物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)你有沒(méi)有了解

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，數(shù)據(jù)中心中的后端服務(wù)實(shí)際上只是更大的物聯(lián)網(wǎng)圖景的一部分。使用物聯(lián)網(wǎng)解決方案，我們必須處理大量在現(xiàn)場(chǎng)工作的設(shè)備。由于這些設(shè)備的性質(zhì)與Web、臺(tái)式機(jī)甚至移動(dòng)客戶機(jī)非常不同，因此我們需要一個(gè)中間體系結(jié)構(gòu)，充當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備世界和企業(yè)數(shù)據(jù)中心之間的代理。我們需要的是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

為什么需要IoT網(wǎng)關(guān)

您現(xiàn)在可能想知道：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？讓我通過(guò)討論網(wǎng)關(guān)架構(gòu)如何運(yùn)作的一些最重要的方面來(lái)闡明這個(gè)問(wèn)題。

首先，傳感器在網(wǎng)絡(luò)連接方面通常具有非常有限的能力。 您的傳感器可能會(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; 您的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）中還可以找到許多其他協(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)。 您需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)，通過(guò)使用WiFi，GSM或其他類(lèi)型的連接，可以為您的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。將傳感器收集到的所有信息發(fā)送到數(shù)據(jù)中心在性能和網(wǎng)絡(luò)利用率方面都是非常無(wú)效的。在將信息發(fā)送到數(shù)據(jù)中心之前，需要一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)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(guò)濾和聚合。

網(wǎng)關(guān)還應(yīng)充當(dāng)單個(gè)訪問(wèn)點(diǎn)，用于監(jiān)視操作字段的選定區(qū)域。不需要使用監(jiān)視軟件連接到每個(gè)傳感器；只監(jiān)視網(wǎng)關(guān)更容易，網(wǎng)關(guān)反過(guò)來(lái)負(fù)責(zé)從傳感器收集所有必要的數(shù)據(jù)。

體系結(jié)構(gòu)概述

下面的網(wǎng)關(guān)體系結(jié)構(gòu)圖是最常見(jiàn)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中網(wǎng)關(guān)本身沒(méi)有配備傳感器。安裝在設(shè)備上的網(wǎng)關(guān)軟件負(fù)責(zé)從傳感器收集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。

請(qǐng)記住，在此傳感器體系結(jié)構(gòu)上有可能發(fā)生變化，其中一些傳感器位于網(wǎng)關(guān)設(shè)備上，它可能存在于網(wǎng)關(guān)的嵌入式傳感器可以包括GPS單元或使用GPIO接口連接到網(wǎng)關(guān)的溫度傳感器等選項(xiàng)。

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)收集來(lái)自傳感器的信息，并將其適當(dāng)存儲(chǔ)，直到可以對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。網(wǎng)關(guān)軟件決定在給定處理階段的數(shù)據(jù)是臨時(shí)的、持久的保存在內(nèi)存中的。

網(wǎng)關(guān)軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到故障和災(zāi)難恢復(fù)。由于網(wǎng)關(guān)設(shè)備通常在現(xiàn)場(chǎng)操作，因此您應(yīng)該為不理想的工作條件做好準(zhǔn)備。例如，應(yīng)為斷電或可能導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)處理中斷的其他操作準(zhǔn)備網(wǎng)關(guān)軟件。網(wǎng)關(guān)軟件應(yīng)在電源恢復(fù)后立即自動(dòng)啟動(dòng)，并從中斷點(diǎn)繼續(xù)工作。

網(wǎng)關(guān)軟件還應(yīng)該足夠智能，能夠正確處理系統(tǒng)日志記錄。它必須在存儲(chǔ)在設(shè)備上的日志條目數(shù)和發(fā)送到數(shù)據(jù)中心的日志條目數(shù)之間找到正確的平衡。

軟件安裝和更新

網(wǎng)關(guān)軟件如何進(jìn)入設(shè)備？這個(gè)問(wèn)題有三種主要的解決方法。

第一種方法是在網(wǎng)關(guān)磁盤(pán)（或存儲(chǔ)卡）上預(yù)安裝軟件。這種方法稱為工廠引導(dǎo)程序。正如您可能猜到的，如果您的解決方案包含大量網(wǎng)關(guān)，則此技術(shù)無(wú)法很好地?cái)U(kuò)展。

第二種方法是服務(wù)器啟動(dòng)的引導(dǎo)。在此模式下，中央軟件管理服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信，并向其部署正確版本的軟件。這種方法比工廠引導(dǎo)擴(kuò)展得更好，但是仍然需要在服務(wù)器端啟動(dòng)部署操作。

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。此方法是最具可擴(kuò)展性的方法

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(guò)無(wú)線方式下載更新。 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(lái)看，通過(guò)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。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(kāi)電源后立即下載軟件。

傳感器消費(fèi)者

如果軟件應(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(jiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型有溫度、GPS坐標(biāo)、濕度、氣壓等。

網(wǎng)關(guān)從傳感器收集的消息通常很小。 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。 這是一個(gè)需要記住的重要事項(xiàng)：網(wǎng)關(guān)對(duì)大量的小消息進(jìn)行操作。

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一個(gè)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)軟件允許您輕松配置每個(gè)傳感器的輪詢間隔。您絕對(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^(guò)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)通過(guò)GPS、WiFi或以太網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)。有些網(wǎng)關(guān)還可以在GPS和WiFi模式下工作（例如，安裝在移動(dòng)車(chē)輛上的網(wǎng)關(guān)）。一般來(lái)說(shuō)，非GPS連接優(yōu)先于發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)樗恍枰顿M(fèi)的移動(dòng)計(jì)劃。一些網(wǎng)關(guān)將不斷地連接到廉價(jià)的本地網(wǎng)絡(luò)，但是那些使用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)該非常保守。網(wǎng)關(guān)應(yīng)該對(duì)它收集的數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯，以了解哪些消息應(yīng)該通過(guò)昂貴的GPS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，哪些數(shù)據(jù)可以緩存在設(shè)備上以進(jìn)行延遲的脫機(jī)處理。

總結(jié)

網(wǎng)關(guān)是每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關(guān)鍵組件。在決定要購(gòu)買(mǎi)哪種硬件作為網(wǎng)關(guān)平臺(tái)之前，請(qǐng)花一些時(shí)間分析消息和有效負(fù)載的數(shù)據(jù)格式，并嘗試在將數(shù)據(jù)從網(wǎng)關(guān)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心之前過(guò)濾或聚合盡可能多的數(shù)據(jù)。此外，雖然為物聯(lián)網(wǎng)解決方案選擇合適的硬件非常重要，但您必須記住，選擇合適的網(wǎng)關(guān)軟件和管理基礎(chǔ)設(shè)施（如用于管理設(shè)備的LWM2M服務(wù)器）將對(duì)你的總維護(hù)成本產(chǎn)生重大影響。