什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，應(yīng)用場景有哪些

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（IIoT Gateway）是一種硬件設(shè)備，它在工業(yè)環(huán)境中扮演著至關(guān)重要的角色，作為連接現(xiàn)場層面的設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器、PLC等）和更廣泛的網(wǎng)絡(luò)（如企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)）的橋梁。

定義

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是一種能夠處理、轉(zhuǎn)換和傳輸來自不同工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備。它能夠支持多種通信協(xié)議和接口，將現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)匯集、轉(zhuǎn)換，并上傳到云端或企業(yè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和數(shù)據(jù)分析。

主要功能

應(yīng)用場景

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域，包括但不限于：

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為連接物理世界和信息世界的橋梁，在現(xiàn)代化的工業(yè)環(huán)境中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它不僅促進(jìn)了設(shè)備之間的互聯(lián)互通，還為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、預(yù)測性維護(hù)和智能決策提供了重要的基礎(chǔ)設(shè)施支持。

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物聯(lián)網(wǎng)掃盲篇——物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中扮演著怎樣的角色？什么情況下的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目里，才需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)呢？這篇文章里，作者嘗試從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用、種類和選擇等維度做了拆解分析，一起來看看，或許可以幫你了解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)所真正扮演的“角色”。

在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為一個(gè)關(guān)鍵組件經(jīng)常被提及。那么，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)究竟扮演著怎樣的角色？它具備哪些核心功能？同時(shí)，我們也注意到，并非所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都需要網(wǎng)關(guān)。那么，我們究竟在何種情況下需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)呢？

首先，什么是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)？

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)類似我們常見的路由器，具有網(wǎng)絡(luò)接入能力，但是功能比較簡單，通訊速率要求不高，看重移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入能力一般只是做數(shù)據(jù)透傳使用，將物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器上，做進(jìn)一步分析和處理網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)非常重要的組件，是傳感層與網(wǎng)絡(luò)層連接的紐帶。

一、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)扮演的角色

聊到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，必須先要了解網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)之前也有講到過，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層構(gòu)成。 感知層可以主要由基礎(chǔ)芯片、執(zhí)行器、傳感器等組成。

傳感器根據(jù)根據(jù)應(yīng)用場景，功能非常豐富。如我之前做的項(xiàng)目，主要是環(huán)保類的。包含了溫濕度，壓力，S02濃度、粉塵濃度、流量、O2含量等等，針對(duì)不同的項(xiàng)目需求可以配置不同的傳感器。

傳感器收集的數(shù)據(jù)通常需要傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)以進(jìn)行深度的大數(shù)據(jù)分析和可視化展示。在實(shí)際操作中，根據(jù)項(xiàng)目需求與用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，數(shù)據(jù)可以通過4G/5G、WIFI或局域網(wǎng)等多種方式上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

然而，若每個(gè)傳感器都配置4G/5G或WIFI功能，成本會(huì)相對(duì)較高。為了降低成本，在特定項(xiàng)目中，可能會(huì)選擇有線連接或采用LORA、Zigbee等無線技術(shù)來滿足區(qū)域內(nèi)傳感器的部署需求，并最終將數(shù)據(jù)傳輸至平臺(tái)。

在這一背景下，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)揮著關(guān)鍵作用。以智能家居為例，我們可能會(huì)部署煙感、溫濕度傳感器、人體雷達(dá)和門禁報(bào)警等多種設(shè)備。這些設(shè)備可以利用Zigbee等無線傳輸技術(shù)在房屋內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過一個(gè)Zigbee網(wǎng)關(guān)進(jìn)行集中管理和匯聚。隨后，網(wǎng)關(guān)再通過WIFI或有線網(wǎng)口與外部網(wǎng)絡(luò)連接，將收集到的數(shù)據(jù)傳輸至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以便進(jìn)行進(jìn)一步的分析和應(yīng)用。這種方式不僅降低了成本，還提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃浴?/p>

二、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用

2）數(shù)據(jù)聚合和處理

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以收集來自多個(gè)設(shè)備和傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行聚合和處理。這有助于減少數(shù)據(jù)傳輸量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)使用，并在本地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理和分析，降低云端處理的負(fù)擔(dān)。

3）本地決策和響應(yīng)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)不僅扮演著數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一處理的關(guān)鍵角色，更具備在本地執(zhí)行決策的能力。這意味著，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)和傳感器數(shù)據(jù)，迅速作出相應(yīng)的措施，而無需等待云端的指令。這種本地決策執(zhí)行的特性不僅大幅提升了響應(yīng)速度，還顯著降低了對(duì)云服務(wù)的依賴，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和自主性。在智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等場景中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的這一功能尤為關(guān)鍵，它確保了系統(tǒng)在各種情況下的快速響應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行。

