数据网关的基本原理

根据上文所述数据网关的基本原理可知,数据网关需要的两个要素:接口和数据处理。现代计算机技术的发展带来的丰富的接口选择和强大的计算能力恰好为此提供了条件,一台具备相应接口的,安装了相应数据处理软件的计算机,就是一个数据网关。

数据网关的应用

数据网关的基本功能是进行不同通信协议间内容的翻译转换,但是对这个过程中的数据如何进行处理,或者如何使用这些数据,决定了数据网关的应用。根据对数据处理方式的不同,可将数据网关分成普通数据网关和专用数据网关两种。

1、普通数据网关

上图显示了一个综合的生产控制系统,数据网关用来连接生产流水线控制系统和生产指挥系统,起到了数据中枢的作用。配置了数据网关,整个系统就具备了以下功能:

(1)生产数据、状态的实时存储。通过数据库可以保存长期历史数据,方便进行生产过程分析和质量追溯。

(2)生产状态实时上报、发布。管理者可以根据实时数据高效的制定生产计划;营销人员可以及时的跟踪订单生产,反馈客户。

(4)增强系统稳定性。全线操作站联网,每个操作站都可以了解全线的生产情况,且互相备用,必要时可以互相替代操作。

2、专用数据网关

与普通型相比,该型不仅具有数据存储、转发等数据网关的基本功能,最大的特点是将其它高级的功能也进行了集成,构成了基于数据网关技术的专用设备,目前主要有以下几种:

(1)信息发布数据网关该型数据网关集成了web发布功能,通过有线或者无线接口直接接入internet,方便用户在任何地方通过互联网获得实时生产信息。为了保证正常生产不被干扰,可以通过硬件或软件进行数据隔离,保证数据流为单向,如采用硬件隔离技术可以做到完全隔离。

(3)信息存储数据网关该型主要功能是数据存储,在本地建立数据库,将接收的数据进行长期存储,并具备多种组织和查询接口,以方便进行生产流程优化和质量追溯。

2、数据网关与移动互联终端

通过数据网关,将生产数据实时发送至企业决策者的移动互联终端,使之可以随时根据市场变化制定生产策略,实现效益最大化;将生产数据实时发送至外地销售经理的移动互联终端,使之可以随时跟踪订单情况,反馈客户,并可以随时将新的客户需求传达到生产线,及时优化订单计划,达到降低生产成本,缩短交货周期的效果。

3、数据网关与物联网技术

通过数据网关,将生产线状态与原材料、辅助材料、成品等物流信息整合,整体分析各个流程,确定最佳调度方案,实现资源的高效利用,实现即时生产、减少中间环节、降低库存、节约物流成本的目标。

物联网的智能网关

在物联网的信息感知领域中,由于无线传感网络技术的应用场景具有特殊性,其一般应用于局部区域内,网与网之间本身无法通信,也不适合于实现远程的数据传输,这使得传感设备节点形成了一个个信息孤岛,无法实现真正的全面互联互通、协同感知。此外,物联网应用中的感知技术种类繁多,采用不同的通信协议,根本无法实现互联互通。

从功能上讲,物联网的网关或者说智能网关主要实现以下三个功能:

感知网络接入的能力。

物联网网关首先是具有对各节点属性、状态等信息的获取功能,即可以感知各节点的实时状态。其次是具有对节点的远程控制、唤醒、诊断等功能,即实现节点的自动化管理。

异构网络互通的能力。

物联网网关接入必然存在跨域通信的要求,因此需要完善的寻址技术,以确保所有节点的信息都能被准确、高效、安全地进行定位和查询。随着物联网应用的发展,节点地址的数量会逐渐增大,且其编码结构与DNS中的域名结构不同,因此需要有一套与互联网不同的寻址技术以满足需求。

通讯与数据格式标准化。

1、感知网络接入

2、异构网络互通

物联网智能网关需要具有异构网络互通的能力。由于不同的传感器网络对感知信息采用不同的协议封装,这将导致网络间数据的软隔离,一方面,物理上已相互连的接感知网络之间无法完成通信,另一方面,感知网络无法与核心交换网络完成通信进而感知数据无法被远程访问,因此需要设置协议网关来解决此问题。

在传统的利用RS-232/485通信传感器网络中,总线标准和协议较多,比较通用的是Modbus协议、Profibus协议、Interbus协议,其中Modbus协议被广泛用在智能交通、智能农业、智能建筑中。

由于Internet以及由Ethernet和Wi-Fi接入的传感器网络都是基于TCP/IP协议栈,若远程用户需要对采用Modbus协议的设备进行访问和控制,则必须对Modbus报文按照TCP/IP协议进行应用层封装或协议转换。

此外,由于IPv4地址已日近枯竭,新一代的IPv6协议将逐步取代IPv4协议,而IPv4向IPv6过渡的阶段是一个长期的过程,在这个阶段中,IPv4网络将和IPv6网络处于共存状态,因此物联网网关需要解决IPv4网络与IPv6网络的互通问题。

3、通讯与数据格式标准化

物联网智能网关需要具有监测控制管理的能力和兼容新节点接入的能力。这里的监测控制管理,包括对接入传感器状态和感知信息的集中监测、对传感器和网关自身的控制、管理。一方面,网关中的各功能模块要做到可以灵活控制,配置方式要做到简单、多种方式、人机友好,另一方面既能通过本地网络、串口进行控制,又能远程跨网段进行集中管理。

此外不同的物联网的节点种类非常丰富。监测控制管理的内容不仅包括对网关节点自身的状态和功能,还要包括对接入传感器网络的状态和信息。为了实现这些功能,就必须要让所有的智能网关节点使用标准化的通信方式,才能使整个物联网系统具有高可维护性。

原文标题:物联网中的智能网关

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