物聯(lián)網(wǎng)解決方案的典型架構(gòu)通常比大多數(shù)企業(yè)系統(tǒng)的架構(gòu)復(fù)雜得多。增加物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜性的一個(gè)主要因素是駐留在數(shù)據(jù)中心的后端服務(wù)。有了物聯(lián)網(wǎng)解決方案，我們必須處理在該領(lǐng)域工作的無(wú)數(shù)設(shè)備。由于這些設(shè)備的性質(zhì)與Web，桌面甚至移動(dòng)客戶端差異很大，因此我們需要一個(gè)中間架構(gòu)元素來充當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和企業(yè)數(shù)據(jù)中心之間代理，即物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

為什么需要IoT網(wǎng)關(guān)?

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

首先，傳感器在網(wǎng)絡(luò)連接方面的能力非常有限。你的傳感器可能會(huì)使用藍(lán)牙低功耗(BLE)，就像市場(chǎng)上的大多數(shù)信標(biāo)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(gè)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(gè)共同點(diǎn)——它們無(wú)法直接連接到廣域網(wǎng)(WAN)或Internet等大型網(wǎng)絡(luò)。我們需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)，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(luò)的單點(diǎn)聯(lián)系。

網(wǎng)關(guān)不僅僅是將數(shù)據(jù)從傳感器轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)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(guān)來對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行預(yù)處理。這種預(yù)處理包括消息過濾和聚合。

網(wǎng)關(guān)還應(yīng)作為單一訪問點(diǎn)來監(jiān)視操作區(qū)域的選定區(qū)域。監(jiān)控軟件不應(yīng)該連接到每個(gè)傳感器，它只應(yīng)在網(wǎng)關(guān)層面進(jìn)行監(jiān)控，而網(wǎng)關(guān)又負(fù)責(zé)從傳感器收集所有必要的指標(biāo)。

常見架構(gòu)

以下網(wǎng)關(guān)架構(gòu)圖是最常見的架構(gòu)設(shè)計(jì)，其中網(wǎng)關(guān)本身未配備傳感器。設(shè)備上安裝的網(wǎng)關(guān)軟件負(fù)責(zé)從傳感器收集數(shù)據(jù)，預(yù)處理數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。

再如：

網(wǎng)關(guān)軟件

軟件應(yīng)用程序是網(wǎng)關(guān)的核心。網(wǎng)關(guān)軟件負(fù)責(zé)從傳感器收集消息并適當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)它們，直到它們可以被預(yù)處理并發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。

由于網(wǎng)關(guān)設(shè)備通常在現(xiàn)場(chǎng)操作，所以應(yīng)該為遠(yuǎn)非理想的工作條件做好準(zhǔn)備。例如，網(wǎng)關(guān)軟件應(yīng)該準(zhǔn)備好停電或其他可能導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)處理中斷的操作。電源返回設(shè)備后，網(wǎng)關(guān)軟件應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)并自動(dòng)啟動(dòng)，并且應(yīng)該從中斷點(diǎn)開始繼續(xù)工作。

網(wǎng)關(guān)軟件也應(yīng)足夠智能，以正確處理系統(tǒng)日志記錄。它必須在設(shè)備上存儲(chǔ)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(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。

軟件安裝和更新有三種主要方法：

• ***種方法是在網(wǎng)關(guān)磁盤(或存儲(chǔ)卡)上預(yù)安裝軟件。
• 第二種方法是服務(wù)器啟動(dòng)的引導(dǎo)程序。在這種模式下，軟件管理服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信，并為其部署適當(dāng)版本的軟件。



• 第三種方法是客戶端啟動(dòng)的引導(dǎo)程序。此模式假定網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)連接到中央存儲(chǔ)庫(kù)服務(wù)器并下載適當(dāng)版本的軟件。在這種情況下，網(wǎng)關(guān)需要安裝輕量級(jí)引導(dǎo)軟件，以便它可以與軟件管理服務(wù)器通信。此方法是***可擴(kuò)展性的方法，因?yàn)樗恍枰獙?duì)部署操作進(jìn)行任何集中協(xié)調(diào)。每個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備在打開電源后立即下載軟件。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的一個(gè)非常重要的特性是能夠通過無(wú)線方式下載更新。請(qǐng)記住，將網(wǎng)關(guān)軟件安裝到設(shè)備上并將其交付到現(xiàn)場(chǎng)后，您在網(wǎng)關(guān)軟件維護(hù)方面的功能非常有限。從安全角度來看，通過無(wú)線方式下載軟件更新的能力尤其重要，因?yàn)樗赡軙?huì)影響關(guān)鍵安全修復(fù)程序的交付時(shí)間。

傳感器

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

網(wǎng)關(guān)從傳感器收集的數(shù)據(jù)通常很小。例如，傳感器測(cè)量的溫度的當(dāng)前值僅為十進(jìn)制數(shù)。GPS坐標(biāo)是兩個(gè)十進(jìn)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(yù)測(cè)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(cè)量溫度變化時(shí)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?yàn)槲覀儗?duì)更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的度量標(biāo)準(zhǔn)更感興趣。網(wǎng)關(guān)軟件通常定期輪詢傳感器數(shù)據(jù)。良好的網(wǎng)關(guān)軟件允許我們輕松配置每個(gè)傳感器的輪詢間隔。你絕對(duì)不希望將不必要的傳感器數(shù)據(jù)放入網(wǎng)關(guān)，因?yàn)檫^時(shí)的消息會(huì)占用受限網(wǎng)關(guān)設(shè)備的寶貴處理能力。

網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸

通常，網(wǎng)關(guān)使用GPS，WiFi或以太網(wǎng)連接到Internet。一些網(wǎng)關(guān)也可以在GPS和WiFi模式下工作(例如，安裝在車輛中的網(wǎng)關(guān))。通常，非GPS連接優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)樗恍枰嗁?gòu)付費(fèi)移動(dòng)計(jì)劃。一些網(wǎng)關(guān)將不斷連接到廉價(jià)的本地網(wǎng)絡(luò)，但那些使用GPS連接的網(wǎng)關(guān)在發(fā)送到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)方面應(yīng)該是比較保守的。網(wǎng)關(guān)應(yīng)針對(duì)其收集的數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯，以了解應(yīng)通過昂貴的GPS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送哪些消息，以及哪些數(shù)據(jù)可以緩存在設(shè)備上以進(jìn)行延遲離線處理。

結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)關(guān)是每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關(guān)鍵組成部分。在我們決定購(gòu)買哪種硬件作為網(wǎng)關(guān)平臺(tái)之前，我們需要花點(diǎn)功夫分析一下有效負(fù)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(guān)?？傊W(wǎng)關(guān)軟件和管理基礎(chǔ)架構(gòu)的選擇是將很大程度上決定系統(tǒng)的總體運(yùn)維成本。