物联网扫盲篇——物联网网关

物联网网关在物联网项目中扮演着怎样的角色？什么情况下的物联网项目里，才需要物联网网关呢？这篇文章里，作者尝试从物联网网关的作用、种类和选择等维度做了拆解分析，一起来看看，或许可以帮你了解物联网网关所真正扮演的“角色”。

在物联网项目中，物联网网关作为一个关键组件经常被提及。那么，物联网网关究竟扮演着怎样的角色？它具备哪些核心功能？同时，我们也注意到，并非所有物联网设备都需要网关。那么，我们究竟在何种情况下需要物联网网关呢？

首先，什么是物联网网关？

物联网网关类似我们常见的路由器，具有网络接入能力，但是功能比较简单，通讯速率要求不高，看重移动网络接入能力一般只是做数据透传使用，将物联网的数据转发到服务器上，做进一步分析和处理网关是物联网非常重要的组件，是传感层与网络层连接的纽带。

一、物联网网关扮演的角色

聊到物联网网关，必须先要了解网关在物联网中的应用和物联网架构。

其实物联网的架构之前也有讲到过，主要由感知层、网络层、平台层、应用层构成。 感知层可以主要由基础芯片、执行器、传感器等组成。

传感器根据根据应用场景，功能非常丰富。如我之前做的项目，主要是环保类的。包含了温湿度，压力，S02浓度、粉尘浓度、流量、O2含量等等，针对不同的项目需求可以配置不同的传感器。

传感器收集的数据通常需要传输到物联网平台以进行深度的大数据分析和可视化展示。在实际操作中，根据项目需求与用户网络环境，数据可以通过4G/5G、WIFI或局域网等多种方式上传至物联网平台。

然而，若每个传感器都配置4G/5G或WIFI功能，成本会相对较高。为了降低成本，在特定项目中，可能会选择有线连接或采用LORA、Zigbee等无线技术来满足区域内传感器的部署需求，并最终将数据传输至平台。

在这一背景下，物联网网关设备发挥着关键作用。以智能家居为例，我们可能会部署烟感、温湿度传感器、人体雷达和门禁报警等多种设备。这些设备可以利用Zigbee等无线传输技术在房屋内部进行数据传输，通过一个Zigbee网关进行集中管理和汇聚。随后，网关再通过WIFI或有线网口与外部网络连接，将收集到的数据传输至物联网平台，以便进行进一步的分析和应用。这种方式不仅降低了成本，还提高了数据传输的效率和可靠性。

二、物联网网关的作用

2）数据聚合和处理

物联网网关可以收集来自多个设备和传感器的数据，进行聚合和处理。这有助于减少数据传输量，优化网络使用，并在本地对数据进行初步的处理和分析，降低云端处理的负担。

3）本地决策和响应

物联网网关不仅扮演着数据转换与统一处理的关键角色，更具备在本地执行决策的能力。这意味着，物联网网关可以根据实时设备状态和传感器数据，迅速作出相应的措施，而无需等待云端的指令。这种本地决策执行的特性不仅大幅提升了响应速度，还显著降低了对云服务的依赖，增强了系统的可靠性和自主性。在智能家居、工业自动化等场景中，物联网网关的这一功能尤为关键，它确保了系统在各种情况下的快速响应和稳定运行。

4）存储能力

网关中需要存储的信息分为两部分。

既然涉及到数据的存储与传输，那么不得不提的就是数据安全的问题。物联网网关需要做好以下的数据安全方面的事情：

其他基础能力：网关还需要提供其他的配置管理的基础能力，包括但不限于设备管理、配置管理、在线升级等功能。

以上的这些是网关的传统功能。但是在现在这个”智能“时代，我们越来越看重设备的智能性，因此一个趋势就是越来越强调物联网网关的数据分析处理的能力。这个也就是我们经常听到的”边缘计算“。

