协议不通？设备孤岛？看IoT网关如何破局万物互联

IoT网关作为网络路由器，在云端与物联网设备间路由数据，是标准物联网生态系统中的核心组件。本文将深入探讨IoT网关的工作原理、架构与功能，并盘点十大必知IoT网关产品。

若您涉足物联网（IoT）领域，必定听过“IoT网关”这一术语。企业通常会部署大量物联网设备，但随着时间推移，设备管理与监控将变得愈发困难。

网关在不同通信技术间架起桥梁，可视为连接云端与控制器（物联网生态系统中的设备或传感器）的媒介。

网关可轻松建立设备到设备或设备到云端的通信。网关既可以是特定软件程序，也可以是硬件设备。

IoT网关深度解析

何为IoT网关？

IoT网关可定义为智能计算机，作为枢纽控制特定环境中所有连接的物联网设备、传感器和执行器。

网关作为入口，收集、处理并过滤各类物联网设备传输的数据，再发送至云端。它是物理世界与数字世界之间的桥梁。

运行复杂边缘计算应用（如人工智能）的物联网网关性能更强大，可在边缘处理大部分数据，无需云端支持即可实现实时决策。

IoT网关工作原理

此问题答案直截了当！IoT网关执行多项关键任务，如协议转换、设备管理、数据过滤、处理及加密。

如前所述，物联网网关位于云端与物联网生态系统中的设备及传感器之间。简易网关可通过WiFi路由器实现类似功能。

通用网关利用物联网系统的WiFi连接，将数据从物联网设备路由至云端。然而，物联网网关复杂得多，通过以下方式管理物联网设备通信：

• 设备到云端通信
  ：作为单一联系点，将多设备通信导向云端基础设施。
• 设备间通信
  ：作为中央枢纽，实现不同厂商物联网设备间的相互通信。
• 数据预处理
  ：过滤并预处理数据，减少发送至云端的数据量，节省带宽。
• 物联网设备安全
  ：提供集成安全功能，保护物联网设备免受公共互联网威胁。
• 智能边缘
  ：通过处理物联网设备数据，支持基础设备管理。
  物联网网关通常比WiFi路由器更复杂，因物联网设备使用多样协议。因此，物联网网关需支持多种协议，以兼容企业内所有物联网设备。

除支持物联网协议外，网关还需将各类物联网流量路由至正确位置。网关可能需在互联网中断或数据量过大时本地缓存数据。

因此，其复杂度高于普通WiFi或物联网路由器。物联网网关通常提供故障转移集群或扩展能力，以应对增长的工作负载。

IoT网关架构

物联网网关是连接物联网设备与传感器至云端数据处理与计算的中央枢纽。其架构简洁而独特，由以下12个组件构成：

1. 安全

安全是物联网网关架构设计阶段的关键因素。通过CryptoAuthentication™芯片，在网关硬件中实现设备安全与身份验证。

对物联网网关进行硬件篡改检测，以提升整体设备安全性。此外，采用安全启动机制，防止网关运行非法固件。

为确保数据完整性及传感器节点保密性，网关与云端及网关传感器节点间的所有消息均经过加密。为保障网络安全，应用内各节点间传输的数据均进行加密处理。

2. 设备层

物联网基础设施的硬件由物联网传感器、保护电路、网络模块及处理器或微控制器组成。物联网网关的操作系统决定了硬件类型（处理器/微控制器）、处理速度及内存空间。物联网硬件设计还高度依赖终端用户应用场景。

3. 数据管理

数据管理涵盖数据流传输、过滤及存储（以防物联网设备与云端断开连接）。物联网网关管理传感器节点至网关及网关至云端的数据。挑战在于缩短时间同时保持数据质量。

4. 操作系统

物联网应用是选择操作系统的关键因素。设计简单至中型应用网关时，采用实时操作系统（RTOS）。若网关需执行复杂任务，则Linux更为合适。

5. 硬件抽象

抽象层实现与硬件无关的软件独立开发与管理。通过提升物联网应用设计的灵活性与敏捷性，促进软件升级与更新。

6. 网关数据传输

该组件控制物联网网关通过以太网、WiFi、5G/4G/3G/GPRS调制解调器、物联网模块或上述组合连接互联网的方式。此外，为节省处理能力与数据流量成本，网关会分析并决定哪些数据需传输至云端，哪些需缓存以供离线处理。

