物联网四层架构和物联网网关

物联网（IoT，Internet of Things）作为当今信息技术领域的一大热点，其框架和构建机制无疑是许多科技爱好者和专业人员所关心的问题。物联网网关，作为其中的关键组成部分，从数据采集、传输到处理，起到了至关重要的作用。本文将全面解读物联网架构与网关的工作原理及其应用场景等内容，带您深入领略其风采。

一、物联网架构概述

关于物联网架构的划分，一直众说纷纭，但是一般来说，物联网架构主要被划分为4个层次。从下往上分别为感知层、网络层、平台层和应用层，下面一起来聊聊这几层。

 1. 感知层

感知层，它是物联网的基础层，主要干物体识别与信息采集这些事儿。安装的传感器、RFID标签、摄像头等各种感应设备，采集环境中如温度、湿度、光照、位置等各种环境参数，并将这些数据转换为数字信号。

传感器：传感器有很多类型，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、红外传感器等，可以实现对“物”的感知。

RFID：射频识别技术利用无线电波对物体进行自动识别，是实现无接触式数据采集的重要手段，在很多门禁系统和图书管理系统中能看到它的身影。

摄像头及影像识别：用摄像头采集影像信息，并结合计算机视觉进行数据分析，可用于车辆监控、人员监控等方面。

 2. 网络层

网络层，它是中间媒介，将感知层收集到的数据传输到平台层。网络层依赖于网络通信技术，分为有线和无线通信，包括设备到设备（Device-to-Device, D2D），设备到网关（Device-to-Gateway, D2G），以及设备到云（Device-to-Cloud, D2C）等多种通信方式。

WiFi：又称为“移动热点”，传输距离通常在几十米到几百米之间，常用于智能家居、智能健康监护等。

蓝牙：适用于短距离数据传输，蓝牙3.0有效传输距离在10米左右，而蓝牙5.0和5.3则可达几百米，常用于如智能穿戴设备等。

Zigbee：它是一种低功耗、低数据速率的无线通信技术，传输距离与wifi不相上下，常用于智能家居。

LoRa与NB-IoT：适用于远距离低功耗场景，传输距离最大支持10公里以上，用于如智能电表、智慧工厂等。

5G：高带宽、低延迟的新一代通信技术，传输距离一般为几百米，为物联网的大规模应用提供支持。

 3. 平台层

平台层是物联网架构中的的核心部分，综合应用云计算、大数据、人工智能等技术，对数据进行处理和分析，提供可视化、存储、业务逻辑处理等功能。

云平台：如亚马逊AWS IoT、微软Azure IoT、阿里云IoT等，提供了数据存储、分析及应用开发支持。

大数据处理：使用Hadoop、Spark等技术对海量数据进行存储和处理。

人工智能：基于机器学习和深度学习算法，实现智能数据分析与预测。

 4. 应用层

应用层直接面向用户，是物联网价值的最终体现形式。涵盖了智慧城市、智能家居、智慧农业等各类应用场景，通过数据驱动，为用户提供智能化服务和解决方案。

二、物联网网关介绍

在物联网的架构中，网关起着非常重要的中枢作用。它不仅是网络层的组成部分，还具有传输协议转换、数据处理、安全管理等多种功能。

 1. 网关的基本功能

数据传输

它主要负责从感知层设备那里收集数据，并通过网络层传输到平台层进行处理。它能将不同协议的数据进行转换，使得不同设备可以协同工作。

协议转换

在物联网中，设备可能使用不同的通讯协议（如MQTT、CoAP、HTTP等），网关可将这些协议转换为统一的格式，方便数据更好地传输到云平台。

数据处理与过滤

网关还具备初步的数据处理能力，在数据上传云端前进行预处理、过滤，减少不必要的通信量。同时，它还可以执行本地计算命令，进行实时响应，节约了系统时间。

 2. 网关的安全功能

由于物联网网络环境复杂，高度分散且设备种类繁多，网络安全问题尤为突出。物联网网关作为数据传输的枢纽，其安全功能至关重要。

身份认证与授权

网关能够对连接的设备进行身份认证，只有被授权的设备才能接入网络并进行数据通信。

数据加密

对传输中的数据进行加密保护，防止敏感数据在网络中泄露和被篡改。

防火墙保护

网关能够设定防火墙规则，监控和过滤进出网络的数据包，从而阻止恶意攻击。

通过本文，相信读者已经对物联网体系架构以及物联网网关的功能、应用场景等有了较为清晰的认知。如果你对物联网感兴趣，欢迎关注纵横智控。纵横智控作为国内领先的物联网通信终端及解决方案提供商，提供边缘计算网关、HMI、AI边缘盒子、远程IO、IOT数据中台等信息化和数字融合产品及解决方案。