物联网(IoT)到云：计算和通信网关

物联网 (IoT) 与云计算的集成越来越重要，普适计算世界的趋势是提高生产力、降低成本和改进工作安全协议。

什么是物联网网关？

物联网实施中的计算和通信网关在将预处理后的过滤数据路由到云平台方面起着决定性的作用。但是这些物联网网关是由什么组成的呢？IoT 网关包括处理器、RAM、支持的无线连接、安全模型、操作系统以及 I/O、GPIO、外形尺寸等技术特性。这样，网关作为路由器运行，使集中式流量管理变得容易控制和分析。然而，物联网网关的一些重要特性包括可扩展性、连接性、主动参与、人工智能和分析/感知。

物联网协议

物联网通信网关是使用数百种协议的主要基础设施。物联网通信协议有助于建立从设备到设备或设备到云的通信网关，确保连接的物联网设备之间的安全数据交换。物联网协议主要分为应用（AMQP、MQTT、CoAP）、传输（UDP、TCP）、网络（6LoWPAN、IP）、数据链路（LPWAN、IEEE 802.15.4 MAC）、物理层（IEEE 802.15.4 MAC、NFC、RFID、BLE、以太网）。

通信网关

这些协议分层工作以实现人与设备之间的通信。四种广泛使用的物联网通信模型是请求-响应模型、发布者-订阅者模型、推拉模型和独占对模型。这些通信模型的使用主要取决于通信的目的。例如，客户端使用请求-响应模型来发出服务器响应的请求。然而，所有通信系统的目标都是相同的。但数据的保留和对请求的响应处理方式不同。

物联网网关及其应用

基于这些通信模型，物联网设备适用于现实世界的实例，将事物转变为智能世界。最明显的实时物联网应用是智能家居、互联健康、可穿戴设备、汽车、酒店和农业，它们使用人工智能作为核心元素。同样，网关使用低功耗蓝牙、ZigBee、蜂窝网络、WiFi、射频识别 (RFID)、LoRa 等短无线传输，然后链接到 MQTT 等标准协议。

REST、CoAP、MQTT 和其他基于 IPv6 或 IPv4 的使用 JSON 负载的标准协议确保了它与市场上几乎所有平台的兼容性。最常见的物联网传感器是低级 RFID 标签，从商店商品到仓库设备再到护照，再到夜间进入办公室的“安全”徽章，无处不在。

此外，物联网网关设计人员也不能忽视物联网传感器或执行器与标准接口的连接。尽管通过标准接口收集数据，但来自物联网设备的数据直接存储在云端；因此数据记录很重要。

物联网政策

在 2018 年通过通用数据保护条例 (GDPR) 之后，一些带注释的隐私政策结构化和形式化是作为可用隐私政策 (UPP) 项目一部分的 OPP-115 数据集、APP-350 数据集、MAPS 数据集——一个APP-350 在 Google Play 中的扩展等。随着时间的推移，隐私政策已被修改以改进其功能和元素的使用。2021 年，引入了物联网数据集隐私政策。然而，该政策未被亚马逊、沃尔玛、谷歌和其他物联网设备制造商实施，特别是针对智能设备。

相反，截至 2021 年 6 月，美国还没有类似 GDPR 的国家物联网网络安全框架或全面的联邦法律来规范个人信息的收集和使用。

生长

据 Statista 称，全球物联网设备数量预计将以 14% 的速度增长三倍，从 2022 年的 144 亿跃升至 2030 年的 290 亿以上。中国的物联网设备连接数量最多，即约 50 亿台设备。到 2030 年，全球物联网行业收入预计将超过 1 万亿美元。

物联网连接的增长值得关注；尽管它很受欢迎，但这种大规模的数据收集和处理技术给我们带来了许多挑战。数据安全、隐私、容量和复杂性是物联网世界需要解决的核心问题，这是通过采用大数据提出的。此外，此类设备生成的数据是非结构化且复杂的，并且提供的数据集视角有限。

挑战

除了物联网网关数据流之外，安全性是最主要的问题之一，因为所有云连接中的加密协议对于上传数据的完整性和避免远程基础设施设置中的网络安全威胁至关重要。此外，由于云平台的集中特性，物联网应用程序面临的大量问题包括处理每一位数据、存储、带宽问题、高延迟和网络拥塞。

物联网网关在不同领域有多种实现方式，例如物联网设备之间的通信转换和数据过滤。物联网提高了计算过程的效率，使个人能够做出更明智、更明智的决策。此外，云上收集的数据直接流动通过取代不必要的和个性化的预测性维护措施降低了维护成本。

除了隐私问题外，物联网通信网关缺乏其他智能设备的更新功能。然而，物联网设备在家庭和专业环境中实施和采用智能生活方面具有革命性意义。不幸的是，一些与不可靠的防火墙和其他安全问题有关的被忽视的物联网威胁使数据传输到云容易受到恶意软件的攻击，并存在勒索的可能性。

物联网网关在广泛的工业运营中采用缓慢的原因之一是其数据收集过程非常宝贵。由于物联网网关实时监控和管理远程系统具有优势、劣势和需要解决的挑战。

因此，成功集成的一些物联网安全挑战是未加密的数据存储、不安全的财务信息、容易访问物理财产、弱密码和身份验证过程，以及僵尸网络和恶意物联网设备。尽管如此，数据生产量正在以最快的速度增长。2019 年产生的绝对数据量约为 18.3 ZB，预计到 2025 年将增长73.1 ZB。

物联网提供什么好处？

除了物联网技术带来的挑战之外，我们不能破坏它提供的潜在好处。麦肯锡报告称，物联网约 40% 的潜在好处是通过物联网系统之间的互操作性获得的。连接设备、联网和交换数据都是功能性物联网不可或缺的组成部分。因此，每个物联网供应商都必须立即准备好网络以进行集成。考虑到物联网设备的可持续性，全球一些领先企业已经投资采用物联网来降低成本和能源消耗。

例如，根据 Gartner 的报告，谷歌的运营利用物联网和机器学习技术来监控数据中心的温度和其他指标。该数据的跟踪报告显示，物联网和机器学习的使用为谷歌提供了三倍半的计算能力，随后能源使用减少了 15%，冷却费用减少了 40%。

为了可持续发展，物联网传感器用于监测、跟踪和减少碳排放。据预测，到 2030 年，智能能源将减少 85% 的碳排放量。尽管物联网的实施率相对较低，但许多组织已将运营成本削减 4-5%。

一些公司已经在农业、能源生产、供应、制造、建筑、医疗保健等领域转变了他们的商业模式。例如空中客车公司的未来工厂、卡特彼勒的工业物联网先驱、库卡的互联机器人、ABB 的智能机器人等。

最后的想法

由于人工智能通过启用网络和设备释放了真正的物联网潜力，因此物联网更有可能成为帮助世界从过去改善生活的决定中吸取教训并将保留数据隐私作为主要问题的优先事项的一个非常重要的元素。此外，物联网计算和通信网关的进一步技术进步可能会提高工业绩效和决策能力。