在互聯(lián)網剛剛興起時，“網關”一詞實質上是指能夠轉換協(xié)議的硬件。隨著互聯(lián)網的發(fā)展，路由器和交換機成為了主要的網絡設備，我們幾乎忘記了網關的存在，直到最近物聯(lián)網 (IoT) 的出現(xiàn)。今天，幾乎所有的物聯(lián)網項目都離不開網關。根據(jù)體系結構范圍，有可能需要多個網關，每個網關扮演不同的角色。

是什么讓網關對物聯(lián)網如此重要？

物聯(lián)網網關不僅僅是“網關”

簡單來說，物聯(lián)網網關可能只是一塊硬件或軟件，用于從傳感器等I/O設備收集和聚合數(shù)據(jù)。然后，將數(shù)據(jù)傳送到本地數(shù)據(jù)中心或云服務器。在這種簡化的上下文中 (例如，在MQTT中)，網關充當“代理”功能。

然而，到2020年將有200億個物聯(lián)網設備投入使用，而供應商也在大力宣傳各種網關功能，到那時就會很容易混淆物聯(lián)網網關的作用。為此，我們需要先來認識一下網關在物聯(lián)網中的基本功能。

邊緣/霧計算8V系統(tǒng)

物聯(lián)網網關最常見的用途是作為邊緣設備，少數(shù)供應商將其作為“邊緣”網關進行銷售。如下圖所示，邊緣網關可以直接連接物聯(lián)網現(xiàn)場設備 (傳感器、執(zhí)行器等)，也可以通過可編程邏輯控制器 (PLC)、分布式控制系統(tǒng) (DCS)、工業(yè)控制系統(tǒng)/監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集 (ICS/SCADA) 等聚合現(xiàn)場數(shù)據(jù)。這些網關需要支持多種I/O接口，包括有線、無線甚至是串行連接 (如RS-232)。

在這種情況下，網關主要用于：

物聯(lián)網體系結構的多個層級都會用到網關 (來源：Practical Industrial Internet of Things Security)邊緣網關的主要作用是在本地提供按需定制計算。發(fā)送到云的每一位數(shù)據(jù)都要花費金錢，占用帶寬，并帶來延遲。邊緣網關不是將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到云，而是在本機CPU或跨霧節(jié)點分配處理任務，只將有意義的數(shù)據(jù)發(fā)送到云。
邊緣網關通常具備處理能力 (例如，戴爾使用英特爾的雙核Atom處理器) 以及用于過濾、分析和安全功能的智能軟件。

工業(yè)4.0與“棕地”環(huán)境

在工業(yè)企業(yè)中，傳統(tǒng)設備是部署物聯(lián)網的主要障礙。由于工業(yè)設備的使用壽命長，與其替換傳統(tǒng)設備，不如將傳統(tǒng)設備集成到工業(yè)物聯(lián)網（IIoT）架構中。但是應該怎么做呢？

傳統(tǒng)產品的一些常見問題是：

為了便于在棕地環(huán)境中部署IoT，或者在具有傳統(tǒng)系統(tǒng)的信息技術環(huán)境中引入新軟件，可以采用IIoT網關，因為它可以轉換專有協(xié)議、清理傳入數(shù)據(jù)、向數(shù)據(jù)添加上下文，并充當“代理”以促進固件更新、數(shù)據(jù)訪問和執(zhí)行其他安全功能。

網段與垂直市場的互操作性

在工業(yè)站點中，不同的網段通常使用不同的專有協(xié)議。隨著時間的推移，工業(yè)信息系統(tǒng)（即數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、資產管理器、生產實施系統(tǒng)等）開始使用各種IP和以太網標準。然而，這些變體只支持特定的行業(yè)垂直市場。例如，電力公司使用DNP3、DC-BUS連接協(xié)議，而樓宇自動化則依賴于MODBUS、DAC網絡連接協(xié)議。

這種網絡分段會影響跨垂直領域的互操作性。例如，在智能城市項目中，樓宇自動化和公用事業(yè)必須相互關聯(lián)。跨不同垂直領域的連通性是網關可以填補的另一關鍵空白，而且網關還可以連接工業(yè)站點內的各個網絡。

高級功能

在高端領域，物聯(lián)網網關作為內部部署和云之間的接口，無需連接云端，即可執(zhí)行以下操作：對傳入數(shù)據(jù)運行復雜的分析算法和機器學習模型，實現(xiàn)工廠自動化，執(zhí)行身份識別和驗證服務，進行預測性分析等。這類網關通常會模糊網關和物聯(lián)網平臺之間的界限。

物聯(lián)網網關深度解析

物聯(lián)網網關由軟件和硬件組成。軟件可以在專用或虛擬化平臺上運行。軟件?？蓤?zhí)行各種功能，如協(xié)議轉換、數(shù)據(jù)處理、存儲、聚合和分析。

隨著物聯(lián)網應用的發(fā)展，物聯(lián)網網關的作用也將越發(fā)的重要。設計與平臺無關的網關軟件是未來創(chuàng)新的一項基本任務。使用與平臺無關的網關軟件可避免供應商鎖定，并能輕松添加新功能。AWS Greengrass和Microsoft?IoT Edge就是兩個很好的例子。

由于網關暴露在室外條件下，因此非常有必要設計用于極端環(huán)境的網關。這就要求硬件具備防篡改功能，并支持廣泛的工作溫度范圍?！盁o風扇”網關耗電量較少，適合于資源受限的設置。

結論

作為物聯(lián)網體系結構的重要組成部分，物聯(lián)網網關的市場正在迅速擴大。主要推動者有惠普企業(yè)、英特爾、思科、戴爾、富士通、微軟、IBM、紅帽、甲骨文、VMware、華為、Pivotal等企業(yè)。

隨著新物聯(lián)網連接技術和標準的出現(xiàn)，該行業(yè)完全有能力推出適合新角色的網關，也將迎來網關電子元件和軟件創(chuàng)新與實施的偉大時刻。

審核編輯：郭婷