2021年4月12日 星期一

.淺析物聯網 Gateway 關鍵技術及主要應用方向

What is an IoT Gateway and Why is it Important? 什麼是物聯網閘道器,為什麼重要?




來源:OFweek物聯網


繼電腦、網路之後物聯網的崛起,掀起了世界資訊產業發展的第三次浪潮。物聯網(The Internet of things)是新一代資訊技術的重要組成部分,可以看做是網路的升級與擴展,根據國際電信聯盟(ITU)的定義,物聯網主要解決物品與物品(Thing to Thing,T2T),人與物品(Human to Thing,H2T),人與人(Human to Human,H2H)之間的互連。



透過以網路為基礎延伸,和擴展到了任何物品與物品之間,進行資訊交換和通信。簡言之物聯網就是「物物相連的互聯網」。


物聯網架構可分為三層:感知層、網路層和應用層,其中連接感知層和網路層的關鍵技術即物聯網 Gateway。在物聯網時代中,物聯網 Gateway 將會是非常重要的環節


物聯網 Gateway 概念

作為連接感知層與網路層的樞紐,物聯網 Gateway 可以實現感知網路與通信網路,以及不同類型感知網路之間的協議轉換。既可以實現廣域互聯,也可以實現局域互聯。在無線感測網中,物聯網 Gateway 是不可或缺的核心設備。


此外,物聯網 Gateway 還需要具備設備管理功能,營運商透過物聯網 Gateway 設備,可以管理底層的各感知節點,瞭解各節點的相關資訊,並實現遠端控制。


物聯網 Gateway 的形態

從物聯網 Gateway的定義來看,物聯網 Gateway 很難以某種相對固定的形態出現。總體說凡是可以起到將感知層,採集到的資訊,透過此終端的協議,轉換發送到網路的設備,都可以算做物聯網 Gateway。形態可以是盒子狀,也可以是平板電腦,可以有顯示螢幕的交互式形態,也可以是封閉或半封閉的非交互形態。



物聯網 Gateway 關鍵技術

1、多標準互通接入能力:目前用於近程通信的技術標準很多。常見的感測網技術,包括 ZigBee、Z-Wave、RUBEE、WirelessHART、IETF6IowPAN、AM‘/ANrr+、Wibree、inSTeON 等。各類技術主要針對某一類應用展開,之間缺乏相容性和體系規劃。如:Z-Wave 主要應用於無線智慧家庭網路,RUBEE 適用於惡劣環境,WirelessHART 主要集中在工業監控領域。實現各種通信技術標準的互聯互通,成為物聯網 Gateway 必須要解決的問題。是針對每種標準設計單獨的 Gateway,再透過 Gateway 之間的統一接口實現。還是採用標準的適配層、不同技術標準開發相應的接口實現。


2、Gateway 的可管理性:物聯網 Gateway 作為與網路相連的網元,其本身要具備一定的管理功能,包括註冊登錄管理、權限管理、任務管理、數據管理、故障管理、狀態監測、遠診斷、參數查詢和配置、事件處理、遠端控制、遠端升級等。


如需要實現全網的可管理,不僅要實現 Gateway 設備本身的管理,還要進一步透過 Gateway 實現子網內各節點的管理,例如獲取節點的標識、狀態、屬性等資訊,以及遠端喚醒、控制、診斷、升級維護等。儘管根據子網的技術標準不同。協議的複雜性不同,所能進行的管理內容有較大差異。



物聯網 Gateway 應用方向

有物聯網應用的地方,必然有物聯網 Gateway 的存在。透過連接感知層的感測器、RFID、微機電系統(MEMS)、智慧嵌入式終端,物聯網 Gateway 的應用將遍及智慧交通、環境保護、政府工作、公共安全、智慧家庭、慧消防、工業監測、環境監測、路燈照明管控、景觀照明管控、建築照明管控、廣場照明管控、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報蒐集等多個領域。


不同的應用方向的物聯網 Gateway, 所使用的協議,與 Gateway 形態會有不同的差異,但它們基本功能,都是把感知層採集到的各類資訊,透過相關協議轉換形成高速數據,傳遞到網路,同時實現一定管理功能。



物聯網 Gateway 應用實例

1、智慧家庭

物聯網 Gateway 在家庭中的使用,也是很有代表性的物聯網應用。現今,家庭內部裡的許多家用設備,形式越來越多樣,有些設備本身就具備遙控能力,如空調、電視機等,有些如熱水器、微波爐、電飯煲、冰箱等則不具備這方面能力。


而這些設備即使可以遙控,對其控制能力、控制範圍都是非常有限的。並且這些設備之間都是相互孤立存在的。不能有效實現資源與資訊的共享。隨著物聯網技術的發展,特別是物聯網 Gateway 技術的日益成熟,智慧家庭中各家用設備間,互聯互通的問題也將得到解決。


智慧家庭模型如圖,電視機、洗衣機、空調、冰箱等家電設備。門禁、煙霧探測器、攝影機等安防設備,台燈、吊燈、電動窗簾等採光照明設備等,透過整合特定的通信模組,分別構成各自的自組網子系統。而在家庭物聯網 Gateway 設備內部,整合了幾套常用自組網通信協議,能夠同時與使用不同協議的設備,或子系統進行通信。用戶只需對 Gateway 進行操作。便可以控制家裡所有連接到 Gateway 的智慧設備。


2、車聯網 Gateway

車聯網作為物聯網應用,做得比較好的行業之一,被中國的學術界,認為是一個切實可行的物聯網系統,已經通過他們的國家專家組論證,預計投入 2000 億。


上海辰漢電子 CARMAN 系統即多功能的車載終端與車聯網網關二合一的產品。CARMAN 系統根據他們的國標GB-T19056-2003/ 他們的國家交通運輸部行業標準的要求,整合數位化影像壓縮儲存,和 3G 無線傳輸技術,結合 GPS 定位監控,汽車行駛記錄器,SD 卡大容量儲存,駕駛員 IC 卡身份辨識,公車報站器,多路數據接口,車載藍牙免提語音通話功能,倒車監控,WiFi熱點,更有提供乘客舒適娛樂的車載 MP3/MP4、車載影音、車載功放。


3G 影像傳輸技術、雙碼流傳輸、速率可調,傳輸更快,影像更清晰流暢。透過 WCDMA 或 CDMA,可以上傳抓拍和報警圖片。實現移動目標即時監控,做到實時傳輸監控視頻和圖像。


系統自帶的多媒體行駛記錄分析軟體,可以實現 4 路圖像同步回放,條件回放、剪輯儲存、字符疊加、地理資訊和行駛記錄疊加、事件分析和記錄提取功能。一體化結構極大的壓縮了產品體積,擴展了產品的性能,符合未來車聯網 Gateway 的發展趨勢。


物聯網的概念由來已久,但是物聯網的具體實現方式,和組成架構,一直都沒有形成統一的意見。物聯網 Gateway 作為其中一項關鍵性技術,有著開發成本高、開發週期長、軟硬體不兼容、核心技術難以掌握、商業模式不確定、標準難以統一等諸多問題。從資源整合的角度來說,採用方案公司成熟的 Gateway 解決方案,配合自己的項目開發,無疑是的選擇方式。



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