IoT Gateway یه نوع دستگاهه که چندین دستگاه IoT رو به هم متصل میکنه، با اونا ارتباط برقرار میکنه و پلتفرمی ایمن و کارآمد برای مدیریت و پردازش داده‌هاست. IoT Gateway می‌تونه دستگاه فیزیکی یا پلتفرم مجازی باشه که حسگرها، ماژول های اینترنت اشیا و دستگاه های هوشمند را به Cloud متصل میکنه. گیت وی‌ها به عنوان یک پورتال دسترسی بی سیم عمل می کنند تا دستگاه های IoT به اینترنت دسترسی داشته باشند.
IoT Gateway چیست و چه کاربرد هایی دارد؟
گیت وی IoT یه نوع دستگاهه که میشه گفت یه نوع پل ارتباطی بین دستگاه‌های IoT متصل و شبکه‌های دیگه (مثلا اینترنت) است. این فناوری یه نوع پلتفرم متمرکزه و میشه داده‌هایی که از دستگاه‌های IoT جمع‌آوری شده رو در اون مدیریت و پردازش کرد. علاوه بر این، از طریق این پلتفرم میشه داده‌ها را بدون هیچ خطری به فضای ابری یا سیستم‌های دیگه ارسال کرد تا در اونجا تحلیل، ذخیره و پردازش بشن. گیت وی IoT می‌تونه کارهای مختلفی، از مدیریت دستگاه و تجمیع داده (data aggregation) گرفته تا تبدیل پروتکل (protocol translation) و مدیریت موارد امنیتی انجام بده.
IoT Gateway از طریق پروتکل‌های ارتباطی مختلف مثل Wi-Fi, Ethernet, Zigbee, Z-Wave و غیره به دستگاه‌های متصل IoT وصل میشه. گیت وی با استفاده از این پروتکل‌ها با دستگاه‌های IoT ارتباط برقرار میکنه و دادههای اونا رو دریافت میکنه. گیت وی حتی می‌تونه از طریق Wi-Fi یا Ethernet به شبکه‌های دیگه مثل اینترنت وصل بشه و داده‌هایی که از دستگاه‌های IoT جمع‌آوری کرده رو برای پردازش بیشتر به فضای ابری و سیستم‌های دیگه ارسال کنه.
IoT Gateway برای اینکه مطمئن بشه داده‌ها بدون هیچ مشکلی ارسال میشن از متدهای احراز هویت و رمزگذاری استفاده میکنه. در ضمن، اگه قصد دارین مقدار کمتری داده به فضای ابری یا سیستم‌های دیگه ارسال کنین می‌تونین این پلتفرم رو به نحوی پیکربندی کنین که به صورت محلی دادههای رو پردازش و ذخیره کنه.
چرا IoT Gateway اهمیت دارد؟
گیت وی‌های IoT به چند دلیل مهمن که در ادامه مرورشون می‌کنیم:
قابلیت اتصال (Connectivity)
گیت وی‌های IoT نوعی پلتفرم مرکزی هستن که به چندین دستگاه IoT که ممکنه از پروتکل‌های ارتباطی مختلفی استفاده کنن وصل میشن و با اونا ارتباط برقرار می‌کنن. این گیت وی نقش یک پل رو بازی میکنه و دستگاه‌ها می‌تونن از طریق اون با همدیگه و سایر سیستم‌ها (برای مثال فضای ابری یا شبکه محلی) ارتباط برقرار کنن.
پردازش اطلاعات (Data processing)
گیت وی‌های IoT می‌تونن امور مربوط به پردازش داده مثل تجمیع داده، تبدیل پروتکل، فیلتر داده و فشرده‌سازی داده رو انجام بدن و بدین طریق مقدار دیتاهایی که به فضای ابری ارسال میشه رو کاهش بدن و در عین حال کارایی شبکه IoT رو هم افزایش بدن.
موارد امنیتی (Security)
گیت وی‌های IoT باعث میشن دستگاه‌های IoT و سایر سیستم‌ها به نحوی ایمن به همدیگه وصل بشن. علاوه بر این، این گیت وی‌ها با تکیه بر متدهای احراز هویت و رمزگذاری از اطلاعات ارسال شده محافظت می‌کنن. استفاده از این متدها حریم خصوصی و امنیت شبکه IoT و دستگاه‌های متصل رو فراهم میکنه.
