在Internet中，網(wǎng)關是一種連接內部網(wǎng)與Internet上其它網(wǎng)的中間設備，也稱“路由器”，而在物聯(lián)網(wǎng)的體系架構中，在感知層和網(wǎng)絡層兩個不同的網(wǎng)絡之間需要一個中間設備，那就是“物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關”。
物聯(lián)網(wǎng)架構
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什么是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關？
網(wǎng)關就是為了不同協(xié)議之間轉換難而誕生的一個產(chǎn)品，對內負責整個智能家居系統(tǒng)不同設備的協(xié)議轉換，對外通過以太網(wǎng)或者WiFi進入互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程通信。
相比于互聯(lián)網(wǎng)時代，物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議更加多樣，物的碎片化非常嚴重，網(wǎng)關的重要性也就由此凸顯——物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關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?，因而信息才能在各部分之間相互傳輸。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以實現(xiàn)感知網(wǎng)絡與通信網(wǎng)絡，以及不同類型感知網(wǎng)絡之間的協(xié)議轉換；既可以實現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實現(xiàn)局域互聯(lián)。
比如電視機、洗衣機、空調、冰箱等家電設備；門禁、煙霧探測器、攝像頭等安防設備；臺燈、吊燈、電動窗簾等采光照明設備等，通過集成特定的通信模塊，分別構成各自的自組網(wǎng)子系統(tǒng)。而在家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關設備內部，集成了幾套常用自組網(wǎng)通信協(xié)議，能夠同時與使用不同協(xié)議的設備或子系統(tǒng)進行通信。用戶只需對網(wǎng)關進行操作。便可以控制家里所有連接到網(wǎng)關的智能設備。
網(wǎng)關在系統(tǒng)里面起著很重要的核心作用，網(wǎng)關有哪幾種形態(tài)呢？
我們這里也簡單說說：無線轉無線：WiFi轉433MHz、紅外、ZigBee（家庭常見），GPRS（2G、3G、4G）轉433MHz、紅外、ZigBee（工業(yè)常見），無線轉有線：WiFi轉RS485、RS232、CAN（工業(yè)居多），有線轉無線：以太網(wǎng)轉433MHz、紅外、ZigBee（家庭常見），有線轉有線：以太網(wǎng)轉RS485、RS232、CAN（工業(yè)居多）
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物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的歷史
設備數(shù)據(jù)的采集、傳輸、監(jiān)測是整個流程的關鍵步驟，在市場需求不斷更新以及技術提升中，物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關就此出現(xiàn)，要更好地了解它的價值和出現(xiàn)的契機，要從設備機器數(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)采集的意識才剛剛出現(xiàn)的時候，由于傳感器的匱乏加上傳輸技術的落后，大多都是依靠人工進行數(shù)據(jù)計量。人工計量的弊端不言而喻，耗時耗力并且能夠檢測的范圍是非常狹窄的，所以人工計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)測應該從本地監(jiān)測開始。通過有線網(wǎng)絡將設備總控和 PLC 或者 HMI 連接起來，進行本地的人機交互和信息交換，設備上的數(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備旁，同時需要人員一天 24 小時的監(jiān)控以及反饋。此時，人工的力量還是占了主導地位，本地監(jiān)測的實際意義不大，只是停留在簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作上。
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)等有線寬帶技術運用在數(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。當設備節(jié)點接入傳感器，通過一定的轉換到達以太網(wǎng)，再到達終端顯示。就傳輸范圍而言，在原有范圍基礎上是有了一定的拓展。
但是中間存在的協(xié)議標準差異導致通信并不能暢通無阻，且有線網(wǎng)絡的固有限制就是無法遠程監(jiān)測，這又一次給數(shù)據(jù)市場提供一個巨大的需求。
3、網(wǎng)關的出現(xiàn)，適配更多協(xié)議標準
伴隨著 2G/3G/4G 網(wǎng)絡、Wi-Fi、藍牙等無線網(wǎng)絡傳輸技術的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)的遠程傳輸問題出現(xiàn)轉機，但多種通信協(xié)議的多重協(xié)議標準也阻礙了設備與設備之間的“對話”。此時為了能夠適配更多協(xié)議標準，網(wǎng)關的出現(xiàn)非常及時，在通信協(xié)議和數(shù)據(jù)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，以適應系統(tǒng)的需求。
網(wǎng)關的轉換能力結合無線通信協(xié)議技術，大大提高了物聯(lián)網(wǎng)延伸距離，但物聯(lián)網(wǎng)技術也面臨一些獨特的挑戰(zhàn)。其中一個挑戰(zhàn)是，受限于系統(tǒng)內存、數(shù)據(jù)存儲容量和計算能力，很多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點無法直接連接基于 IP 的網(wǎng)絡，這樣就難以做到萬物互聯(lián)。而物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以填補這塊空白，在基于IP的公共網(wǎng)絡與本地物聯(lián)網(wǎng)之間架起一座網(wǎng)絡橋梁，使用在不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統(tǒng)之間。 通俗來講，有了網(wǎng)關，所謂的 M2M 不再是狹義上機器與機器的對話，而是設備、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，推動設備預測性運維
