物聯網掃盲篇——物聯網網關

物聯網網關在物聯網項目中扮演著怎樣的角色？什么情況下的物聯網項目里，才需要物聯網網關呢？這篇文章里，作者嘗試從物聯網網關的作用、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網網關所真正扮演的“角色”。

在物聯網項目中，物聯網網關作為一個關鍵組件經常被提及。那么，物聯網網關究竟扮演著怎樣的角色？它具備哪些核心功能？同時，我們也注意到，并非所有物聯網設備都需要網關。那么，我們究竟在何種情況下需要物聯網網關呢？

首先，什么是物聯網網關？

物聯網網關類似我們常見的路由器，具有網絡接入能力，但是功能比較簡單，通訊速率要求不高，看重移動網絡接入能力一般只是做數據透傳使用，將物聯網的數據轉發(fā)到服務器上，做進一步分析和處理網關是物聯網非常重要的組件，是傳感層與網絡層連接的紐帶。

一、物聯網網關扮演的角色

聊到物聯網網關，必須先要了解網關在物聯網中的應用和物聯網架構。

其實物聯網的架構之前也有講到過，主要由感知層、網絡層、平臺層、應用層構成。 感知層可以主要由基礎芯片、執(zhí)行器、傳感器等組成。

傳感器根據根據應用場景，功能非常豐富。如我之前做的項目，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，針對不同的項目需求可以配置不同的傳感器。

傳感器收集的數據通常需要傳輸到物聯網平臺以進行深度的大數據分析和可視化展示。在實際操作中，根據項目需求與用戶網絡環(huán)境，數據可以通過4G/5G、WIFI或局域網等多種方式上傳至物聯網平臺。

然而，若每個傳感器都配置4G/5G或WIFI功能，成本會相對較高。為了降低成本，在特定項目中，可能會選擇有線連接或采用LORA、Zigbee等無線技術來滿足區(qū)域內傳感器的部署需求，并最終將數據傳輸至平臺。

在這一背景下，物聯網網關設備發(fā)揮著關鍵作用。以智能家居為例，我們可能會部署煙感、溫濕度傳感器、人體雷達和門禁報警等多種設備。這些設備可以利用Zigbee等無線傳輸技術在房屋內部進行數據傳輸，通過一個Zigbee網關進行集中管理和匯聚。隨后，網關再通過WIFI或有線網口與外部網絡連接，將收集到的數據傳輸至物聯網平臺，以便進行進一步的分析和應用。這種方式不僅降低了成本，還提高了數據傳輸的效率和可靠性。

二、物聯網網關的作用

在一些智能辦公，智能園區(qū)的項目中，我們可能采用lora或者有線的方式，連接各種有線，無線傳感器，再通過物聯網網關進行數據的匯聚上傳到平臺。那么為什么很多物聯網項目中又沒有網關呢？比如我們要監(jiān)測一個城市范圍內的氣象信息，市政水位信息，工地揚塵等。這些監(jiān)控點位跨度大，覆蓋分散，一般直接采用NB-IoT，5G等方式直接回傳數據，無線經過網關中轉。綜上所述，物聯網網關的應用主要考慮以下幾個方面。1）協議轉換和標準化 在物聯網生態(tài)系統(tǒng)中，眾多設備和傳感器協同工作，這些設備可能采用不同的通信協議和標準。為了確保這些數據的順暢流通和統(tǒng)一處理，物聯網網關扮演著至關重要的角色。它具備強大的協議轉換功能，能夠將來自不同設備的數據進行轉換，使其能夠被統(tǒng)一處理和管理。通過這種方式，物聯網網關促進了設備之間的互操作性，為物聯網系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了有力保障。

2）數據聚合和處理

物聯網網關可以收集來自多個設備和傳感器的數據，進行聚合和處理。這有助于減少數據傳輸量，優(yōu)化網絡使用，并在本地對數據進行初步的處理和分析，降低云端處理的負擔。