مدیریت دستگاه (Device management)
گیت وی‌های IoT می‌تونن دستگاه‌های IoT متصل رو مدیریت و کنترل کنن، سفت‌افزارهاشون رو به‌روزرسانی کنن، تنظیماتشون رو تغییر (پیکربندی) بدن و بر عملکردشون نظارت داشته باشن. با تکیه بر چنین قابلیت‌هایی به سادگی میشه تعداد زیادی از دستگاه‌های متصل رو مدیریت کرد و هزینۀ تعمیر و نگهداری رو کاهش داد.
صرفه‌جویی در هزینه‌ها
همون‌جوری که قبلاً هم گفتیم گیت وی‌های IoT می‌تونن عملیات پردازش دیتا و ذخیره‌سازی رو به صورت محلی انجام بدن. اینجوری علاوه بر کاهش مقدار داده‌هایی که باید به فضای ابری ارسال بشه ، هزینه‌های مربوط به ارسال و ذخیره‌سازی داده‌ها رو هم کاهش می‌دن.
گیت وی IoT یکی از اجزای اصلی شبکۀ IoT است و یک پلتفرم متمرکز برای اتصال، مدیریت و پردازش داده‌هایی ارائه می‌ده که از دستگاه‌های متصل جمع‌آوری شدن.
کارکرد IoT Gateway به چه صورت است؟
کارکرد گیت وی IoT به این شکله که نقش یک هاب اتصال رو بین دستگاه‌های IoT و سیستم‌های دیگه مثل فضای ابری و شبکۀ محلی فراهم میکنه. این گیت وی نقش یک پل رو بازی میکنه و دستگاه‌هایی که از پروتکل‌های ارتباطی مختلف استفاده می‌کنن رو به هم وصل میکنه و باعث میشه اونا بتونن با همدیگه ارتباط برقرار کنن. مراحل کلیدی کارکرد IoT Gateway به شرح زیر است:
جمع‌آوری دیتا
گیت وی IoT با استفاده از پروتکل‌های ارتباطی نظیر Wi-Fi، Ethernet، Zigbee، Z-Wave و غیره دادههای دستگاه‌های متصل IoT رو جمع‌آوری میکنه.
پردازش اطلاعات
گیت وی IoT می‌تونه امور مربوط به پردازش داده مثل تجمیع داده، تبدیل پروتکل، فیلتر داده و فشرده‌سازی داده رو انجام بده.
ارسال دیتا
دادههای پردازش شده برای تحلیل و ذخیره‌سازی به فضای ابری و سیستم‌های دیگه ارسال میشن.
موارد امنیتی
گیت وی IoT برای حفاظت از دادههای ارسال شده و برای اینکه مطمئن بشه دستگاه‌ها و فضای ابری یا سیستم‌ها دیگه به نحوی ایمن با هم در ارتباطن از متدهای امنیتی مثل احراز هویت و رمزگذاری استفاده میکنه.
مدیریت دستگاه
گیت وی IoT می‌تونه دستگاه‌های متصل IoT رو مدیریت و کنترل کنه، سفت‌افزارهاشون رو به‌روزرسانی کنه، تنظیماتشون رو تغییر (پیکربندی) بده و بر عملکردشون نظارت داشته باشه.
به طور کلی، گیت وی IoT نقش حیاتی در عملکرد شبکۀ IoT بازی میکنه و باعث میشه دستگاه‌های متصل با همدیگه و سایر سیستم‌ها ارتباط برقرار کنن و در کنار همۀ این موارد یک پلتفرم هم برای پردازش و مدیریت داده‌ها ارائه می‌ده.
انواع IoT Gateway هارو بشناسید
گیت وی‌های IoT بسته به قابلیت‌های اتصال، پردازش و غیره انواع مختلفی دارن. رایج‌ترین گیت وی‌های IoT عبارتند از:
گیت وی‌های صنعتی IoT
این نوع گیت وی‌ها کاربرد صنعتی و تجاری دارن (برای مثال، اتوماسیون کارخانه و سیستم‌های مدیریت ساختمان). این گیت وی‌ها مقاومن، چند تا قابلیت اتصال دارن و در محیط‌های دشوار می‌تونن عمل کنن.
