从零开始设计环保监测物联网系统(二)

IOT网关，接收sensor数据的总入口，主要是日志，安全防护，流控，协议转换等功能，

图1 IOT网关

之前有提到IOT网关是基于python的twisted框架实现的，初期的时候该IOT网关主要实现的功能是 数据接收和转换功能 和 安全防护 。

数据接收和转换功能 ，这里很简单，拟定好数据交互格式后，IOT网关按照约定好的格式进行解析，然后转发给后端服务进行进一步的处理

安全防护 ，设备的区分主要是依靠烧录到硬件的SN号来实现，SN号包含的信息比较多，如生产批次，设备型号等，受制于厂商我安全防护不能做的非常完善，同时sensor与IOT网关的交互不能非常复杂。安全防护这一块理论上是设备接入要一型一密或者一机一密，协议上还应该启用tls/ssl安全通信协议。

图2 鉴权

安全防护要做ssl这类的安全通信协议的话，要考虑设备厂商实现通信模块能力，设备功耗，设备性能（低端设备cpu性能可能比较差，可考虑对称加密形式），IOT网关也需要引入相应模块。

另外认证从性能方面考虑，后期在设备比较多的情况下，可以加入redis等内存型key-value数据库，缓存设备信息，提高鉴权模块性能。

实践中，我们的sensor基本都是依靠电池供电，因此我们的IOT网关基本是面向短链接（后期我们有监测设备，依靠外部电源直接供电，为长连接），因此在每次发起连接我们都要进行一次鉴权，鉴权通过后，设备方可上传传感器监测数据和设备自身状态。

图3 数据交互流程

这一块的调试工作长达半年左右，才基本稳定下来，主要集中在设备商处除了硬件稳定性，还有在调试中发现传输的字符串乱码（c语言处理问题），沾包（厂商开发人员tcp协议不熟），优化传输效率，关闭cork或者 Nagle 算法（传输包很小）。

因为IOT网关不能主动断连接，理论 *** 作中，IOT网关应该和sensor有心跳协议，保证连接的有效性。设备商在数据流程交互完成后，竟然没有close 连接，直接休眠，导致网关所在服务器的连接的文件描述符一直没有正常释放，后面为了预防这种现象，我开启了 *** 作系统层面的keepalve定时器，回收失效连接（系统默认时间是2小时左右，我缩短了失效时间），理论上来说应该是应用层面去实现心跳协议。

整个IOT网关的设计，是无状态，可伸缩的，单网关在普通型ecs上可轻松达到数百tps。

这个系统是水务部门调度管理系统的一个子系统，主要由水务调度中心、遥测终端设备及监控设备组成。
调度中心与遥测终端设备数据通信全部由无线传输的方式完成，其中遥测终端与中心采用GPRS无线通信方式传输水位数据、雨量数据、管道流量以及进行闸门启闭控制；遥测终端设备将传感器采集的数据传输到中心；DVR与中心采用3G/4G的方式传输实时视频，监控各重点监控点位内涝情况。

物联网感知层的安全防护技术的主要特点是：

1、大量的节点数目：

物联网感知对象种类多样，监测数据需求较大，感知节点常被部署在空中、水下、地下等人员接触较少的环境中，应用场景复杂多变。 因此，一般需要部署大量的感知层节点才能满足全方位、立体化的感知需求；

2、多样的终端类型：

感知层在同一感知节点上大多部署不同类型的感知终端，如稻田监测系统，一般需要部署用以感知空气温度、湿度、二氧化碳含量以及稻田水质等信息的感知终端。 这些终端的功能、接口以及控制方式不尽相同，导致感知层终端种类多样、结构各异；

3、较低的安全性能：

从硬件上看，由于部署环境恶劣，感知层节点常面临自然或人为的损坏；从软件上看，受限于性能和成本，感知节点不具备较强的计算、存储能力，因此无法配置对计算能力要求较高的安全机制，最终造节点安全性能不高问题的出现。

物联网感知层基本内容：

感知层位于物联网三层结构中的第三层（其它二层分别是应用层和网络层）。

感知层是物联网的皮肤和五官-用于识别 物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。

感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备，采集外部物理世界的数据，然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。

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