白山市-物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關特點及體系結(jié)構(gòu)

發(fā)布時間：2024-01-09 瀏覽量：43222

?為什么需要物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關呢？

現(xiàn)在，您可能想知道：為什么將網(wǎng)關引入物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是一個重要的原因？

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

請注意，網(wǎng)關的功能不限于將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給后端服務的存儲代理。直接將所有傳感器收集到的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)中心會導致性能和網(wǎng)絡利用效率低下。在將信息發(fā)送至數(shù)據(jù)中心之前，需要一個物聯(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)關在這里扮演了一個關鍵角色，它作為一個單一的訪問點，來監(jiān)測指定區(qū)域的操作和字段。您無需使用監(jiān)視軟件來連接每個傳感器，只需監(jiān)測網(wǎng)關即可。通過這種方式，網(wǎng)關將負責收集所有必要的傳感器數(shù)據(jù)。

體系結(jié)構(gòu)概述

下面是一種常見的網(wǎng)關體系結(jié)構(gòu)設計圖，網(wǎng)關本身沒有安裝傳感器。相反，網(wǎng)關軟件安裝在設備上，負責從傳感器收集數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行預處理，并將處理結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。

體系結(jié)構(gòu)

請注意，傳感器體系結(jié)構(gòu)可能會有一些變動，部分傳感器可能會放置在網(wǎng)關設備上。具體的布局如下圖所示。

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

網(wǎng)關軟件

軟件應用程序是網(wǎng)關的核心，它的主要任務是收集傳感器所提供的信息，并將其安全地存儲，直到可以進行預處理并發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。在每個處理階段，網(wǎng)關軟件都會根據(jù)需要決定將數(shù)據(jù)暫時存儲在內(nèi)存中還是永久保存。

在設計網(wǎng)關軟件時，有必要充分考慮到故障和災害恢復的情況。由于網(wǎng)關設備通常在現(xiàn)場進行操作，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)關軟件以應對斷電或其他可能導致網(wǎng)關處理中斷的操作。在電源恢復后，網(wǎng)關軟件應能夠自動啟動，并能夠從中斷的地方繼續(xù)工作。

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

安裝和更新軟件

如何訪問設備上的網(wǎng)關軟件？有三種主要的解決方案。

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

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

一種方法是通過客戶端啟動引導程序來實現(xiàn)。這種模式下，假設網(wǎng)關負責連接到中央存儲庫服務器并下載適用的軟件版本。為此，網(wǎng)關需要安裝輕量級的引導軟件，以便與軟件管理服務器進行通信。這種方式是最具可擴展性的一種方法。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關有一個非常重要的特點，就是可以通過無線方式進行軟件更新。需要記住的是，一旦將網(wǎng)關軟件安裝到設備上并部署到現(xiàn)場，您對網(wǎng)關軟件的維護能力將非常有限。從安全的角度來看，通過無線下載軟件更新的能力尤為重要，因為它可能會影響關鍵安全修復程序的交付時間。這也意味著不需要進行任何集中協(xié)調(diào)操作，每個網(wǎng)關設備都可以在接通電源后立即下載軟件。

感測器的客戶群體

假設軟件應用程序是網(wǎng)關的核心，那么傳感器就扮演了網(wǎng)關的視覺和聽覺工具的角色。傳感器是一種小型硬件設備，可以測量現(xiàn)實世界的各個方面。傳感器通常收集的數(shù)據(jù)類型包括溫度、GPS坐標、濕度和氣壓等。

通常，網(wǎng)關處理來自傳感器的小型信息。例如，傳感器測量的當前溫度是一個十進制數(shù)。而GPS坐標由兩個十進制數(shù)字表示，分別是經(jīng)度和緯度。需要注意的是，網(wǎng)關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(shù)情況下，每秒讀取傳感器幾次就足夠了，因為我們更加關注的是較長時間內(nèi)的度量標準。網(wǎng)關軟件通常會定期查詢傳感器數(shù)據(jù)。一款優(yōu)秀的網(wǎng)關軟件允許您輕松設置每個傳感器的查詢間隔。您絕對不希望將不必要的傳感器數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)關中，因為過時的數(shù)據(jù)會占用有限的網(wǎng)關設備處理能力。

數(shù)據(jù)傳輸使用網(wǎng)關進行

一般來說，網(wǎng)關連接的方式包括GPS、WiFi和以太網(wǎng)。一些網(wǎng)關甚至可以同時支持GPS和WiFi模式，例如移動車輛上的網(wǎng)關。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數(shù)據(jù)流量費用。一些網(wǎng)關會持續(xù)連接到低成本的本地網(wǎng)絡，而使用GPS連接的網(wǎng)關則應該小心地將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。網(wǎng)關應該根據(jù)業(yè)務邏輯處理收集到的數(shù)據(jù)，判斷哪些消息需要通過昂貴的GPS網(wǎng)絡發(fā)送，哪些數(shù)據(jù)可以在設備上進行緩存，以便延遲時離線處理。