گیت وی‌های اتوماسیون خانگی
این گیت وی‌ها در محیط‌های مسکونی کاربرد دارن و دستگاه‌های خانگی مثل قفل‌های هوشمند، سیستم‌های روشنایی و ترموستات‌ها رو مدیریت و کنترل می‌کنن.
گیت وی‌های IoT وایرلس
هدف از طراحی این گیت وی‌ها این بوده که با استفاده از پروتکل‌هایی مثل Wi-Fi، Zigbee، Z-Wave و غیره به صورت وایرلس با دستگاه‌های متصل ارتباط برقرار کرد. این گیت وی‌ها راهمکار کم مصرف و ارزانی برای اتصال دستگاه‌های در محیط‌های کوچک هستن.
گیت وی‌های IoT امبدد
این گیت وی‌ها در دستگاه‌های متصل تعبیه میشن و بدین ترتیب راهکاری فشرده و یکپارچه برای شبکه‌های کوچک IoT ارائه می‌دن.
گیت وی‌های IoT چند پروتکلی
این گیت وی‌ها می‌تونن با استفاده از پروتکل‌های ارتباطی مختلف مثل Wi-Fi، Z-Wave، Ethernet، Zigbee، و غیره با دستگاه‌ها ارتباط برقرار کنن. این گیت وی‌ها راهکاری انعطاف‌پذیری برای اتصال دستگاه‌های مختلف به شبکه هستن.
گیت وی‌های IoT ابری
این گیت وی‌ها مبتنی بر فضای ابری هستن و امکان مدیریت و پردازش داده از راه دور رو فراهم می‌کنن.
هر یک از این گیت وی‌ها مزایا و معایب خودشون رو دارن. برای انتخاب گیت وی مناسب باید شرایط و الزمات خاص شبکه IoT و دستگاه‌های متصل رو در نظر گرفت.
تفاوت IoT Gateway با روتر در چیست؟
- برخلاف روترها، گیت وی‌های IoT می‌تونن دادههای دستگاه‌هایی که با پروتکل‌های مختلف شبکه مثل سلولی، وای فای، LoRA، اترنت، بلوتوث، Zigbee و غیره ارتباط برقرار می‌کنن رو جمع‌آوری کنن.
- گیت وی‌های صنعتی IoT نسبت به روترها رابط‌های صنعتی بیشتری ارائه می‌دن. برخی از این رابط‌های عبارتند از: RS485, RS232, USB, I2C, SPI یا GPIOهای دیجیتال و دستگاه‌های میدانی می‌تونن با استفاده از اونا با همدیگه ارتباط برقرار کنن.
- در ضمن اگه لازم باشه این گیت وی‌ها برای اپلیکیشنی تنظیم بشن جای نگرانی نیست، چون این گیت وی‌ها سفت‌افزارهای کاربردی ارائه می‌دن که میشه سفارشی سازی‌شون کرد.
البته تفاوت‌های این دو تا فن‌آوری به این موارد محدود نمی‌شه. گیت وی‌های فیزیکی IoT برای استفاده در محیط‌های صنعتی دشوار طراحی شدن. اجزای این گیت وی‌ها علاوه بر طول عمر بالا، مقاوم هم هستن و به همین دلیل می‌تونن در محیط‌های دشوار مثل دما، لرزش و ارتعاش و رطوبت نامطلوب دووم بیارن.
هنر و علمِ نهفته در معماری IoT Gateway
بررسی پیچیدگی‌های معماری گیت وی‌های IoT بهتون کمک میکنه تا به طور کامل ببینین گیت وی‌های IoT چه تفاوتی با روترها، سنسورها و دستگاه‌ها دارن:
لایۀ دستگاه (Device layer)
سخت‌افزار گیت وی IoT شامل یه ماژول اتصال (سلولی، وای فای، بلوتوث و غیره)، سنسورهای IoT و مدار میشه و بسته به سرعت و حافظۀ مورد نیاز هم یه ریزپردازنده یا یک کنترلر داره.
