物聯(lián)網(wǎng)解決方案的典型架構通常比大多數(shù)企業(yè)系統(tǒng)的架構復雜得多。增加物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)復雜性的一個主要因素是駐留在數(shù)據(jù)中心的后端服務。有了物聯(lián)網(wǎng)解決方案，我們必須處理在該領域工作的無數(shù)設備。由于這些設備的性質與Web，桌面甚至移動客戶端差異很大，因此我們需要一個中間架構元素來充當現(xiàn)場設備和企業(yè)數(shù)據(jù)中心之間代理，即物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關。

為什么需要IoT網(wǎng)關?

將網(wǎng)關引入您的物聯(lián)網(wǎng)架構背后的主要原因是什么?小隱通過探討網(wǎng)關架構如何運作的一些最重要方面來闡明這個問題。

首先，傳感器在網(wǎng)絡連接方面的能力非常有限。你的傳感器可能會使用藍牙低功耗(BLE)，就像市場上的大多數(shù)信標一樣，某些傳感器還可能使用ZigBee協(xié)議提供連接。在局域網(wǎng)(LAN)，家庭局域網(wǎng)(HAN)或個人局域網(wǎng)(PAN)中還可以有許多其他協(xié)議。所有這些協(xié)議都有一個共同點——它們無法直接連接到廣域網(wǎng)(WAN)或Internet等大型網(wǎng)絡。我們需要一個網(wǎng)關，通過使用WiFi，GSM或其他類型的連接，作為傳感器提供與外部網(wǎng)絡的單點聯(lián)系。

網(wǎng)關不僅僅是將數(shù)據(jù)從傳感器轉發(fā)到后端服務的轉儲代理。在將信息發(fā)送到數(shù)據(jù)中心之前，需要物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關來對現(xiàn)場信息進行預處理。這種預處理包括消息過濾和聚合。

網(wǎng)關還應作為單一訪問點來監(jiān)視操作區(qū)域的選定區(qū)域。監(jiān)控軟件不應該連接到每個傳感器，它只應在網(wǎng)關層面進行監(jiān)控，而網(wǎng)關又負責從傳感器收集所有必要的指標。

常見架構

以下網(wǎng)關架構圖是最常見的架構設計，其中網(wǎng)關本身未配備傳感器。設備上安裝的網(wǎng)關軟件負責從傳感器收集數(shù)據(jù)，預處理數(shù)據(jù)，并將結果發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。

再如：

網(wǎng)關軟件

軟件應用程序是網(wǎng)關的核心。網(wǎng)關軟件負責從傳感器收集消息并適當?shù)卮鎯λ鼈儯钡剿鼈兛梢员活A處理并發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。

由于網(wǎng)關設備通常在現(xiàn)場操作，所以應該為遠非理想的工作條件做好準備。例如，網(wǎng)關軟件應該準備好停電或其他可能導致網(wǎng)關處理中斷的操作。電源返回設備后，網(wǎng)關軟件應自動啟動并自動啟動，并且應該從中斷點開始繼續(xù)工作。

網(wǎng)關軟件也應足夠智能，以正確處理系統(tǒng)日志記錄。它必須在設備上存儲的日志條目數(shù)和發(fā)送到數(shù)據(jù)中心的日志條目數(shù)之間找到適當?shù)钠胶恻c。

軟件安裝和更新有三種主要方法：

• ***種方法是在網(wǎng)關磁盤(或存儲卡)上預安裝軟件。
• 第二種方法是服務器啟動的引導程序。在這種模式下，軟件管理服務器與網(wǎng)關設備通信，并為其部署適當版本的軟件。



• 第三種方法是客戶端啟動的引導程序。此模式假定網(wǎng)關負責連接到中央存儲庫服務器并下載適當版本的軟件。在這種情況下，網(wǎng)關需要安裝輕量級引導軟件，以便它可以與軟件管理服務器通信。此方法是***可擴展性的方法，因為它不需要對部署操作進行任何集中協(xié)調。每個網(wǎng)關設備在打開電源后立即下載軟件。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的一個非常重要的特性是能夠通過無線方式下載更新。請記住，將網(wǎng)關軟件安裝到設備上并將其交付到現(xiàn)場后，您在網(wǎng)關軟件維護方面的功能非常有限。從安全角度來看，通過無線方式下載軟件更新的能力尤其重要，因為它可能會影響關鍵安全修復程序的交付時間。

傳感器

如果說軟件應用程序是網(wǎng)關的核心，那么傳感器就是網(wǎng)關的眼睛和耳朵。傳感器是可以測量現(xiàn)實世界某些方面的小型硬件設備。傳感器收集的常見數(shù)據(jù)類型包括溫度，GPS坐標，濕度，氣壓等。

網(wǎng)關從傳感器收集的數(shù)據(jù)通常很小。例如，傳感器測量的溫度的當前值僅為十進制數(shù)。GPS坐標是兩個十進制數(shù)字，代表經(jīng)度和緯度。

雖然傳感器本身可以經(jīng)常生成消息，但重要的是預測我們真正需要從傳感器收集多少消息。例如，我們可以每毫秒讀取傳感器的溫度，但在測量溫度變化時我們真的需要這種精度嗎?在大多數(shù)情況下，每秒讀取傳感器值幾次就足夠了，因為我們對更長時間內的度量標準更感興趣。網(wǎng)關軟件通常定期輪詢傳感器數(shù)據(jù)。良好的網(wǎng)關軟件允許我們輕松配置每個傳感器的輪詢間隔。你絕對不希望將不必要的傳感器數(shù)據(jù)放入網(wǎng)關，因為過時的消息會占用受限網(wǎng)關設備的寶貴處理能力。

網(wǎng)關數(shù)據(jù)傳輸

通常，網(wǎng)關使用GPS，WiFi或以太網(wǎng)連接到Internet。一些網(wǎng)關也可以在GPS和WiFi模式下工作(例如，安裝在車輛中的網(wǎng)關)。通常，非GPS連接優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)，因為它不需要訂購付費移動計劃。一些網(wǎng)關將不斷連接到廉價的本地網(wǎng)絡，但那些使用GPS連接的網(wǎng)關在發(fā)送到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)方面應該是比較保守的。網(wǎng)關應針對其收集的數(shù)據(jù)應用業(yè)務邏輯，以了解應通過昂貴的GPS網(wǎng)絡發(fā)送哪些消息，以及哪些數(shù)據(jù)可以緩存在設備上以進行延遲離線處理。

結語

網(wǎng)關是每個物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關鍵組成部分。在我們決定購買哪種硬件作為網(wǎng)關平臺之前，我們需要花點功夫分析一下有效負載的數(shù)據(jù)格式，并嘗試過濾掉或匯總盡可能多的數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)關。總之，網(wǎng)關軟件和管理基礎架構的選擇是將很大程度上決定系統(tǒng)的總體運維成本。