關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)所擁有機(jī)遇和挑戰(zhàn)分析介紹

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，看似陌生又熟悉的詞語(yǔ)，既是信息數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，也是協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)把關(guān)人，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)解決方案中到底扮演怎樣的角色，又面臨怎樣的挑戰(zhàn)與機(jī)遇呢。且聽(tīng)知乎達(dá)人娓娓道來(lái)。

作為異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，網(wǎng)關(guān)是伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展一直存在的概念和產(chǎn)品。在萬(wàn)物互聯(lián)的今天，各類(lèi)新興的網(wǎng)絡(luò)連接形式和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，而近距網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)距網(wǎng)絡(luò)又常常無(wú)法采用統(tǒng)一的協(xié)議，所以網(wǎng)關(guān)的部署在所難免。這不僅給網(wǎng)關(guān)帶來(lái)了新的機(jī)遇，也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的需求數(shù)量巨大，但也面臨著來(lái)自成本、市場(chǎng)碎片化、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)安全等新的挑戰(zhàn)。

網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)體系建設(shè)中是一類(lèi)比較尷尬的技術(shù)組件，甚至連它的名字都如此尷尬：網(wǎng)關(guān)還是終端，這是一個(gè)問(wèn)題；更別說(shuō)還有沿襲了專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域歷史的眾多名字了，如名目眾多的數(shù)據(jù)采集器、RTU、DTU、通信管理機(jī)、能源管理網(wǎng)關(guān)、家庭網(wǎng)關(guān)等等。反正你總得把傳感器的信號(hào)匯總、轉(zhuǎn)換到可以經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距網(wǎng)絡(luò)傳輸所兼容的協(xié)議。還有一層尷尬就是其分類(lèi)，作為連接傳感層和傳輸層的設(shè)備，其自身到底應(yīng)歸于傳感層還是傳輸層，也是因時(shí)因地而不同的。出現(xiàn)這樣的尷尬，一方面是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)在業(yè)界剛剛才開(kāi)始形成一點(diǎn)共識(shí)，另一方面是即便是形成共識(shí)，在具體的應(yīng)用場(chǎng)景中為了節(jié)約成本、減少設(shè)備空間等原因，類(lèi)似異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)橋接、數(shù)據(jù)融合與格式轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程控制等功能也可能會(huì)被選擇集成一個(gè)設(shè)備中，從而造成一個(gè)具體的設(shè)備身兼多重功能，名稱(chēng)也自然而然地帶上了特定行業(yè)的烙印。

在原本針對(duì)“人”的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)際需要部署的網(wǎng)關(guān)數(shù)量并不多，一般一個(gè)局域網(wǎng)也就一個(gè)網(wǎng)關(guān)。而且除了扮演異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的橋接功能，更多地是在扮演安全防護(hù)的角色。但是在萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，就地網(wǎng)絡(luò)一般難以適用原有的Wi-Fi和以太網(wǎng)，更多采用比較適合傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸β薀o(wú)線連接，如ZigBee、Z-Wave、低功耗藍(lán)牙等等，還有為了強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定而開(kāi)發(fā)的新型電力載波等有線通信協(xié)議，更不用說(shuō)為了向上兼容而繼續(xù)連接的各種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議了。其中工業(yè)通信協(xié)議最具戲劇性，因?yàn)槊恳淮萎a(chǎn)業(yè)升級(jí)而出現(xiàn)的新的工業(yè)通信協(xié)議，幾乎從未能像其建立者所期望的那樣一統(tǒng)天下，更多的是把原本已經(jīng)夠復(fù)雜的現(xiàn)狀變得更加復(fù)雜。所以說(shuō)，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是在需要兼容大量歷史遺留設(shè)備的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，網(wǎng)關(guān)的存在是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的關(guān)鍵。而且由于異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量變多，網(wǎng)關(guān)的數(shù)量也成數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。比如一個(gè)中小型的生產(chǎn)性企業(yè)，原本的網(wǎng)關(guān)設(shè)備也許只存在于生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之間；現(xiàn)在則需要在采用各種不同協(xié)議的設(shè)備群體之間都添置網(wǎng)關(guān)。而且能源管理等原本在成本管理中被忽視的業(yè)務(wù)流程也隨著節(jié)能減排的需求而走到前臺(tái)。

但是，網(wǎng)關(guān)設(shè)備需求增長(zhǎng)的同時(shí)，也有如下挑戰(zhàn)需要面對(duì)。

首先面臨的挑戰(zhàn)就是成本壓力。設(shè)備聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的效益對(duì)于多數(shù)初涉物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)而言還難以清晰預(yù)測(cè)，因此在投資成本上的意愿不足。這一點(diǎn)和信息化產(chǎn)業(yè)中的每一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)化在初期所面臨的產(chǎn)業(yè)化困境是相同的。對(duì)于網(wǎng)關(guān)這類(lèi)使用數(shù)量較大、部署之后就容易被忽略的通訊連接設(shè)備，尤其如此。比如在樓宇能源管理的應(yīng)用場(chǎng)景下，7000RMB的網(wǎng)關(guān)價(jià)格尚可接受，因?yàn)槊孔鶚怯钜话阋簿褪褂?到2個(gè)網(wǎng)關(guān)；但是在分布式光伏電站的管理中，一個(gè)兆瓦級(jí)電站的網(wǎng)關(guān)數(shù)量以千計(jì)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)3000RM的價(jià)格已經(jīng)是招標(biāo)采購(gòu)中的極限，而且其中的通信協(xié)議、計(jì)算能力和工作環(huán)境要求卻更高。