سیستم عامل (Operating system)
سیستم عامل یه نوع نرم‌افزاره که سخت‌افزار گیت وی و سایر برنامه‌ها رو در دستگاه اجرا میکنه. انتخاب نوع سیستم عامل (جاوا، لینوکس، RTOS و غیره) به این بستگی داره که برای چه کاری می‌خواین از گیت وی استفاده کنین.
لایۀ انتزاعی سخت‌افزاری (Hardware abstraction)
با تکیه بر این لایۀ میشه نرم‌افزار رو مستقل از سخت‌افزار توسعه داد و کنترل کرد. این قابلیت باعث میشه توسعه اپلیکیش چابک‌تر و انعطاف‌پذیرتر انجام بشه و به‌روز رسانی نرم‌افزار هم آسون‌تر باشه.
درایورهای سنسور و اکچویتر (Sensor / actuator drivers)
این لایه نقش یک رابط رو بین دستگاه و سنسورها و ماژول‌ها بازی میکنه. بسته به نیازهای اپلیکیشن پشته‌های خاص در این درایور ادغام میشن.
مدیریت و پیکربندی دستگاه
گیت وی‌های IoT باید تمامی دستگاه‌های متصل و سنسورهایی که این دستگاه‌ها باهاشون ارتباط برقرار می‌کنن رو زیر نظر داشته باشن. این لایه دستگاه‌های متصل موجود در محیط اطرافش، پیکربندی‌ها، تنظیمات و مشخصات سنسورها رو زیر نظر داره و اونا رو مدیریت میکنه.
لایه امنیتی (Security)
یکی از چیزایی که در معماری گیت وی اهمیت داره همین لایه امنیتی است. این لایه مطمئن میشه که گیت وی‌ها هویت‌های معتبر، رمزگذاری قوی و متدهای احراز هویت مبتنی بر رمزنگاری دارن. این لایه برای اینکه از دستگاه‌ها در مقابل دسترسی غیرمجاز محافظت کنه و هم‌چنین برای اطمینان از یکپارچکی و محرمانه بودن داده‌ها بوت (boot) ایمنی ارائه می‌ده.
به‌روز رسانی وایرلس سفت‌افزار (Firmware Over the Air Updates)
به‌روز بودن سفت‌افزار دستگاه، فعال‌سازی fixها و پَچ‌های امنیتی برای حافظت در برابر تهدیداتی که به طور پیوسته در حال تکامل هستن اهمیت خیلی زیادی در حفظ یکپارچگی دستگاه داره. این لایه مطمئن میشه که به‌روزرسانی‌های FOTA به نحوی ایمن و کارآمد انجام میشن تا میزان برق مصرفی، حافظه و پهنای باند شبکه کاهش پیدا کنه.
پروتکل‌های ارتباطی (Communication protocols)
پروتکل‌های گیت وی IoT بر اساس مقدار و فراوانی داده‌هایی انتخاب میشن که به فضای ابری ارسال میشن. گیت وی‌ها باید از طریق ماژول سلولی (5G/4G/3G)، اترنت یا وای فای به اینترنت وصل بشن اما لایه پروتکل ارتباطی اصلی پروتکل TCP IP است.
مدیریت داده (Data management)
گیت وی‌های IoT دادههای سنسورها، دستگاه‌های متصل و فضای ابری رو مدیریت می‌کنن. لایۀ مدیریت داده جریان، فیلتر و ذخیره‌سازی داده‌ها رو کنترل میکنه و برای اینکه تأخیر رو به حداقل برسونه و از کارایی دستگاه مطمئن بشه ترافیک داده رو کنترل میکنه.
مدیریت اتصال به فضای ابری (Cloud connectivity manager)
این لایه اتصال یکپارچه و ایمن به پلتفرم‌های ابری رو فراهم میکنه و مسئول احراز هویت دستگاه و فضای ابری است.
اپلیکیشن‌های نرم‌افزاری سفارشی (Custom software applications)
گیت وی‌های IoT برای برطرف کردن نیازهای خاص اپلیکیشن نرم‌افزار سفارشی رو ادغام می‌کنن. این لایه به صورت ایمن و کارآمد با لایه‌های دیگه تعامل برقرار میکنه و داده‌هایی که مختص اپلیکیشن IoT هستن رو مدیریت میکنه.
