物聯網解決方案的典型架構通常比大多數企業系統的架構復雜得多。增加物聯網系統復雜性的一個主要因素是駐留在數據中心的后端服務。有了物聯網解決方案，我們必須處理在該領域工作的無數設備。由于這些設備的性質與Web，桌面甚至移動客戶端差異很大，因此我們需要一個中間架構元素來充當現場設備和企業數據中心之間代理，即物聯網網關。

為什么需要IoT網關?

將網關引入您的物聯網架構背后的主要原因是什么?小隱通過探討網關架構如何運作的一些最重要方面來闡明這個問題。

首先，傳感器在網絡連接方面的能力非常有限。你的傳感器可能會使用藍牙低功耗(BLE)，就像市場上的大多數信標一樣，某些傳感器還可能使用ZigBee協議提供連接。在局域網(LAN)，家庭局域網(HAN)或個人局域網(PAN)中還可以有許多其他協議。所有這些協議都有一個共同點——它們無法直接連接到廣域網(WAN)或Internet等大型網絡。我們需要一個網關，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絡的單點聯系。

網關不僅僅是將數據從傳感器轉發到后端服務的轉儲代理。在將信息發送到數據中心之前，需要物聯網網關來對現場信息進行預處理。這種預處理包括消息過濾和聚合。

網關還應作為單一訪問點來監視操作區域的選定區域。監控軟件不應該連接到每個傳感器，它只應在網關層面進行監控，而網關又負責從傳感器收集所有必要的指標。

常見架構

以下網關架構圖是最常見的架構設計，其中網關本身未配備傳感器。設備上安裝的網關軟件負責從傳感器收集數據，預處理數據，并將結果發送到數據中心。

再如：

網關軟件

軟件應用程序是網關的核心。網關軟件負責從傳感器收集消息并適當地存儲它們，直到它們可以被預處理并發送到數據中心。

由于網關設備通常在現場操作，所以應該為遠非理想的工作條件做好準備。例如，網關軟件應該準備好停電或其他可能導致網關處理中斷的操作。電源返回設備后，網關軟件應自動啟動并自動啟動，并且應該從中斷點開始繼續工作。

網關軟件也應足夠智能，以正確處理系統日志記錄。它必須在設備上存儲的日志條目數和發送到數據中心的日志條目數之間找到適當的平衡點。

軟件安裝和更新有三種主要方法：

• ***種方法是在網關磁盤(或存儲卡)上預安裝軟件。
• 第二種方法是服務器啟動的引導程序。在這種模式下，軟件管理服務器與網關設備通信，并為其部署適當版本的軟件。



• 第三種方法是客戶端啟動的引導程序。此模式假定網關負責連接到中央存儲庫服務器并下載適當版本的軟件。在這種情況下，網關需要安裝輕量級引導軟件，以便它可以與軟件管理服務器通信。此方法是***可擴展性的方法，因為它不需要對部署操作進行任何集中協調。每個網關設備在打開電源后立即下載軟件。

物聯網網關的一個非常重要的特性是能夠通過無線方式下載更新。請記住，將網關軟件安裝到設備上并將其交付到現場后，您在網關軟件維護方面的功能非常有限。從安全角度來看，通過無線方式下載軟件更新的能力尤其重要，因為它可能會影響關鍵安全修復程序的交付時間。

傳感器

如果說軟件應用程序是網關的核心，那么傳感器就是網關的眼睛和耳朵。傳感器是可以測量現實世界某些方面的小型硬件設備。傳感器收集的常見數據類型包括溫度，GPS坐標，濕度，氣壓等。

網關從傳感器收集的數據通常很小。例如，傳感器測量的溫度的當前值僅為十進制數。GPS坐標是兩個十進制數字，代表經度和緯度。

雖然傳感器本身可以經常生成消息，但重要的是預測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，但在測量溫度變化時我們真的需要這種精度嗎?在大多數情況下，每秒讀取傳感器值幾次就足夠了，因為我們對更長時間內的度量標準更感興趣。網關軟件通常定期輪詢傳感器數據。良好的網關軟件允許我們輕松配置每個傳感器的輪詢間隔。你絕對不希望將不必要的傳感器數據放入網關，因為過時的消息會占用受限網關設備的寶貴處理能力。

網關數據傳輸

通常，網關使用GPS，WiFi或以太網連接到Internet。一些網關也可以在GPS和WiFi模式下工作(例如，安裝在車輛中的網關)。通常，非GPS連接優先發送數據，因為它不需要訂購付費移動計劃。一些網關將不斷連接到廉價的本地網絡，但那些使用GPS連接的網關在發送到數據中心的數據方面應該是比較保守的。網關應針對其收集的數據應用業務邏輯，以了解應通過昂貴的GPS網絡發送哪些消息，以及哪些數據可以緩存在設備上以進行延遲離線處理。

結語

網關是每個物聯網解決方案的關鍵組成部分。在我們決定購買哪種硬件作為網關平臺之前，我們需要花點功夫分析一下有效負載的數據格式，并嘗試過濾掉或匯總盡可能多的數據，然后再發送數據中心的網關。總之，網關軟件和管理基礎架構的選擇是將很大程度上決定系統的總體運維成本。