?為什么需要物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)呢？

現在，您可能想知道：為什么將網(wǎng)關(guān)引入物聯(lián)網(wǎng)架構是一個(gè)重要的原因？

首先，傳感器在網(wǎng)絡(luò )連接方面的功能通常比較有限。通常情況下，您的傳感器可能會(huì )使用藍牙低功耗（BLE），就像市場(chǎng)上大多數信標一樣。而一些傳感器也可能會(huì )使用ZigBee協(xié)議進(jìn)行連接。此外，在局域網(wǎng)（LAN）、家庭局域網(wǎng)（HAN）或個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）中，還有其他許多協(xié)議可供選擇。所有這些協(xié)議都有一個(gè)共同特點(diǎn)，即它們無(wú)法直接連接到廣域網(wǎng)（WAN）或Internet等大型網(wǎng)絡(luò )。為了讓您的傳感器能夠與外部網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行一對一的聯(lián)系，您需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)。這個(gè)網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)WiFi、GSM或其他類(lèi)型的連接方式，為您的傳感器提供與外部網(wǎng)絡(luò )的連接。

請注意，網(wǎng)關(guān)的功能不限于將傳感器數據轉發(fā)給后端服務(wù)的存儲代理。直接將所有傳感器收集到的信息發(fā)送至數據中心會(huì )導致性能和網(wǎng)絡(luò )利用效率低下。在將信息發(fā)送至數據中心之前，需要一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)來(lái)對現場(chǎng)信息進(jìn)行預處理。這種預處理包括消息過(guò)濾和聚合。

網(wǎng)關(guān)在這里扮演了一個(gè)關(guān)鍵角色，它作為一個(gè)單一的訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)，來(lái)監測指定區域的操作和字段。您無(wú)需使用監視軟件來(lái)連接每個(gè)傳感器，只需監測網(wǎng)關(guān)即可。通過(guò)這種方式，網(wǎng)關(guān)將負責收集所有必要的傳感器數據。

體系結構概述

下面是一種常見(jiàn)的網(wǎng)關(guān)體系結構設計圖，網(wǎng)關(guān)本身沒(méi)有安裝傳感器。相反，網(wǎng)關(guān)軟件安裝在設備上，負責從傳感器收集數據、對數據進(jìn)行預處理，并將處理結果發(fā)送到數據中心。

請注意，傳感器體系結構可能會(huì )有一些變動(dòng)，部分傳感器可能會(huì )放置在網(wǎng)關(guān)設備上。具體的布局如下圖所示。

嵌入式傳感器可以被視為網(wǎng)關(guān)的組成部分，這些傳感器包括GPS模塊和通過(guò)GPIO接口連接到網(wǎng)關(guān)的溫度傳感器等。

網(wǎng)關(guān)軟件

軟件應用程序是網(wǎng)關(guān)的核心，它的主要任務(wù)是收集傳感器所提供的信息，并將其安全地存儲，直到可以進(jìn)行預處理并發(fā)送到數據中心。在每個(gè)處理階段，網(wǎng)關(guān)軟件都會(huì )根據需要決定將數據暫時(shí)存儲在內存中還是永久保存。

在設計網(wǎng)關(guān)軟件時(shí)，有必要充分考慮到故障和災害恢復的情況。由于網(wǎng)關(guān)設備通常在現場(chǎng)進(jìn)行操作，因此應該對不理想的工作環(huán)境做好充分的準備。例如，需要預先準備好網(wǎng)關(guān)軟件以應對斷電或其他可能導致網(wǎng)關(guān)處理中斷的操作。在電源恢復后，網(wǎng)關(guān)軟件應能夠自動(dòng)啟動(dòng)，并能夠從中斷的地方繼續工作。

網(wǎng)關(guān)軟件需要具備充分的智能，以正確處理系統日志記錄。它必須在設備存儲的日志條目數量和發(fā)送到數據中心的日志條目數量之間找到合適的平衡點(diǎn)。

