互聯(lián)網的普及，使很多了解互聯(lián)網的人都知道網關這么一個名詞，網關(Gateway)就是一個網絡連接到另一個網絡的“關口”。在Internet中，網關是一種連接內部網與Internet上其它網的中間設備，也稱“路由器”。

眾所皆知：物聯(lián)網概念在美國誕生，作為新一代信息技術的重要組成部分，物聯(lián)網系統(tǒng)是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品組成一個感知網絡與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信的系統(tǒng)架構。

從物聯(lián)網的體系架構中，我們可以看到在感知層和網絡層兩個不同的網絡之間需要一個中間設備：物聯(lián)網網關。

物聯(lián)網的接入方式是多種多樣的，物聯(lián)網網關設備是最適合將多種接入手段整合起來，統(tǒng)一互聯(lián)到接入網絡的關鍵設備，網關可滿足局部區(qū)域短距離通信的接入需求，實現(xiàn)與公共網絡的連接，同時完成轉發(fā)、控制、信令交換和編解碼等功能，而終端管理、安全認證等功能保證了物聯(lián)網業(yè)務的質量和安全。網聯(lián)網網關可以實現(xiàn)感知延伸網絡與接入網絡，以及不同類型感知延伸網絡之間的協(xié)議轉換，既可以實現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實現(xiàn)局域互聯(lián)。

歸納起來高度智能化物聯(lián)網網關應具備以下能力：

廣泛的接入能力

目前用于近程通信的技術標準很多，僅常見的WSNs技術就包括Lonworks、ZigBee、 6LowPAN、RUBEE等。從網關所處的位置可以看出，網關需要具備接入多種現(xiàn)有通信網的能力，這些通信網包括：2G/3G/4G移動通信網絡、無線局域網、有線網絡。因此，網關必須具備相應網絡的接口和軟硬件的接入能力?，F(xiàn)在國內、外已經在展開針對物聯(lián)網網關進行標準化工作，如3GPP、傳感器工作組，實現(xiàn)各種通信技術標準的互聯(lián)互通。

強大的管理能力

管理對于任何大型網絡都是必不可少的。首先要對網關進行管理，如注冊管理、權限管理、狀態(tài)監(jiān)管等。網關實現(xiàn)子網內的節(jié)點的管理，如獲取節(jié)點的標識、狀態(tài)、屬性、能量等，以及遠程實現(xiàn)喚醒、控制、診斷、升級和維護等。由于子網的技術標準不同，協(xié)議的復雜性不同，所以網關具有的管理性能力不同。提出基于模塊化物聯(lián)網網關方式來管理不同的感知網絡、不同的應用，保證能夠使用統(tǒng)一的管理接口技術對末梢網絡節(jié)點進行統(tǒng)一管理。

協(xié)議轉換能力

從不同的感知網絡到接入網絡的協(xié)議轉換、將下層的標準格式的數據統(tǒng)一封裝、保證不同的感知網絡的協(xié)議能夠變成統(tǒng)一的數據和信令;將上層下發(fā)的數據包解析成感知層協(xié)議可以識別的信令和控制指令。