7. 通信协议

物联网网关协议根据发送至云端的数据量与频率选择。尽管网关连接通常需蜂窝模块（5G/4G/3G）、以太网和/或WiFi，但底层通信协议层为TCP/IP模型。

8. 云连接管理器

该组件管理重连、设备状态、心跳消息、网关设备与云端认证等场景，确保与云端无缝连接。

9. 传感器与执行器驱动

传感器与执行器驱动提供物联网设备与传感器及模块的接口。根据物联网应用需求，合并特定协议栈。

10. 定制化软件应用

物联网网关应用根据企业需求定制开发。为高效、安全、及时地管理传感器节点与物联网网关间及物联网网关与云端间的数据，网关应用与其他层级或模块的服务与功能进行交互。

11. 无线固件升级（OTA）

保持固件更新并实现安全升级与修复，是维护物联网设备完整性的关键。该组件确保无线固件升级（OTA）得到安全、高效管理，以保护设备内存、电量及网络流量。

12. 设备管理与配置

物联网网关必须跟踪所有连接的物体与传感器。该组件监控并控制传感器生态系统范围内的配置、设置、属性及物联网连接设备。

IoT网关安全管理：最佳实践

物联网网关作为网络路由器，在云端与物联网设备间路由数据，自然存在数据泄露风险，可能导致敏感用户信息泄露与企业声誉受损。物联网网关为物联网安全带来利弊，包括：

1. 数据最小化

物联网网关负责在物联网设备生成的数据通过互联网传输至云端前进行筛选，有助于减少数据传输量及网络通信或云端服务器泄露关键数据的风险。

2. 边缘安全

物联网网关可集成内置安全功能，作为物联网设备与互联网之间的屏障。这有助于保护企业物联网设备及其收集的敏感数据免受网络威胁，因物联网有助于消除物联网设备中常见的安全漏洞。

3. 分布式基础设施

物联网网关的数据处理能力带来安全优势与劣势。边缘计算实现分布式数据处理，提升弹性并减少数据量。然而，分布式架构可能更难保护，因基于边界的防御无法为其提供保护。

IoT网关功能

现代物联网网关通常允许物联网设备与云端间双向数据流动。这既可上传物联网传感器数据以供处理，也可从云端应用向物联网设备发送指令。以下为灵活物联网网关可能执行的功能列表：

• 系统分析
• 数据聚合
• 设备配置管理
• 机器对机器（M2M）/设备间通信
• 缓存、缓冲、混合流式物联网数据
• 网络功能与实时数据托管
• 用户访问管理与网络安全功能管理
• 数据预处理、清理、过滤与优化
• 促进与传统或非互联网连接设备的通信
• 通过物联网网关应用实现数据可视化与简单数据分析
  

  IoT网关：物联网设备与服务器的终极桥梁

  真正的物联网网关包含通信技术，将后端数据平台、设备管理、订阅管理平台及终端设备（传感器、执行器或更复杂的设备）连接至网关。

物联网网关配备计算平台，支持预装或用户自定义程序，以管理数据、设备、安全、通信及其他网关相关功能，实现边缘路由与计算。网关提供短期与长期效益，部分如下：

1. 数据过滤

网关使物联网设备能够相互通信，通过转换数据为有价值的信息来改变其交互方式。它们在边缘运行，将所需过滤数据传送至云端，并加速响应与通信时间。

无需服务提供商处理数据，因物联网网关即可处理并理解数据。

2. 风险缓解

随着物联网设备数量的增加，安全威胁也随之增加。庆幸的是，物联网网关在互联网与物联网设备之间提供了一层防护，从而防止了安全问题。

3. 连接性提升

网关如同万能遥控器，让您可从中央位置管理各类物联网设备。这为企业节省了大量时间与精力。设施管理员通过云端应用与网关互联网设备交互，向物联网系统接收或发送数据。

4. 设备间轻松通信

物联网生态系统中存在大量设备与传感器。目前，这些设备间尚无通用语言。网关实现了设备间的信息传输，简化了整个通信流程。

十大物联网网关

随着连接设备数量的持续增长，物联网网关变得愈发重要。若您希望在物联网领域实现不间断且安全的数据传输与通信，则不可忽视其价值。以下是十大物联网网关：

1. ReliaGATE 20-25

ReliaGATE 20-25是支持LTE、高性能且通过云认证的物联网边缘网关，属于Eurotech物联网网关系列。它采用专属Everyware软件框架（ESF）开发，最适合严苛的工业环境与轻度坚固型物联网应用。

