工业互联网平台应用 课件 第4章 网关设备及协议

网关设备安装方式及接口认知网关01网络接口认知02目录contents1.网关网关

网关又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互联，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互联。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。

通常来说，网关的主要目的是在不同类型的通信技术之间提供“桥梁”。这些技术在连接类型、接口或协议方面可能会有所不同。

在更为复杂的工业现场，有大量种类不一的读设备，包括各种仪器仪表、传感器、工业机器人、PLC、智能工业设备及上位机等，它们的通信网络接口网关种类多、协议繁杂、互不兼容;同时，工业网关还需要及时处理、存储、上传设备立生的大量工业数据。

斥候工业网关是一款搭载了标识解析功能的工业级全功能型网关，具备网络管理、协议解析、反向控制等功能，主要用于物联网设备的接入，支持各类传感器、智能仪表、主流PLC、数控机床、机器人、DCS系统等工业设备的数据接入，实现远程监控和数据透传，通过云平台帮助企业实现远程配置设备参数和管理工业设备。斥候工业网关具备标识元数据映射和处理能力，同时，可以通过斥候工业网关，进入工业互联网标识解析平台体系，实现设备标识自动注册、发起设备标识的主动解析等。网关（1）安装注意事项安装注意事项如下：

电源要求：24VDC(12～48VDC)，请注意电源电压等级；额定电流是0.6A（1.2～0.3A）

环境要求：工作温度-25℃～75℃，存储温度-40℃～85℃，相对湿度5％～95%（无凝露）。设备表面可能高温，安装时需要考虑周边环境，应图1网关网关安装在受限制的区域

避免阳光直射，远离发热源或有强烈电磁干扰区域

网关产品需安装在工业导轨上

检查是否有安装所需的电缆和接头（2）安装方式

选定设备的安装位置，确保有足够的空间，将DIN卡轨座的上部卡在DIN轨上，在设备的下端向上稍微用力按箭头2所示转动设备，即可将DIN卡轨座卡在DIN轨上，确认设备可靠地安装到DIN轨上如图2所示。图2将设备安装至DIN轨网关图3网关拆卸

（3）拆卸方式

向下压设备使设备下端有空隙脱离DIN轨，将设备按箭头2的方向转动，并同时向外移动设备的下端，待下端脱离DIN轨后向上抬设备，即可从DIN轨上取下设备，如图3所示。2.网络接口认知网络接口认知（1）蜂窝蜂窝网络（Cellularnetwork），又称移动网络（mobilenetwork）是一种移动通信硬件架构，分为模拟蜂窝网络和数字蜂窝网络。由于构成网络覆盖的各通信基地台的信号覆盖呈六边形，从而使整个网络像一个蜂窝而得名。主要由移动站，基站子系统，网络子系统三大部分组成。移动站就是网络终端设备，比如手机或者一些蜂窝工控设备。基站子系统包括移动基站（大铁塔）、无线收发设备、专用网络（一般是光纤）、无线的数字设备等等的。基站子系统可以看作是无线网络与有线网络之间的转换器。网络接口认知蜂窝网络具有如下优势：频率复用。有限的频率资源可以在一定的范围内被重复使用。小区分裂。当容量不够的时候，可以减小蜂窝的范围，划分出更多的蜂窝，进一步提高频率的利用效率。（2）LAN

LAN（即局域网）是最常见且应用最为广泛的一种网络，它是指在1~5公里范围内两台以上的计算机设备（如服务器、工作站）通过线缆（如同轴线缆、双绞线、光缆等）连接起来实现的资源共享的计算机网络，如家庭、办公室、学校或者有计算机、服务器和外围设备（如打印机、扫描仪、投影仪以及其他存储）的建筑群。目前，以太网（IEEE802.3标准）是最常见的局域网组网方式，近年来随网络接口认知着802.11标准的制定，IEEE802.11a/b/g/n等无线协议得到广泛应用，无线局域网的应用也越来越普及，此外，LAN（局域网）类型还有令牌环和FDDI（光纤分布数字接口，IEEE802.8）。（3）WAN

