为什么物联网网关需要边缘计算能力?IOT边缘计算网关如何工作？

物联网网关集成边缘计算能力，是因为物联网时代数据爆炸、实时性要求和安全隐私需求的重要举措。边缘计算是指在最靠近数据源头的一侧，将网络、计算、存储、应用等能力融合在一起，交付端到端服务的开放平台，其应用通常运行在边缘侧，可以实现更快的网络服务响应，满足实时业务、人工智能、安全与隐私保护等行业的根本需求。

什么是物联网边缘和边缘计算？

边缘计算详细见：边缘计算是什么？它的重要性及其用例-成都纵横智控 

物联网的边缘就是行动发生的地方。如图显示了一个简单的物联网系统。传感器/执行器/设备通常称为边缘设备。边缘设备是任何控制两个网络边界数据流的硬件。边缘设备根据其设备类型扮演各种角色，但它们本质上充当网络入口（或出口）点。边缘设备的一些常见功能是传输、路由、处理、监控、过滤、转换和存储网络间传递的数据。

为什么物联网网关需要边缘计算功能？

物联网设备数量的激增，数据量和处理需求也在不断增加。传统的云计算模式面临着带宽限制、延迟和安全性问题，这就促使边缘计算成为一种重要的解决方案。物联网网关需要边缘计算能力，主要是为了更高效、更可靠地处理和管理数据，同时降低网络压力和延迟。详细如下：

1.管理不断增长的数据量

互联网的不断加速发展和物联网设备的不断增加，全球产生的数据量呈指数级增长。随着5G技术的快速加速和硬件CPU计算能力的进步，数据量的上升需要强大的边缘计算网关来应对不断扩大的数据量。

2.抑制云计算成本的上升

不同用户规模所需的服务器可以如下所示（粗略估计）：

所示，用户量从十万到一亿，增长了近百倍。为什么服务器会增长一千倍呢？因为体量增加之后，架构就变得复杂了，缓存、队列、服务发现、网关、自动化运维、监控等等各种任务都成为必须的。如果采用去中心化的边缘计算，很多计算工作会在边缘完成，这样会大大降低服务器的投入，大大降低成本。

3.分担计算负担

通过部署物联网边缘网关设备，就近有效处理物联网终端产生的海量数据，可以解决云端中央计算能力带来的诸多问题。边缘计算理论上可以满足许多行业在敏捷性、实时性、数据优化、AI智能、安全和隐私保护方面的关键需求。

物联网边缘计算网关架构

物联网边缘网关基础设施由四个架构层次组成：

1. 设备层

设备层是物联网系统的基础层，负责数据的采集和初步处理。这一层包括各种传感器、控制柜、配电柜、检测仪器等设备。这些设备通过不同的通信协议将数据传输到边缘层进行进一步处理。

数据源：空压机、传感器、检测仪器、PLC等。

功能：采集各种物理量（如温度、压力、流量等），并将这些数据传输到边缘计算网关。

2. 边缘层

边缘层是物联网系统中的中间层，主要负责数据的实时处理和协议转换。边缘计算网关在这一层中发挥关键作用，它能够进行本地的数据分析和处理，并且可以将处理后的数据上传至平台层或云端。

边缘计算网关：处理和分析设备层传输的数据，执行本地计算任务，减少数据传输的延迟和网络负荷。

协议转换：将不同设备协议的数据进行标准化转换，确保不同设备的数据可以互操作。

数据处理：实时分析和处理数据，提高系统响应速度和可靠性。

3. 平台层

平台层是物联网系统的顶层，负责数据的集中管理和展示。通过这一层，用户可以进行远程监控和管理，实现数据的长期存储、历史记录分析以及报警管理等功能。

数据管理：用户管理、设备管理、报警管理等。

历史记录：保存设备的历史数据，支持数据回溯和趋势分析。

大屏展示：提供直观的数据可视化界面，支持大屏幕展示和远程监控。

物联网边缘计算网关如何工作？

物联网网关是连接不同设备和传感器的关键枢纽，通过集成边缘计算能力，这些网关不仅传输数据，还能执行本地处理和分析。IOT边缘网关的工作方式可以总结为以下几个步骤：

1.连接物联网设备

与通用遥控器类似，物联网网关可让您从一个位置控制所有设备，从而节省您的时间和精力。同样，物联网边缘计算网关充当连接设备之间数据传输的中央枢纽。另一方面，物联网网关允许越来越多的物联网设备和智能传感器相互连接，通过将数据过滤为有用的信息促进通信，并简化它们在整个物理空间中的功能。

2.数据过滤

物联网边缘计算网关通过高频率收集大量数据,但并非所有数据都有价值。边缘网关可对数据进行过滤和分析,仅传输有用信息至云端,提高系统效率。

3.翻译通信

物联网设备缺乏统一的通信协议标准,彼此难以互联互通。边缘网关可翻译不同设备间的通信协议,实现设备之间的高效连接。

4.加强安全

随着物联网设备的增加，安全问题也随之增加。所有物联网设备都容易受到外部干扰和黑客攻击，但物联网网关在互联网和物理设备之间增加了另一层安全保护。

5.智能边缘

物联网网关是“主动智能边缘”的典型示例。这意味着数据可以由物联网网关本身转换和处理，无需第三方实体或个人的协助。

总结

毋庸置疑，边缘计算网关在物联网时代必不可少。正如我们之前所介绍的，边缘计算网关负责处理和分析来自设备的数据，以便使它们能够实时响应需要低延迟的应用程序。