物联网网关——连接设备的脉络

2022-11-25 13:53:38 985

物联网网关是将控制器、传感器和其他智能设备连接到云的硬件或软件组件。物联网网关，无论是专门的硬件设备还是软件程序，都是在物联网设备和云之间传输的所有数据都经过路由的地方。智能网关或控制层是物联网网关的另一个名称。

什么是物联网网关？

数据使用物联网网关在物联网设备和云之间发送，物联网网关也可用作网络路由器。早期，大多数网关设备只是将流量从物联网设备传输到云端。网关设备现在经常管理入站和出站流量。物联网数据使用出站流量流发送到云端，固件更新等设备管理操作使用传入流量。

一些物联网网关执行流量路由以外的任务。有时，可以使用网关设备在边缘本地对数据进行预处理，然后再发送到云端。为了减少需要发送到云的数据量，设备可能会在此过程中对数据进行重复数据删除、汇总或聚合。这可能会显著影响响应时间和网络传输费用。

使用 IoT 网关在 IoT 设备和云之间发送数据

物联网网络及其传输的数据的额外安全层是物联网网关的另一个优势。尽管有所改进，但物联网设备的安全性经常被证明缺乏。例如，数亿物联网设备使用的 TCP/IP 库在 2020 年被发现包含 Ripple20 漏洞，使此类设备容易受到攻击。

采用具有篡改检测、加密、硬件随机数生成器和加密引擎等功能的物联网网关是企业可以用来保护其物联网网络的一种方法。这些和其他特性可以帮助保护单个设备免受攻击并保护物联网网关。

物联网网关如何工作？

一个简单的物联网网关执行与 Wi-Fi 路由器类似的职责。网关从物联网系统接收 Wi-Fi 连接，然后将数据从物联网设备路由到云端。然而，物联网网关通常要复杂得多。

物联网设备使用各种不同协议的事实导致物联网网关通常比 Wi-Fi 路由器更复杂。这些协议包括低功耗蓝牙、BACnet、Zigbee 和 Z-Wave。因此，为了支持企业中的所有物联网设备，物联网网关可能需要处理各种协议。

物联网设备使用各种不同协议的事实导致网关通常比 Wi-Fi 路由器更复杂

除了支持这些协议外，网关还必须能够将各种形式的 IoT 流量路由到正确的位置。虽然来自建筑安全传感器的数据可能需要传输到运行基于云的安全接口的 SaaS 提供商，但来自一组工业传感器的数据可能需要传输到云中的数据库。

物联网网关可能需要在互联网中断的情况下本地缓存数据，或者如果网关被淹没的数据超出了它的处理能力，这也是它们可能比 Wi-Fi 路由器更复杂的另一个原因。

物联网网关经常提供故障转移集群或横向扩展能力以处理不断增长的工作负载。

边缘计算和物联网网关

一些物联网设备会产生大量数据。如果一家公司拥有相当大的物联网设备生态系统，并希望将所有这些设备的数据发送到云端，这可能是个问题。物联网小工具可能会耗尽公司所有的互联网容量，并且在云中存储数据的成本很高。

将边缘计算用于至少一些基本数据处理可以帮助防止此类问题。通过减少必须传输到云的数据量，这种方法有助于降低成本和带宽使用。

假设一家公司拥有一组支持 IP 的安全摄像头，这些摄像头都在传输实时数据。将所有未处理的监控录像发送到云端进行数据处理肯定没有多大意义。如果某些摄像机主要聚焦于空置空间，则尤其如此。

如果一家公司拥有庞大的物联网设备生态系统，并希望将所有这些设备的数据发送到云端，这可能是个问题

在边缘处理视频片段比立即上传所有监控片段更有效。边缘设备可以区分企业认为值得保留的安全片段和无关紧要的片段，例如空房间的视频。必须评估的视频片段可以从边缘设备发送到网关设备，网关设备将信息上传到云端。

物联网网关对于控制和保护物联网设备至关重要，它们还可以帮助企业降低与物联网相关的带宽使用量。

物联网网关架构

在物联网基础设施中可以找到四个架构层。这些包括以下内容：

网络层：在这一层，数据从多个来源编译并以安全的方式发送到处理系统。数据聚合和格式转换是由数据采集系统 (DAS) 执行的任务。在这个级别，物联网网关可以安全地连接物联网设备和处理基础设施。
传感器层：设备在传感器层收集数据以供以后处理。
数据预处理层：物联网传感器数据在该层进行预处理并进行基础数据分析，以便在传输到基于云的基础设施之前限制数据量。在这一层运行的是物联网边缘设备。
云应用层：由于基于云的基础设施，应用程序和用户可以访问数据和深入数据分析的结果。在这一层，数据仓库或存储也是可能的。

物联网网关硬件

物联网网关设备填补了基于云的物联网平台、传感器、设备和系统之间的通信空白。物联网网关设备提供本地处理和存储解决方案，以及通过系统地连接现场和云来根据传感器输入的数据自主管理现场设备的能力。

边缘网关位于边缘系统的交界处，您的生态系统中其他设备使用的本地 Intranet 与公共 Internet 相遇。它是设备生态系统内外网络连接的主要接入点。

物联网网关对于控制和保护物联网设备至关重要

路由器是物联网网关吗？

路由器可能是所有物联网网关中使用最广泛的。它们将 IP 数据包传入和传出本地网络以及传入和传出 IoT 设备，从而使您的智能传感器或其他设备能够连接到 Internet 并共享它们生成的数据。