4）存儲(chǔ)能力

網(wǎng)關(guān)中需要存儲(chǔ)的信息分為兩部分。

既然涉及到數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸，那么不得不提的就是數(shù)據(jù)安全的問題。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)需要做好以下的數(shù)據(jù)安全方面的事情：

其他基礎(chǔ)能力：網(wǎng)關(guān)還需要提供其他的配置管理的基礎(chǔ)能力，包括但不限于設(shè)備管理、配置管理、在線升級(jí)等功能。

以上的這些是網(wǎng)關(guān)的傳統(tǒng)功能。但是在現(xiàn)在這個(gè)”智能“時(shí)代，我們?cè)絹碓娇粗卦O(shè)備的智能性，因此一個(gè)趨勢就是越來越強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)分析處理的能力。這個(gè)也就是我們經(jīng)常聽到的”邊緣計(jì)算“。

我們知道，物聯(lián)網(wǎng)的一大特性就是海量的接入設(shè)備。這就導(dǎo)致海量的數(shù)據(jù)涌入云平臺(tái)。一方面這些數(shù)據(jù)會(huì)占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，另一方面對(duì)云平臺(tái)的計(jì)算能力提出了很大的挑戰(zhàn)。

另外，有一些原始數(shù)據(jù)是比較私密或敏感的，比如家庭攝像頭拍攝的影像數(shù)據(jù)、工業(yè)場景中的一些數(shù)據(jù)。我們不希望這些原始數(shù)據(jù)被上傳到云平臺(tái)。

因此，目前的物聯(lián)網(wǎng)中，在逐步嘗試將原本在云平臺(tái)上的計(jì)算任務(wù)，放到靠近數(shù)據(jù)原產(chǎn)地的設(shè)備上完成。這個(gè)過程稱為將計(jì)算能力下沉到邊緣設(shè)備，也稱為邊緣計(jì)算。

但是，很大物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備由于計(jì)算能力、能耗等的限制，是無法承擔(dān)這些任務(wù)的，因此一個(gè)最輕量的解決方案就是在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中完成這些計(jì)算任務(wù)。

整個(gè)邊緣計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，還是基于分層的思路。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中，完成初步的數(shù)據(jù)處理，或者需要快速響應(yīng)的計(jì)算任務(wù)。云平臺(tái)則負(fù)責(zé)大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜計(jì)算的任務(wù)，以及整體的協(xié)調(diào)控制。

三、網(wǎng)關(guān)的種類及選擇

第1種，數(shù)據(jù)透傳網(wǎng)關(guān)，簡稱DTU，僅支持?jǐn)?shù)據(jù)透傳功能，有一路或兩路串口，可以直接應(yīng)用于大部分的物聯(lián)網(wǎng)場景，不過數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制都在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，對(duì)服務(wù)器壓力較大，適合單一或小型項(xiàng)目，并發(fā)量上不去。

第2種，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，自帶協(xié)議庫，支持常見工業(yè)設(shè)備主要應(yīng)用在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景，可以采集PLC，DCS等設(shè)備

第3種，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，CPU和內(nèi)存比較大，使用Linux操作系統(tǒng)，支持二次開發(fā)，要求使用者有一定的軟件開發(fā)能力。

那么我們?cè)撊绾芜x擇物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)呢？

個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)：

1）先看功能，看功能是否滿足你現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用場景。

目前現(xiàn)在大部分的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目還是數(shù)據(jù)透傳模式，只需要透傳功能，那么我們使用普通的DTU就行。如果設(shè)備比較多，并發(fā)量大，那么我們就需要有數(shù)據(jù)解析功能的網(wǎng)關(guān)，這樣服務(wù)器只需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，壓力會(huì)小很多。如果需要在現(xiàn)場做實(shí)時(shí)的自動(dòng)控制，或者實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能，那么我們就只能使用邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)了

2）看價(jià)格，現(xiàn)在的網(wǎng)關(guān)價(jià)格大多在800-2000不等，DTU則更加的便宜。具體對(duì)比可以通過某寶或者百度進(jìn)行篩選對(duì)比一下

小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用就是設(shè)備和云平臺(tái)之間的橋梁。我們可以把互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)放在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（例如WiFi，4G）比較好的環(huán)境中。其他的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備則采用LoRa等通信計(jì)算連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上，從而間接地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要具備四種能力：

協(xié)議轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)聚合和處理、本地決策和響應(yīng)、存儲(chǔ)能力。

選取物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要是先看功能再看價(jià)格。

目前的物聯(lián)網(wǎng)中，在逐步嘗試將原本在云平臺(tái)上的計(jì)算任務(wù)，放到靠近數(shù)據(jù)原產(chǎn)地的設(shè)備上完成。這個(gè)過程稱為將計(jì)算能力下沉到邊緣設(shè)備，也稱為邊緣計(jì)算。

邊緣計(jì)算的能力，對(duì)網(wǎng)關(guān)提出了新的要求…

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