在Internet中，網關是一種連接內部網與Internet上其它網的中間設備，也稱“路由器”，而在物聯網的體系架構中，在感知層和網絡層兩個不同的網絡之間需要一個中間設備，那就是“物聯網網關”。
物聯網架構
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什么是物聯網網關？
網關就是為了不同協議之間轉換難而誕生的一個產品，對內負責整個智能家居系統不同設備的協議轉換，對外通過以太網或者WiFi進入互聯網實現遠程通信。
相比于互聯網時代，物聯網的通信協議更加多樣，物的碎片化非常嚴重，網關的重要性也就由此凸顯——物聯網網關能夠把不同的物收集到的信息整合起來，并且把它傳輸到下一層次，因而信息才能在各部分之間相互傳輸。物聯網網關可以實現感知網絡與通信網絡，以及不同類型感知網絡之間的協議轉換；既可以實現廣域互聯，也可以實現局域互聯。
比如電視機、洗衣機、空調、冰箱等家電設備；門禁、煙霧探測器、攝像頭等安防設備；臺燈、吊燈、電動窗簾等采光照明設備等，通過集成特定的通信模塊，分別構成各自的自組網子系統。而在家庭物聯網網關設備內部，集成了幾套常用自組網通信協議，能夠同時與使用不同協議的設備或子系統進行通信。用戶只需對網關進行操作。便可以控制家里所有連接到網關的智能設備。
網關在系統里面起著很重要的核心作用，網關有哪幾種形態呢？
我們這里也簡單說說：無線轉無線：WiFi轉433MHz、紅外、ZigBee（家庭常見），GPRS（2G、3G、4G）轉433MHz、紅外、ZigBee（工業常見），無線轉有線：WiFi轉RS485、RS232、CAN（工業居多），有線轉無線：以太網轉433MHz、紅外、ZigBee（家庭常見），有線轉有線：以太網轉RS485、RS232、CAN（工業居多）
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物聯網網關的歷史
設備數據的采集、傳輸、監測是整個流程的關鍵步驟，在市場需求不斷更新以及技術提升中，物聯網智能網關就此出現，要更好地了解它的價值和出現的契機，要從設備機器數據的采集、傳輸、監測過程發展歷程說起。
在發展早期，數據采集的意識才剛剛出現的時候，由于傳感器的匱乏加上傳輸技術的落后，大多都是依靠人工進行數據計量。人工計量的弊端不言而喻，耗時耗力并且能夠檢測的范圍是非常狹窄的，所以人工計量的方式很快就被淘汰。
1、初期的本地監測，數據采集的首次嘗試
真正意義上的數據監測應該從本地監測開始。通過有線網絡將設備總控和 PLC 或者 HMI 連接起來，進行本地的人機交互和信息交換，設備上的數據直接顯示在 PC 或者 HMI 上面。
而PC需要近距離地安裝在設備旁，同時需要人員一天 24 小時的監控以及反饋。此時，人工的力量還是占了主導地位，本地監測的實際意義不大，只是停留在簡單的數據統計工作上。
2、以太網出現，延伸物理傳輸距離
由于本地監測局限性太大，人們開始把以太網等有線寬帶技術運用在數據采集、傳輸上，數據的傳輸在范圍上有了一定的延伸。當設備節點接入傳感器，通過一定的轉換到達以太網，再到達終端顯示。就傳輸范圍而言，在原有范圍基礎上是有了一定的拓展。
但是中間存在的協議標準差異導致通信并不能暢通無阻，且有線網絡的固有限制就是無法遠程監測，這又一次給數據市場提供一個巨大的需求。
3、網關的出現，適配更多協議標準
伴隨著 2G/3G/4G 網絡、Wi-Fi、藍牙等無線網絡傳輸技術的出現，數據的遠程傳輸問題出現轉機，但多種通信協議的多重協議標準也阻礙了設備與設備之間的“對話”。此時為了能夠適配更多協議標準，網關的出現非常及時，在通信協議和數據之間，網關是一個翻譯器，與網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應系統的需求。
網關的轉換能力結合無線通信協議技術，大大提高了物聯網延伸距離，但物聯網技術也面臨一些獨特的挑戰。其中一個挑戰是，受限于系統內存、數據存儲容量和計算能力，很多物聯網節點無法直接連接基于 IP 的網絡，這樣就難以做到萬物互聯。而物聯網網關可以填補這塊空白，在基于IP的公共網絡與本地物聯網之間架起一座網絡橋梁，使用在不同的通信協議、數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統之間。 通俗來講，有了網關，所謂的 M2M 不再是狹義上機器與機器的對話，而是設備、系統、人之間沒有障礙的溝通。
4、現代物聯網智能網關，推動設備預測性運維