成本的壓力還不止在網(wǎng)關(guān)設(shè)備的初投資中，還包括網(wǎng)關(guān)及其所連接的設(shè)備群的運(yùn)行維護(hù)中。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代所聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備在地理分布上可能是超出一所建筑物的，比如一個(gè)城市的能源管理網(wǎng)絡(luò)、一條石油管線的遠(yuǎn)程維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，地理分布擴(kuò)大到一個(gè)城市甚至跨越數(shù)個(gè)國(guó)家。一個(gè)網(wǎng)關(guān)的成本也許并不高，但如果設(shè)備商要負(fù)擔(dān)遠(yuǎn)距離出差產(chǎn)生的費(fèi)用，這筆費(fèi)用就要大大提高網(wǎng)關(guān)的售價(jià)。所以，網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程可維護(hù)性就變得極為關(guān)鍵。

其次就是需求市場(chǎng)的碎片化?，F(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)接的通信協(xié)議品類(lèi)繁多，一個(gè)產(chǎn)品難以用于所有的場(chǎng)景，而為每個(gè)場(chǎng)景都提供專(zhuān)用的網(wǎng)關(guān)又根本不具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)性。這就對(duì)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品及其開(kāi)發(fā)技術(shù)平臺(tái)的市場(chǎng)定位、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和技術(shù)研發(fā)都提出了新的挑戰(zhàn)。

再次就是穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。一個(gè)網(wǎng)關(guān)也許本身只有幾千元人民幣的投資，而一旦其出現(xiàn)故障，卻有可能因?yàn)橐l(fā)了關(guān)鍵設(shè)備群的停機(jī)而造成百萬(wàn)級(jí)的損失。所以不能因?yàn)槁?lián)網(wǎng)設(shè)備的穩(wěn)定性而為整個(gè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)引入新的風(fēng)險(xiǎn)。

最后是來(lái)自網(wǎng)絡(luò)安全的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代并不是新鮮話題，但是在物聯(lián)網(wǎng)卻更加突出。實(shí)際上除了新近開(kāi)發(fā)的一些協(xié)議，歷史遺留的工業(yè)通信協(xié)議一般是缺乏甚至根本不具備安全機(jī)制的。其中的原因在于，這些協(xié)議在設(shè)計(jì)理念上就是認(rèn)為通信是發(fā)生在有安保措施的廠房中的，所以并不考慮外來(lái)惡意介入的情況。但是在接入物聯(lián)網(wǎng)體系之后，這些網(wǎng)絡(luò)不同程度地暴露在工廠外的環(huán)境中，安全問(wèn)題就必須依靠網(wǎng)關(guān)來(lái)解決了。

當(dāng)然方法總是比問(wèn)題多，各類(lèi)相關(guān)技術(shù)提供商都在嘗試新的解決方案。

針對(duì)成本壓力和碎片化，開(kāi)發(fā)平臺(tái)技術(shù)逐漸成為網(wǎng)關(guān)領(lǐng)域的主流。比如各類(lèi)工業(yè)處理器廠家開(kāi)始提供相對(duì)通用的芯片架構(gòu)、硬件參考設(shè)計(jì)、配套的操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)套件，代表廠商如Intel和TI。一些網(wǎng)關(guān)生產(chǎn)企業(yè)在自身的產(chǎn)品定位中也開(kāi)始跳出單一領(lǐng)域的應(yīng)用，開(kāi)始針對(duì)碎片化市場(chǎng)進(jìn)行硬件需求的梳理，從而生產(chǎn)出可以適用于相似多個(gè)場(chǎng)景的網(wǎng)關(guān)。這類(lèi)網(wǎng)關(guān)的直接用戶(hù)并不是最終用戶(hù)，而是集成商。因?yàn)檫@類(lèi)網(wǎng)關(guān)雖然外觀看起來(lái)是一個(gè)產(chǎn)品，但就其功能而言還只是一個(gè)二次開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，因此也常被成為“空白網(wǎng)關(guān)”。這類(lèi)產(chǎn)品典型來(lái)自研華和MOXA，此外初創(chuàng)企業(yè)也很多。

空白網(wǎng)關(guān)成為最終用戶(hù)可以利用的設(shè)備，一般需要集成商根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的目的客制化開(kāi)發(fā)，比如集成客戶(hù)所需要的通信協(xié)議或者其他的配置功能。幸好這種二次開(kāi)發(fā)的工作已經(jīng)沒(méi)有早先時(shí)候那么大了，因?yàn)橐恍┕I(yè)軟件提供商已經(jīng)在提供多協(xié)議轉(zhuǎn)換的軟件平臺(tái)。這類(lèi)平臺(tái)的特點(diǎn)是內(nèi)置了協(xié)議轉(zhuǎn)換算法，在其兼容的協(xié)議范圍內(nèi)通過(guò)人性化的配置而不是程序員的編碼，就可以實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的基本功能?？瞻拙W(wǎng)關(guān)加軟件可配置平臺(tái)的一個(gè)附加好處就是穩(wěn)定性，因?yàn)橛布纳a(chǎn)可以上批量，質(zhì)量管控也有了保證。

至于安全性，中國(guó)公安部三所已經(jīng)展開(kāi)了工業(yè)通信設(shè)備的安全認(rèn)證，未來(lái)預(yù)計(jì)還會(huì)有新的進(jìn)展。當(dāng)然還有一類(lèi)企業(yè)專(zhuān)攻類(lèi)似智能電網(wǎng)之類(lèi)的單一大容量市場(chǎng)，在市場(chǎng)策略上繞開(kāi)這些挑戰(zhàn)。

總體可以預(yù)期的是，隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的逐漸成熟，網(wǎng)關(guān)也會(huì)逐漸出現(xiàn)主流的技術(shù)架構(gòu)，綜合考慮對(duì)各種挑戰(zhàn)的應(yīng)對(duì)。