物联网网关是什么，有哪些类型

物联网网关是一种连接物联网设备、设备系统、传感器和云的设备，它在物联网体系中扮演着至关重要的角色。物联网网关能够将现场设备和集中式云连接起来，提供本地处理和存储解决方案，并能够基于传感器输入的数据自主控制现场设备。同时，物联网网关还负责数据的双向传输，即从物联网传感器接收数据并将其发送到云，以及从云中接收信息并将其传递到设备本身。这种功能使得物联网网关成为物联网系统中不可或缺的一部分。

物联网网关的类型多种多样，每种类型都旨在满足特定的物联网部署场景和要求。

无线数据终端（DTU） ：功能：主要功能是将现场设备的数据通过无线网络传输到远程服务器或云平台。应用场景：广泛适用于工业监控、环境监测和农业物联网等领域，如空气质量、水质监测站的数据采集与传输，以及农业生产中土壤湿度、温度等环境参数的远程监测。

数据采集网关 ：功能：专门用于数据采集和传输，能够将各种传感器采集到的数据汇聚并传输到中央服务器或云平台。应用场景：在农业物联网、环境监测和工业自动化等领域发挥重要作用，如采集土壤湿度、温度、光照等环境参数，为农业生产提供实时数据支持，或监控生产线设备状态、采集生产数据等。智能网关 ：功能：集数据采集、传输和本地处理于一体，能够根据预设规则对数据进行处理和响应。应用场景：特别适合需要实时监控和快速响应的应用场景，如工业自动化中的生产线监控、设备故障检测和报警，以及智能安防和智能楼宇等领域。边缘计算网关 ：功能：在靠近数据源的地方进行数据处理和分析，减少数据传输的延迟，提高系统的响应速度和效率。应用场景：广泛应用于智能制造、智慧城市、智能家居和智能交通等领域，如实时监控生产线数据、优化生产流程，或监控和管理城市基础设施等。云网关 ：功能：促进物联网设备和云平台之间的通信，将数据从物联网设备传输到指定的云服务进行存储、分析和进一步处理。应用场景：非常适合需要大量数据分析和基于云的服务的应用场景。多协议网关 ：功能：支持多种通信协议和标准，允许使用不同协议的设备无缝连接和通信。应用场景：用途广泛，可以处理不同的物联网设备生态系统，从而简化集成和互操作性挑战。混合网关 ：功能：将边缘计算功能与云连接相结合，提供执行本地处理和决策的灵活性，同时还利用云资源进行广泛的数据分析和存储。应用场景：适用于需要在边缘和基于云的功能之间取得平衡的应用场景。雾网关 ：功能：部署在网络边缘，具有比边缘网关更强的处理能力和存储能力，执行本地数据处理和分析，同时聚合数据并将数据转发到云端。应用场景：适用于需要本地处理和云连接相结合的应用场景。

选择正确的物联网网关类型取决于多种因素，包括部署场景、连接要求、处理需求和特定的物联网应用需求。物联网网关在物联网系统中发挥着关键作用，是实现设备互联、数据传输和智能控制的重要基础设施。

索奇soncci - 工业物联网您所信赖的合作伙伴

深圳市索奇科技有限公司（简称索奇或索奇科技）2011年成立于深圳，拥有品牌“索奇soncci”,致力于工业物联网的共同推动与实践，是工业物联网数字化核心方案商的开拓者和领航者。主营业务为教育办公类、消费电子类、网络设备安全类、工业设备类、零售类等产品的研发、生产、销售及服务，拥有全自主研发中心和全资制造工厂。索奇科技以 “卓越品质，真诚服务”的品牌承诺，协助客户打造工业物联网建设，创造长远的竞争优势和商业价值。

如何极度压榨网络性能：揭秘 UCloud 的物理云网关

和绝大多数人想象中的不同，物理云服务器并非直接帮你上架一个服务器就行

近些年来，云计算蓬勃发展，上云成为现在软件开发落地的首选。但随着企业业务的不断增长和扩大，传统云计算的劣势也暴露出来：单体硬件性能不够，只能堆集群；租户隔离不够彻底，时有新闻爆出问题。因此，物理机服务器又再一次的被提上了台面。

创立于 2012 年的 UCloud，从 2013 年伊始就面向市场同时提供了基于虚拟化服务器的公有云产品和基于裸金属服务器的物理云产品。不过，和绝大多数人想象中的不同，物理云服务器并非直接帮你上架一个服务器就行的，其背后也有不少复杂的技术难点需要 UCloud 及合作伙伴们去攻关。这其中最为艰难的，可能就是虚拟网络相关特性的研发。

物理云产品和公有云产品最大的不同就在于客户可以独占并完全控制整台物理服务器，UCloud 作为服务商并不会在服务器上运行任何虚拟化的软件。这使得想要让物理云产品和公有云产品的网络互通、让物理云产品享受到公有云产品所享有的网络优势变得十分困难。特别是一些有状态的特性比如安全组等实现起来更加困难。

UCloud 踩过的那些坑

从 2013 年开始，UCloud 开始使用 Open vSwitch 来构建基于 Openflow 技术的公有云 SDN 虚拟网络。也因此，同年， UCloud 提供物理云产品的时候，选用了支持 OpenFlow 的 SDN 交换机，以实现物理云产品和公有云 VPC 网络的互通。

2014 年，随着 UCloud 业务的扩大和快速发展，已有的交换机所提供的 OpenFlow 流表有限的条目已经无法支撑实际物理云产品业务的需求。

2015 年，已经在 DPDK 技术上做了两年研究储备的 UCloud 领先在产品环境推出了采用 DPDK 技术的服务器集群，从而替代硬件 SDN 交换机，满足业务层面的需求。

