隨著公司發展其物聯網 （IoT） 戰略，一個明顯的趨勢是需要定制解決方案，包括物聯網網關組件。在embedded.com 上近的一篇博客中，我將這一趨勢描述為一個跡象，表明該行業正在從相對簡單的利用網關作為數據聚合器（包括基于云的存儲和處理）的實施轉向“物聯網 2.0”領域，其中智能從云端推送到網關和邊緣設備。此外，在這個 IoT 2.0 領域中，安全性得到了更全面的處理，連接性得到了擴展，包括整個網絡中的更多設備，直至企業。

從物聯網網關的角度來看，物聯網2.0意味著云戰略的網關組件需要全面的連接、安全和處理能力。從本質上講，物聯網網關需要是一種能夠承載和處理多種功能的智能設備。在近的一份“物聯網和智能網關的市場”中，VDC Research 指出，智能網關部分是物聯網網關市場中規模、增長快的部分（圖 1）。深入了解智能物聯網網關是本文的重點。

圖 1：智能網關正在 IoT 世界取得令人矚目的進步。（：VDC/Research 2015）

定制化趨勢

哪些因素促使公司轉向定制化網關解決方案？

一個重要因素是連通性。需要在網絡內擴展物聯網范圍，無論是工廠、醫院還是家中的白色家電，都意味著將現有的舊設備或“棕地”設備與新設備連接起來，這通常會導致需要定制接口。

安全是另一個重要因素。隨著連接性在整個企業范圍內激增，可能會產生更多的攻擊點。當智能處理從云端推送到網關和邊緣設備時，企業越來越擔心網絡攻擊的風險。這些都是非常現實的問題，可能會擾亂運營、導致信息被盜，或者更糟的是，造成人員傷害。定制網關解決方案有助于解決特定于公司物聯網戰略和實施的威脅概況。

，特定的處理需求驅動智能網關的定制。這些要求可能包括網絡吞吐量、開源和專有 IP、軟實時與硬實時性能、電源管理、圖形和其他因素。這些因素對處理器的選擇也有重大影響。

毫無疑問，業務壓力是無情的。因此，網關要求變得越來越復雜，企業面臨著尋找既能滿足其特定技術需求又能滿足其業務目標的網關解決方案的重大挑戰。這就是推動物聯網網關定制需求的原因。

自定義連接

在大多數情況下，擴大范圍意味著集成新的物聯網基礎設施，同時考慮棕地部署中的現有設備和基礎設施。例如，在工廠車間，有許多類型的設備，例如控制器、傳感器和執行器，它們包括許多不同類型的物理連接選項，包括串行現場總線、工業以太網、無線、專有等等。

在 IoT 2.0 之前，構建此類拓撲的常見方法是集成一系列現成的路由器、網橋和網關，將所有東西聯網在一起。不幸的是，這需要設備的激增，更不用說需要更多的基礎設施、多種類型的備件和更多的故障點。顯然，如今更希望使用少數量的組件實施 IoT 網絡拓撲。構建自定義網關是實現此目標的一種方法，如圖 2 所示。

圖 2. 利用定制智能網關的工業物聯網環境能夠簡化網絡拓撲、降低成本并提高運營可靠性。（：Mentor Graphics）

定制連接通常需要硬件和軟件。例如，如果工業自動化企業需要在邊緣集成新的 EtherCAT 連接設備，則該企業可以受益于網關中集成的 EtherCAT 硬件和隨附的軟件堆棧，與傳統接口一起集成。

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解決安全問題

為您的物聯網網絡構建多少安全性取決于幾個因素，但這一切都始于回答一個基本問題：“我在保護什么，它有什么價值？” 正如您所料，答案可以從很少到全部。在某些情況下，標準網絡安全（SSL 和 HTTPS）、防火墻、加密數據庫和校驗和安全可能就足夠了。在其他情況下，企業可能需要硬件強制執行的安全分區（很像 ARM TrustZone 環境）、支持證書的身份驗證，或者來自 Icon Labs 等供應商的安全解決方案，它可以檢測邊緣的安全事件并將它們給企業。安全定制需要綜合分析和研討會，從系統角度定義安全攻擊面，

