物联网网关技术发展现状探析＊

王诗莹，滕海坤，李伦彬



物联网网关技术发展现状探析＊

王诗莹，滕海坤，李伦彬

（黑河学院计算机与信息工程学院，黑龙江 黑河 164300）

2009年，温家宝总理在无锡研发中心做出迅速建立感知中国中心的指示，“物联网”概念在全国范围内被正式提出，并迅速应用于多个产业链。物联网网关作为物联网的重要组成部分，是连接传感网和通信网的桥梁，由硬件和软件共同组成。以物联网为切入点，结合国内外相关研究资料，对物联网网关技术的发展现状进行了系统、深入分析。

物联网网关；硬件技术；软件技术；现状探析

物联网（Internet of Things，IOT）思想起源于美国，由比尔•盖茨首先提出，1999年美国麻省理工学院自动化识别中心首次对物联网的内涵进行界定，指出物联网属于人工智能范畴，通过在物体上嵌入电子标签，利用通信网络将相关数据传输至终端，达到及时掌握物质和信息的目的。其他部门也在后续的研究中对物联网的概念和定义进行了扩展与补充[1]。2000年，物联网被定义为将人类工作、生活过程中真实存在的事物互联互通的网络。2005年，国际电信联盟将物联网定义为所有物体利用遥感技术进行信息交换的大数据平台。2009年，IBM公司进一步提升物联网的地位，将其视为振兴美国经济的“重要生产力”。2012年，美国政府加大投资建设物联网基础设施，欧洲、日本、韩国等也纷纷推进物联网的建设。在国内，在国家中长期科学与技术发展规划和新一代宽带移动无线通信网等相关政策的引导下，物联网体系框架已经初步形成，逐渐向国际体系靠拢。

在物联网体系框架中，物联网网关由多层次架构构成，具有实现广域互联和局域互联的重要作用。本文从物联网网关概述、物联网网关的硬件设施发展现状和物联网网关的软件设施发展现状3个方面进行综述。

1 物联网网关概述

以物联网网关为关键词，在中国知网中进行搜索，发现物联网网关是2010年之后出现的新名词，这与2009年温家宝总理在无锡微纳传感网工程技术研发中心发表重要讲话事件相吻合。从国内看，物联网网关研究还处于新兴阶段，相关文献数量呈稳步增长趋势，2015年至今趋于稳定。目前，中国知网共收录相关文献278篇，有的侧重于技术开发，有的则结合相应的行业背景，比如智能家居、智慧油田、智慧医疗等。在体系结构方面，目前最常用为三层体系架构[2]和四层体系架构[3]。三层体系架构分为感知层、网络层和应用层，其中感知层指对现实世界中各种事物的感知，主要完成感知设备的物理接入和组网控制；网络层用于通信网络的管理和远程数据的传输；应用层面向物联网最终端的用户，接触到行业的具体业务管理。随着物联网的广泛应用，应用层的终端用户已经扩展至10多个领域，包括智慧物流、智能家居、智能楼宇、精细农业、感知医疗、智能电网、智能交通、工业监控和公共安全等。物联网网关还可以分为感知接口层、协议适配层、数据模型同步层和平台通信层4个部分，其中，感知接口层提供设备接入的接口；协议适配层负责对搜集来的数据进入封装，并上传至数据模型同步层；数据模型同步层对数据进行更新和处理；平台通信层则负责与云平台对接。上述研究一定程度上推进了物联网网关的发展，无论架构哪种体系，均由软件和硬件两部分进行支撑，而最重要的硬件由传感器构成，软件则根据实际情况选择不同的编程语言。

2 物联网网关的硬件设施

传感器是物联网网关硬件设施中最重要的组成之一。物联网虽然是一个新兴概念，而传感器却是一个已有概念，在中国知网上，以传感器为关键字进行搜索，发现最早的研究可以追溯至20世纪50年代，相关研究共329 035篇。因此，物联网是对现有技术的一个综合利用，有其现实基础，而不是一个新的技术。通过对现在研究分析发现，传感器相关研究主要分为传感器的研发和传感器的应用两大方面，由于物联网的发展，传感器技术也需要不断提高。传感器于物联网具有重大意义[4]：①传感器是物联网的重要组成部分，是云平台和终端用户连接的重要手段，是物联网建设的基础部件；②物联网运行性能一定程度上依赖于传感器，因为传感器是数据和信息准确、可靠的基础保证；③传感器推动物联网网络的发展，随着传感器不断升级，形成的传感器网络也不断更新换代，物联网也是第4代传感器网络推动的结果；④传感器的水平决定物联网的发展前景。传感器技术经过近70年的发展，虽然已经取得了很大的进步，但是还有许多问题有待于解决。与计算机、通信技术相比，传感器技术的发展还处于弱势地位，比如技术创新能力差、研究投入不足、人才短缺和竞争力弱等。综上所述，在推动物联网发展的同时，也要重视推动传感器技术的发展，加强国内自主权，既能提升自身经济，还可以保证国内市场的稳定发展。

3 物联网网关的软件设计

物联网网关的软件在整个过程中起辅助作用，却至关重要，软件与硬件缺一不可。物联网网关的软件设计在软件开发平台的选择上，多以Linux系统为主，在开发语言上具有多种选择，与计算机编程语言的发展相一致[5]。计算机语言经历了机器语言、汇编语言和高级语言3个阶段，而机器语言编程效率低，已经被淘汰，因此，在设计过程中多使用汇编语言和高级语言，并以高级语言为主。不同学者尝试利用不同的语言编写物联网网关软件，比如C/C++，但上述语言编写过于烦琐、安全性低且要求开发人员技术熟练。为此，有学者提出使用实时Java语言[6]，其不仅将Java语言的优点集于一身，还对实时程序中的缺陷进行了扩展。Python语言也成为近年应用的热点。

4 结论

通过资料分析可知，国内外各行各业逐渐重视物联网的发展，将其视为新的经济增长点，制定了国家的长期战略规划，并提出“智慧地球”的目标。物联网网关作为物联网的重要组成部分，其具有桥梁的作用，连接着终端用户与云平台，保证数据的传输过程。本文以物联网网关为研究对象，对其研究情况和体系架构进行概述，详细介绍了三层体系架构和四层体系架构。在此基础上，分别对物联网网关的硬件和软件进行综述，并发现传感器技术是物联网发展的关键，而Java技术在物联网中的需求也在不断增加，且利用Python也是未来发展的一个趋势。

［1］苏美文.物联网产业发展的理论分析与对策研究［D］.辽宁：吉林大学，2015.

［2］滕海坤，刘心声，李伦彬.基于RTSJ的物联网智能网关研究［J］.盐城工学院学报（自然科学版），2018，31（1）：30-35.

［3］田创，陈文艺.物联网平台接入网关研究［J］.信息技术，2018（9）：125-129.

［4］丁露，倪佳.物联网与传感器技术发展综述［J］.中国仪器仪表，2013（9）：26-29.

［5］蒋昌茂，刘洪林，梁润华.基于ZigBee、WiFi无线传感网络的智能家居环境监测系统的研究与实现［J］.科技与创新，2018（1）：45-48.

［6］滕海坤，陆二庆.基于RTSJ的智能家居系统网关设计［J］.桂林理工大学学报，2011，31（1）：148-152.

TP393.03

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.069

2095－6835（2018）22－0069－02

黑龙江省高校基本科研业务费黑河学院专项资金项目（2017-KYYWF-0361）

王诗莹（1985—），女，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，博士。

〔编辑：严丽琴〕