揭秘物联网网关：物联网无缝通信背后的引擎
- 来源：千家网
- 2023/9/25 9:09:18
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物联网网关是物联网系统中不可或缺的一部分。其连接各种设备、传感器、机器等，实现设备互联和数据交换。这为广泛的物联网应用提供了强有力的技术支持，特别是在智慧城市，工业4.0自动化和智能家居方面。随着技术的不断进步，物联网网关也在不断更新和增强。本文将概述物联网网关在物联网生态系统中的关键功能，并为如何选择最佳物联网网关提供指导。
物联网网关是连接设备与其他设备以及云的重要枢纽。其工作过程涉及数据采集、传输、处理等多个环节。在此过程中，物联网网关必须与多个设备连接，以便将收集到的数据上传到云端。此外，所有这些都需要可靠的硬件和软件。
例如，可以实现设备的远程管理和控制，确保设备的正常运行。同时，还可以对数据进行过滤和存储，提高数据质量，为后续的数据分析提供支持。正是因为这些功能的存在，使得物联网网关成为智慧城市、智慧工业、智能家居等领域的核心组件。
在选择最佳物联网网关时，必须考虑许多标准，包括应用场景、设备数量、通信协议等。本文将探讨物联网网关的定义和工作原理，同时还提供有关如何选择最佳物联网网关的一些建议。
什么是物联网？物联网网关的作用是什么？
“物联网”的想法最初出现于1985年：物联网(IoT)将是人、流程和技术与可连接对象和传感器集成，以实现远程状态监控、对象操作和趋势分析。
物联网建立在计算机互联网的基础上，利用无线网络技术等创新技术来创建一个覆盖整个地球的“物联网”。在这个网络中，物体可以在没有人为干预的情况下相互通信。其本质是利用有线和无线协议将任何物体连接到互联网上，进行通信和信息交换。信息传感设备的示例包括射频识别(RFID)设备、红外传感器、激光扫描仪等。
在物联网时代，物联网网关至关重要。其充当传统通信网络和传感网络之间的管道。物联网网关作为M2M网关，可以实现各类感知网络之间、感知网络与通信网络之间的协议转换。同时，其能够实现广域和局域连接。此外，物联网网关还要求具备设备管理功能，以便操作人员能够管理底层传感节点，了解各节点的相关信息，实现实时显示、异常报警和远程控制。
物联网网关如何工作？
物联网网关是一种将非IP设备连接到互联网的设备。物联网网关的工作流程可以分为三个步骤：连接设备、处理数据和发送数据到服务器。
连接设备
终端设备和物联网网关通过各种接口连接。大多数情况下，传感器会单方面连续向服务器传送数据。在某些情况下，还存在设备申请获取数据时，服务器向终端设备发送数据的情况。此时，就需要物联网网关请求数据。
数据处理
物联网网关从终端设备接收到数据后，需要将其转换为可传输到服务器的格式。例如，从设备发送到网关的数据可以用一位十进制数数据替换4位二进制数来表示，例如二进制数据和BCD码。此类数据将在网关处转换为字符串和数字表示形式，而不是直接传送到服务器。
还有一种情况是，大量数据在交付给服务器之前被集成，而不是服务器直接从每个设备接收数据。这样做有两个原因：
首先，通过数据整合，可以减少数据总量和附加信息量。
其次，通过一起发送数据，可以减轻访问物联网服务时服务器的负担。
这种情况下，需要根据服务器确定发送数据的时间间隔和发送数据的协议。
发送数据到服务器
数据接收服务器负责接收物联网网关设备发送的数据。其充当设备和系统之间的桥梁。物联网网关向服务器发送数据的方式有很多种，通常包括以下方式：1、使用HTTP协议的Web API访问设备；2、进行语音和视频的实时通信，如WebSocket、WebRTC；3、一种名为MQTT的新通信协议已经出现，专门用于物联网。
物联网网关功能
物联网网关是一种可以连接多台设备的设备，具有直连互联网的功能。这允许物联网服务将从设备接收的数据保存到数据库，并分析收集的数据。同时，物联网网关还支持向设备发送指令和信息。物联网网关的主要功能如下：
传感器到云访问
智能传感器是物联网架构中最关键的元素之一。其从物理世界收集各种数据，并为物联网提供海量的数据源。不同的传感器设备可以连接到物联网传感器网关，然后可以收集数据、检查协议，并将其传输到其他设备或云。