3）本地決策和響應

物聯網網關不僅扮演著數據轉換與統(tǒng)一處理的關鍵角色，更具備在本地執(zhí)行決策的能力。這意味著，物聯網網關可以根據實時設備狀態(tài)和傳感器數據，迅速作出相應的措施，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速度，還顯著降低了對云服務的依賴，增強了系統(tǒng)的可靠性和自主性。在智能家居、工業(yè)自動化等場景中，物聯網網關的這一功能尤為關鍵，它確保了系統(tǒng)在各種情況下的快速響應和穩(wěn)定運行。

4）存儲能力

網關中需要存儲的信息分為兩部分。

網關和設備的配置信息。存儲這些信息是為了設備在運行過程中能夠快速讀取。物聯網設備上傳的，經了協議轉換之后的通用格式的數據。這些數據是臨時存儲，避免網絡故障等原因導致設備數據丟失。

既然涉及到數據的存儲與傳輸，那么不得不提的就是數據安全的問題。物聯網網關需要做好以下的數據安全方面的事情：

完善的本地身份認證機制，防止網關設備被惡意修改配置或數據。數據的加密傳輸能力。支持專用傳輸通道，例如VPN或者運營商的專網接入。

其他基礎能力：網關還需要提供其他的配置管理的基礎能力，包括但不限于設備管理、配置管理、在線升級等功能。

以上的這些是網關的傳統(tǒng)功能。但是在現在這個”智能“時代，我們越來越看重設備的智能性，因此一個趨勢就是越來越強調物聯網網關的數據分析處理的能力。這個也就是我們經常聽到的”邊緣計算“。

我們知道，物聯網的一大特性就是海量的接入設備。這就導致海量的數據涌入云平臺。一方面這些數據會占用大量的網絡帶寬，另一方面對云平臺的計算能力提出了很大的挑戰(zhàn)。

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

因此，目前的物聯網中，在逐步嘗試將原本在云平臺上的計算任務，放到靠近數據原產地的設備上完成。這個過程稱為將計算能力下沉到邊緣設備，也稱為邊緣計算。

但是，很大物聯網設備由于計算能力、能耗等的限制，是無法承擔這些任務的，因此一個最輕量的解決方案就是在物聯網網關中完成這些計算任務。

整個邊緣計算的實現，還是基于分層的思路。在物聯網網關中，完成初步的數據處理，或者需要快速響應的計算任務。云平臺則負責大規(guī)模數據和復雜計算的任務，以及整體的協調控制。

三、網關的種類及選擇

第1種，數據透傳網關，簡稱DTU，僅支持數據透傳功能，有一路或兩路串口，可以直接應用于大部分的物聯網場景，不過數據采集和自動控制都在服務器上實現，對服務器壓力較大，適合單一或小型項目，并發(fā)量上不去。

第2種，數據采集網關，自帶協議庫，支持常見工業(yè)設備主要應用在工業(yè)互聯網場景，可以采集PLC，DCS等設備

第3種，邊緣計算網關，CPU和內存比較大，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。

那么我們該如何選擇物聯網網關呢？

個人的經驗：

1）先看功能，看功能是否滿足你現有業(yè)務應用場景。

目前現在大部分的物聯網項目還是數據透傳模式，只需要透傳功能，那么我們使用普通的DTU就行。如果設備比較多，并發(fā)量大，那么我們就需要有數據解析功能的網關，這樣服務器只需要存儲數據，壓力會小很多。如果需要在現場做實時的自動控制，或者實現更高級的功能，那么我們就只能使用邊緣計算網關了

2）看價格，現在的網關價格大多在800-2000不等，DTU則更加的便宜。具體對比可以通過某寶或者百度進行篩選對比一下

小結

物聯網網關的作用就是設備和云平臺之間的橋梁。我們可以把互聯網網關放在網絡環(huán)境（例如WiFi，4G）比較好的環(huán)境中。其他的物聯網設備則采用LoRa等通信計算連接到物聯網網關上，從而間接地實現設備的聯網。

