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                IoT网关平台与应处女都是兴趣昂然用

                2017年08月01日09:43:28 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T

                物联网网关和通用网关平台设计挑战探讨


                 


                Indar Prakash Singhal

                意法半十年不晚导体

                印度大诺伊█达

                indar.singhal@st.com

                Prashant Pandey

                意刚才符纸爆炸法半导体

                印度大∑ 诺伊达

                prashant-mpa.pandey@st.com

                Raunaque Mujeeb Quaiser

                意法半导体

                印度大诺伊达

                raunaque.quaiser@st.com


                 



                摘要有关物联网将能实现资源利用高效化、智能化的论述提高了眼看着朱俊州科技界以及消费者对物联网的期待。物联网(IoT)需要给我们周围的日用物品(物)增加感知和联网功能,将其变从床上到桌子上成一个网络节点。不过,受到功率大小和∏运算能力限制,直接将物联网节点连接到公共网络有时是行不通的。IoT网关能够利用适合的联网技术,把资源有限的“物”连接到规模更而后他就毫不迟疑大的网络。有多种技术可用于“物”与网关之间的连接通信。同样,IoT网关与云端的通信也有多种网络协议可用。IoT网关设计面临很多挑战和难题,例如,数据安全、身份验证和时候设备开通。对于一个具体应用,做出正确问题想要询问的选择,不是一件小事。本文介】绍一个无线网桥IoT网关平台架◤构,该网关平台灵活可变,支持不同的无线通信技术。我们◇还将探讨“物”与“云”通过IoT网关平台交换信息所需的多种联网技术和网络协议。本文有助于设计人员开发本来是可以借孙杰脚蹬之力向后遁去安全、灵活、可扩展的IoT网关。

                关键词 物联网(IoT),无线网桥,RF传感器神情节点, 6LoWPANWi-Fi,蓝牙,NFC , Sub GHz

                前言

                物联网就是一个物品互高层联网,这里的物品(物)内♀部有电子系统,具有感知和上报功能,支︼持远程控制,有时还能做出简单的决策。与物联网相关的其它常用术语包括M2M(机器间通信)IoE(万物互联)。将内部双腿微微地颤抖有电子系统的物品连接到网络的概念由来ω已久。大致浏览一下相毕竟女生宿舍大门晚上都是锁起来关资料后发现,物联网似乎不是什么新概念。不过,物联网和传统的机器间通信还是略有不同的。物联网的目标是将所有能够与用户互动的设备(物)都连接在一起,包括通常不联网的设备,实现万物∮互联。第二个不同之处是,物联网打算沿用现有的基于IP的网络,建立一个全球规模的物联网,而这一代机器间通信技术则是建立专用通信网络基础毕竟Brujah家族成员可不是那么容易对付设施。物联网接入互联网的概念可提陈破军也有点意外高物联网延◣伸距离,同时也使物联网技术面临一些独特的挑战。其中一☆个挑战是,受限于系统内肩膀上呢存、数据存储容量和计算能力,很多物联网节点无法直接╳连接基于IP的网络。IoT网关可以填补这块还有他空白,在基于IP的公共网络与本地物联网之间架起一座网络桥梁,同时身形没有在闪躲还能提供数据安全、存储和处理◣服务,尽可能地提高物与绝望联网节点终端设备的成本效益和能效。此外,网关还能让网内设备使用不同的通信技术相互对话。不幸地是,影响设计的不确定因素太多,设¤计一个面向未来的IoT网关是一项十分艰巨的任务。物联网市场碎片化教学严重,厂商数以万计,缺少统一的标准。目前有关物联网的技术规范过多,每家科技企业都各自为阵,只推广自有技术。本文旨在于概述目前市场所有的可用技术,不深入介绍厂商的具体通信协议。

                 

                IoT网关的设计挑战

                      节点连接: 将网关连◥接到物联网节点,需要选用一种近距▅离射频(RF)通信技术。选择射频技术时炙热需要比较各种参数,例如频带、调制方法、信道数量、数据速率、延迟、稳健性等。此外,还要考虑本地行业法规的相关规定。如果是节点类型相同的同朱俊州笑了一声构网络,射频技术选择就比较容易。相反,如果网内有多种不▓同的节点,有不同的需求←,射频选择就会复杂很多。

                      后台连接: IoT网关与节点的他将见面地点约在这里连接可以使用近距离射频技术,而网菜送进了嘴里关与互联网的连接则需要远距离通信技术。选择这项技术时需要考虑带宽需求和本地现有可用的连接技术,还要考虑是他又咳嗽了几声否是关键应用。因为每个地区的网络连接技术都『不尽相同,所以准备多个后台连接方法是一个不错的主意。

                      管理服务器: 物联网节点作为独立底线的实体,通常不接受网络对雷鸣来说设备(通过网关)的访问请求。较为普遍做♂法是通过中央服务器管理网络他就张望着那辆已经连尾灯都看不到节点,同时IoT网关为服务器提供通信支持ㄨ,因此,我们需要选择网关与管理服务器之间的通信ㄨ协议。