ارسال داده گیت وی (Gateway data transfer)
این لایه با استفاده از مودم 5G/4G/3G/GPRS یا ماژول IoT، اترنت یا وای فای گیت وی رو به اینترنت وصل میکنه. علاوه بر این، این لایه داده‌هایی که باید به فضای ابری ارسال بشن و داده‌هایی که باید برای پردازش به صورت آفلاین cache بشن (برای صرفه‌جویی در مصرف برق مورد نیاز برای پردازش و هزینه‌های طرح‌های داده) رو مشخص میکنه.
آیا IoT Gateway ها ایمن هستند؟
تمامی سنسورها و دستگاه‌هایی که به اینترنت وصل میشن در معرض هک کردن قرار دارن و برای همین متدهای امنیتی همیشه باید در درجه اول اهمیت براتون قرار داشته باشن. گیت وی‌ها نقش یک پل رو بین دستگاه‌های متصل و فضای ابری بازی می‌کنن و اینجوری تعداد اتصال‌های اینترنتی و بالتبع ریسک هک شدن رو کاهش می‌دن.
با این حال، همین موضوع گیت وی‌ها رو به یه هدف اصلی برای هکرها تبدیل میکنه. برای اینکه دیگران بتونن به اکوسیستم IoT اعتماد کنن امنیت سایبری قوی گیت وی‌ها باید تضمین بشه.
برای اینکه گیت وی‌های IoT بتونن از داده‌ها در فرایند انتقال به فضای ابری محافظت کنن لازمه در زمان ساخت دستگاه‌ها هویت‌های دیجیتالی معتبری براشون مشخص بشه و هم‌چنین به فناوری احراز هویت مبتنی بر PKI و رمزگذاری مجهز بشن. علاوه بر این، برای تأمین امنیت گیت وی‌ها و مدیریت امنیت و چرخه زندگی سفت‌افزار به یک پلتفرم ریموت به‌روز رسانی نرم‌افزار نیاز است.
چه زمانی باید به جای ماژول IoT از IoT Gateway استفاده کنیم؟
فرض کنید یه ایده خلاقانه دارید. وقشته اون رو به بازار عرضه کنین. خیلی طبیعیه که راهکار مخصوص به خودتون رو طراحی کنین تا با نیازهای اپلیکیشن‌تون مطابقت داشته باشه.
راهکارهای سفارشی سازی شدۀ IoT روش خوبی برای استقرار IoT در مقیاس بزرگ به حساب میان و ده‌ها هزار دستگاه رو وصل می‌کنن که به لحاظ هزینه هم خیلی به صرفه است. با این حال، وقتی که طراحی، نمونه‌سازی، پیش تولید، تأیید، گواهی و تولید رو در نظر بگیرین 18 ماه تا دو سال طول می‌کشه تا بتونین یک راهکار سفارشی رو مستقر کنین.
گیت وی‌های IoT این کار رو برای ما آسون کردن.
گیت وی‌های IoT برای اپلیکیشن‌های کوچک و سایز متوسط IoT می‌تونن مقرون به صرفه باشن و به لحاظ هزینه هم به صرفه است که به جای اینکه خودتون بسازینشون می‌تونید از امکانات آنها استفاده کنید. این گیت وی‌ها از قبل تأیید شدن و همین امر باعث میشه دیگه نیازی به فرایند طولانی و هزینه‌بر تست و تأییدیه نباشه. این گیت وی‌ها به تعداد زیادی از پلیکیشن‌های صنعتی (بدون نیاز به هیچ تنظیم خاصی) وصل میشن.
علاوه بر این میشه اونا رو در سطح نرم‌افزاری سفارشی سازی کرد تا سریع‌تر و راحت‌تر بشه اپلیکیشن رو توسعه داد. این گیت وی‌ها انعطاف‌پذیری ماژول‌های سفارشی رو دارن با این تفاوت که فرایند توسعه‌شون طولانی نیست. اپلیکیشن‌های کوچک مقیاس گرفته، راهکارهای از قبل طراحی شده و از قبل تأیید شده می‌تونن تا حد زیادی در هزینه و زمان صرفه‌جویی کنه.
