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本文將介紹工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中固網(wǎng)場景下網(wǎng)關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)，工業(yè)領(lǐng)域在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)當(dāng)中一直是比較重要的一個(gè)場景，因?yàn)楣I(yè)與生產(chǎn)息息相關(guān)，并且工業(yè)又有非常多物聯(lián)網(wǎng)的“物”。比方說工業(yè)中的機(jī)床、機(jī)械臂等等，除此之外呢，工業(yè)當(dāng)中的環(huán)境相對(duì)于其他的物聯(lián)網(wǎng)場景來說也是比較惡劣的，并且在工業(yè)當(dāng)中使用的設(shè)備復(fù)雜多變，所以需要適配的接口也十分多樣。那么隨著全球工業(yè) 自動(dòng)化 的不斷深入，在工業(yè)當(dāng)中有一個(gè)滿足上述需求的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就顯得非常有必要了。

什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)？

物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)場景當(dāng)中的應(yīng)用還是非常廣泛的。在這里需要知道的是，工業(yè)場景指的不僅僅是生產(chǎn)工廠的場景，其中電力、交通等等場景中的一些子場景也同樣屬于工業(yè)場景。如智能電表、智能配電、智慧交通等，這些場景下同樣有工業(yè)的身影存在。

物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)主要有以下四點(diǎn)：

• 工業(yè)當(dāng)中的環(huán)境是非常惡劣的，因?yàn)楣I(yè)里可能會(huì)有高溫或者低溫的場景，所以這就要求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠耐高溫或者低溫，比如在工業(yè)上的要求是零下40度到70度。
• 設(shè)備還要能夠防塵防水，抵抗電磁干擾，像電廠這種強(qiáng)電的環(huán)境下，電磁干擾是非常嚴(yán)重的，特別強(qiáng)的電磁干擾會(huì)影響設(shè)備之間的正常通信，但是這些需求是企業(yè)級(jí)路由器完全沒有辦法達(dá)到的。
• 工業(yè)上設(shè)備眾多，不同的設(shè)備又有不同的接口和協(xié)議，所以就要有一款設(shè)備可以適配工業(yè)上所有的這些協(xié)議和接口。還有就是網(wǎng)絡(luò)安全的問題，作為一個(gè)企業(yè)，肯定是有商業(yè)機(jī)密需要去保密不讓企業(yè)外的人知道的。雖然大多數(shù)的企業(yè)用的都是私網(wǎng)，但是在私網(wǎng)中也會(huì)存在企業(yè)內(nèi)部員工的惡意攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。所以網(wǎng)絡(luò)信息安全也是在工業(yè)領(lǐng)域要重視的問題。
• 最后還有運(yùn)維的問題，由于底下的這些終端設(shè)備非常多，同時(shí)終端設(shè)備越多，運(yùn)維復(fù)雜度就會(huì)越高。但是出了問題肯定不能每次都找外面專業(yè)的維修人員來維修，因?yàn)槟菢幼拥脑挸杀揪吞吡耍钥隙ň鸵幸惶缀唵蔚南到y(tǒng)，對(duì)于運(yùn)維人員來講簡單易上手的一套系統(tǒng)來減少他們工作的復(fù)雜度以及降低公司運(yùn)維的成本。那么以上就是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域遇到的一些問題。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)簡介

基于上述的這些問題，設(shè)計(jì)一個(gè)好用的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)就很有必要了。那么工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)主要是起到了一個(gè)什么作用呢？在圖中可以看到，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)位于終端層和網(wǎng)絡(luò)層的中間，起到了承上啟下的作用。在左邊它和底下的這些終端設(shè)備進(jìn)行連接，在右邊和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。相當(dāng)于是為下面的這些終端設(shè)備提供了向上傳輸?shù)耐ǖ溃酥?，網(wǎng)關(guān)還具有邊緣計(jì)算的能力，這一點(diǎn)會(huì)在下文中詳細(xì)講解。

除此之外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)還有協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，因?yàn)樵诠I(yè)領(lǐng)域有非常多的協(xié)議，這些協(xié)議主要是來自于各個(gè)行業(yè)的歷史積累，所以就需要把這些協(xié)議在網(wǎng)關(guān)上做統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換，然后再將數(shù)據(jù)向外傳輸出去。