WAN（即广域网）是指连接不同地区局域网或城域网的计算机网络，其覆盖范围广，可覆盖几千公里，能连接多个地区、城市和国家，甚至横跨几个洲实现远距离通信。相对于LAN（局域网）来说，WAN（广域网）涉及到的设备更多样化，如有路由器、交换机、防火墙等。企业的各个分支机构之间可通过微波、卫星信道等方式建立WAN连接实现通信。目前WAN（广域网）常用的协议有帧中继交换网（fram-relay）、点对点协议（PPP）、高级数据链路控制协议（HDLC）以及同步数据链路控制协议（SDLC）。网络接口认知（4）WLAN

WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbps，传输距离可远至20km以上。

WLAN使用ISM(Industrial、Scientific、Medical)无线电广播频段通信。WLAN的802.11a标准使用5GHz频段，支持的最大速度为54Mbps，而802.11b和802.11g标准使用2.4GHz频段，分别支持最大11Mbps和54Mbps的速度。（5）环回接口

环回接口（Loopback接口）是一种纯软件性质的虚拟接口。任何送到该接口的网络数据报文都会被认为是送往设备自身的。大多数平台都支持使用这种接口来模拟真正的接口。这样做的好处是虚拟接口不会像物理接口那样因为网络接口认知各种因素的影响而导致接口被关闭。事实上，将Loopback接口和其他物理接口相比较，可以发现Loopback接口有以下几条优点：

Loopback接口状态永远是up的，即使没有配置地址。这是它的一个非常重要的特性。

Loopback接口可以配置地址，而且可以配置全1的掩码,可以节省宝贵的地址空间。

Loopback接口不能封装任何链路层协议。

对于目的地址不是loopback口，下一跳接口是loopback口的报文，路由器会将其丢弃。对于CISCO路由器来说，可以配置noipunreachable命令，来设置是否发送icmp不可达报文，对于VRP来说，没有这条命令，缺省不发送icmp不可达报文。THANKS设备管理功能及产品管理方式设备管理模块功能01产品管理方式02目录contents1.设备管理模块功能设备管理模块功能

浪潮云洲IIoT工业物联网平台设备管理模块提供工业物联网产品下多类设备集合与管理服务，将设备属性、设备基础信息、设备分组、设备影子、物模型、设备运行状态等功能进行统一管理，适用于设备的层级管理、监测、遥控和维护保养等场景。

设备管理模块包含四个基本模块，分别是产品、设备、分组、设备模型，具备以下的功能：

支持多种物联网设备的接入。

提供设备物模型，简化应用开发。

提供数据存储能力，便于用户多样设备数据的存储及实时访问。设备管理模块功能

提供大数据分析处理能力与服务。

提供设备影子缓存机制，将设备与应用解耦，解决不稳定无线网络下的通信不可靠缺陷。

提供设备上下线变更通知服务，方便实时获取设备状态。2.产品管理方式产品管理方式

物联网产品主要分为网关类产品、网关子产品和直连（智能类）产品。产品管理模块中，可进行产品信息、Topic列表、功能定义、服务订阅等的设置及查看。网络接口类型及适用环境（连接设备、应用场合等）分别解释接口对应的硬件接口、使用场景，适合的通信协议。默认系统界面会显示当前用户创建的全部直连产品列表，并且按创建时间倒序排列。在产品管理默认界面中，可根据项目名称、产品名称进行联合查询，并可对查询出的数据进行查看、编辑、删除等操作。典型的产品定义流程如图1所示。产品管理方式1.进入设备管理模块2.进入产品管理模块3.查看网关产品、网关子产品、直连产品4.创建产品5.定义产品的物模型。属性、服务、事件图1产品定义流程产品管理方式（1）创建及编辑产品

单击“创建”按钮，即可弹出“创建智能产品”弹窗，如图2所示。填写弹窗中的必填字段，单击“确定”按钮，在输入字段正确的情况下，即可完成新产品的创建，参数详情见表1。图2创建智能产品界面产品管理方式参数项参数详情归属项目选择产品所属项目产品名称支持自定义产品的名称所属分类支持选择产品所属类型；分类可由设备模型功能中创建联网方式设备联网方式；可选wifi、蜂窝(2G/3G/4G)、以太网、NB-IOT、LoRa、ZigBee等常见物联网设备联网方式数据格式设备传输数据的格式；可选JSON、透传/自定义产品描述关于该产品的描述性文字表1产品创建参数产品管理方式

