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从功能上讲,物联网网关或智能网关主要实现三个功能:一是收集传感器节点的数据;其次,执行数据协议转换;最后,将协议转换后的数据快速有效地发送到公共网络。此外,物联网网关还具有相应的管理和控制能力。
第一,感知网络接入。
物联网智能网关需要有感知网络访问的能力。感知网络主要由不同功能的传感器网络组成,主要包括摄像头、读卡器、标签、声敏传感器、压敏传感器、温敏传感器等。获取这些传感器感知信息的方式有很大的不同,到目前为止还没有统一的标准,主要的访问方式可以分为有线访问和无线访问。主流有线访问方式包括CAN、RS232/485、Ethernet等。CAN多用于汽车计算机控制系统,RS232/485主要用于一些老设备控制和低速数据传输,Ethernet对于远距离、大信息量的传感器数据传输非常可靠有效。
主流的无线接入方式包括ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi,属于近程通信的范畴。ZigBee功耗低,组网灵活,一般用于低速短距离无线传输和控制。Bluetooth主要用于鼠标、键盘、耳机等实时系统。Wi-Fi作为最快的无线接入技术,经历了十几个版本的迭代,现已广泛应用于手机、笔记本电脑、各种智能产品,具有布网简单、覆盖面广、传输速度快的优点,但Wi-Fi也具有功耗高、协议复杂的缺点。
二是异构网络互通。
物联网智能网关需要具备异构网络互通能力。由于不同的传感器网络使用不同的协议包装感知信息,这将导致网络之间数据的软隔离。一方面,物理上相互连接的感知网络不能完成通信,另一方面,感知网络不能与核心交换网络完成通信,进而感知数据不能远程访问,因此需要设置协议网关来解决这个问题。
RS-232/485/485通信传感器网络中,总线标准和协议很多,比较常见的是Modbus协议、Profibus协议、互联网协议,其中Modbus协议广泛应用于智能交通、智能农业、智能建筑。
三.通信和数据格式的标准化。
物联网智能网关需要监控管理和兼容新节点访问的能力。这里的监控管理包括集中监控访问传感器的状态和感知信息,控制和管理传感器和网关本身。一方面,网关中的所有功能模块都要灵活控制,配置方式要简单多样,人机友好,另一方面可以通过本地网络和串行控制,也可以远程跨网段集中管理。
另外,不同物联网的节点种类非常丰富。监控管理的内容不仅包括网关节点本身的状态和功能,还包括接入传感器网络的状态和信息。为了实现这些功能,所有智能网关节点都必须使用标准化的通信方式,使整个物联网系统具有高可维护性。