現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關，在物聯(lián)網(wǎng)時代扮演非常重要的角色，它不僅是連接感知網(wǎng)絡與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡的紐帶。作為網(wǎng)關設備，物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關可以實現(xiàn)感知網(wǎng)絡與通信網(wǎng)絡，以及不同類型感知網(wǎng)絡之間的協(xié)議轉換，既可以實現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實現(xiàn)局域互聯(lián)。此外物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關還需要具備設備管理功能，運營商通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關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，特有的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算能力，讓傳統(tǒng)工廠在數(shù)字化轉型的過程中實現(xiàn)了更為快速、精準的數(shù)據(jù)采集及傳輸。
物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關的特點
支持遠程更新維護。例如 Ruff 的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關可隨時根據(jù)軟件的升級，添加支持協(xié)議，對外提供基于 JS 語言的開發(fā)接口，只需下載相應的配置應用即完成對硬件產(chǎn)品功能的修改。在網(wǎng)關使用過程中出現(xiàn)了問題，也無需去現(xiàn)場進行維修只需利用 Ruff Explorer 遠程管理工具在軟件層面進行修改即可，從遠端提前發(fā)現(xiàn)和解決隱患，使維護更智能，設備運行更穩(wěn)定可靠。
Ruff 服務的農(nóng)業(yè)客戶
Ruff Explorer 遠程管理工具
其次，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關也具有超強的兼容性。采用即插即用的設計理念，兼容主流廠商的設備和協(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，這樣一來工廠在轉型過程中不需要花費大成本來替換適配網(wǎng)關的設備，簡單修改軟件層面邏輯即可。
目前國內一些公司比如華為、Ruff生產(chǎn)的邊緣計算網(wǎng)關、物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關已經(jīng)在真實的生產(chǎn)環(huán)境中有了多次成功的實踐，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備，采集傳輸數(shù)據(jù)，并且通過其本身的邊緣計算能力可以就近提供邊緣智能服務，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。對于人力成本、設備維修成本、時間成本的降低是非常有價值的，這也將是很多中小型工廠在工業(yè) 4.0 轉型之戰(zhàn)中核心競爭力之一。
當然，網(wǎng)關的技術能力目前還沒有到達終點，隨著市場的需求越來越高以及物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷提升，相信功能更加全面的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關會不斷更新出現(xiàn)，為物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展提供更好的服務。
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物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的作用
現(xiàn)在你知道一個網(wǎng)關是什么，你可能會想知道在傳感器/設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/設備位于遠程區(qū)域，則可能需要遠程連接，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);這對于具有有限電池壽命的小型傳感器/設備來說可能是一個問題。
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，傳感器/設備只需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關的距離很短，并且網(wǎng)關可以通過單個更高帶寬的連接將數(shù)據(jù)回傳到云端。
網(wǎng)關允許傳感器/設備在較短距離內進行通信，從而提高電池壽命。
不同協(xié)議的轉換
完整的IoT應用可能涉及許多不同種類的傳感器和設備。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灌溉和肥料系統(tǒng)等設備。所有不同的傳感器和設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，藍牙和Zigbee等等。
網(wǎng)關可以通過不同協(xié)議與傳感器/設備進行通信，然后將該數(shù)據(jù)轉換為標準協(xié)議(如MQTT)，以發(fā)送到云端。
未過濾的數(shù)據(jù)
有時，傳感器/設備可以產(chǎn)生如此多的數(shù)據(jù)，這是數(shù)據(jù)壓倒在系統(tǒng)上或傳輸和存儲成本極高的情況。通常在這種情況下，只有一小部分數(shù)據(jù)實際上是有價值的。例如，安全攝像機不需要發(fā)送空走廊的視頻數(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。
高延遲
時間對于某些IoT應用來說可能至關重要；傳感器/設備無法將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，并在采取行動之前等待獲得響應。對于醫(yī)療領域的生命或死亡情況或汽車等快速移動的物體，這是真的。 通過處理網(wǎng)關上的數(shù)據(jù)并在本地發(fā)出命令可以避免更高的延遲。然而，IoT應用中的許多傳感器/設備太小，電池太低，無法進行處理。
網(wǎng)關可以通過在網(wǎng)關本身而不是在云中執(zhí)行處理來減少時間關鍵應用程序的延遲。
安全
連接到互聯(lián)網(wǎng)的每個傳感器/設備都容易被黑客入侵。被劫持的傳感器/設備是壞的。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)以千計的物聯(lián)網(wǎng)設備。然后，這種“機器人網(wǎng)絡”的設備被用來占用互聯(lián)網(wǎng)的主要部分(更多關于未來)。
網(wǎng)關減少了連接到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器/設備的數(shù)量，因為傳感器/設備僅連接到網(wǎng)關。然而，這使得網(wǎng)關本身成為目標，也是第一道防線。這就是為什么安全需要成為任何網(wǎng)關的優(yōu)先考慮的原因。
結語
在未來的物聯(lián)網(wǎng)時代，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關將會扮演非常重要的角色，它將成為連接感知網(wǎng)絡與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡的紐帶。
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