首先，我們來了解一下什么是“網關”。網關從字面意義上來看，就是網絡的閘口，好比高速收費站，任何數據通過時，都需要驗一下。這個閘口的功能性也很多樣，比如閘口兩端的內容形式是不一樣的，網關的作用是翻譯器;又或者閘口會阻攔任何有問題的數據通過，那網關的作用就是過濾器。
工業網關是物聯網領域的一種通信設備。在物聯網系統層次架構中的位置：感知層終端設備->網關->骨干網->運用。
能夠提供上行和下行的連接以及提供邊緣計算的能力。南向下行連接感知層設備，北向上行連接傳輸通道(上位機、骨干網、遠動機、云平臺等)。
工業網關的基本結構：南向接口北向接口安全管理與協議轉換
北向接口需要接入互聯網，所以通常的選擇有 RJ45 以太網口、光纖接口、Wi-Fi 和 4G、NB-IoT 等蜂窩網絡模組等。
南向接口用來連接物聯網設備，除了剛說的 BLE、ZigBee、LoRa、Wi-Fi 這些無線技術的接口，常見的還有用在工控機(Industrial Personal Computer，工業控制計算機)上的 RJ45 以太網口、RS232、RS485 等有線接口。這里需要注意的是，每個網關設備的接口類型和個數不是固定的，因為網關產品一般會根據應用場景確定幾個不同的規格型號。
不同型號的網關需要支持不同類型的協議，以及不同個數協議的轉換，所以網關的協議轉換功能一般采用插件的軟件架構方式。
工業網關的基本要求——嚴苛工業場景下長年無人值守穩定運行
工業網關與傳統的路由器、交換機工作環境不同。傳統的路由器、交換機都在機房中，開著空調，有專門的工作人員做維護。保證工作環境，如溫度、濕度、空氣質量等。而工業網關的工作環境就比較差，它可能在室外、在高溫高壓、甚至在水中工作，環境比較惡劣。所以物聯網面臨著眾多挑戰。如：
挑戰1：如何兼容各種本地設備各種復雜的通訊方式、接口、通道和協議?如何在苛刻的環境下可靠的工作?
挑戰2：如何在建設中利舊，保護已有的投資?
挑戰3：如何面對開放IP的安全問題?
挑戰4：如何實現物聯網的高效部署與運維?
眾多的挑戰便促生了工業工業網關。
工業工業網關集成了本地多傳輸通訊鏈路方式的集成和協議轉換、通訊路由、數據交換、安全防護、穩定運行于一體的融合網關。它提供了工業級的標準設計，如：防震，防水，防電磁干擾等;并且支持多種接口，多種協議，能夠統一的進行協議的轉換，將下行鏈路傳輸過來的適用于物聯網通信協議包裝的數據轉化成傳統網絡通信協議能識別的數據(IP數據)，這樣的話就能再上行鏈路上以IP數據傳輸;支持邊緣計算，能夠快速響應;還能提供全鏈路加密互聯，有效降低來自感知層的業務風險;工業網關支持智能運維：自助處理故障、遠程測試與診斷。
如何兼容各種設備?需要物模型數據抽象傳統的各種接入設備。什么是物模型?