邊緣計(jì)算是什么呢？簡單點(diǎn)講，就是把本來屬于中心節(jié)點(diǎn)做的計(jì)算下放到邊緣節(jié)點(diǎn)來做。那么在本來，對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，這都是平臺(tái)層所做的事情，但是現(xiàn)在，網(wǎng)關(guān)可以進(jìn)行一部分不是特別重要的數(shù)據(jù)的計(jì)算，并且將這些計(jì)算過的數(shù)據(jù)及時(shí)地反饋給終端設(shè)備來達(dá)到低時(shí)延的效果。這么做，一定程度上有效地保護(hù)了用戶的邊緣隱私，也達(dá)到了降低成本的目的。因?yàn)閷?duì)于中心節(jié)點(diǎn)來講，并不是所有收集到的數(shù)據(jù)都是有用的，有些沒有必要的數(shù)據(jù)就可以交給邊緣節(jié)點(diǎn)來處理，相當(dāng)于邊緣節(jié)點(diǎn)給中心節(jié)點(diǎn)分擔(dān)了一部分壓力，這樣做可以達(dá)到降低成本的效果。

過去數(shù)據(jù)處理的方式與上圖相同，數(shù)據(jù)從設(shè)備產(chǎn)生，并且上傳到網(wǎng)關(guān)，但是網(wǎng)關(guān)沒有計(jì)算能力，就只能充當(dāng)一個(gè)傳輸?shù)淖饔茫笤侔褦?shù)據(jù)上傳到云端來進(jìn)行處理。但是現(xiàn)在不一樣了，當(dāng)網(wǎng)關(guān)具備了計(jì)算能力之后，它可以先把要求低的一些數(shù)據(jù)先幫遠(yuǎn)端處理了，但是要注意的是處理完了之后還是要向中心節(jié)點(diǎn)反饋“數(shù)據(jù)已經(jīng)處理過了”的一個(gè)信息。

邊緣計(jì)算就是一個(gè)結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用的開放平臺(tái)。同時(shí)它的架構(gòu)分層可以和物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)分層來做一個(gè)類比，它被分為了設(shè)備域、網(wǎng)絡(luò)域、數(shù)據(jù)域和應(yīng)用域。雖然說邊緣計(jì)算的位置是位于感知層和網(wǎng)絡(luò)層之間的，但是邊緣層所具備的能力可以使他分成這樣四層的架構(gòu)提供和物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)模型相同的能力。

邊緣計(jì)算的架構(gòu)分層其實(shí)就是將設(shè)備和網(wǎng)關(guān)中間的這一段內(nèi)容進(jìn)行了分層，將原來屬于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中兩層的架構(gòu)進(jìn)行了細(xì)分，分成了四層。在邊緣計(jì)算架構(gòu)中，設(shè)備域與感知層相同，上面的網(wǎng)絡(luò)域所指代的是底下的設(shè)備到網(wǎng)關(guān)之間的這一段網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)在往上的數(shù)據(jù)域指代的就是網(wǎng)關(guān)可以像 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) 一樣處理數(shù)據(jù)，以及向上的應(yīng)用域指代的就是邊緣計(jì)算當(dāng)中的各種應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?NetworkTopology)結(jié)構(gòu)是指利用傳輸介質(zhì)互連各種設(shè)備的物理布局。指構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)成員間特定的物理的（即真實(shí)的）、或者邏輯的（即虛擬的）排列方式。如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)相同即它們的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嗤M管它們各自內(nèi)部的物理接線、節(jié)點(diǎn)間距離可能會(huì)有不同。本小節(jié)將介紹常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域當(dāng)中廣泛使用的Mesh組網(wǎng)技術(shù)。

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星型拓?fù)?StarTopology)是指網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備（如集線器HUB或者交換機(jī)Switch）連接在一起，各節(jié)點(diǎn)呈星狀分布的網(wǎng)絡(luò)連接方式。

基本特點(diǎn)：

• 容易實(shí)現(xiàn)，但安裝及維護(hù)工作量、成本較大：它所采用的傳輸介質(zhì)一般都是采用通用的雙絞線或同軸電纜。但是每個(gè)站點(diǎn)都要和中央網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備直接連接，需要耗費(fèi)大量的線纜，并且安裝，維護(hù)的工作量也劇增。
• 節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展、移動(dòng)方便：節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)只需要從集線器或交換機(jī)等集中設(shè)備中拉一條電纜即可，而要移動(dòng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要把相應(yīng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備移到新節(jié)點(diǎn)即可。
• 故障診斷和隔離容易：一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障不會(huì)影響其它節(jié)點(diǎn)的連接，可任意拆走故障節(jié)點(diǎn)；
• 中央節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)較重，易形成瓶頸；各站點(diǎn)的分布處理能力較低：中央節(jié)點(diǎn)一旦發(fā)生故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都受到影響。

