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物联网网关的概念及三大关键设计因素

时间:2019-05-15 11:31:54  来源:  作者:

一、什么是网关

网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间,网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同,网关对收到的信息要重新打包,以适应目的系统的需求。同时,网关也可以提供过滤和安全功能。

二、什么是物联网的网关

在物联网的体系架构中,为感知层和网络层两个不同的层级架起一座桥梁,那就是“物联网网关”。它既可以实现广域网互连,也可以实现局域网互连。此外物联网网关还需要具备设备管理功能,运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点,了解各节点的相关信息,并实现远程控制。

三、物联网网关的特征

全面感知,即利用RFID技术、传感器接入、二维码等随时获取物体信息;

可靠传递,通过NB-IoT或LoRa进行组网,并与互联网的融合,将信息实时准确地传递出去;

智能处理,利用云计算、模糊识别技术、边缘计算技术等对数据进行分析和预处理,对物体实施智能化控制。

四、物联网网关的功能

1. 协议的转换

从不同的感知网络到接入网络的协议转换、将下层的标准格式的数据统一封装、保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令;将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。

了解物联网网关的概念及三大关键设计因素

 

2. 可控与管理能力

首先要对网关进行管理,如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内的节点的管理,如获取节点的标识、状态、属性、能量等,以及远程实现唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同,协议的复杂性不同,所以网关具有的管理能力不同。

网络边界变得更加深入和多样化,随着不断增加广泛且迅速扩展的各种全新种类互联性“事物”,人们通常将其称之为物联网。

五年前,网络边界的界定清晰并且相当狭窄,连接互联网的设备类型主要是个人计算机,或者是笔记本电脑或台式机,要么就是终端平台。如今,网络边界则已经变得更加深入和多样化,随着不断增加广泛且迅速扩展的各种全新种类互联性“事物”,人们通常将其称之为物联网。

现今,“云”通常被用来描述由边界路由器、交换机、应用交付控制器和服务器组成的一套多样化硬件,而且在数据中心中还托管着基于服务器的各种应用、 数据库和服务等。采用类似的方式,“雾”(“the fog” )如今被人们用于描述网络领域的边界,物联网(IoT)的所有新“事物”都存在其中。

对此,飞思卡尔专家现身,从“雾”层到“云”层解析物联网设计。那么,对于物联网网关的关键设计因素到底有哪些?

1、物理连接性

根据物联网(IoT)设备的类型,用于支持M2M网络连接性的“雾”层连接性可以呈现为无线物理层,例如 ZigBee、Sub-gigaHertz、Z-Wave、低功耗蓝牙、低功耗Wi-Fi或近场通信等。

为了适应“雾”层设备所用的各种连接性解决方案,物联网(IoT)网关必须提供适用类型的足够连接端口,以支持连接“雾”层设备所需的调制解调器。

2、协议支持

除了支持“雾”层设备所用的各种物理层连接性之外,物联网(IoT)网关必须能够支持每种类型物联网 (IoT)设备所用的协议。这些协议包括家庭自动化(Home Automation)、智能能源(Smart Energy)、802.11n、6LoPAN和多种其它协议。每种类型的协议需要一定数量的处理工作负载,以便管理每一种协议相关的协议堆栈。

3、安全性

对于数据安全而言,除了加密的功能之外,还要防止引进恶意软件以降低数据安全性,或者在加密数据之前防止采集未授权数据。这种行为日益受到法规的监管和监控,在不断扩展采用加密标准和协议技术规范。

结果不可避免的是,这要求在M2M或物联网中使用的通信处理器必须能够执行加密运行功能,例如哈希算法、签名和加密数据,以及安全密钥存储单元,以便满足法规要求

4. 数据过滤功能

有时,传感器/设备会产生大量的数据,会对系统造成很大压力,并且传输和存储成本也会相应提高。通常在这种情况下,只有一小部分数据是有价值的其余的过滤掉。例如摄像头不需要发送走廊的视频数据。网关可以预处理和过滤由传感器/设备生成的数据,以减少传输、处理和存储要求。

5. 广泛的接入能力

目前用于近程通信的技术标准很多,现在国内外已经在展开针对物联网网关的标准化工作,如3GPP、传感器工作组,实现各种通信技术标准的互联互通。

五、物联网网关选型

1. 工业智能网关

工业级物联网无线网关,采用高性能的工业级32位通信处理器,可为PLC、变频器、机器人等工业现场提供远程维护的通道,实现设备远程管理。满足传感器、多路网络接入和串口DTU功能。

2.边缘计算网关

边缘计算网关,采用Arm架构高端处理器;标准linux系统支持用户二次开,软件多级检测和硬件多重保护机制来提高设备稳定性。广泛应用于交通、电力、金融、水利、气象、环保、工业自动化,能源矿产、医疗、农业、林业、石油、建筑、智能交通、智能家居等物联网应用。

3. 工业级物联网网关

工业级物联网网关是一款采用ARM架构高能效处理器作为主控、采用Linux作为操作系统的嵌入式工业计算机,该产品广泛应用工业4.0、智慧水利、智慧城市、智慧电力等行业领域。



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