現代物聯網智能網關，在物聯網時代扮演非常重要的角色，它不僅是連接感知網絡與傳統通信網絡的紐帶。作為網關設備，物聯網智能網關可以實現感知網絡與通信網絡，以及不同類型感知網絡之間的協議轉換，既可以實現廣域互聯，也可以實現局域互聯。此外物聯網智能網關還需要具備設備管理功能，運營商通過物聯網智能網關可以管理底層的各感知節點，了解各節點的相關信息，并實現遠程控制，特有的物聯網邊緣計算能力，讓傳統工廠在數字化轉型的過程中實現了更為快速、精準的數據采集及傳輸。
物聯網智能網關的特點
支持遠程更新維護。例如 Ruff 的物聯網智能網關可隨時根據軟件的升級，添加支持協議，對外提供基于 JS 語言的開發接口，只需下載相應的配置應用即完成對硬件產品功能的修改。在網關使用過程中出現了問題，也無需去現場進行維修只需利用 Ruff Explorer 遠程管理工具在軟件層面進行修改即可，從遠端提前發現和解決隱患，使維護更智能，設備運行更穩定可靠。
Ruff 服務的農業客戶
Ruff Explorer 遠程管理工具
其次，現代物聯網智能網關也具有超強的兼容性。采用即插即用的設計理念，兼容主流廠商的設備和協議，提供協議的下載和二次開發接口使得兼容變得更加容易。由于是在軟件層面控制硬件網關，這樣一來工廠在轉型過程中不需要花費大成本來替換適配網關的設備，簡單修改軟件層面邏輯即可。
目前國內一些公司比如華為、Ruff生產的邊緣計算網關、物聯網智能網關已經在真實的生產環境中有了多次成功的實踐，在人造板行業、汽車制造業、木材加工行業幫助客戶快速高效地接入設備，采集傳輸數據，并且通過其本身的邊緣計算能力可以就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。對于人力成本、設備維修成本、時間成本的降低是非常有價值的，這也將是很多中小型工廠在工業 4.0 轉型之戰中核心競爭力之一。
當然，網關的技術能力目前還沒有到達終點，隨著市場的需求越來越高以及物聯網技術的不斷提升，相信功能更加全面的物聯網網關會不斷更新出現，為物聯網未來的發展提供更好的服務。
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物聯網網關的作用
現在你知道一個網關是什么，你可能會想知道在傳感器/設備和云之間采取額外的步驟有什么好處。
電池壽命
如果傳感器/設備位于遠程區域，則可能需要遠程連接，例如衛星連接才能與云端通話。如這里所述，較長的范圍通常意味著增加的功耗(和成本);這對于具有有限電池壽命的小型傳感器/設備來說可能是一個問題。
如果傳感器能夠持續數年，而不是數月或數周。通過使用安裝在外圍或谷倉倉頂部附近的高架網關，傳感器/設備只需要將數據發送到網關的距離很短，并且網關可以通過單個更高帶寬的連接將數據回傳到云端。
網關允許傳感器/設備在較短距離內進行通信，從而提高電池壽命。
不同協議的轉換
完整的IoT應用可能涉及許多不同種類的傳感器和設備。再次使用智能農業，您可能需要傳感器的溫度，濕度和陽光以及自動灌溉和肥料系統等設備。所有不同的傳感器和設備都可以使用不同的傳輸協議(基本上是傳輸信息的規則和格式)。協議包括LPWAN，Wi-Fi，藍牙和Zigbee等等。
網關可以通過不同協議與傳感器/設備進行通信，然后將該數據轉換為標準協議(如MQTT)，以發送到云端。
未過濾的數據
有時，傳感器/設備可以產生如此多的數據，這是數據壓倒在系統上或傳輸和存儲成本極高的情況。通常在這種情況下，只有一小部分數據實際上是有價值的。例如，安全攝像機不需要發送空走廊的視頻數據。網關可以預處理和過濾由傳感器/設備生成的數據，以減少傳輸，處理和存儲要求。
高延遲
時間對于某些IoT應用來說可能至關重要；傳感器/設備無法將數據傳輸到云端，并在采取行動之前等待獲得響應。對于醫療領域的生命或死亡情況或汽車等快速移動的物體，這是真的。 通過處理網關上的數據并在本地發出命令可以避免更高的延遲。然而，IoT應用中的許多傳感器/設備太小，電池太低，無法進行處理。
網關可以通過在網關本身而不是在云中執行處理來減少時間關鍵應用程序的延遲。
安全
連接到互聯網的每個傳感器/設備都容易被黑客入侵。被劫持的傳感器/設備是壞的。不只是為業主，而是為所有人。
幾周前，名叫未來的惡意軟件被用來攻擊和控制數以千計的物聯網設備。然后，這種“機器人網絡”的設備被用來占用互聯網的主要部分(更多關于未來)。
網關減少了連接到互聯網的傳感器/設備的數量，因為傳感器/設備僅連接到網關。然而，這使得網關本身成為目標，也是第一道防線。這就是為什么安全需要成為任何網關的優先考慮的原因。
結語
在未來的物聯網時代，物聯網網關將會扮演非常重要的角色，它將成為連接感知網絡與傳統通信網絡的紐帶。
責任編輯：王維
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