網(wǎng)關(guān)是什么意思

通俗易懂的解釋：網(wǎng)關(guān)就是我們常見(jiàn)的“路由器”。在我們熟知的Internet網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)關(guān)的作用是一種鏈接內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Internet上其他網(wǎng)的一種中間設(shè)備

比較專業(yè)的解釋：指的是這一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“關(guān)口”。大家都知道，從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間，必然要經(jīng)過(guò)一扇門。同樣，從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，也必須經(jīng)過(guò)一道“關(guān)口”，這道關(guān)口就是網(wǎng)關(guān)。顧名思義，網(wǎng)關(guān)(Gateway)就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“關(guān)口”。網(wǎng)關(guān)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

網(wǎng)關(guān)又稱為協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)的功能是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接。網(wǎng)關(guān)不僅可以讓廣域網(wǎng)之間相互連接，也可以讓局域網(wǎng)之間相互連接。網(wǎng)關(guān)在計(jì)算機(jī)和設(shè)備之間起轉(zhuǎn)換的作用，相當(dāng)于一個(gè)翻譯器，可以使不同的協(xié)議、語(yǔ)言、數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

拓展知識(shí)

什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)？

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，作為一個(gè)新的名詞，在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)扮演非常重要的角色，它將成為連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶。作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換．既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)．也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。圖l示意性地給出了以物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)典型拓?fù)洹?/p>

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)?

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能：?

（1）廣泛的接入能力?

目前用于近程通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)很多，僅常見(jiàn)的WSN技術(shù)就包括Lonworks、ZigBee、6LowPAN、RUBEE等。各類技術(shù)主要針對(duì)某一應(yīng)用展開(kāi)，缺乏兼容性和體系規(guī)劃，如Lonworks主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化，RUBEE適用于惡意環(huán)境。如何實(shí)現(xiàn)協(xié)議的兼容性、接口和體系規(guī)劃，目前在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多個(gè)組織在開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，如3GPP、傳感器工作組，以實(shí)現(xiàn)各種通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通。?

（2）協(xié)議轉(zhuǎn)換能力?

從不同的感知網(wǎng)絡(luò)到接入網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，將下層的標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝，保證不同的感知網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議能夠變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信令；將上層下發(fā)的數(shù)據(jù)包解析成感知層協(xié)議可以識(shí)別的信令和控制指令。?

（3）可管理能力?

強(qiáng)大的管理能力，對(duì)于任何大型網(wǎng)絡(luò)都是必不可少的。首先要對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理，如注冊(cè)管理、權(quán)限管理、狀態(tài)監(jiān)管等。網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的管理，如獲取節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)、狀態(tài)、屬性、能量等以及遠(yuǎn)程喚醒、控制、診斷、升級(jí)和維護(hù)等。由于子網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，協(xié)議的復(fù)雜性不同，所以網(wǎng)關(guān)具有的管理能力不同。本文提出基于模塊化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)方式來(lái)管理不同的感知網(wǎng)絡(luò)、不同的應(yīng)用，保證能夠使用統(tǒng)一的管理接口技術(shù)對(duì)末梢網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理。?層次結(jié)構(gòu)：?

1）業(yè)務(wù)服務(wù)層?

業(yè)務(wù)服務(wù)層由消息接收模塊和消息發(fā)送模塊組成。消息接收模塊負(fù)責(zé)接收來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)消息，將消息傳遞給標(biāo)準(zhǔn)消息構(gòu)成層。消息發(fā)送模塊負(fù)責(zé)向業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)可靠地傳送感知延伸網(wǎng)絡(luò)所采集的數(shù)據(jù)信息。該層接收與發(fā)送的消息必須符合標(biāo)準(zhǔn)的消息格式。?

（2）標(biāo)準(zhǔn)消息構(gòu)成層?

標(biāo)準(zhǔn)消息構(gòu)成層由消息解析模塊和消息轉(zhuǎn)換模塊組成。消息解析模塊解析來(lái)自業(yè)務(wù)服務(wù)層的標(biāo)準(zhǔn)消息，調(diào)用消息轉(zhuǎn)換模塊將標(biāo)準(zhǔn)消息轉(zhuǎn)換為底層感知延伸設(shè)備能夠理解的依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的數(shù)據(jù)格式。當(dāng)感知延伸層上傳數(shù)據(jù)時(shí)，該層的消息解析模塊則解析依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的消息，調(diào)用消息轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)服務(wù)層能夠接收的標(biāo)準(zhǔn)格式的消息。消息構(gòu)成層是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的核心，完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)消息以及依賴于特定感知延伸網(wǎng)絡(luò)的消息的解析，并實(shí)現(xiàn)兩者之間的相互轉(zhuǎn)換，達(dá)到統(tǒng)一控制和管理底層感知延伸網(wǎng)絡(luò)，向上屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議異構(gòu)性的目的。?

（3）協(xié)議適配層?

協(xié)議適配層保證不同的感知延伸層協(xié)議能夠通過(guò)此層變成格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和控制信令。?（4）感知延伸層?

此層面向底層感知延伸設(shè)備，包含消息發(fā)送與消息接收兩個(gè)子模塊。消息發(fā)送模塊負(fù)責(zé)將經(jīng)過(guò)消

息構(gòu)成層轉(zhuǎn)換后的可被特定感知延伸設(shè)備理解的消息發(fā)送給底層設(shè)備。?

