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(jiǎn)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?jìng)魇褂?，將物?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(chǎng)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(chǎng)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(shì)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(chǎng)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?jìng)骶W(wǎng)關(guān)，簡(jiǎn)稱DTU，僅支持?jǐn)?shù)據(jù)透?jìng)鞴δ?，有一路或兩路串口，可以直接?yīng)用于大部分的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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?jìng)髂Ｊ?，只需要透?jìng)鞴δ?，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(chǎng)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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什么是雙重堆疊網(wǎng)關(guān)？

雙重堆疊網(wǎng)關(guān)是一種支持IPv4和IPv6雙協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它允許設(shè)備在同一網(wǎng)絡(luò)中無縫處理兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)包。這種網(wǎng)關(guān)促進(jìn)了IPv4向IPv6的平滑過渡，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性，同時(shí)簡(jiǎn)化了管理和安全策略。在企業(yè)、ISP和數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景中，雙重堆疊網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)新舊設(shè)備兼容和滿足多樣化網(wǎng)絡(luò)需求的關(guān)鍵技術(shù)。

雙重堆疊網(wǎng)關(guān)（Dual-Stack Gateway）是一種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或技術(shù)解決方案，其核心優(yōu)勢(shì)在于能夠同時(shí)支持并處理IPv4和IPv6兩種互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧。這種設(shè)計(jì)旨在應(yīng)對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中IPv4與IPv6共存的挑戰(zhàn)，促進(jìn)兩種協(xié)議之間的無縫集成與互操作性。

一、主要特點(diǎn)和功能

1.雙協(xié)議棧支持： 雙重堆疊網(wǎng)關(guān)在同一物理或邏輯設(shè)備上并行運(yùn)行IPv4和IPv6協(xié)議棧，使得網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)與基于這兩種協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行通信，無需進(jìn)行復(fù)雜的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2.協(xié)議轉(zhuǎn)換與橋接： 盡管其主要設(shè)計(jì)目的是支持雙協(xié)議棧直接通信，但在必要時(shí)，雙重堆疊網(wǎng)關(guān)也能進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，確保僅支持IPv4或IPv6的設(shè)備能夠相互通信，實(shí)現(xiàn)跨協(xié)議的橋接功能。

3.平滑過渡策略： 面對(duì)IPv4向IPv6的過渡挑戰(zhàn)，雙重堆疊網(wǎng)關(guān)提供了關(guān)鍵的支持，確保在過渡期間網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。它允許網(wǎng)絡(luò)管理員逐步引入IPv6，同時(shí)保持對(duì)IPv4的完全支持。

4.增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)靈活性與擴(kuò)展性： 通過同時(shí)支持IPv4和IPv6，雙重堆疊網(wǎng)關(guān)顯著提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)管理員可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活選擇使用哪種協(xié)議，或同時(shí)利用兩者的優(yōu)勢(shì)。

5.統(tǒng)一的安全與管理： 雙重堆疊網(wǎng)關(guān)通常配備有統(tǒng)一的安全策略和管理接口，能夠簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置、監(jiān)控和維護(hù)的復(fù)雜性。這有助于降低運(yùn)營(yíng)成本，提高網(wǎng)絡(luò)的整體安全性。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

雙重堆疊網(wǎng)關(guān)是應(yīng)對(duì)IPv4與IPv6共存挑戰(zhàn)的重要技術(shù)解決方案，它通過同時(shí)支持兩種協(xié)議棧，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡、增強(qiáng)了靈活性和可擴(kuò)展性，并簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)的復(fù)雜性。

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