我们知道，物联网的一大特性就是海量的接入设备。这就导致海量的数据涌入云平台。一方面这些数据会占用大量的网络带宽，另一方面对云平台的计算能力提出了很大的挑战。

另外，有一些原始数据是比较私密或敏感的，比如家庭摄像头拍摄的影像数据、工业场景中的一些数据。我们不希望这些原始数据被上传到云平台。

因此，目前的物联网中，在逐步尝试将原本在云平台上的计算任务，放到靠近数据原产地的设备上完成。这个过程称为将计算能力下沉到边缘设备，也称为边缘计算。

但是，很大物联网设备由于计算能力、能耗等的限制，是无法承担这些任务的，因此一个最轻量的解决方案就是在物联网网关中完成这些计算任务。

整个边缘计算的实现，还是基于分层的思路。在物联网网关中，完成初步的数据处理，或者需要快速响应的计算任务。云平台则负责大规模数据和复杂计算的任务，以及整体的协调控制。

三、网关的种类及选择

第1种，数据透传网关，简称DTU，仅支持数据透传功能，有一路或两路串口，可以直接应用于大部分的物联网场景，不过数据采集和自动控制都在服务器上实现，对服务器压力较大，适合单一或小型项目，并发量上不去。

第2种，数据采集网关，自带协议库，支持常见工业设备主要应用在工业互联网场景，可以采集PLC，DCS等设备

第3种，边缘计算网关，CPU和内存比较大，使用Linux操作系统，支持二次开发，要求使用者有一定的软件开发能力。

那么我们该如何选择物联网网关呢？

个人的经验：

1）先看功能，看功能是否满足你现有业务应用场景。

目前现在大部分的物联网项目还是数据透传模式，只需要透传功能，那么我们使用普通的DTU就行。如果设备比较多，并发量大，那么我们就需要有数据解析功能的网关，这样服务器只需要存储数据，压力会小很多。如果需要在现场做实时的自动控制，或者实现更高级的功能，那么我们就只能使用边缘计算网关了

2）看价格，现在的网关价格大多在800-2000不等，DTU则更加的便宜。具体对比可以通过某宝或者百度进行筛选对比一下

小结

物联网网关的作用就是设备和云平台之间的桥梁。我们可以把互联网网关放在网络环境（例如WiFi，4G）比较好的环境中。其他的物联网设备则采用LoRa等通信计算连接到物联网网关上，从而间接地实现设备的联网。

物联网网关主要具备四种能力：

协议转换和标准化、数据聚合和处理、本地决策和响应、存储能力。

选取物联网网关主要是先看功能再看价格。

目前的物联网中，在逐步尝试将原本在云平台上的计算任务，放到靠近数据原产地的设备上完成。这个过程称为将计算能力下沉到边缘设备，也称为边缘计算。

边缘计算的能力，对网关提出了新的要求…

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如何快速搭建面向未来的物联网网关

在物联网大规模普及之前，首先需要解决的是物联网硬件一层层接入的问题。据预测，至 2020 年，超过 2000 亿台设备将在物联网（IoT）中实现彼此间的互联。连接能力是发挥物联网优势的关键，其中一个重要的前提是不同独立系统内部与系统之间的连接能力要做到满足应用的需求。

在这一前提下，网关需要发挥其在连接过程中的重要作用。基于Quark处理器为核心设计的，面向物联网（IoT）应用的英特尔网关解决方案，可以快速帮助设计者设计面向未来物联网应用的杰出网关，在英特尔内部曾经给这个方案一个很有意境的名字，Moon Island，也是英特尔Quark处理器极具代表性的商用参考解决方案。

如今的工业设备和其他系统通常会采用旨在实现互联，并能够分享数据的设计。面向物联网（IoT）的英特尔网关解决方案是多种平台组成的产品家族，支持客户无缝互联工业基础设施设备，并保护设备与云之间的数据流。面向物联网的英特尔网关解决方案支持客户安全汇聚、共享和过滤数据，以供分析。这有助于企业确保设备和系统产生的关联数据可以安全地在云和终端设备之间传输，而无需替换现有的基础设施。

面向物联网的英特尔网关解决方案为企业提供重要的构建模块，支持传统工业设备和下一代智能基础设施与物联网连接。它集成了支持面向特定应用软件的多种技术和协议，支持网络、嵌入式控制、企业级安全性和便捷的可管理性。