功能

• 出色的安全性
• 强大的远程访问能力
• 丰富的硬件诊断选项
• 宽泛的工作温度范围
• 有趣的定制化机会
• 高品质蓝牙与WiFi连接
• 快速流畅的Everyware云集成
  

  2. Kontron KBox A-201

  KBox网关作为多功能工业计算平台表现卓越，采用无风扇、无电池、焊接内存设计，设计理念被称为“免维护”。此外，该网关还具有成本效益。

功能

• 15G抗震性
• 广泛的硬件接口
• 强大的英特尔Quark X1011内置处理器
• 兼容极端工作温度
• 多种安装方式（台式安装、机柜安装、DIN导轨安装）
  

  3. Advantech WISE-3310

  Advantech的WISE-3310是高性能无线物联网网状网络网关，由智能网关概念驱动，可靠性高。作为先进的工业物联网平台，WISE-3310网关内置支持200个无线节点。

功能

• 节能模式
• 硬件内嵌Linux 3.10.17
• IEEE 802.15.4e与6LoWPAN标准
• 处理器：Freescale i.MX6 Dual Cortex 1 GHz
• 嵌入式物联网应用的无风扇底层设计
  

  4. Cisco 910工业路由器

  智能城市是物联网领域快速发展的细分市场之一。Cisco 910工业路由器采用坚固设计，主要针对高端智能城市物联网应用。

功能

• 无故障雾计算
• 板载内存能力
• 强大的马力支持
• 支持不同射频频段
• 先进的模块化插槽设计
  

  5. Adlink MXE-5400i网关

  Adlink物联网网关搭载第四代英特尔酷睿（i3、i5、i7）处理器，并通过微软Azure官方认证。MXE-5400i系列网关在CPU性能上表现卓越，同时限制整体功耗。

功能

• 坚固设计
• 抗震
• 无电缆结构
• 通过Wind River IDP与高性能QM87芯片组实现高性能访问
• 搭载英特尔vPro技术与Adlink智能嵌入式管理代理（SEMA），提升安全性
  

  6. B-Scada以太网网关

  与列表中大多数物联网网关不同，B-Scada以太网网关提供端到端、实时、无线传感功能。它使无线物联网传感器能够与云服务器通信，并随时随地通过任何网络设备访问传感器数据。

功能

预配置即插即用功能
单个网关可容纳多达50个传感器
三个不同的频率范围：433 MHz、868 MHz和915 MHz
实现从任何地方远程检索传感器数据

7. AR550E系列物联网网关
   AR550E系列物联网网关是专为户外作业、制造业、交通运输业与电力公用事业设计的强大物联网路由器。

功能

• 提供独特优势
• 通过虚拟化实现网络集成与共享
• 以太网控制与高级智能电网运营
• 帮助在极端条件下（如温度与湿度极限及电磁干扰）保持功能
• 在不同室内外位置（包括“联网汽车”）提供多媒体与视频服务
  

  8. Dell Edge Gateway 500系列

  Dell Edge Gateway 500是一款理想的物联网网关，以提供经济实惠的解决方案而著称。它易于安装在墙壁与DIN导轨上，适用于商业与工业环境。

功能

• 操作系统：Ubuntu Core 15.04
• 兼容M.2 SATA
• DDR3L（2GB）内存空间
• 处理器：英特尔Atom E3825
• 32GB固态硬盘
• 即使在极端温度下（-30℃至70℃）也能运行
  

  9. HPE Edgeline融合边缘系统

  惠普现提供两种配置的Edgeline物联网网关：10与20。该网关旨在与惠普Moonshot架构协同工作，以提升整体性能、密度与功率水平。

功能

• 卓越的数据管理
• 提供严格的数据安全
• 采用英特尔酷睿i5处理器
• 与微软Azure物联网协同工作
• 更快地收集、组装与分析关键数据/指标

10. FlexaGate FG400物联网分析网关

当网络连接不良和/或中断，且存储空间或云带宽使用成为问题时，FlexaGate FG400物联网分析网关显得尤为有用。

功能

• 高性能
• 分布式内存架构
• 实用的“被动冷却”功能
• 最大限度地降低处理、内存与带宽成本
• 通过一流的以太网输入（RJ45 8×10 Gbps）与以太网输出（RJ45 1×1 Gbps）功能提升分析速度
  

  总结

  随着物联网技术的发展与成本降低，物联网采用的障碍也将减少。这意味着物联网网关将变得更加强大与高效。若您计划开发物联网应用，并希望由真正专家来构建。

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