物聯網網關系統設計

1 物聯網網關概述

物聯網是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、GPS、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，實現任何時間、任何地點、任何物體進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網是具有全面感知、可靠傳輸、智能處理特征的連接物理世界的網絡。

物聯網用途廣泛，遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、老人護理、個人健康、*卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。

物聯網的接入方式是多種多樣的，如廣域的PSTN、短距離的Z-Wave等，物聯網網關設備是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。它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。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，可以實現感知延伸網絡與接入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，將廣泛應用于智能家居、智能社區、數字醫院、智能交通等各行各業。

物聯網組網采用分層的通信系統架構，包括感知延伸系統、傳輸系統、業務運營管理系統和各種應用，在不同的層次上支持不同的通信協議，如圖1所示。感知延伸系統包括感知和控制技術，由感知延伸層設備以及網關組成，支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee等通信協議在內的多種感知延伸網絡。感知設備可以通過多種接入技術連接到核心網，實現數據的遠程傳輸。業務運營管理系統面向物聯網范圍內的耗能設施，包括了應用系統和業務管理支撐系統。應用系統為最終用戶提供計量統計、遠程測控、智能聯動以及其他的擴展類型業務。業務管理支撐系統實現用戶管理、安全、認證、授權、計費等功能。



2 物聯網網關功能

物聯網網關在未來的物聯網時代將會扮演非常重要的角色，它將成為連接感知網絡與傳統通信網絡的紐帶。物聯網網關可以實現感知網絡和基礎網絡以及不同類型的感知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。物聯網網關具備如下幾個功能。

（1）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WSN技術就包括Lonworks、ZigBee、6LowPAN、RUBEE等。各類技術主要針對某一應用展開，缺乏兼容性和體系規劃，如Lonworks主要應用于樓宇自動化，RUBEE適用于惡意環境。如何實現協議的兼容性、接口和體系規劃，目前在國內外已經有多個組織在開展物聯網網關的標準化工作，如3GPP、傳感器工作組，以實現各種通信技術標準的互聯互通。

（2）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。