能處理如此繁多復雜不同類型工作的高智能化設備，需要有很強的研發(fā)設計能力和針對不同行業(yè)應用的深厚實踐經驗。

下面就水產養(yǎng)殖方面的具體例子，介紹物聯(lián)網網關的研發(fā)設計和功能。

水產養(yǎng)殖物聯(lián)網系統(tǒng)架構和功能

隨著物聯(lián)網技術迅速發(fā)展，基于物聯(lián)網的設施漁業(yè)信息化已經成為設施漁業(yè)生產向集約、高產、高效、優(yōu)質方向發(fā)展的重要推動力。設計中的水產養(yǎng)殖物聯(lián)網架構如圖所示。物聯(lián)網利用ZigBee無線網絡技術組成無線傳感器網絡，感知養(yǎng)殖場的水質情況，例如溫度、溶解氧濃度、PH值等，將這些數據實時發(fā)送至物聯(lián)網網關。網關將養(yǎng)殖場的環(huán)境數據利用3G模塊(或GPRS模塊)發(fā)送至控制中心的服務器，服務器利用專家系統(tǒng)依據水產品的生長模型結合人工智能技術向網關發(fā)送控制指令，網關依控制指令利用控制箱驅動電機采取動作調節(jié)養(yǎng)殖場的水產品的生長環(huán)境，從而利于水產品生長。物聯(lián)網網關留有攝像頭接口，能夠根據用戶需求將生產現(xiàn)場的圖片或者視頻發(fā)至控制中心服務器，服務器上部署軟件并接入Internet網絡，用戶可以利用個人電腦或者手機登錄到服務器，查詢養(yǎng)殖水域內外環(huán)境數據、瀏覽生產現(xiàn)場圖片、觀看現(xiàn)場視頻，還可以遠程控制各種生產設備。當養(yǎng)殖場環(huán)境異常時，除了服務器中的專家系統(tǒng)發(fā)出指令驅動電機調節(jié)環(huán)境(如增氧機增加溶解氧)，控制中心的告警箱也能夠發(fā)出聲光告警，服務器向相關人員發(fā)出告警短信?？刂浦行膬鹊娘@示器(或者大屏幕)上能夠顯示各個傳感器的工作狀態(tài)、讀數、現(xiàn)場圖片等信息。因此，物聯(lián)網技術能夠實現(xiàn)設施漁業(yè)養(yǎng)殖的動態(tài)實時監(jiān)管、數據統(tǒng)計分析、科學決策、預警及風險控制、專家咨詢等生產過程的科學化、數字化。

水產養(yǎng)殖物聯(lián)網網關設計從水產養(yǎng)殖物聯(lián)網架構可以看出網關是物聯(lián)網核心設備。網關的設計包括兩部分：硬件設計和軟件設計。

網關硬件設計網關中的處理器采用ARM Cortex-A8。該處理器的主頻可以達到1GHz以上，處理能力很強。網關配置512MB DDR3內存以及4GB NAND Flash，運行Adroid2.3系統(tǒng)。根據物聯(lián)網的組網要求，網關具備10/100M以太網接口、內置無線WiFi模塊、用于連接3G/GPRS模塊的USB接口以及用于連接傳感網協(xié)調器的串行口。為了獲取視頻或者圖像，網關具備模擬視頻接口。網關還帶有液晶顯示屏以及HDMI接口，HDMI接口可以接高清大屏幕。

網關軟件設計根據網關的功能，網關的軟件包括：接入配置管理模塊、ZigBee傳感網通信及控制模塊、協(xié)議轉換模塊、圖像處理模塊、顯示模塊、故障處理模塊。接入配置管理模塊用于對多種接入方式的配置和管理，這些接入方式包括有線以太網接入、無線局域網接入、3G/GPRS無線接入。ZigBee傳感網通信及控制模塊通過串行口與ZigBee協(xié)調器通信，獲取傳感網的數據，控制傳感網的網絡運行。協(xié)議轉換模塊解決傳感網與后臺服務器之間的通信協(xié)議轉換，保證傳感網數據能夠正確發(fā)往服務器，服務器發(fā)來的指令能夠能被正確發(fā)往傳感網并可靠執(zhí)行。圖像處理模塊能夠獲取攝像頭傳來的圖像，并壓縮編碼，一方面在本地進行存儲，另一方面發(fā)向服務器。顯示模塊將各種信息送向液晶屏和HDMI高清大屏幕。故障處理模塊則將傳感網以及網關設備本身的各種故障進行記錄并發(fā)送告警信息。

除智慧農業(yè)外，高智能化物聯(lián)網網關還將廣泛應用于智慧城市、智能電網、智慧醫(yī)療、智能交通等各行各業(yè)。物聯(lián)網網關在未來的物聯(lián)網時代將會扮演著非常重要的角色。