安裝和更新軟件

如何訪(fǎng)問(wèn)設備上的網(wǎng)關(guān)軟件？有三種主要的解決方案。

一種方法是在網(wǎng)關(guān)磁盤(pán)（或存儲卡）上預先安裝軟件，這種方法被稱(chēng)為工廠(chǎng)引導程序。然而，如果解決方案中有很多個(gè)網(wǎng)關(guān)，這種技術(shù)的擴展性就有限。

另一種方法是使用基于服務(wù)器啟動(dòng)的引導方式。在這種模式下，中央軟件管理服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)設備進(jìn)行通信，并向其安裝適當版本的軟件。雖然這種方法比工廠(chǎng)引導擴展更高效，但仍然需要在服務(wù)器端進(jìn)行啟動(dòng)和部署操作。

一種方法是通過(guò)客戶(hù)端啟動(dòng)引導程序來(lái)實(shí)現。這種模式下，假設網(wǎng)關(guān)負責連接到中央存儲庫服務(wù)器并下載適用的軟件版本。為此，網(wǎng)關(guān)需要安裝輕量級的引導軟件，以便與軟件管理服務(wù)器進(jìn)行通信。這種方式是最具可擴展性的一種方法。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)有一個(gè)非常重要的特點(diǎn)，就是可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行軟件更新。需要記住的是，一旦將網(wǎng)關(guān)軟件安裝到設備上并部署到現場(chǎng)，您對網(wǎng)關(guān)軟件的維護能力將非常有限。從安全的角度來(lái)看，通過(guò)無(wú)線(xiàn)下載軟件更新的能力尤為重要，因為它可能會(huì )影響關(guān)鍵安全修復程序的交付時(shí)間。這也意味著(zhù)不需要進(jìn)行任何集中協(xié)調操作，每個(gè)網(wǎng)關(guān)設備都可以在接通電源后立即下載軟件。

感測器的客戶(hù)群體

假設軟件應用程序是網(wǎng)關(guān)的核心，那么傳感器就扮演了網(wǎng)關(guān)的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)工具的角色。傳感器是一種小型硬件設備，可以測量現實(shí)世界的各個(gè)方面。傳感器通常收集的數據類(lèi)型包括溫度、GPS坐標、濕度和氣壓等。

通常，網(wǎng)關(guān)處理來(lái)自傳感器的小型信息。例如，傳感器測量的當前溫度是一個(gè)十進(jìn)制數。而GPS坐標由兩個(gè)十進(jìn)制數字表示，分別是經(jīng)度和緯度。需要注意的是，網(wǎng)關(guān)需要處理大量的這些小型信息。

盡管傳感器本身能夠頻繁產(chǎn)生消息，但是我們需要預測我們真正需要從傳感器中收集多少消息。例如，我們可以每毫秒讀取傳感器的溫度，但我們真的需要如此精確的溫度變化測量嗎？在大多數情況下，每秒讀取傳感器幾次就足夠了，因為我們更加關(guān)注的是較長(cháng)時(shí)間內的度量標準。網(wǎng)關(guān)軟件通常會(huì )定期查詢(xún)傳感器數據。一款優(yōu)秀的網(wǎng)關(guān)軟件允許您輕松設置每個(gè)傳感器的查詢(xún)間隔。您絕對不希望將不必要的傳感器數據存儲在網(wǎng)關(guān)中，因為過(guò)時(shí)的數據會(huì )占用有限的網(wǎng)關(guān)設備處理能力。

數據傳輸使用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行

一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)關(guān)連接的方式包括GPS、WiFi和以太網(wǎng)。一些網(wǎng)關(guān)甚至可以同時(shí)支持GPS和WiFi模式，例如移動(dòng)車(chē)輛上的網(wǎng)關(guān)。一般而言，非GPS連接被視為優(yōu)先選擇，因為它可以避免高昂的移動(dòng)數據流量費用。一些網(wǎng)關(guān)會(huì )持續連接到低成本的本地網(wǎng)絡(luò )，而使用GPS連接的網(wǎng)關(guān)則應該小心地將數據發(fā)送到數據中心。網(wǎng)關(guān)應該根據業(yè)務(wù)邏輯處理收集到的數據，判斷哪些消息需要通過(guò)昂貴的GPS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送，哪些數據可以在設備上進(jìn)行緩存，以便延遲時(shí)離線(xiàn)處理。