揭祕物聯網網關：物聯網無縫通信背後的引擎

物聯網網關是物聯網系統中不可或缺的一部分。其連接各種設備、傳感器、機器等，實現設備互聯和數據交換。這爲廣泛的物聯網應用提供了強有力的技術支持，特別是在智慧城市，工業4.0自動化和智能家居方面。隨着技術的不斷進步，物聯網網關也在不斷更新和增強。本文將概述物聯網網關在物聯網生態系統中的關鍵功能，並爲如何選擇最佳物聯網網關提供指導。

物聯網網關是連接設備與其他設備以及雲的重要樞紐。其工作過程涉及數據採集、傳輸、處理等多個環節。在此過程中，物聯網網關必須與多個設備連接，以便將收集到的數據上傳到雲端。此外，所有這些都需要可靠的硬件和軟件。

例如，可以實現設備的遠程管理和控制，確保設備的正常運行。同時，還可以對數據進行過濾和存儲，提高數據質量，爲後續的數據分析提供支持。正是因爲這些功能的存在，使得物聯網網關成爲智慧城市、智慧工業、智能家居等領域的核心組件。

在選擇最佳物聯網網關時，必須考慮許多標准，包括應用場景、設備數量、通信協議等。本文將探討物聯網網關的定義和工作原理，同時還提供有關如何選擇最佳物聯網網關的一些建議。

什么是物聯網？物聯網網關的作用是什么？

“物聯網”的想法最初出現於1985年：物聯網(IoT)將是人、流程和技術與可連接對象和傳感器集成，以實現遠程狀態監控、對象操作和趨勢分析。

物聯網建立在計算機互聯網的基礎上，利用無线網絡技術等創新技術來創建一個覆蓋整個地球的“物聯網”。在這個網絡中，物體可以在沒有人爲幹預的情況下相互通信。其本質是利用有线和無线協議將任何物體連接到互聯網上，進行通信和信息交換。信息傳感設備的示例包括射頻識別(RFID)設備、紅外傳感器、激光掃描儀等。

在物聯網時代，物聯網網關至關重要。其充當傳統通信網絡和傳感網絡之間的管道。物聯網網關作爲M2M網關，可以實現各類感知網絡之間、感知網絡與通信網絡之間的協議轉換。同時，其能夠實現廣域和局域連接。此外，物聯網網關還要求具備設備管理功能，以便操作人員能夠管理底層傳感節點，了解各節點的相關信息，實現實時顯示、異常報警和遠程控制。

物聯網網關如何工作？

物聯網網關是一種將非IP設備連接到互聯網的設備。物聯網網關的工作流程可以分爲三個步驟：連接設備、處理數據和發送數據到服務器。

• 連接設備

終端設備和物聯網網關通過各種接口連接。大多數情況下，傳感器會單方面連續向服務器傳送數據。在某些情況下，還存在設備申請獲取數據時，服務器向終端設備發送數據的情況。此時，就需要物聯網網關請求數據。

• 數據處理

物聯網網關從終端設備接收到數據後，需要將其轉換爲可傳輸到服務器的格式。例如，從設備發送到網關的數據可以用一位十進制數數據替換4位二進制數來表示，例如二進制數據和BCD碼。此類數據將在網關處轉換爲字符串和數字表示形式，而不是直接傳送到服務器。

還有一種情況是，大量數據在交付給服務器之前被集成，而不是服務器直接從每個設備接收數據。這樣做有兩個原因：

首先，通過數據整合，可以減少數據總量和附加信息量。

其次，通過一起發送數據，可以減輕訪問物聯網服務時服務器的負擔。

這種情況下，需要根據服務器確定發送數據的時間間隔和發送數據的協議。

• 發送數據到服務器

數據接收服務器負責接收物聯網網關設備發送的數據。其充當設備和系統之間的橋梁。物聯網網關向服務器發送數據的方式有很多種，通常包括以下方式：1、使用HTTP協議的Web API訪問設備；2、進行語音和視頻的實時通信，如WebSocket、WebRTC；3、一種名爲MQTT的新通信協議已經出現，專門用於物聯網。

物聯網網關功能

物聯網網關是一種可以連接多台設備的設備，具有直連互聯網的功能。這允許物聯網服務將從設備接收的數據保存到數據庫，並分析收集的數據。同時，物聯網網關還支持向設備發送指令和信息。物聯網網關的主要功能如下：

• 傳感器到雲訪問

智能傳感器是物聯網架構中最關鍵的元素之一。其從物理世界收集各種數據，並爲物聯網提供海量的數據源。不同的傳感器設備可以連接到物聯網傳感器網關，然後可以收集數據、檢查協議，並將其傳輸到其他設備或雲。

