng)關(guān)可以通過在網(wǎng)關(guān)本身而不是在云中執(zhí)行處理來減少時(shí)間關(guān)鍵應(yīng)用程序的延遲。
安全
連接到互聯(lián)網(wǎng)的每個(gè)傳感器/設(shè)備都容易被黑客入侵。被劫持的傳感器/設(shè)備是壞的。不只是為業(yè)主，而是為所有人。
幾周前，名叫未來的惡意軟件被用來攻擊和控制數(shù)以千計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。然后，這種“機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)”的設(shè)備被用來占用互聯(lián)網(wǎng)的主要部分(更多關(guān)于未來)。
網(wǎng)關(guān)減少了連接到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器/設(shè)備的數(shù)量，因?yàn)閭鞲衅?設(shè)備僅連接到網(wǎng)關(guān)。然而，這使得網(wǎng)關(guān)本身成為目標(biāo)，也是第一道防線。這就是為什么安全需要成為任何網(wǎng)關(guān)的優(yōu)先考慮的原因。
結(jié)語
在未來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將會(huì)扮演非常重要的角色，它將成為連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶。
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