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本文將介紹工業(yè)領(lǐng)域當中固網(wǎng)場景下網(wǎng)關(guān)的技術(shù)細節(jié)，工業(yè)領(lǐng)域在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)當中一直是比較重要的一個場景，因為工業(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)中的機床、機械臂等等，除此之外呢，工業(yè)當中的環(huán)境相對于其他的物聯(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) 自動化 的不斷深入，在工業(yè)當中有一個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：

• 工業(yè)當中的環(huán)境是非常惡劣的，因為工業(yè)里可能會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，像電廠這種強電的環(huán)境下，電磁干擾是非常嚴重的，特別強的電磁干擾會影響設(shè)備之間的正常通信，但是這些需求是企業(yè)級路由器完全沒有辦法達到的。
• 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，作為一個企業(yè)，肯定是有商業(yè)機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)中也會存在企業(yè)內(nèi)部員工的惡意攻擊的風險。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。
• 最后還有運維的問題，由于底下的這些終端設(shè)備非常多，同時終端設(shè)備越多，運維復(fù)雜度就會越高。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，因為那樣子的話成本就太高了，所以肯定就要有一套簡單的系統(tǒng)，對于運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)計一個好用的物聯(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)備進行連接，在右邊和網(wǎng)絡(luò)進行連接。相當于是為下面的這些終端設(shè)備提供了向上傳輸?shù)耐ǖ?，除此之外，網(wǎng)關(guān)還具有邊緣計算的能力，這一點會在下文中詳細講解。

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，因為在工業(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。

邊緣計算是什么呢？簡單點講，就是把本來屬于中心節(jié)點做的計算下放到邊緣節(jié)點來做。那么在本來，對于數(shù)據(jù)進行處理、計算，這都是平臺層所做的事情，但是現(xiàn)在，網(wǎng)關(guān)可以進行一部分不是特別重要的數(shù)據(jù)的計算，并且將這些計算過的數(shù)據(jù)及時地反饋給終端設(shè)備來達到低時延的效果。這么做，一定程度上有效地保護了用戶的邊緣隱私，也達到了降低成本的目的。因為對于中心節(jié)點來講，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)點來處理，相當于邊緣節(jié)點給中心節(jié)點分擔了一部分壓力，這樣做可以達到降低成本的效果。

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)沒有計算能力，就只能充當一個傳輸?shù)淖饔?，之后再把?shù)據(jù)上傳到云端來進行處理。但是現(xiàn)在不一樣了，當網(wǎng)關(guān)具備了計算能力之后，它可以先把要求低的一些數(shù)據(jù)先幫遠端處理了，但是要注意的是處理完了之后還是要向中心節(jié)點反饋“數(shù)據(jù)已經(jīng)處理過了”的一個信息。

邊緣計算就是一個結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用的開放平臺。同時它的架構(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。

邊緣計算的架構(gòu)分層其實就是將設(shè)備和網(wǎng)關(guān)中間的這一段內(nèi)容進行了分層，將原來屬于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中兩層的架構(gòu)進行了細分，分成了四層。在邊緣計算架構(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 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算當中的各種應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓撲(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（即真實的）、或者邏輯的（即虛擬的）排列方式。如果兩個網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)相同即它們的網(wǎng)絡(luò)拓撲相同，盡管它們各自內(nèi)部的物理接線、節(jié)點間距離可能會有不同。本小節(jié)將介紹常見的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以及在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域當中廣泛使用的Mesh組網(wǎng)技術(shù)。

星型拓撲結(jié)構(gòu)

星型拓撲(StarTopology)是指網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點設(shè)備通過一個網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備（如集線器HUB或者交換機Switch）連接在一起，各節(jié)點呈星狀分布的網(wǎng)絡(luò)連接方式。

基本特點：

• 容易實現(xiàn)，但安裝及維護工作量、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。但是每個站點都要和中央網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)備直接連接，需要耗費大量的線纜，并且安裝，維護的工作量也劇增。
• 節(jié)點擴展、移動方便：節(jié)點擴展時只需要從集線器或交換機等集中設(shè)備中拉一條電纜即可，而要移動一個節(jié)點只需要把相應(yīng)節(jié)點設(shè)備移到新節(jié)點即可。
• 故障診斷和隔離容易：一個節(jié)點出現(xiàn)故障不會影響其它節(jié)點的連接，可任意拆走故障節(jié)點；
• 中央節(jié)點的負擔較重，易形成瓶頸；各站點的分布處理能力較低：中央節(jié)點一旦發(fā)生故障，則整個網(wǎng)絡(luò)都受到影響。

星型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

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

星型結(jié)構(gòu)的缺點：

• 線路利用率不高，一條線路只被該線路上的中央節(jié)點和一個節(jié)點使用。
• 中央節(jié)點負荷太重，而且當中央節(jié)點產(chǎn)生故障時，全網(wǎng)將不能工作，對中央節(jié)點的可靠性和冗余度要求太高
• 安裝和維護費用高，需要大量電纜。

環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲(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端用戶到另一個端用戶，直到將所有的端用戶連成環(huán)型。數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個方向在各個節(jié)點間傳輸，信息從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點。這種結(jié)構(gòu)顯而易見消除了端用戶通信時對中心系統(tǒng)的依賴性。

環(huán)型結(jié)構(gòu)具有如下特點：

• 信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動的，兩個節(jié)點僅有一條道路，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節(jié)點，當環(huán)中節(jié)點過多時，勢必影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間延長；
• 環(huán)路是封閉的，不便于擴充；
• 可靠性低，一個節(jié)點故障，將會造成全網(wǎng)癱瘓；維護難，對分支節(jié)點故障定位較難。

總線型拓撲結(jié)構(gòu)

總線拓撲(英文：BusTopology)，又稱總線網(wǎng)絡(luò)(BusNetwork)；在該節(jié)點連接以DaisyChain由直線之總線序列。由于該拓撲是由一條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)特點如下：結(jié)構(gòu)簡單，可擴充性好。當需要增加節(jié)點時，只需要在總線上增加一個分支接口便可與分支節(jié)點相連，當總線負載不允許時還可以擴充總線；使用的電纜少，且安裝容易；使用的設(shè)備相對簡單，可靠性高；維護難，分支節(jié)點故障查找難。

優(yōu)點:

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

缺點:

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

Mesh網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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，具有可臨時組網(wǎng)、快速展開、無控制中心、抗毀性強等特點。

在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，采用網(wǎng)狀Mesh拓撲結(jié)構(gòu)，是一種多點到多點網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。在這種Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過相鄰其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，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，擴展無線覆蓋范圍，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，原因為：

無線通信的物理特性決定了射頻信號傳輸?shù)木嚯x越短就越容易獲得高帶寬，因為隨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，一個節(jié)點不僅能傳送和接收信息，還能充當路由器對其附近節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，隨著更多節(jié)點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。