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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题图来自Unsplash，基于CC0协议。

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一文了解物联网网关

物联网是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、监控和管理的一种网络。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。

物联网的接入方式是多种多样的，如广域的PSTN、短距离的Z-Wave等，物联网网关设备是将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色，可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于工业工程、智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。

物联网组网采用分层的通信系统架构，包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用，在不同的层次上支持不同的通信协议。感知延伸系统包括感知和控制技术，由感知延伸层设备以及网关组成，支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网，实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施，包括了应用系统和业务管理支撑系统。应用系统为目标用户提供计量统计、远程测控、智能联动以及其他的扩展类型业务。业务管理支撑系统实现用户管理、安全、认证、授权、计费等功能。

大部分情况下，企业会基于现有的工业系统建造工业物联网，如何实现工业物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。传感器的兼容主要指数据格式的兼容与通信协议的兼容，兼容关键是标准的统一。目前，工业现场总线网络中普遍采用的如Profibus、Modbus协议，已经较好地解决了兼容性问题，大多数工业设备生产厂商基于这些协议开发了各类传感器、控制器等。丰富了工业物联网系统的组成与功能。

物联网网关在未来的联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。

物联网网关具备如下几个功能。

1、设备监控

企业相关人员可以通过各种类型网络远程对设备和产品的性能、运行状态进行远程的全天候检测、预测和评估，实现产线、客户现场的设备高质量运行，降低设备平均故障率，提升产品可靠性。

2、报警推送

用户可自定义报警触发条件，并制定报警推送机制，通过网页、APP、现场报警灯、短信等多种方式推送到相应的人员。

3、远程编程/调试

工程师只需在有网络的环境中，使用相对应的云平台即可实现远程设备管理、设备状态监控，远程编程控制/调试等。

4、数据报表

灵活的报表设计机制，可以根据用户的需要设计出满足不同用户需求的报表样式，满足不同用户对数据分析的需求。

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