|
在互聯(lián)網(wǎng)剛剛興起時(shí)，＂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(kāi)網(wǎng)關(guān)。根據(jù)體系結(jié)構(gòu)范圍，有可能需要多個(gè)網(wǎng)關(guān)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)扮演不同的角色。因此不難想象，快速擴(kuò)張的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2021年出貨量將超過(guò)1.39億臺(tái)，這一數(shù)字來(lái)自ABI Research 2019年第3季度關(guān)于M2M/IoT路由器和網(wǎng)關(guān)的調(diào)查報(bào)告。 是什么讓網(wǎng)關(guān)對(duì)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)化的上下文中（例如，在MQTT中），網(wǎng)關(guān)充當(dāng)＂代理＂功能。 然而，據(jù)Gartner® Inc.預(yù)計(jì)，到2020年將有200億個(gè)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(shí)就會(huì)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(lái)認(rèn)識(shí)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(jiàn)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(xiāo)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(chǎng)設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器等），也可以通過(guò)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(chǎng)數(shù)據(jù)。這些網(wǎng)關(guān)需要支持多種I/O接口，包括有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)甚至是串行連接（如RS-232）。 在這種情況下，網(wǎng)關(guān)主要用于： 1.通過(guò)提供工業(yè)級(jí)連接，將更多的＂物＂連接起來(lái) 2.支持Modbus、BACnet、Zigbee、Wi-Fi、4G/5G等多種協(xié)議 
物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的多個(gè)層級(jí)都會(huì)用到網(wǎng)關(guān) （來(lái)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(qián)，占用帶寬，并帶來(lái)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(guò)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(zhǎng)，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(jiàn)問(wèn)題是： 使用專(zhuān)有軟件棧、操作系統(tǒng)和協(xié)議 缺乏定期升級(jí)軟件和固件的能力 缺乏內(nèi)在的安全性 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(zhuān)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(fǎng)問(wèn)和執(zhí)行其他安全功能。 網(wǎng)段與垂直市場(chǎng)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(zhuān)有協(xié)議。隨著時(shí)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(kāi)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(chǎng)。例如，電力公司使用DNP3、DC-BUS連接協(xié)議，而樓宇自動(dòng)化則依賴(lài)于MODBUS、DAC網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議。 這種網(wǎng)絡(luò)分段會(huì)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(dòng)化和公用事業(yè)必須相互關(guān)聯(lián)�？绮煌怪鳖I(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(gè)網(wǎng)絡(luò)。 高級(jí)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(wú)需連接云端，即可執(zhí)行以下操作：對(duì)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(chǎng)自動(dòng)化、執(zhí)行身份識(shí)別和驗(yàn)證服務(wù)和進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析等。這類(lèi)網(wǎng)關(guān)通常會(huì)模糊網(wǎng)關(guān)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(zhuān)用或虛擬化平臺(tái)上運(yùn)行。軟件棧可執(zhí)行各種功能，如協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、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(tái)無(wú)關(guān)的網(wǎng)關(guān)軟件是未來(lái)創(chuàng)新的一項(xiàng)基本任務(wù)。使用與平臺(tái)無(wú)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(gè)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(wú)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(chǎng)正在迅速擴(kuò)大。主要推動(dòng)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(lái)網(wǎng)關(guān)電子元件和軟件創(chuàng)新與實(shí)施的偉大時(shí)刻。 要點(diǎn)： 不使用網(wǎng)關(guān)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)用例。 快速擴(kuò)張的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2021年出貨量將超過(guò)1.39億臺(tái)。 除了邊緣聚合，網(wǎng)關(guān)在工業(yè)4.0棕地場(chǎng)景和智能城市應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)需要特別注意資源受限和極端物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中操作的安全性。 本文作者：Sravani Bhattacharjee Sravani Bhattacharjee是一名數(shù)據(jù)通信技術(shù)專(zhuān)家，有著20多年的從業(yè)經(jīng)歷。她是《Practical Industrial IoT Security》（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全）一書(shū)的作者，這是第一本有關(guān)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全的出版書(shū)。Sravani曾擔(dān)任Cisco的技術(shù)主管直到2014年，在此期間領(lǐng)導(dǎo)主持了多個(gè)企業(yè)云/數(shù)據(jù)中心解決方案的架構(gòu)設(shè)計(jì)和安全評(píng)估工作。作為Irecamedia.com公司的負(fù)責(zé)人，她目前致力于與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新力量合作，通過(guò)撰寫(xiě)各種評(píng)論和技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)內(nèi)容，來(lái)推動(dòng)相關(guān)認(rèn)識(shí)和商業(yè)決策的進(jìn)步。Sravani擁有電子工程專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位。她是一名IEEE物聯(lián)網(wǎng)小組成員，一位作者，還是一位演說(shuō)家。 |
