隨著公司發(fā)展其物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 戰(zhàn)略，一個(gè)明顯的趨勢是需要定制解決方案，包括物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)組件。在embedded.com 上近的一篇博客中，我將這一趨勢描述為一個(gè)跡象，表明該行業(yè)正在從相對簡單的利用網(wǎng)關(guān)作為數(shù)據(jù)聚合器（包括基于云的存儲(chǔ)和處理）的實(shí)施轉(zhuǎn)向“物聯(lián)網(wǎng) 2.0”領(lǐng)域，其中智能從云端推送到網(wǎng)關(guān)和邊緣設(shè)備。此外，在這個(gè) IoT 2.0 領(lǐng)域中，安全性得到了更全面的處理，連接性得到了擴(kuò)展，包括整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的更多設(shè)備，直至企業(yè)。

從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)2.0意味著云戰(zhàn)略的網(wǎng)關(guān)組件需要全面的連接、安全和處理能力。從本質(zhì)上講，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)需要是一種能夠承載和處理多種功能的智能設(shè)備。在近的一份“物聯(lián)網(wǎng)和智能網(wǎng)關(guān)的市場”中，VDC Research 指出，智能網(wǎng)關(guān)部分是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)市場中規(guī)模、增長快的部分（圖 1）。深入了解智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是本文的重點(diǎn)。

圖 1：智能網(wǎng)關(guān)正在 IoT 世界取得令人矚目的進(jìn)步。（：VDC/Research 2015）

定制化趨勢

哪些因素促使公司轉(zhuǎn)向定制化網(wǎng)關(guān)解決方案？

一個(gè)重要因素是連通性。需要在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)范圍，無論是工廠、醫(yī)院還是家中的白色家電，都意味著將現(xiàn)有的舊設(shè)備或“棕地”設(shè)備與新設(shè)備連接起來，這通常會(huì)導(dǎo)致需要定制接口。

安全是另一個(gè)重要因素。隨著連接性在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)激增，可能會(huì)產(chǎn)生更多的攻擊點(diǎn)。當(dāng)智能處理從云端推送到網(wǎng)關(guān)和邊緣設(shè)備時(shí)，企業(yè)越來越擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。這些都是非?，F(xiàn)實(shí)的問題，可能會(huì)擾亂運(yùn)營、導(dǎo)致信息被盜，或者更糟的是，造成人員傷害。定制網(wǎng)關(guān)解決方案有助于解決特定于公司物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略和實(shí)施的威脅概況。

，特定的處理需求驅(qū)動(dòng)智能網(wǎng)關(guān)的定制。這些要求可能包括網(wǎng)絡(luò)吞吐量、開源和專有 IP、軟實(shí)時(shí)與硬實(shí)時(shí)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(yè)務(wù)壓力是無情的。因此，網(wǎng)關(guān)要求變得越來越復(fù)雜，企業(yè)面臨著尋找既能滿足其特定技術(shù)需求又能滿足其業(yè)務(wù)目標(biāo)的網(wǎng)關(guān)解決方案的重大挑戰(zhàn)。這就是推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)定制需求的原因。

自定義連接

在大多數(shù)情況下，擴(kuò)大范圍意味著集成新的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)考慮棕地部署中的現(xiàn)有設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施。例如，在工廠車間，有許多類型的設(shè)備，例如控制器、傳感器和執(zhí)行器，它們包括許多不同類型的物理連接選項(xiàng)，包括串行現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無線、專有等等。

在 IoT 2.0 之前，構(gòu)建此類拓?fù)涞某Ｒ姺椒ㄊ羌梢幌盗鞋F(xiàn)成的路由器、網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)，將所有東西聯(lián)網(wǎng)在一起。不幸的是，這需要設(shè)備的激增，更不用說需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施、多種類型的備件和更多的故障點(diǎn)。顯然，如今更希望使用少數(shù)量的組件實(shí)施 IoT 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。?gòu)建自定義網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的一種方法，如圖 2 所示。

圖 2. 利用定制智能網(wǎng)關(guān)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境能夠簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、降低成本并提高運(yùn)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(yè)自動(dòng)化企業(yè)需要在邊緣集成新的 EtherCAT 連接設(shè)備，則該企業(yè)可以受益于網(wǎng)關(guān)中集成的 EtherCAT 硬件和隨附的軟件堆棧，與傳統(tǒng)接口一起集成。

下一頁 》》

解決安全問題

為您的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建多少安全性取決于幾個(gè)因素，但這一切都始于回答一個(gè)基本問題：“我在保護(hù)什么，它有什么價(jià)值？” 正如您所料，答案可以從很少到全部。在某些情況下，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)安全（SSL 和 HTTPS）、防火墻、加密數(shù)據(jù)庫和校驗(yàn)和安全可能就足夠了。在其他情況下，企業(yè)可能需要硬件強(qiáng)制執(zhí)行的安全分區(qū)（很像 ARM TrustZone 環(huán)境）、支持證書的身份驗(yàn)證，或者來自 Icon Labs 等供應(yīng)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(yè)。安全定制需要綜合分析和研討會(huì)，從系統(tǒng)角度定義安全攻擊面，