但随着以太网技术的发展，人工智能、大数据等应用的落地，网络技术的发展得到了爆发般的发展，25G、100G 的网络迅速得到普及， DPDK 网关集群的转发性能和成本问题逐渐成为业务发展的瓶颈。

时间来到了 2019 年， UCloud 开始使用智能网卡（Smart NIC）来替代原有的 DPDK 网关集群。UCloud 采用的智能网卡方案采用了 16 核 ARM CPU 运行 OVS 作为 SlowPath，采用 Linux TC Flower 卸载技术将网卡芯片作为 FastPath，通过 SRIOV 技术和用户系统集成，很好地解决了性能问题，但与此同时，其所带来的高昂采购成本造成了成本的提升。此外，由于所采用的智能网卡的转发面尚不可编程，也使得任何新的特性都需要网卡芯片厂商修改固件来实现。甚至一些比较复杂的特性也不能实现。比较典型的例子就是为了让智能网卡支撑 UCloud 使用的 Overlay 封装格式，就花费了半年时间才在和网卡芯片厂商反复沟通协调下完成，而类似带宽控制、硬件卸载的特性却难以实现。

痛定思痛的深度思考

六年的艰辛探索，让 UCloud 调研试验了几乎市面上所有的各种网络网关方案。而这些年来踩的坑，也让 UCloud 看到了这一代网关产品的问题和不足。作为战斗在云计算网络技术一线的团队，UCloud 基于实践经验，总结出了下一代物理云网关应该满足的一些需求：

全功能：能够提供和公有云一样的网络特性，比如有状态服务安全组等。高性能：能够满足从 25G 网络到 100G 网络的需求。低成本：比 DPDK 网关和智能网卡网关有更低的拥有成本。可定制：能够满足定制需求，可以基于此进行进一步的演进。

基于 Jericho2 芯片的下一代物理云网关 —— BCM88690

在使用现有的智能网卡解决方案的同时， UCloud 也在积极的在技术市场上寻找合适的下一代物理云网关，以替换现有的产品解决方案。

首先进入 UCloud 视线的是某公司的一款高性能交换机。它和智能网卡一样可以运行 Linux 和 Open vSwitch，更加难得的是，其通过 Switchdev 支持 OVS TC Flower 卸载，并使用交换机芯片作为 OVS 的 FastPath。遗憾的是交换芯片对 TC Flower 卸载的支持仍然不好，造成很多功能无法卸载。并且交换芯片不支持用户编程，UCloud 无法修改交换芯片的管线来满足自己实际的业务需求。

而在这时，博通正在研发 Jericho2 可编程交换芯片相关的产品，于是 UCloud 与博通一拍即合，与博通合作利用 Jericho2 可编程交换芯片研究开发物理云网关，并基于研究的成果，开发出了能够完美满足 UCloud 需求的物理云网关。

在技术层面上，UCloud 通过在 Jericho2 可编程交互芯片上定制了管线来作为 TC Flower 的 FastPath，并在交换机控制面运行 Linux + OVS 作为 SlowPath ，并通过 TC Flower Offload 将两者集成在一起，从而实现硬件的加速。

当报文进入交换芯片，首包未命中时通过可编程交换机的虚拟网卡进入交换机的 Linux 内核，通过 OVS 的 Datapath 触发 ovs-vswitchd 下发新的 Openflow 流表。UCloud 通过对 OVS 做了尽量少的改动，将原先通过 Netlink 发送到内核去的 TC Flower 卸载消息通过 UNIX 套接字发送到运行在用户态的 Jericho2 Agent，它再将消息转化为对应的可编程交换机的消息下发给交换芯片。后续报文将直接命中交换机管线中的流表，由交换芯片转发。

Jericho2 提供了业界独一无二的可编程架构，除了管线节点可编程外，还可以进行管线延展，在增加了处理流程的同时而没有损失任何转发性能。其基于 C++ 的编程工具链，成熟且直观，使 UCloud 可以轻松的基于现有芯片添加功能、在线升级，并轻松的根据实际需求进行定制和实施。得益于 Jericho2 灵活的可编程能力，UCloud 和博通合作在交换芯片上实现了 OVS 的 TC Flower 卸载转发面，可以实现和智能网卡同样的 OVS 卸载功能，但达到了 4.8T 的转发性能，相当于 48 块 100G 智能网卡。并且还保留了进一步扩展定制的能力，以实现 UCloud 使用的 Overlay 封装格式 GRETAP 为例，可以完全自行开发、灵活修改，一周的工作就能完成。

另外 Jericho2 真正的模块化表项结构，所有表项共享同一块物理缓存，极大增加了片上资源的使用效率。管线上所有处理节点可以并行访问，根据不同的应用场景进行逻辑表项的灵活划分，使得同样的硬件可以应用在完全不同的使用场景。丰富的表项资源使得新一代的网关能够完全满足用户现有甚至未来可见数年的规格需求。

最终， UCloud 实现了一个完全和公有云特性兼容，转发能力高达 4.8T ，并且可以自由定制，成本也非常有竞争力的物理云网关。这满足了对于下一代物理云网关所定义的四大需求：全功能、高性能、低成本、可定制。

总结

UCloud 作为国内公有云市场的大玩家，更是如今国内的公有云第一股，在国内风起云涌、巨头林立的大环境下，稳稳的占据了属于自己的市场，实属不易。而 UCloud 能做到这一点，得益于其始终坚持“客户为先”的价值观，及时响应客户需求，快速解决客户问题，不断推出超出客户预期的创新产品和服务。也正是这样对于客户为先的价值观，让 UCloud 不仅能做好服务，更能打造出卓越的产品。

上海羊羽卓进出口贸易有限公司

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