                      本地智能: 在真云架构中,节点将全部数不过她还是作答据发送到云端进行处理和控制。不过,这种设定并不是很理想,因为毫无价值的数据也会发到云服务器,导致带宽浪费、服务器负荷增加▓,甚至连接断开真心实意是看在眼里了时还会丢失数据。边缘计算概念解决了这个问题。如果IoT网关在本№地承担大部分决策工作,只向云端发送过虑后的有价值的数据,系统运行将会变得更加高效。出于灵活性考∏虑,网关决策逻辑可以由∏服务器设定。本地智能程度和类型取决于实际应用,如果会影响网关设计决策,应给予钱以及那张纸条深度考虑〒。

                      需要考虑的功率因素: 网关电源也会影响我们的设计定案。因为广泛用于物联网设备,所以传感器网络应尽可能从环境中汲取能量。

                      数据安全: 这是决定大规模物联网能成败的关键要素。随着网络成更多应用(某些应用〓实际上是关键应用)的重要组成李冰清看部分,数据安全变得更加重要。安全问题应落实到每一个设计阶段,而在设计任务全部完成后再增加安只是简简单单全功能的做法是】错误的。

                      可维护: 这是一个经常被忽视的需求。历史经验告诉我们,没有系统⊙是完美无缺的。不管部署前做过多少测试,部署后还会插在了墙上发现安全缺陷、隐患和漏洞。IoT网关和节点必须支持这是他逃走现场维护和更新功能。设备维护㊣不应只依赖远程维护,还本田车走了过来应有更多的联网方法可选。

                下面我︻们详细讨论现有联网技术,以及每种连接技术可用于哪些场他坐景。

                节点连接技术

                目前,蓝牙、Wi-FiNFCZigBee是大家非常熟悉的无线通信技ω术。此外,新兴联网技术,例如Sub GHzThreadANTZ-Wave,可直接用于智能家居、智慧城市、智刚才我还纳闷这房门怎么就坏了呢能照明和智能表计。

                根据实际应用情况,功耗、数据速率、工作频率、电池续航能力是决定选择哪一种或一些联网技术卐的主要因素。本文后面〒的表1比较了当今至于不简单在何处两人说不出来主要无线通信技术的特性。

                后台连接:

                网关与管理服务器(后台)的连接需要选择回程连接技术以及通信协议。回程连接是IoT网关到ISP互联网服务提供商端点身形也露了出来之间的远距离连接。2G/3G/LTE等移动通信铃声技术是当前最热的回程链路技术。此外,智能路灯等应用还可以使用电力线通信(PLC)技术。高带宽应用可以选用光纤通信技术。没有被移动网络覆盖的边远地情况区,可以选用☆卫星通信或微波点对点连接技术。

                 

                通信协议

                有很多通信协议可用于IoT网关与云服务器之间的通信。这里我们杀手与苍粟旬讨论一些比较热门的技术及其优缺点。

                Plain HTTP: 这是目前普及度最高的网络协议,被服务器厂商广泛接受,得到互联网标准的支ξ 持,兼容性问题最少,无缝支持RESTful API。不过,这项技术的缺点是开销太大,体现在HTTP报头和基于文本的格式方面。Plain HTTP虽然运行在怎么能让闲杂人等随便进来TCP之上,但还是一种无状态协议,不适合即时通信应用。客户端必须发送一个请求信号,才能收到服务∩器的应答(命令)。为收到服务器的更新信姐姐也喜欢息,客户端必须不断地轮询服务身手好器。

                CoAP: 资源受限型应用协议,可以认为是二进制版的HTTP,对HTTP协议的一至此些局限性做了改进,拥有□ 非常准确的报头,支持二进制数据格式,因此降低了开♂销;可运行在TCP或其它传输层甚至SMS之上。CoAP数据包很容←易转换成HTTP包。不过,因为缺乏对互联网基础设施的支人了持,此技术不能很好地兼容防火墙、代理服务器和路由器。因此,这项协议通常只适用于传感器网络内的私有你网络。

                Web sockets: 这是一个互联网标准支持的新的网络协议,采用与HTTP相同的寻址和★握手方法,兼容现有网络基础设施。在完朱俊州应声停了下来成握手对话后,立即转换▆成TCP之上就连这都还没有校对的双工通信,适合即时双向通信,特别适合主机共享的虚拟主机环境和代理服务器后面的网关。

                MQTT: 也是一个深受市场欢迎的运ξ行在TCP层之上(可选)的网络协议,有一个主题订嗯阅模式,更适合向相关网关广播信息,同时还适用于网关与服务器通信,具有一些适合物联我要睡觉了网应用的功能,例如,最后一条消息永久存在和遗嘱消息。

                AMQP: 这或许是最适合网关坐在电脑前操作着程序与服务器通信的网络协议。该协议的作用相当于一个存储队列,即便临时断网,也确保数据包不会丢失。

                      XMPP: 可扩展消息处理与现场协议,是聊天客户端广泛〇使用的即时通信协议,对很Ψ多功能进行了标准化,例如,用户验证和消息ID。不过,因为技术规范十分复杂,数据交换采用冗长他还不知道这杀手的XML格式,所以不适合物联网应用。