面向物联网的英特尔网关解决方案支持：

•向上与云和企业连接。

•向下与传感器和现有的嵌入在系统内的控制器连接。

•预处理过滤选择的数据，以供交付。

•本地决策制定，支持与传统系统轻松互联。

•硬件信任根、数据加密和软件锁定，以保障安全。

•本地计算支持设备内分析。

完整的该解决方案包括，面向多种开发套件的英特尔 处理器（英特尔Quark SoC X1000、英特尔Quark SoC X1020D 和英特尔凌动处理器 E3826）；Wind River* 智能设备平台 XT 开发环境；迈克菲嵌入式控制* 安全技术。该解决方案构建于开放的基础设施之上，确保系统间的互操作性，支持广泛的应用开发以及轻松的服务部署。集成和验证的组件实现最大限度的灵活性和快速的应用开发和部署。

图 1. 使用案例。

Wind River 智能设备平台XT

连接性、可管理性和安全性是物联网的核心构建模块。智能设备平台 XT 提供集成、预先验证的软件堆栈，一系列硬件组件的驱动程序、库和工具，从而支持这些核心服务。本软件具备出色的灵活性，支持开发人员快速构建企业级智能系统，以满足多种应用的需求。智能设备平台 XT 支持以下功能：

•可管理性 — 智能设备平台 XT 支持长期、安全的远程可管理性，从而简化远程设备的部署、维护和管理。本软件支持行业标准接口，包括开放管理联盟设备管理（OMA DM），技术报告 069（TR-069）和基于 Web 的配置接口。

•通信和连接性 — 为实现最广泛的通信技术的连接性，智能设备平台 XT 同时支持无线和有线链接。本软件包括面向多种硬件厂商产品和软件的驱动程序，支持蜂窝 2G/3G/4G、蓝牙*、串行、USB 和虚拟专用技术网络 （VPN）、Wi-Fi* 接入点、MQ 遥测传输（MQTT）消息传输协议和 ZigBee*2。

•安全性 — 智能设备平台 XT 强力支持安全图像、安全数据和安全管理 — 保护从启动到运行和管理阶段的设备和数据。3 本软件支持全面的设备保护，从硬件信任根到启动和软件加载，提供一系列协议和服务，包括安全启动，迈克菲嵌入式控制白名单、和安全存储等。

•运行环境 — 智能设备平台 XT 支持写入多种环境的应用，包括 Lua*、Java* 和 OSGi*，支持便携式、可扩展和可重复使用的应用开发，满足基于面向物联网平台的英特尔网关解决方案的需求。

智能设备平台 XT 为智能系统解决方案的快速发展奠定了基础，这些解决方案使用业经验证的软件堆栈，并基于行业标准而构建。

迈克菲嵌入式控制

与面向物联网平台的英特尔网关解决方案集成，迈克菲嵌入式控制仅支持授权代码运行（应用白名单）和授权变更（变更控制），从而有效确保系统的完整性。它同时保护嵌入式系统的完整性，并自动执行软件变更控制政策。

应用白名单

本软件可在平台上自动创建许可代码的动态白名单。白名单一旦创建和启用，系统就会锁定在已知活动范围内。授权集之外的程序或代码均无法运行，且不能进行未授权的更改。迈克菲嵌入式控制在内核层面保护应用和相关二进制代码 — 保护硬盘或内存中的文件，防止恶意软件和零日攻击漏洞，最大限度降低修复环境的需求。

变更控制

迈克菲嵌入式控制仅支持基于政策的授权变更。软件监控文档，并阻止意外的变更，同时记录任何尝试。它通过自动、持续的审计数据集合，提供完整的可视性和问责机制。采用由迈克菲嵌入式控制收集的数据，您可以验证关键系统文件、目录、或注册表未发生变更，然后将这些文件向监管部门汇报，以满足合规要求。

“夸克微小，却能成就伟大，因为有你。请关注英特尔Quark开发者俱乐部微信公共号intelquark。”

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