物聯網網關設計

網關連接兩個不同的網絡,以便數據可以在它們之間流動。通常,這是專有網絡和Internet之間的連接。

例如,在家庭自動化中,不同的公用事業公司可能會在您的房屋中安裝各種各樣的IoT設備,每個設備都有自己的網關。這些可以包括電力或天然氣,水,電話,互聯網,有線/衛星,警報系統,醫療設備等。這些網關中的某些可能需要其他功能,例如本地存儲或用戶界面。

民用網際網路與裝置網際網路

毫不奇怪,人們和嵌入式設備使用Internet的方式非常不同。

人們主要通過萬維網來使用Internet,這是在Internet上運行的一組應用程序。當然,Web並不是Internet的整個人機界面。我們還使用電子郵件,短信,移動應用程序和一系列社交媒體工具。

相比之下,在物聯網中,自主電子設備通過互聯網彼此交換信息。但是這些設備尚不具備與Web瀏覽器和社交媒體等效的機器。我們正處於開發這些新工具和服務的開始。

TCP / IP協議棧

TCP / IP協議棧是Internet的核心。可以使用OSI七層參考模型來表示它,如下所示。前三層分組在一起,從而簡化了模型。

TCP-IP堆棧參考模型.jpg

物理和數據鏈路層

嵌入式系統使用的最常見的物理層協議是:

以太網(10、100、1G)

WiFi(802.11b,g,n)

帶有PPP的串行(點對點協議)

GSM,3G,LTE,4G

網絡層

這就是互聯網的生存之所。互聯網(Inter-Network的縮寫)之所以這樣命名,是因爲它提供了網絡之間,物理層之間的連接。這是我們找到無處不在的IP地址的地方。

傳輸層

在網絡層上方,我們找到兩個傳輸協議TCP和UDP。

TCP用於我們與Web的大多數人類交互(電子郵件,Web瀏覽等)。因此,很多人認爲TCP應該是傳輸層上唯一使用的協議。TCP提供了邏輯連接,傳輸的數據包的確認,丟失的數據包的重新傳輸以及流控制的概念。

但是對於嵌入式系統,TCP可能會顯得過大。這就是爲什麼即使UDP長期以來一直僅限於DNS和DHCP等網絡服務,現在卻在傳感器獲取和遠程控制方面找到了新的家的原因。

UDP也更適合於實時數據應用程序,例如語音和視頻。原因是TCP的數據包確認和重傳功能對於這些應用程序來說是無用的開銷。如果一條數據沒有及時到達目的地,則沒有必要重新傳輸數據包。它將不按順序到達並使消息混亂。

在設計物聯網設備時,必須考慮如何將本地網絡連接到Internet。您可以通過網關執行此操作,也可以將此功能內置到設備本身中。現在,許多MCU具有集成的以太網控制器,這使這項工作變得更加容易。

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