消息接收模塊則接收來(lái)自底層設(shè)備的消息，發(fā)送至標(biāo)準(zhǔn)消息構(gòu)成層進(jìn)行解析。?

感知延伸網(wǎng)絡(luò)由感知設(shè)備組成，包括射RFID、GPS、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、各類型傳感器等。感知延伸設(shè)備之間支持多種通信協(xié)議，可以組成Lonworks和Zigbee以及其他多種感知延伸網(wǎng)絡(luò)。?

信息交互流程?

（1）最終用戶產(chǎn)生符合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式的消息，并將其發(fā)送至網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)層的消息接收模塊。?（2）業(yè)務(wù)服務(wù)層消息接收模塊將標(biāo)準(zhǔn)消息發(fā)送至標(biāo)準(zhǔn)消息構(gòu)成層的消息解析模塊。?

（3）消息解析模塊調(diào)用相應(yīng)的消息轉(zhuǎn)換功能，將標(biāo)準(zhǔn)信息轉(zhuǎn)換為依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的消息。?

（4）消息解析模塊將轉(zhuǎn)換為依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的消息傳送至感知延伸服務(wù)層的消息發(fā)送模塊。?

（5）感知延伸服務(wù)層的消息發(fā)送模塊選擇合適的傳輸方式，將依賴設(shè)備通信協(xié)議的特定消息發(fā)送至具體的底層設(shè)備。?

（6）底層設(shè)備根據(jù)特定消息執(zhí)行信息采集操作，并將結(jié)果返回給網(wǎng)關(guān)感知延伸服務(wù)層的消息接收模塊。?

（7）網(wǎng)關(guān)的感知延伸服務(wù)層的消息接收模塊將依賴設(shè)備通信協(xié)議的特定消息傳送至標(biāo)準(zhǔn)消息構(gòu)成層的消息解析模塊。?

（8）消息解析模塊調(diào)用信息轉(zhuǎn)換模塊，將依賴于設(shè)備通信協(xié)議的特定消息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)消息。?從圖3可以看出，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)解決了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同設(shè)備無(wú)法統(tǒng)一控制和管理的問(wèn)題，達(dá)到屏蔽底層通信差異的目的，并使得最終用戶無(wú)需知道底層設(shè)備的具體通信細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同感知延伸層設(shè)備的統(tǒng)一訪問(wèn)。?

關(guān)鍵技術(shù)?

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中解決了以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。?

軟件交互協(xié)議的統(tǒng)一：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是以模塊化的方式實(shí)現(xiàn)軟硬件的各個(gè)部分，使得模塊之間的替換非常容易，以實(shí)現(xiàn)不同的感知延伸網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，屏蔽底層通信差異。其中硬件模塊采用UART總線形式進(jìn)行連接，軟件則采用模塊化可加載的方式運(yùn)行，并將共同部分抽象成公共模塊。因此，支持新的數(shù)據(jù)匯聚模塊和接入模塊則只需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的硬件模塊和驅(qū)動(dòng)程序即可。另外，添加統(tǒng)一的協(xié)議適配層（如圖6所示），將應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)一提取出來(lái)，按照TLV（type，length，value）的方式進(jìn)行組織，然后封裝數(shù)據(jù)包。使得在接入網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩际菢?biāo)準(zhǔn)的IP數(shù)據(jù)包，其中封裝了TLV格式的采集數(shù)據(jù)。?

統(tǒng)一地址轉(zhuǎn)換：不同的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)使用不同的編址方式，如ZigBee中有16位短地址，6LowPan中有64位地址。在應(yīng)用中只需要能定位到具體的節(jié)點(diǎn)即可，不需要關(guān)心節(jié)點(diǎn)是采用IP地址還是16位短地址，也不關(guān)心節(jié)點(diǎn)間的組網(wǎng)是采用ZigBee還是6LowPan或者其他方式。將這些地址轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的表示方式，有利于應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，因此在網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)一種地址映射機(jī)制，將IP或者16位短地址映射為統(tǒng)一的ID，在與應(yīng)用交互過(guò)程中只需要關(guān)注這個(gè)ID即可。具體的映射方式可以采用從1累加的方式，當(dāng)網(wǎng)關(guān)接收到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，將該節(jié)點(diǎn)的地址映射為1，后續(xù)的依次加1，將這個(gè)映射表保存在網(wǎng)關(guān)中。同時(shí)還采用老化機(jī)制，在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)，將此條映射關(guān)系刪除。?

采集模塊數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一：采集模塊與網(wǎng)關(guān)之間定義AT指令集，節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee協(xié)議組網(wǎng)。在與網(wǎng)關(guān)的接口之間只關(guān)注一些對(duì)采集模塊的控制指令和數(shù)據(jù)交互指令，不關(guān)注具體的組網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)協(xié)議無(wú)關(guān)性。?

數(shù)據(jù)映射關(guān)系管理：如何管理網(wǎng)關(guān)連接的兩種或多種系統(tǒng)中的設(shè)備在通信數(shù)據(jù)中的映射關(guān)系，即通常意義上的尋址，是很重要的步驟。而這一部分針對(duì)網(wǎng)關(guān)所連接的不同，總線設(shè)備也有很大區(qū)別。本網(wǎng)關(guān)對(duì)所有可能下掛的模塊的輸入輸出數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分析，然后分別定義了各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的通信接