物模型是物理實體的數字化模型，但主要針對的是物聯網中應用的開發和設備的互操作。這個模型如果更進一步，集成了物理實體的各類數據，那就是物理實體的忠實映射。同時，在物理實體的整個生命周期中，它會和實體一起進化，積累各種信息和知識，并且促進物理實體的優化。這樣的模型就是物理實體的數字孿生。設備影子用于緩存設備狀態。應用程序可以通過設備影子直接獲取設備最后一次更新的屬性值，而無需每次都訪問設備。設備在線時，可以直接獲取應用指令;設備離線后，再次上線可以主動拉取應用指令。
如果設備網絡穩定，很多應用程序請求獲取設備狀態，設備需要根據請求響應多次，即使響應的結果是一樣的。但是可能設備本身處理能力有限，其實無法負載被請求多次的情況。使用設備影子機制，設備只需要主動同步狀態給設備影子一次，多個應用程序請求設備影子獲取設備狀態，即可獲取設備最新狀態，做到應用程序和設備的解耦。比如，智能斷路器電燈的開關狀態這個屬性，可以遠程控制，也可以在本地通過物理開關改變。如果網絡不穩定，那么平臺上存儲的狀態，和設備的真實狀態可能會不一致，導致后續操作邏輯錯誤。設備影子可以通過雙向的同步，實現服務器端和設備端屬性的一致，從而解決這個問題。
管理功能。工業網關可以獲取各節點的屬性和實時狀態信息，并實現對節點的狀態控制、喚醒與睡眠、在線診斷等功能，同時支持通過二次編程實現對節點的自動化管理。
源尋址功能。尋址技術可確保各個節點的信息被精準實時地定位和查詢，以滿足跨域通信的需求。由于節點地址結構與DNS的域名結構不同，因此需要開發新的源尋址技術。
協議轉換與數據格式標準化功能。為了實現無線傳感網絡與傳統通信網絡的數據交互，需要由網關充當協議轉換的角色，將上傳的標準格式數據進行統一封裝，將下發的數據解包成標準格式數據，使得指令可被識別。
工業網關通常基于工控計算機設計，以滿足對性能和應用的需求，并對整個系統的資源進行管理。在工業應用中受實時性、穩定性、環境與成本限制，工業網關常以無線廣域網(WWAN)和本地現場總線的結合為主，以適應各種復雜的工業環境。現階段較為成熟的無線廣域網通信技術有GPRS技術、4G技術和衛星通信技術，而應用廣泛的現場總線技術有CAN、PROFIBUS、LONWORKS、HART、MODBUS等。
數據傳輸可以在主動或被動的工作機制下運行。處于主動工作模式時，只有在被控數據產生變化，或設置定時任務時才會產生數據傳輸，其優點是簡化了終端采集功能，并降低了運行功耗;處于被動工作模式時，只有在收到主動發出的查詢指令時才會產生數據傳輸，給予了監控中心權限，但功耗升高，傳輸效率降低。工業網關采用混合式數據傳輸機制，使用應答機制偵聽雙向數據，使用主動機制多閾值定時采集傳輸數據，從而兼顧了主動式和應答式的優點，在功耗與傳輸效率間取得了平衡。
工業網關是否需要支持邊緣計算?
在進行萬物互聯的時代，物聯網設備的增多，導致了許多數據需要傳輸到云端進行分析，這也就對云端以及傳輸的帶寬帶了許多的壓力，而且在傳輸的過程中，還會產生數據泄露的危險。將數據在邊緣端進行計算，減少云端處理數據的壓力，同時避免了數據泄露的危險。既滿足行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能的需求也可以同時滿足安全與隱私保護等方面的關鍵需求。
物聯網從底層終端設備收集信息，通過物聯網通信技術(如：ZigBee、RF、Wi-Fi、REthernet、RS-485、PLC等)接入網關再通過通信技術(3G、4G、Ethernet、LTE、xDSL等)接入網絡，將信息傳輸到物聯網平臺(服務器)，如果在平臺做了規則策略則直接在平臺處下發一條命令，通過傳統的網絡發送到網關再尋找到相應的設備將命令下發給設備，設備執行命令;如果沒做規則策略，應用對接平臺，則在應用端(手機APP)可以進行操作，將操作命令下發到平臺，同樣的原理，下發到物聯網終端設備，執行命令。
如果網關到平臺中間的傳統網得不到保證的話，比如發生擁塞，高時延，數據就無法傳輸到平臺，就無法保證業務實時性。所以就在網關處提供計算能力，也就是邊緣計算。
邊緣計算是靠近終端設備的網絡邊緣節點上，利用本地閑置資源進行計算，提供連接、計算、存儲、控制與應用功能。滿足用戶實時、智能、安全和數據聚合等需求。
支持實時性業務
支持邊緣智能分析處理
