一文读懂专为传感器网路设计的物联网闸道器

专为传感器网路设计的物联网闸道器扮演着双向节点的角色，而且必须作为通讯连线与决策制定的真正主控装置；它必须不断符合云端与现场的高度异质性需求，并作为所有通讯的核心…

专为传感器网路设计的物联网(IoT)闸道器必须不断符合云端与现场的高度异质性需求，如此一来，物联网闸道器便构成所有通讯的核心，而且得随时根据特定的应用需求自订。

根据MarketsandMarkets报告，物联网闸道器市场预计在2016年至2022年间呈现大幅成长，达到14.2%的复合年均成长率(CAGR)。仅次于专为办公室或家庭环境设计的一般温度操作闸道器，而专为严峻环境设计的工业用闸道器的需求也十分庞大。探究办公室与家庭环境操作温度范围以外的应用市场后，便不难发现严峻环境专用闸道器在消费大众市场中脱颖而出的鲜明特性。

除了强固性与耐用性的市场区隔之外─这也是开发人员喜爱使用嵌入式硬体的原因，此类闸道器更具备高度的异质性需求。

‧装设在大型公共或私人建筑物屋顶或地下室的系统，必须整合加热、汽电共生、太阳能、电梯和对讲机，以为操作员提供真正的全方位资讯。

‧变电所通常需要管理包含各种能源来源和储能系统的异质性微电网。

‧火车、飞机或商用车队专用系统需整合本地化资讯和导航系统，并结合资讯娱乐、供应链管理及行车系统的健全度检查。

‧物流应用是仓储与运输车辆闸道器最重要的市场之一。

‧石油与天然气管线可透过云端科技，实现更完善的监控。

‧保全监控是另一重要市场，主要包括影像监视系统和门窗传感器。

‧工业用闸道器可提供广泛的传感器资料，并针对工业应用建立智能节点。

‧智能城市用途则包括停车导引系统、电动车充电站、街道照明控制系统等。

即便单就应用层而言，闸道器的逻辑需求也充满了高度异质性；(无线)传感器网路和各种通讯协定间的连线，以及云端各种不同资料库之间的通讯连线也都一样。闸道器扮演着双向节点的角色，而且必须作为通讯连线与决策制定的真正主控装置。我们需要有一个系统专门搜集传感器资料、在分析后进行转码，然后根据得到的资讯做出决定。资料也必须经过正确处理，方可确保资料架构和云端传输的一致性。最后，还必须有能与云端解决方案连线通讯的双向通讯逻辑，而且全部均需采取安全的端对端加密。

请记住，应用程式开发人员主要专注于应用层，7层的ISO/OIS模型需要大量额外工作，才能从个体元件发展成全功能的物联网解决方案。

例如，德国康佳特(congatec)开发出一款全新的云端应用程式编程介面(API)，让方案供应商能迅速、弹性地根据物联网传感器网路与云端的特定需求进行调整。该云端API旨在透过提供支援应用程式的软体模组，为OEM简化这项工作，并使顾客能够使用蓝图自行开发应用程式，原理类似于硬体层级的载板电路图。开发人员也可以将专为物联网闸道器设计的端API，整合至任何区域传感器网路。

此API可与所有类型的区域传感器连线通讯、处理资料并转换取得的资料，然后使用规则引擎进行分析，以便从区域端做决定，如此可减少物联网云端的流量并加速反应时间。透过使用TLS保护MQTT通讯协定安全，实现了与云端的双向资料交换，此通讯协定和物联网云端本身可相互替换。

该云端API功能模组以C++语言编程的优点，已透过连线至蓝牙LE传感器网路获得证实。其他无线传感器网路的参照设计，如ZigBee或LoRa，以及楼宇与工业自动化的有线解决方案也都能加以执行，更进阶的实作包括异质性配置，以及讲究即时进行快速区域资料交换的大型设备附加闸道器连线通讯。此实作可能性的最佳范例就是工业4.0连线设备与系统。在示范版本系统中，云端API整合至可使用Qseven模组扩充的物联网闸道器上，进而为顾客的特定配置需求，提供各式各样的扩充选择。此一开放式的最佳作法解决方案是OEM客户评估其特定物联网应用的理想选择。

在支援应用程式的最佳作法解决方案中，最重要的软体元件包括云端API功能模组，以及各家供应商独立物联网云端的示范与测试模组。云端API软体模组使用传感器引擎，以整合各独立通讯协定和装置，以及传感器与致动器之间的通讯连线。此软体模组也会将记录的资料正规化，成为可定义的实体单位，并检查一致性。而其作业系统(CGOS)程式库整合所有相关闸道器系统参数，如CPU工作负载、CPU和主机板温度、入侵侦测、硬碟状态和看门狗计时器。规则引擎则允许区域闸道器在任何连线状态下定义即时讯息与动作，而通讯引擎则负责将加密的独立供应商云端通讯，透过有线或无线网际网路连线标准化。

物联网云端的示范与测试模组允许开发人员定义云端的资料储存，还可进一步建立用于控制物联网应用程式的中央讯息与规则、定义其他升级情境，并为远端用户端提供仪表板。然而，核心功能仍在于云端API，包括存取物联网闸道器和其区域连线的传感器网路。

云端API从蓝牙LE传感器搜集大量实体资料，资料接着在物联网闸道器中进行处理、加密，并随着闸道器状态资料(如CPU温度)传输至云端，资料在云端进行整合，并显示于线上仪表板。