在互聯(lián)網(wǎng)剛剛興起時，“網(wǎng)關(guān)”一詞實(shí)質(zhì)上是指能夠轉(zhuǎn)換協(xié)議的硬件。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，路由器和交換機(jī)成為了主要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，我們幾乎忘記了網(wǎng)關(guān)的存在，直到最近物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的出現(xiàn)。今天，幾乎所有的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目都離不開網(wǎng)關(guān)。根據(jù)體系結(jié)構(gòu)范圍，有可能需要多個網(wǎng)關(guān)，每個網(wǎng)關(guān)扮演不同的角色。

是什么讓網(wǎng)關(guān)對物聯(lián)網(wǎng)如此重要？

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)不僅僅是“網(wǎng)關(guān)”

簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可能只是一塊硬件或軟件，用于從傳感器等I/O設(shè)備收集和聚合數(shù)據(jù)。然后，將數(shù)據(jù)傳送到本地?cái)?shù)據(jù)中心或云服務(wù)器。在這種簡化的上下文中 (例如，在MQTT中)，網(wǎng)關(guān)充當(dāng)“代理”功能。

然而，到2020年將有200億個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入使用，而供應(yīng)商也在大力宣傳各種網(wǎng)關(guān)功能，到那時就會很容易混淆物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用。為此，我們需要先來認(rèn)識一下網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)中的基本功能。

邊緣/霧計(jì)算8V系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)最常見的用途是作為邊緣設(shè)備，少數(shù)供應(yīng)商將其作為“邊緣”網(wǎng)關(guān)進(jìn)行銷售。如下圖所示，邊緣網(wǎng)關(guān)可以直接連接物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場設(shè)備 (傳感器、執(zhí)行器等)，也可以通過可編程邏輯控制器 (PLC)、分布式控制系統(tǒng) (DCS)、工業(yè)控制系統(tǒng)/監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集 (ICS/SCADA) 等聚合現(xiàn)場數(shù)據(jù)。這些網(wǎng)關(guān)需要支持多種I/O接口，包括有線、無線甚至是串行連接 (如RS-232)。

在這種情況下，網(wǎng)關(guān)主要用于：

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的多個層級都會用到網(wǎng)關(guān) (來源：Practical Industrial Internet of Things Security)邊緣網(wǎng)關(guān)的主要作用是在本地提供按需定制計(jì)算。發(fā)送到云的每一位數(shù)據(jù)都要花費(fèi)金錢，占用帶寬，并帶來延遲。邊緣網(wǎng)關(guān)不是將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到云，而是在本機(jī)CPU或跨霧節(jié)點(diǎn)分配處理任務(wù)，只將有意義的數(shù)據(jù)發(fā)送到云。
邊緣網(wǎng)關(guān)通常具備處理能力 (例如，戴爾使用英特爾的雙核Atom處理器) 以及用于過濾、分析和安全功能的智能軟件。

工業(yè)4.0與“棕地”環(huán)境

在工業(yè)企業(yè)中，傳統(tǒng)設(shè)備是部署物聯(lián)網(wǎng)的主要障礙。由于工業(yè)設(shè)備的使用壽命長，與其替換傳統(tǒng)設(shè)備，不如將傳統(tǒng)設(shè)備集成到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）架構(gòu)中。但是應(yīng)該怎么做呢？

傳統(tǒng)產(chǎn)品的一些常見問題是：

為了便于在棕地環(huán)境中部署IoT，或者在具有傳統(tǒng)系統(tǒng)的信息技術(shù)環(huán)境中引入新軟件，可以采用IIoT網(wǎng)關(guān)，因?yàn)樗梢赞D(zhuǎn)換專有協(xié)議、清理傳入數(shù)據(jù)、向數(shù)據(jù)添加上下文，并充當(dāng)“代理”以促進(jìn)固件更新、數(shù)據(jù)訪問和執(zhí)行其他安全功能。

網(wǎng)段與垂直市場的互操作性

在工業(yè)站點(diǎn)中，不同的網(wǎng)段通常使用不同的專有協(xié)議。隨著時間的推移，工業(yè)信息系統(tǒng)（即數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、資產(chǎn)管理器、生產(chǎn)實(shí)施系統(tǒng)等）開始使用各種IP和以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。然而，這些變體只支持特定的行業(yè)垂直市場。例如，電力公司使用DNP3、DC-BUS連接協(xié)議，而樓宇自動化則依賴于MODBUS、DAC網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議。

這種網(wǎng)絡(luò)分段會影響跨垂直領(lǐng)域的互操作性。例如，在智能城市項(xiàng)目中，樓宇自動化和公用事業(yè)必須相互關(guān)聯(lián)。跨不同垂直領(lǐng)域的連通性是網(wǎng)關(guān)可以填補(bǔ)的另一關(guān)鍵空白，而且網(wǎng)關(guān)還可以連接工業(yè)站點(diǎn)內(nèi)的各個網(wǎng)絡(luò)。

高級功能

在高端領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為內(nèi)部部署和云之間的接口，無需連接云端，即可執(zhí)行以下操作：對傳入數(shù)據(jù)運(yùn)行復(fù)雜的分析算法和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)工廠自動化，執(zhí)行身份識別和驗(yàn)證服務(wù)，進(jìn)行預(yù)測性分析等。這類網(wǎng)關(guān)通常會模糊網(wǎng)關(guān)和物聯(lián)網(wǎng)平臺之間的界限。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)深度解析

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由軟件和硬件組成。軟件可以在專用或虛擬化平臺上運(yùn)行。軟件?？蓤?zhí)行各種功能，如協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、存儲、聚合和分析。

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的作用也將越發(fā)的重要。設(shè)計(jì)與平臺無關(guān)的網(wǎng)關(guān)軟件是未來創(chuàng)新的一項(xiàng)基本任務(wù)。使用與平臺無關(guān)的網(wǎng)關(guān)軟件可避免供應(yīng)商鎖定，并能輕松添加新功能。AWS Greengrass和Microsoft?IoT Edge就是兩個很好的例子。

由于網(wǎng)關(guān)暴露在室外條件下，因此非常有必要設(shè)計(jì)用于極端環(huán)境的網(wǎng)關(guān)。這就要求硬件具備防篡改功能，并支持廣泛的工作溫度范圍。“無風(fēng)扇”網(wǎng)關(guān)耗電量較少，適合于資源受限的設(shè)置。

結(jié)論

作為物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的市場正在迅速擴(kuò)大。主要推動者有惠普企業(yè)、英特爾、思科、戴爾、富士通、微軟、IBM、紅帽、甲骨文、VMware、華為、Pivotal等企業(yè)。

隨著新物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，該行業(yè)完全有能力推出適合新角色的網(wǎng)關(guān)，也將迎來網(wǎng)關(guān)電子元件和軟件創(chuàng)新與實(shí)施的偉大時刻。

審核編輯：郭婷