关于物联网网关所拥有机遇和挑战分析介绍

物联网网关，看似陌生又熟悉的词语，既是信息数据中转站，也是协议标准把关人，物联网网关在物联网解决方案中到底扮演怎样的角色，又面临怎样的挑战与机遇呢。且听知乎达人娓娓道来。

作为异质网络连接设备，网关是伴随着网络技术的发展一直存在的概念和产品。在万物互联的今天，各类新兴的网络连接形式和协议标准不断涌现，而近距网络和远距网络又常常无法采用统一的协议，所以网关的部署在所难免。这不仅给网关带来了新的机遇，也带来了新的挑战。物联网网关的需求数量巨大，但也面临着来自成本、市场碎片化、稳定性、网络安全等新的挑战。

网关在物联网体系建设中是一类比较尴尬的技术组件，甚至连它的名字都如此尴尬：网关还是终端，这是一个问题；更别说还有沿袭了专业领域历史的众多名字了，如名目众多的数据采集器、RTU、DTU、通信管理机、能源管理网关、家庭网关等等。反正你总得把传感器的信号汇总、转换到可以经过长距网络传输所兼容的协议。还有一层尴尬就是其分类，作为连接传感层和传输层的设备，其自身到底应归于传感层还是传输层，也是因时因地而不同的。出现这样的尴尬，一方面是因为物联网技术架构在业界刚刚才开始形成一点共识，另一方面是即便是形成共识，在具体的应用场景中为了节约成本、减少设备空间等原因，类似异质网络桥接、数据融合与格式转换、远程控制等功能也可能会被选择集成一个设备中，从而造成一个具体的设备身兼多重功能，名称也自然而然地带上了特定行业的烙印。

在原本针对“人”的互联网架构中，由于网络技术的高度标准化，实际需要部署的网关数量并不多，一般一个局域网也就一个网关。而且除了扮演异质网络的桥接功能，更多地是在扮演安全防护的角色。但是在万物互联的物联网时代，就地网络一般难以适用原有的Wi-Fi和以太网，更多采用比较适合传感器数据传输的低功率无线连接，如ZigBee、Z-Wave、低功耗蓝牙等等，还有为了强调稳定而开发的新型电力载波等有线通信协议，更不用说为了向上兼容而继续连接的各种工业通信网络和协议了。其中工业通信协议最具戏剧性，因为每一次产业升级而出现的新的工业通信协议，几乎从未能像其建立者所期望的那样一统天下，更多的是把原本已经够复杂的现状变得更加复杂。所以说，在物联网领域，尤其是在需要兼容大量历史遗留设备的工业物联网领域，网关的存在是实现互联互通的关键。而且由于异质网络的数量变多，网关的数量也成数量级增长。比如一个中小型的生产性企业，原本的网关设备也许只存在于生产网络、办公网络和互联网之间；现在则需要在采用各种不同协议的设备群体之间都添置网关。而且能源管理等原本在成本管理中被忽视的业务流程也随着节能减排的需求而走到前台。

但是，网关设备需求增长的同时，也有如下挑战需要面对。

首先面临的挑战就是成本压力。设备联网产生的效益对于多数初涉物联网的企业而言还难以清晰预测，因此在投资成本上的意愿不足。这一点和信息化产业中的每一项技术进化在初期所面临的产业化困境是相同的。对于网关这类使用数量较大、部署之后就容易被忽略的通讯连接设备，尤其如此。比如在楼宇能源管理的应用场景下，7000RMB的网关价格尚可接受，因为每座楼宇一般也就使用1到2个网关；但是在分布式光伏电站的管理中，一个兆瓦级电站的网关数量以千计，每个网关3000RM的价格已经是招标采购中的极限，而且其中的通信协议、计算能力和工作环境要求却更高。

成本的压力还不止在网关设备的初投资中，还包括网关及其所连接的设备群的运行维护中。物联网时代所联网的设备在地理分布上可能是超出一所建筑物的，比如一个城市的能源管理网络、一条石油管线的远程维护网络，地理分布扩大到一个城市甚至跨越数个国家。一个网关的成本也许并不高，但如果设备商要负担远距离出差产生的费用，这笔费用就要大大提高网关的售价。所以，网关的远程可维护性就变得极为关键。

其次就是需求市场的碎片化。现场需要对接的通信协议品类繁多，一个产品难以用于所有的场景，而为每个场景都提供专用的网关又根本不具有规模经济性。这就对网关产品及其开发技术平台的市场定位、产品设计和技术研发都提出了新的挑战。

再次就是稳定性挑战。一个网关也许本身只有几千元人民币的投资，而一旦其出现故障，却有可能因为引发了关键设备群的停机而造成百万级的损失。所以不能因为联网设备的稳定性而为整个生产网络引入新的风险。

最后是来自网络安全的挑战。网络安全问题在互联网时代并不是新鲜话题，但是在物联网却更加突出。实际上除了新近开发的一些协议，历史遗留的工业通信协议一般是缺乏甚至根本不具备安全机制的。其中的原因在于，这些协议在设计理念上就是认为通信是发生在有安保措施的厂房中的，所以并不考虑外来恶意介入的情况。但是在接入物联网体系之后，这些网络不同程度地暴露在工厂外的环境中，安全问题就必须依靠网关来解决了。

当然方法总是比问题多，各类相关技术提供商都在尝试新的解决方案。

针对成本压力和碎片化，开发平台技术逐渐成为网关领域的主流。比如各类工业处理器厂家开始提供相对通用的芯片架构、硬件参考设计、配套的操作系统和开发套件，代表厂商如Intel和TI。一些网关生产企业在自身的产品定位中也开始跳出单一领域的应用，开始针对碎片化市场进行硬件需求的梳理，从而生产出可以适用于相似多个场景的网关。这类网关的直接用户并不是最终用户，而是集成商。因为这类网关虽然外观看起来是一个产品，但就其功能而言还只是一个二次开发的平台，因此也常被成为“空白网关”。这类产品典型来自研华和MOXA，此外初创企业也很多。

空白网关成为最终用户可以利用的设备，一般需要集成商根据应用系统的目的客制化开发，比如集成客户所需要的通信协议或者其他的配置功能。幸好这种二次开发的工作已经没有早先时候那么大了，因为一些工业软件提供商已经在提供多协议转换的软件平台。这类平台的特点是内置了协议转换算法，在其兼容的协议范围内通过人性化的配置而不是程序员的编码，就可以实现常见的基本功能。空白网关加软件可配置平台的一个附加好处就是稳定性，因为硬件的生产可以上批量，质量管控也有了保证。

至于安全性，中国公安部三所已经展开了工业通信设备的安全认证，未来预计还会有新的进展。当然还有一类企业专攻类似智能电网之类的单一大容量市场，在市场策略上绕开这些挑战。

总体可以预期的是，随着物联网行业的逐渐成熟，网关也会逐渐出现主流的技术架构，综合考虑对各种挑战的应对。