網(wǎng)關(guān)處理要求

VDC 指出，智能網(wǎng)關(guān)基本上是一個(gè)強(qiáng)大的應(yīng)用平臺(tái)。

一個(gè)重要的嵌入式趨勢是使用多核 SoC。近發(fā)布的 Mentor Graphics 智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行了優(yōu)化，適用于高性能顯示器、數(shù)字標(biāo)牌和相關(guān)圖形應(yīng)用程序。一些客戶可能需要基于 NXP LS1021A（基于 ARM Cortex A7）的網(wǎng)關(guān)，因?yàn)樗鼉?yōu)化了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。在其他情況下，根據(jù)要求，客戶可能希望使用更復(fù)雜的異構(gòu) SoC，例如包含 2x Cortex A15 + 2x Cortex M4 + DSP 的 TI Sitara AM572X。因此，當(dāng)我們談?wù)撝悄芪锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)時(shí)，定制應(yīng)該發(fā)生在硬件和軟件上。如果客戶需要大量處理能力來進(jìn)行智能處理，那么具有多個(gè)操作系統(tǒng)的四核處理器或一個(gè)以 SMP 模式運(yùn)行的操作系統(tǒng)可能是答案?；蛘邔τ诟镜奶幚恚苍S單個(gè)操作系統(tǒng)和單核處理器就足夠了。

對于復(fù)雜的 SoC，“安全融合網(wǎng)關(guān)”的概念已進(jìn)入討論范圍。什么是安全融合網(wǎng)關(guān)？關(guān)于安全，隨著智能從云中轉(zhuǎn)移到邊緣，以及隨著越來越多的私人和潛在公共設(shè)備連接到網(wǎng)關(guān)，安全問題如何持續(xù)上升。融合的概念意味著在許多行業(yè)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(xiàn)在正在談?wù)搶踩?、專有功能和開源環(huán)境融合到基于日益復(fù)雜的 SoC 的更強(qiáng)大的智能網(wǎng)關(guān)中。這里不再討論現(xiàn)成的網(wǎng)關(guān)，而是定制和構(gòu)建一個(gè)充分利用底層硬件并滿足業(yè)務(wù)差異化需求的網(wǎng)關(guān)。

出于性能原因和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，顯然希望將專有應(yīng)用程序與基于 Linux 的開源應(yīng)用程序融合在一起。在某些情況下，公司正在利用異構(gòu)內(nèi)核進(jìn)行電源管理。一個(gè)例子是 TI AM572x，其中耗電的 Cortex A15 內(nèi)核在需要時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，而 M4 內(nèi)核執(zhí)行所有必要的功能。

這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)還需要一個(gè)工具解決方案，使開發(fā)人員能夠從整個(gè)系統(tǒng)的角度設(shè)計(jì)、開發(fā)和調(diào)試異構(gòu)架構(gòu)。Mentor Graphics 多核框架和異構(gòu)解決方案等平臺(tái)專為解決這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性而設(shè)計(jì)，如圖 3 所示。

圖 3：異構(gòu) SoC 和異構(gòu)操作系統(tǒng)解決方案支持功能強(qiáng)大且定制的“安全融合”網(wǎng)關(guān)解決方案。（：Mentor Graphics）

推動(dòng)網(wǎng)關(guān)定制需求的一個(gè)因素

除了已經(jīng)提到的因素之外，一個(gè)也是極其重要的因素是降低成本。當(dāng)客戶購買現(xiàn)成的網(wǎng)關(guān)時(shí)，會(huì)從幾個(gè)方面產(chǎn)生成本。首先，網(wǎng)關(guān)中很大一部分硬件很可能會(huì)閑置。因此，客戶正在為不必要的硬件付費(fèi)，考慮到數(shù)量時(shí)，這些硬件會(huì)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(wǎng)狀連接的適配器），從而增加成本并向系統(tǒng)添加新層。

如今，企業(yè)可以自行設(shè)計(jì)和構(gòu)建網(wǎng)關(guān)，或聯(lián)系合同制造商。定義需求、審查設(shè)計(jì)、獲取初始樣品、測試和驗(yàn)證功能以及多次重復(fù)重新設(shè)計(jì)-測試-驗(yàn)證周期的時(shí)間和成本可能會(huì)消耗數(shù)個(gè)季度，甚至數(shù)年的時(shí)間。還必須考慮與操作系統(tǒng)工具、安全性、連接性、電源管理、圖形、啟動(dòng)機(jī)制、處理器間通信 （IPC） 相關(guān)的成本和復(fù)雜性，等等。

總結(jié)

隨著企業(yè)在 IoT 2.0 道路上努力，他們需要考慮越來越復(fù)雜的要求，但他們也有權(quán)衡的選擇。企業(yè)可以通過三種通用途徑來發(fā)展其物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)戰(zhàn)略：

繼續(xù)集成和利用現(xiàn)成的硬件/軟件解決方案

利用現(xiàn)成的硬件，并投資定制的網(wǎng)關(guān)軟件

定制硬件和軟件

在每種情況下，企業(yè)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(fèi)？

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(nèi)充分利用我的硬件？

我們正在進(jìn)入定制化智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)時(shí)代。隨著公司尋求提高業(yè)務(wù)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(lián)網(wǎng)供應(yīng)鏈正朝著這個(gè)方向發(fā)展。Mentor Graphics近發(fā)布的智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān) SysDK 等解決方案旨在滿足新興智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的定制需求。