在互联网刚刚兴起时，“网关”一词实质上是指能够转换协议的硬件。随着互联网的发展，路由器和交换机成为了主要的网络设备，我们几乎忘记了网关的存在，直到最近物联网 (IoT) 的出现。今天，几乎所有的物联网项目都离不开网关。根据体系结构范围，有可能需要多个网关，每个网关扮演不同的角色。
是什么让网关对物联网如此重要？
物联网网关不仅仅是“网关”
简单来说，物联网网关可能只是一块硬件或软件，用于从传感器等I/O设备收集和聚合数据。然后，将数据传送到本地数据中心或云服务器。在这种简化的上下文中 (例如，在MQTT中)，网关充当“代理”功能。
然而，到2020年将有200亿个物联网设备投入使用，而供应商也在大力宣传各种网关功能，到那时就会很容易混淆物联网网关的作用。为此，我们需要先来认识一下网关在物联网中的基本功能。
边缘/雾计算8V系统
物联网网关最常见的用途是作为边缘设备，少数供应商将其作为“边缘”网关进行销售。如下圖所示，边缘网关可以直接连接物联网现场设备 (传感器、执行器等)，也可以通过可编程逻辑控制器 (PLC)、分布式控制系统 (DCS)、工业控制系统/监控和数据采集 (ICS/SCADA) 等聚合现场数据。这些网关需要支持多种I/O接口，包括有线、无线甚至是串行连接 (如RS-232)。
在这种情况下，网关主要用于：
| 1. | 通过提供工业级连接，将更多的“物”连接起来 |
| 2. | 支持Modbus、BACnet、Zigbee、Wi-Fi、4G/5G等多种协议 |
物联网体系结构的多个层级都会用到网关 (来源：Practical Industrial Internet of Things Security)边缘网关的主要作用是在本地提供按需定制计算。发送到云的每一位数据都要花费金钱，占用带宽，并带来延迟。边缘网关不是将所有数据发送到云，而是在本机CPU或跨雾节点分配处理任务，只将有意义的数据发送到云。
边缘网关通常具备处理能力 (例如，戴尔使用英特尔的双核Atom处理器) 以及用于过滤、分析和安全功能的智能软件。
工业4.0与“棕地”环境
在工业企业中，传统设备是部署物联网的主要障碍。由于工业设备的使用寿命长，与其替换传统设备，不如将传统设备集成到工业物联网（IIoT）架构中。但是应该怎么做呢？
传统产品的一些常见问题是：
| ● | 使用专有软件栈、操作系统和协议 |
| ● | 缺乏定期升级软件和固件的能力 |
| ● | 缺乏内在的安全性 |
为了便于在棕地环境中部署IoT，或者在具有传统系统的信息技术环境中引入新软件，可以采用IIoT网关，因为它可以转换专有协议、清理传入数据、向数据添加上下文，并充当“代理”以促进固件更新、数据访问和执行其他安全功能。
网段与垂直市场的互操作性
在工业站点中，不同的网段通常使用不同的专有协议。随着时间的推移，工业信息系统（即数据记录系统、资产管理器、生产实施系统等）开始使用各种IP和以太网标准。然而，这些变体只支持特定的行业垂直市场。例如，电力公司使用DNP3、DC-BUS连接协议，而楼宇自动化则依赖于MODBUS、DAC网络连接协议。
这种网络分段会影响跨垂直领域的互操作性。例如，在智能城市项目中，楼宇自动化和公用事业必须相互关联。跨不同垂直领域的连通性是网关可以填补的另一关键空白，而且网关还可以连接工业站点内的各个网络。
高级功能
在高端领域，物联网网关作为内部部署和云之间的接口，无需连接云端，即可执行以下操作：对传入数据运行复杂的分析算法和机器学习模型，实现工厂自动化，执行身份识别和验证服务，进行预测性分析等。这类网关通常会模糊网关和物联网平台之间的界限。
物联网网关深度解析
物联网网关由软件和硬件组成。软件可以在专用或虚拟化平台上运行。软件栈可执行各种功能，如协议转换、数据处理、存储、聚合和分析。
随着物联网应用的发展，物联网网关的作用也将越发的重要。设计与平台无关的网关软件是未来创新的一项基本任务。使用与平台无关的网关软件可避免供应商锁定，并能轻松添加新功能。AWS Greengrass和Microsoft®IoT Edge就是两个很好的例子。
由于网关暴露在室外条件下，因此非常有必要设计用于极端环境的网关。这就要求硬件具备防篡改功能，并支持广泛的工作温度范围。“无风扇”网关耗电量较少，适合于资源受限的设置。
结论
作为物联网体系结构的重要组成部分，物联网网关的市场正在迅速扩大。主要推动者有惠普企业、英特尔、思科、戴尔、富士通、微软、IBM、红帽、甲骨文、VMware、华为、Pivotal等企业。
随着新物联网连接技术和标准的出现，该行业完全有能力推出适合新角色的网关，也将迎来网关电子元件和软件创新与实施的伟大时刻。
审核编辑：郭婷