網關處理要求

VDC 指出，智能網關基本上是一個強大的應用平臺。

一個重要的嵌入式趨勢是使用多核 SoC。近發布的 Mentor Graphics 智能網關系統設計套件 （SysDK） 等解決方案基于 NXP i.MX6（基于 ARM Cortex A9）四核處理器。該處理器針對圖形性能進行了優化，適用于高性能顯示器、數字標牌和相關圖形應用程序。一些客戶可能需要基于 NXP LS1021A（基于 ARM Cortex A7）的網關，因為它優化了網絡吞吐量。在其他情況下，根據要求，客戶可能希望使用更復雜的異構 SoC，例如包含 2x Cortex A15 + 2x Cortex M4 + DSP 的 TI Sitara AM572X。因此，當我們談論智能物聯網網關時，定制應該發生在硬件和軟件上。如果客戶需要大量處理能力來進行智能處理，那么具有多個操作系統的四核處理器或一個以 SMP 模式運行的操作系統可能是答案。或者對于更基本的處理，也許單個操作系統和單核處理器就足夠了。

對于復雜的 SoC，“安全融合網關”的概念已進入討論范圍。什么是安全融合網關？關于安全，隨著智能從云中轉移到邊緣，以及隨著越來越多的私人和潛在公共設備連接到網關，安全問題如何持續上升。融合的概念意味著在許多行業中，功能的融合是減少尺寸、重量、功率和成本的一種手段，通常稱為 SWaP-C。

客戶現在正在談論將安全性、專有功能和開源環境融合到基于日益復雜的 SoC 的更強大的智能網關中。這里不再討論現成的網關，而是定制和構建一個充分利用底層硬件并滿足業務差異化需求的網關。

出于性能原因和知識產權保護，顯然希望將專有應用程序與基于 Linux 的開源應用程序融合在一起。在某些情況下，公司正在利用異構內核進行電源管理。一個例子是 TI AM572x，其中耗電的 Cortex A15 內核在需要時進入休眠狀態，而 M4 內核執行所有必要的功能。

這種復雜的設計還需要一個工具解決方案，使開發人員能夠從整個系統的角度設計、開發和調試異構架構。Mentor Graphics 多核框架和異構解決方案等平臺專為解決這些系統設計復雜性而設計，如圖 3 所示。

圖 3：異構 SoC 和異構操作系統解決方案支持功能強大且定制的“安全融合”網關解決方案。（：Mentor Graphics）

推動網關定制需求的一個因素

除了已經提到的因素之外，一個也是極其重要的因素是降低成本。當客戶購買現成的網關時，會從幾個方面產生成本。首先，網關中很大一部分硬件很可能會閑置。因此，客戶正在為不必要的硬件付費，考慮到數量時，這些硬件會加起來。此外，如果所需功能不存在，則必須在以后購買和集成更多硬件（例如，用于 802.15.4 網狀連接的適配器），從而增加成本并向系統添加新層。

如今，企業可以自行設計和構建網關，或聯系合同制造商。定義需求、審查設計、獲取初始樣品、測試和驗證功能以及多次重復重新設計-測試-驗證周期的時間和成本可能會消耗數個季度，甚至數年的時間。還必須考慮與操作系統工具、安全性、連接性、電源管理、圖形、啟動機制、處理器間通信 （IPC） 相關的成本和復雜性，等等。

總結

隨著企業在 IoT 2.0 道路上努力，他們需要考慮越來越復雜的要求，但他們也有權衡的選擇。企業可以通過三種通用途徑來發展其物聯網網關戰略：

繼續集成和利用現成的硬件/軟件解決方案

利用現成的硬件，并投資定制的網關軟件

定制硬件和軟件

在每種情況下，企業都必須考慮以下問題：

硬件成本是多少？我是否為不需要的硬件付費？

如果我需要定制硬件支持，我有哪些選擇？

我是否有能力定制軟件，以在短期和長期內充分利用我的硬件？

我們正在進入定制化智能物聯網網關時代。隨著公司尋求提高業務成果并在競爭中脫穎而出，顯然需要定制解決方案。這些解決方案必須考慮到棕地安裝、全面連接、端到端安全以及隨著智能和處理從云端推向邊緣的特定要求。顯然，物聯網供應鏈正朝著這個方向發展。Mentor Graphics近發布的智能物聯網網關 SysDK 等解決方案旨在滿足新興智能物聯網網關的定制需求。