支持邊緣智能分析處理
數據聚合、私有的安全域。
工業工業網關適用的范圍很廣。如：充電樁、電力抄表、路燈、公交車、園區物聯網等。提供低功耗、智能邊緣計算、實時處理業務等功能。
物聯網云平臺主要包含四大組件：
設備接入：可以在智能設備與云端之間建立安全的雙向連接;
設備管理：服務有生命周期、設備分組、設備影子、物模型、數據解析、數據存儲、在線調試、固件升級、遠程配置、實時監控等;
規則引擎：規則引擎通過創建、配置規則，以實現數據流轉和場景聯動。主要作用是把物聯網平臺數據通過過濾轉發到其他云計算產品上;
1、實現工業現場設備遠程控制;
2、實現設備固件遠程升級，程序上下載，可靈活接入各種設備管理平臺;
3、實現工業現場觸摸屏遠程控制和組態畫面遠程映射;
4、可同時與多臺PLC或觸摸屏遠程通訊;
5、實現西門子、三菱、歐姆龍、施耐德、臺達、匯川、和利時、松下、永宏、海為和 MODBUS 系列等PLC等主流協議硬件解析;
6、 實現PLC遠程監控，PLC遠程編程，PLC遠程調試，PLC遠程上下載，PLC遠程控制，PLC數據采集，PLC遠程通訊;
目前市場上設備接入硬件種類繁多，常見的有數采網關、工業AP、工業DTU、工業網關，還有邊緣計算盒子和工業路由器等：
物聯網數據采集網關，也叫工業物聯網智能網關、無線數據采集網關、通訊采集網關，無線網關，工業通訊網關，工業以太網串口智能網關，RS485串口Modbus智能網關，屬于無線傳感器網絡產品。具有高度集成化的特點，集數據接收、協議轉換、無線通訊傳輸等功能，支持多種通訊協議和通訊方式，可采用4G，5G，wifi及以太網等多種通訊方式。
1.工業AP
基于各類無線連接(WIFI，藍牙，LoRa)方式，實現與設備的連接與內部矩陣式組網，通過上位連接設備(網關，工控機)實現數據的傳輸。
2.工業DTU數據透傳網關、數據傳輸單元
基于各類無線連接(WIFI，藍牙，LoRa等)方式，實現單臺設備數據的透明傳輸，利用串口轉以太網的方式，將設備上的數據傳輸到上位機(就地監控系統、主機)或云端(遠動站、物聯網云平臺、設備管理云平臺)。由上位機或云端按照設備約定的數據協議解析。
3.工業網關
除了設備連接與網絡傳輸之外，網關內置了協議棧，可以實現協議之間的轉換，可在本地運行聯動腳本實現對設備的控制，設置數據傳輸策略與邏輯判斷，作為智能機可安裝操作系統并搭配對應的外部/本地配置界面。
4.邊緣計算工業網關
在傳統工業網關的各類功能(多設備連接、數據采集、協議轉換、腳本執行等)以外，作為上位機可以接受來自工業AP/工業DTU/網關等下位設備的數據，通過設備本身的存儲空間進行數據存儲，選擇應用數據上傳云端，并利用設備自身芯片進行一些腳本與APP需求的本地運算與執行。
同時，作為扎根生產現場的邊緣計算節點，具有輕量化、高性能、低功耗、接入方便等特點，可以在本地對海量設備數據進行處理與分析，提高運算效率，還能夠作為工業互聯和工業APP的載體，縮短工業互聯網平臺上各類業務操作響應時間，節約企業成本，性價比很高。
5.工業路由器
實現企業車間內不同無線模式(WIFI.藍牙.以太網)接入設備的連接，并通過4G/5G網絡將數據傳輸到云端服務器。
通俗來說，工業AP和工業DTU差不多，都是你給我什么，我就上傳什么，不過我要是上不了網，工業DTU也能幫我把數據帶上去。
工業網關能存點數據，也能上傳點有用的數據，還能順便控制下設備。
邊緣計算網關，顧名思義，能進行計算，還能運行程序，只把需要的數據帶在身邊。
工業路由器就是數據傳輸，能保證車間現場環境下的設備連接，想盡辦法把數據傳出去。
除了以上介紹的常見設備接入硬件之外，還有PLC物聯網模塊和工控機。
6.PLC物聯網模塊
負責上傳PLC的數據，通過物聯網模塊借助各類無線傳輸方式，將PLC本體與其他模塊的數據上傳到上位機或云端，同時借助PLC實現對設備的控制。
7.工控機
是邊緣計算盒子的可替換版本，可外接顯示器進行使用，基本功能與網絡傳輸方式與邊緣計算盒子相同，同樣具有數據接收/數據存儲/數據上傳與本地計算和執行相應程序的功能，部分工控機為帶觸摸屏的一體機，在功能上較為強大，網關和邊緣計算盒子能干的它都能做到。
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