物联网网关软件

数字时代还没有看到许多机器和工厂的到来。要利用工业物联网的优势，首先必须将它们连接起来。解决方案是 IoT 网关软件，您可以将其用于新设备和当前安装的设备。

物联网网关软件提高了机器和过程数据的透明度。实时监控过程数据，包括温度、压力、振动等，确保您的输出符合高标准。使用规则分析特定数据使预测和计划的工厂维护更容易。

使用物联网网关的优势

设置物联网网关将提供短期和长期利益，无论您的企业是准备在物联网上进行广泛投资还是希望从这里和那里开始使用一些设备。

将设备相互连接

物联网网关类似于通用遥控器。通用遥控器可让你从一个区域操作所有小工具，从而节省你的时间和精力。虽然你可以拥有多个遥控器，每个遥控器都适用于特定设备，但这并不方便。你的设备仍然可以在没有 IoT 网关的情况下运行和控制，但这样做更加困难，并且无法设置它们进行协作。

物联网网关充当连接设备之间数据传输的中心枢纽。通过云，人和其他设备能够相互通信。当您向物联网设备发送或接收信息（例如协议更改）时，物联网网关和支持云的软件用于与物联网设备进行通信。

为了在整个物理空间中扩展和简化其功能，并在与越来越多的物联网设备和智能传感器一起使用时，物联网网关还可以相互连接。通用物联网网关可以在你的技术计划的早期安装，让你可以轻松快速地添加设备。

物联网网关不仅可以实现设备之间的通信，还可以通过将数据过滤为有价值的信息来简化通信

数据过滤

你的物联网网关不仅可以实现设备之间的通信，还可以通过将数据过滤为有价值的信息来简化通信。查看每条记录将毫无用处，并且会减慢物联网设备的执行和通信速度，因为它们可以在瞬间捕获新的数据位。为了提高通信和反应时间，物联网网关是智能的并且能够在边缘工作。这意味着每个网关都可以在仅将必要的过滤数据发送到云之前考虑和检查提供的数据。

翻译物联网设备之间的通信

尽管物联网设备正在迅速融入我们的日常生活，并且新服务和产品不断涌现以改善我们生活的几乎每个领域，但目前还没有通用设备语言的标准。

例如，即使办公室的照明和气候控制可能配备了运动传感器，除非它们是由同一家公司制造的，或者除非你拥有可以翻译的物联网网关，否则它们是否能够相互交互是值得怀疑的他们之间的数据。

随着更多物联网设备的添加，中心在简化它们的协同工作方式方面变得越来越重要。

缓解安全

物联网设备带来的安全问题随着数量的增加而增加。你可能听说过有关物联网出错的恐怖故事，例如智能汽车失控或 Wi-Fi 婴儿监视器允许黑客窃听。所有物联网设备都容易受到外部干扰和黑客攻击，但物联网网关增加了另一层互联网和实际设备之间。即使你的企业不会对物联网进行大量投资，网关也允许未来投资，同时增强你已经拥有的物联网设备的安全性。

物联网设备带来的安全问题随着数量增加而增加

智能边缘

物联网网关是“边缘智能”或“智能边缘”的例证，记住这一点至关重要。这意味着数据可以由物联网网关本身处理和理解，而不需要由第三方或个人进行翻译和处理。物联网网关是主动智能边缘的一个典型例子。

物联网网关用例

我们可以在下面看到一些物联网网关的实际用例，接下来我们将解释了两个不同的例子：

视频监控系统

物联网公司现在提供具有*画质的高清视频监控解决方案。如果没有对数据进行预处理、过滤和压缩的物联网网关，这是不可能的。

这些系统产生了大量的记录，需要以某种方式进行大量保存和检查。正如我们已经讨论过的，物联网网关可能具有额外的计算能力来预处理数据。由于边缘计算，视频源在本地自动评估。因此，系统不会保留无意义的记录。

物联网公司现在提供具有*画质的高清视频监控解决方案

工业冰箱监控

该系统专注于管理收集的数据，显示工业冷柜中的各种指标并对其进行监控。让我们关注我们需要的组件，信息收集，而不是解决方案的技术复杂性。

工业冰箱监控传感器节点应该能够承受极低的温度。在如此恶劣的环境下，最好不要将传感器通过 4g 直接连接到互联网。

物联网网关使用低范围协议从传感器收集数据，然后将其发送到云端。处理低温的要求消失了，因为它们位于恶劣环境之外。

物联网边缘安全

安装在网络边缘的智能物联网设备的一个示例是物联网网关。这些设备可以提供物联网安全的优点和缺点。

去中心化基础设施

物联网网关适度的数据处理能力在安全方面既有优点也有缺点。用于分布式数据处理的边缘计算有助于弹性和数据最小化，但分布式架构的安全性可能更具挑战性，因为它们无法被基于边界的防御所屏蔽。

数据最小化

在通过 Internet 发送之前，IoT 设备生成的数据必须经过 IoT 网关的过滤。这有助于降低交换的数据量和网络通信或利用基于云的服务器泄露关键数据的可能性。

在物联网设备和开放互联网之间，物联网网关可以具有内置的安全功能

边缘安全

在物联网设备和开放互联网之间，物联网网关可以具有内置的安全功能。由于物联网有助于消除物联网设备中经常存在的安全漏洞，这有助于保护组织的物联网设备及其收集的敏感数据免受网络威胁。

结论

企业经常部署物联网设备，这给管理和监控它们带来了挑战。称为物联网网关的集中式集线器将物联网小工具和传感器连接到云计算和数据处理。

现代物联网网关经常使云和物联网设备之间的双向数据传输成为可能。因此，物联网传感器数据可以上传进行处理，命令可以从基于云的应用程序传送到物联网设备。

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