互聯網的普及，使很多了解互聯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網中，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，物聯網系統是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品組成一個感知網絡與互聯網相連接，進行信息交換和通信的系統架構。

從物聯網的體系架構中，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：物聯網網關。

物聯網的接入方式是多種多樣的，物聯網網關設備是最適合將多種接入手段整合起來，統一互聯到接入網絡的關鍵設備，網關可滿足局部區域短距離通信的接入需求，實現與公共網絡的連接，同時完成轉發、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網業務的質量和安全。網聯網網關可以實現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議轉換，既可以實現廣域互聯，也可以實現局域互聯。

歸納起來高度智能化物聯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。現在國內、外已經在展開針對物聯網網關進行標準化工作，如3gpp、傳感器工作組，實現各種通信技術標準的互聯互通。

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、狀態監管等。網關實現子網內的節點的管理，如獲取節點的標識、狀態、屬性、能量等，以及遠程實現喚醒、控制、診斷、升級和維護等。由于子網的技術標準不同，協議的復雜性不同，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，保證能夠使用統一的管理接口技術對末梢網絡節點進行統一管理。

協議轉換能力

從不同的感知網絡到接入網絡的協議轉換、將下層的標準格式的數據統一封裝、保證不同的感知網絡的協議能夠變成統一的數據和信令；將上層下發的數據包解析成感知層協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，需要有很強的研發設計能力和針對不同行業應用的深厚實踐經驗。

下面就上海辰漢電子在水產養殖方面的具體例子，介紹物聯網網關的研發設計和功能。

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水產養殖物聯網系統架構和功能

隨著物聯網技術迅速發展，基于物聯網的設施漁業信息化已經成為設施漁業生產向集約、高產、高效、優質方向發展的重要推動力。設計中的水產養殖物聯網架構如圖所示。物聯網利用ZigBee無線網絡技術組成無線傳感器網絡，感知養殖場的水質情況，例如溫度、溶解氧濃度、PH值等，將這些數據實時發送至物聯網網關。網關將養殖場的環境數據利用3G模塊（或GPRS模塊）發送至控制中心的服務器，服務器利用專家系統依據水產品的生長模型結合人工智能技術向網關發送控制指令，網關依控制指令利用控制箱驅動電機采取動作調節養殖場的水產品的生長環境，從而利于水產品生長。物聯網網關留有攝像頭接口，能夠根據用戶需求將生產現場的圖片或者視頻發至控制中心服務器，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，查詢養殖水域內外環境數據、瀏覽生產現場圖片、觀看現場視頻，還可以遠程控制各種生產設備。當養殖場環境異常時，除了服務器中的專家系統發出指令驅動電機調節環境（如增氧機增加溶解氧），控制中心的告警箱也能夠發出聲光告警，服務器向相關人員發出告警短信。控制中心內的顯示器（或者大屏幕）上能夠顯示各個傳感器的工作狀態、讀數、現場圖片等信息。因此，物聯網技術能夠實現設施漁業養殖的動態實時監管、數據統計分析、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。

水產養殖物聯網網關設計從水產養殖物聯網架構可以看出網關是物聯網核心設備。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512MBddr3內存以及4GBNANDFlash，運行Adroid2.3系統。根據物聯網的組網要求，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協調器通信，獲取傳感網的數據，控制傳感網的網絡運行。協議轉換模塊解決傳感網與后臺服務器之間的通信協議轉換，保證傳感網數據能夠正確發往服務器，服務器發來的指令能夠能被正確發往傳感網并可靠執行。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送告警信息。

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

審核編輯：郭婷