同時，物聯網傳感器網關還可以通過負載均衡等技術，對傳感器採集的數據進行緩存和分析，從而提高整個物聯網系統的速度和可靠性。

物聯網設備主要使用Zigbee、Z-Wave和藍牙LE等短距離無线技術，與物聯網網關進行通信。一些物聯網設備還使用LoRa等遠程無线技術連接到物聯網網關。然後，物聯網網關通過光纖WAN或以太網LAN將一系列傳感器連接到廣域網(WAN)或雲。

各種通信技術主要是針對特定的應用而开發的，相互之間缺乏兼容性和系統規劃。爲了實現多種通信技術標准的互聯互通，3GPP等一些組織已經开始致力於物聯網協議的標准化工作。

• 設備管理

對於任何大型網絡，強大的設備管理能力都是必不可少的。注冊管理、授權管理、狀態監管等都可以通過物聯網網關管理來實現。物聯網網關還可以對子網中的節點進行管理，包括遠程實現喚醒、控制、診斷、升級、維護，以及獲取其標識、狀態、屬性、能量等。

每個物聯網網關的管理能力因子網標准的不同和協議的復雜性而異。用戶可以利用統一的管理界面來統一控制外圍網絡節點，並可以採用模塊化的方式來管理物聯網網關的不同感知網絡和應用。

• 多協議轉換

物聯網網關可以實現各種感知網絡到互聯網接入網絡的協議轉換，將數據統一封裝成標准格式，保證各種感知網絡的協議成爲統一的數據和信令，並保證數據包解析成感知層協議能夠理解的信令和控制指令。

• 邊緣計算

具有邊緣計算能力的物聯網網關可以優化終端數據處理，爲數據安全創造條件，有效緩解平台服務器的負載。具體履行以下職責：

1. 支持消息轉換和異常報警；
2. 支持在线鏈路檢測和斷开時自動重新連接;
3. 支持設備運行自檢軟件，實現運行故障的自我修復；
4. 支持系統狀態、網絡連接狀態、路由狀態查詢；
5. 支持遠程登錄、web、ssh配置；
6. 支持web升級、本地日志、遠程日志、串口輸出日志。

如何選擇物聯網網關？

物聯網網關設備由硬件和軟件組成。如今，物聯網網關有多種樣式。那么，選擇物聯網網關的標准是什么？

1. 接口：首先要考慮的是用於連接網關和設備的接口。網關的接口決定了可以連接的設備，因此選擇與設備匹配的接口是關鍵。串行通信和USB連接是有线連接技術的示例。無线連接經常採用藍牙、Zigbee、Wi-Fi等；
2. 網絡接口：通常，爲了連接外部網絡，會使用以太網、Wi-Fi、4G LTE或5G；
3. 硬件：與普通計算機相比，網關的CPU和內存性能受到限制。因此在考慮網關的物理功能之前，必須明確其用途。
4. 軟件：操作系統、應用環境、編程語言、开發環境等都是軟件的例子。大多數情況下，網關運行在Linux操作系統上。
5. 電源：大多數網關依靠交流適配器供電，有些網關可能內置鋰電池。

物聯網網關常見問題解答

問：什么是物聯網網關？

答：物聯網網關是將執行器、傳感器和其他智能設備連接到雲的硬件或軟件。物聯網設備和雲之間傳輸的所有數據都通過物聯網網關進行路由。物聯網網關的另一個名稱是，智能網關或控制器。

問：什么是物聯網雲網關？

答：物聯網雲網關也充當網絡路由器，用於在物聯網設備和雲端之間發送數據。早期，大多數網關設備只是將數據從物聯網設備發送到雲端。如今，網關設備能夠管理輸入和輸出流量。輸出流量用於將物聯網數據發送到雲端，輸入流量用於設備管理任務，例如固件更新。

物聯網網關的功能不僅僅是路由流量。在傳輸到雲端之前，有時可以通過邊緣網關設備在邊緣本地對數據進行預處理。作爲流程的一部分，設備可以對數據進行重復數據刪除、匯總或聚合，以減少需要傳輸到雲的數據量。響應時間和網絡傳輸費用可能會受到很大影響。

問：如何增強物聯網網關的安全性？

答：採用具有篡改檢測、加密、硬件隨機數生成器和加密引擎等功能的物聯網網關，是企業可以用來保護其物聯網網絡的一種方法。這可以幫助保護單個設備免受攻擊，並保護物聯網網關。

物聯網網關可以爲物聯網網絡及其傳輸的數據添加額外的安全層。企業保護其物聯網網絡的一種選擇是實施具有篡改檢測、加密、硬件隨機數生成器和加密引擎的物聯網網關。這可以幫助保護物聯網網關，並防御對特定設備的攻擊。

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