物聯網網關主要具備四種能力：

協議轉換和標準化、數據聚合和處理、本地決策和響應、存儲能力。

選取物聯網網關主要是先看功能再看價格。

目前的物聯網中，在逐步嘗試將原本在云平臺上的計算任務，放到靠近數據原產地的設備上完成。這個過程稱為將計算能力下沉到邊緣設備，也稱為邊緣計算。

邊緣計算的能力，對網關提出了新的要求…

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物聯網網關是什么，有哪些類型

物聯網網關是一種連接物聯網設備、設備系統(tǒng)、傳感器和云的設備，它在物聯網體系中扮演著至關重要的角色。物聯網網關能夠將現場設備和集中式云連接起來，提供本地處理和存儲解決方案，并能夠基于傳感器輸入的數據自主控制現場設備。同時，物聯網網關還負責數據的雙向傳輸，即從物聯網傳感器接收數據并將其發(fā)送到云，以及從云中接收信息并將其傳遞到設備本身。這種功能使得物聯網網關成為物聯網系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

物聯網網關的類型多種多樣，每種類型都旨在滿足特定的物聯網部署場景和要求。

無線數據終端（DTU） ：功能：主要功能是將現場設備的數據通過無線網絡傳輸到遠程服務器或云平臺。應用場景：廣泛適用于工業(yè)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測和農業(yè)物聯網等領域，如空氣質量、水質監(jiān)測站的數據采集與傳輸，以及農業(yè)生產中土壤濕度、溫度等環(huán)境參數的遠程監(jiān)測。數據采集網關 ：功能：專門用于數據采集和傳輸，能夠將各種傳感器采集到的數據匯聚并傳輸到中央服務器或云平臺。應用場景：在農業(yè)物聯網、環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)自動化等領域發(fā)揮重要作用，如采集土壤濕度、溫度、光照等環(huán)境參數，為農業(yè)生產提供實時數據支持，或監(jiān)控生產線設備狀態(tài)、采集生產數據等。智能網關 ：功能：集數據采集、傳輸和本地處理于一體，能夠根據預設規(guī)則對數據進行處理和響應。應用場景：特別適合需要實時監(jiān)控和快速響應的應用場景，如工業(yè)自動化中的生產線監(jiān)控、設備故障檢測和報警，以及智能安防和智能樓宇等領域。邊緣計算網關 ：功能：在靠近數據源的地方進行數據處理和分析，減少數據傳輸的延遲，提高系統(tǒng)的響應速度和效率。應用場景：廣泛應用于智能制造、智慧城市、智能家居和智能交通等領域，如實時監(jiān)控生產線數據、優(yōu)化生產流程，或監(jiān)控和管理城市基礎設施等。云網關 ：功能：促進物聯網設備和云平臺之間的通信，將數據從物聯網設備傳輸到指定的云服務進行存儲、分析和進一步處理。應用場景：非常適合需要大量數據分析和基于云的服務的應用場景。多協議網關 ：功能：支持多種通信協議和標準，允許使用不同協議的設備無縫連接和通信。應用場景：用途廣泛，可以處理不同的物聯網設備生態(tài)系統(tǒng)，從而簡化集成和互操作性挑戰(zhàn)。混合網關 ：功能：將邊緣計算功能與云連接相結合，提供執(zhí)行本地處理和決策的靈活性，同時還利用云資源進行廣泛的數據分析和存儲。應用場景：適用于需要在邊緣和基于云的功能之間取得平衡的應用場景。霧網關 ：功能：部署在網絡邊緣，具有比邊緣網關更強的處理能力和存儲能力，執(zhí)行本地數據處理和分析，同時聚合數據并將數據轉發(fā)到云端。應用場景：適用于需要本地處理和云連接相結合的應用場景。

選擇正確的物聯網網關類型取決于多種因素，包括部署場景、連接要求、處理需求和特定的物聯網應用需求。物聯網網關在物聯網系統(tǒng)中發(fā)揮著關鍵作用，是實現設備互聯、數據傳輸和智能控制的重要基礎設施。

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