星型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：

• 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理、維護(hù)和調(diào)試。
• 控制簡單，添加或刪除某個(gè)站點(diǎn)非常容易。
• 集中管理，可方便地提供服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)重新配置。
• 每個(gè)站點(diǎn)直接連到中央節(jié)點(diǎn)，容易檢測和隔離故障。

星型結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：

• 線路利用率不高，一條線路只被該線路上的中央節(jié)點(diǎn)和一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用。
• 中央節(jié)點(diǎn)負(fù)荷太重，而且當(dāng)中央節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生故障時(shí)，全網(wǎng)將不能工作，對(duì)中央節(jié)點(diǎn)的可靠性和冗余度要求太高
• 安裝和維護(hù)費(fèi)用高，需要大量電纜。

環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?英文：RingTopology)環(huán)型結(jié)構(gòu)在LAN中使用較多。這種結(jié)構(gòu)中的傳輸媒體從一個(gè)端用戶到另一個(gè)端用戶，直到將所有的端用戶連成環(huán)型。數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個(gè)方向在各個(gè)節(jié)點(diǎn)間傳輸，信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)顯而易見消除了端用戶通信時(shí)對(duì)中心系統(tǒng)的依賴性。

環(huán)型結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：

• 信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動(dòng)的，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)僅有一條道路，故簡化了路徑選擇的控制；
• 環(huán)路上各節(jié)點(diǎn)都是自舉控制，故控制軟件簡單；
• 由于信息源在環(huán)路中是串行地穿過各個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)環(huán)中節(jié)點(diǎn)過多時(shí)，勢必影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間延長；
• 環(huán)路是封閉的，不便于擴(kuò)充；
• 可靠性低，一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，將會(huì)造成全網(wǎng)癱瘓；維護(hù)難，對(duì)分支節(jié)點(diǎn)故障定位較難。

總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線拓?fù)?英文：BusTopology)，又稱總線網(wǎng)絡(luò)(BusNetwork)；在該節(jié)點(diǎn)連接以DaisyChain由直線之總線序列。由于該拓?fù)涫怯梢粭l主纜線串接所有的電腦或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因此也稱為線性總線(LinearBus)。

總線型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)簡單，可擴(kuò)充性好。當(dāng)需要增加節(jié)點(diǎn)時(shí)，只需要在總線上增加一個(gè)分支接口便可與分支節(jié)點(diǎn)相連，當(dāng)總線負(fù)載不允許時(shí)還可以擴(kuò)充總線；使用的電纜少，且安裝容易；使用的設(shè)備相對(duì)簡單，可靠性高；維護(hù)難，分支節(jié)點(diǎn)故障查找難。

優(yōu)點(diǎn):

• 方便連接于電腦或外設(shè)線性總線。
• 比星狀拓?fù)漭^少的電纜長度。
• 非常適合用于小型網(wǎng)絡(luò)。

缺點(diǎn):

• 如果有一在主纜上中斷時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也將跟著中斷。
• 終端機(jī)必須于主干電纜的兩端。
• 如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷時(shí)，將會(huì)很難找出問題。
• 當(dāng)更多的設(shè)備被添加到網(wǎng)絡(luò)時(shí)，傳輸速度會(huì)變得更緩慢。

Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)也稱為“多跳”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它不依賴于預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，具有可臨時(shí)組網(wǎng)、快速展開、無控制中心、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)。

在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，采用網(wǎng)狀Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一種多點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過相鄰其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以無線多跳方式相連。

Mesh（網(wǎng)狀網(wǎng)）技術(shù)不僅能中繼信號(hào)，擴(kuò)展無線覆蓋范圍，而且支持網(wǎng)絡(luò)自組織、自修復(fù)，以及流量自平衡，因此首選采用Mesh技術(shù)作為RF網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)。

此外，Mesh技術(shù)還可顯著增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，原因?yàn)椋?/p>

無線通信的物理特性決定了射頻信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越短就越容易獲得高帶寬，因?yàn)殡S著無線傳輸距離的增加，各種干擾和其他導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的因素隨之增加，因此通過多個(gè)短跳來傳輸數(shù)據(jù)可使每一跳的帶寬增加，從而提高總體帶寬。

在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅能傳送和接收信息，還能充當(dāng)路由器對(duì)其附近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息，隨著更多節(jié)點(diǎn)的相互連接和可能的路徑數(shù)量的增加，總的帶寬也大大增加。