同时，物联网传感器网关还可以通过负载均衡等技术，对传感器采集的数据进行缓存和分析，从而提高整个物联网系统的速度和可靠性。
物联网设备主要使用Zigbee、Z-Wave和蓝牙LE等短距离无线技术，与物联网网关进行通信。一些物联网设备还使用LoRa等远程无线技术连接到物联网网关。然后，物联网网关通过光纤WAN或以太网LAN将一系列传感器连接到广域网(WAN)或云。
各种通信技术主要是针对特定的应用而开发的，相互之间缺乏兼容性和系统规划。为了实现多种通信技术标准的互联互通，3GPP等一些组织已经开始致力于物联网协议的标准化工作。
设备管理
对于任何大型网络，强大的设备管理能力都是必不可少的。注册管理、授权管理、状态监管等都可以通过物联网网关管理来实现。物联网网关还可以对子网中的节点进行管理，包括远程实现唤醒、控制、诊断、升级、维护，以及获取其标识、状态、属性、能量等。
每个物联网网关的管理能力因子网标准的不同和协议的复杂性而异。用户可以利用统一的管理界面来统一控制外围网络节点，并可以采用模块化的方式来管理物联网网关的不同感知网络和应用。
多协议转换
物联网网关可以实现各种感知网络到互联网接入网络的协议转换，将数据统一封装成标准格式，保证各种感知网络的协议成为统一的数据和信令，并保证数据包解析成感知层协议能够理解的信令和控制指令。
边缘计算
具有边缘计算能力的物联网网关可以优化终端数据处理，为数据安全创造条件，有效缓解平台服务器的负载。具体履行以下职责：
支持消息转换和异常报警；
支持在线链路检测和断开时自动重新连接;
支持设备运行自检软件，实现运行故障的自我修复；
支持系统状态、网络连接状态、路由状态查询；
支持远程登录、web、ssh配置；
支持web升级、本地日志、远程日志、串口输出日志。
如何选择物联网网关？
物联网网关设备由硬件和软件组成。如今，物联网网关有多种样式。那么，选择物联网网关的标准是什么？
接口：首先要考虑的是用于连接网关和设备的接口。网关的接口决定了可以连接的设备，因此选择与设备匹配的接口是关键。串行通信和USB连接是有线连接技术的示例。无线连接经常采用蓝牙、Zigbee、Wi-Fi等；
网络接口：通常，为了连接外部网络，会使用以太网、Wi-Fi、4G LTE或5G；
硬件：与普通计算机相比，网关的CPU和内存性能受到限制。因此在考虑网关的物理功能之前，必须明确其用途。
软件：操作系统、应用环境、编程语言、开发环境等都是软件的例子。大多数情况下，网关运行在Linux操作系统上。
电源：大多数网关依靠交流适配器供电，有些网关可能内置锂电池。
物联网网关常见问题解答
问：什么是物联网网关？
答：物联网网关是将执行器、传感器和其他智能设备连接到云的硬件或软件。物联网设备和云之间传输的所有数据都通过物联网网关进行路由。物联网网关的另一个名称是，智能网关或控制器。
问：什么是物联网云网关？
答：物联网云网关也充当网络路由器，用于在物联网设备和云端之间发送数据。早期，大多数网关设备只是将数据从物联网设备发送到云端。如今，网关设备能够管理输入和输出流量。输出流量用于将物联网数据发送到云端，输入流量用于设备管理任务，例如固件更新。
物联网网关的功能不仅仅是路由流量。在传输到云端之前，有时可以通过边缘网关设备在边缘本地对数据进行预处理。作为流程的一部分，设备可以对数据进行重复数据删除、汇总或聚合，以减少需要传输到云的数据量。响应时间和网络传输费用可能会受到很大影响。
问：如何增强物联网网关的安全性？
答：采用具有篡改检测、加密、硬件随机数生成器和加密引擎等功能的物联网网关，是企业可以用来保护其物联网网络的一种方法。这可以帮助保护单个设备免受攻击，并保护物联网网关。
物联网网关可以为物联网网络及其传输的数据添加额外的安全层。企业保护其物联网网络的一种选择是实施具有篡改检测、加密、硬件随机数生成器和加密引擎的物联网网关。这可以帮助保护物联网网关，并防御对特定设备的攻击。
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