选中列表页中某产品信息，点击操作栏“编辑”按钮，弹出“编辑智能产品”弹窗，即可进行产品信息的编辑，完成编辑后单击“确定”按钮，完成产品信息的修改。

点击操作栏“删除”按钮，可进行产品的删除操作，在弹出的提示框中单击“确定”按钮，则删除该产品成功。需要注意的是，删除前需确保该产品下无设备，否则不允许删除。（2）查看产品信息

选则列表页的某产品信息，点击操作栏“查看”按钮，可进行产品的产品信息、消息通道、功能定义等功能的查看及操作。产品管理方式图3设备管理-产品-直连产品-产品信息

在产品详情页面中可以查看的产品信息包括产品名称、ProductKey、ProductSecret、设备数、节点类型、数据格式、所属分类、创建时间及产品描述等。

ProductKey：创建产品时由系统自动生成，包含11个字符，是工业互联网平台内描述产品的唯一标识。产品管理方式

ProductSecret：创建产品时由系统自动生成，包含16个字符，是产品的密钥，默认状态下隐藏显示。

设备数：展示该智能产品类型下的智能设备的统计数量，可以通过点击统计数量的方式快捷跳转至对应的设备列表页。

产品信息tab页：展示创建产品时编辑的产品信息。

消息通信tab页：展示默认生成的产品通信topic主题，允许编辑和删除非sys开头的主题。

功能定义tab页：展示产品的属性、服务、事件；在该界面可对产品的属性、服务、事件进行自定义新增、修改、删除。产品管理方式（3）定义产品的物模型

物模型是物理空间中的实体（如传感器、车载装置、楼宇、工厂等）在云端的数字化表示，从属性、服务和事件三个维度描述实体，定义实物。图4设备管理-产品-直连产品-功能定义产品管理方式

为了实现将物理设备接入工业互联网平台后，能实时监控生产设备的运行状况，需要提前完成产品物模型中设备属性的定义。以直连产品为例，定义产品物模型的方法入下：选择列表页中的某直连产品信息，单击操作栏“查看”按钮，进入直连产品详情页面；单击“功能定义”TAB页，进入物模型定义页面；单击“新增”按钮，弹出“添加功能”弹窗，进行物模型的定义；定义直连产品的“属性”功能。产品管理方式图5添加功能界面参数详情如下：表2功能界面参数说明参数项参数详情功能名称属性的名称标识符自定义属性标识符，即属性id数据类型属性功能的数据类型；现支持的可选数据类型有：bool,int32,int64,float,double,text,enum,date,struct,array；读写类型支持读写和只读类型读写：即设备侧可以向平台上报属性，平台也可以更新属性下发给设备侧。只读：仅设备侧可以向平台上报属性。属性描述关于该属性的描述性文字THANKS设备管理功能及设备管理方式设备管理功能01设备管理方式02目录contents1.设备管理功能设备管理功能

浪潮云洲

IIoT

工业物联网平台提供产品对应的设备实例管理功能。物联网平台为设备颁发产品内唯一的证书DeviceName。设备可以直接连接物联网平台，也可以作为子设备通过网关连接物联网平台，模块主要功能有新增、查询、标识码下发、运行状态监控等功能。定义设备的流程如图1所示。1.进入设备管理模块2.进入设备模块3.查看网关设备、网关子子设备、直连设备4.添加设备5.查看设备信息、Topic列表、运行状态，进行属性设置图1产品定义流程2.设备管理方式设备管理方式

（1）创建及编辑产品在设备管理模块中可以单个添加设备也可以批量添加，进行设备删除时可以单个删除设备叶可以批量删除。

添加设备

选择设备列表展示页上方“新增”按钮，弹出“添加设备”弹窗，如图2所示，完善弹窗中的所有必填字段，完成输入后点击确定，即可完成单个新设备的创建。图2添加设备页面设备管理方式

在设备列表展示页上方点击“批量添加”按钮，弹出批量添加设备弹窗（图3），批量添加设备时有自动生成和文件上传批量生成两种批量添加方式，弹窗中的所有必填字段，完成输入后点击确定，即可完成批量新设备的创建。注意，设备模板可以自行下载。图3批量添加设备页面设备管理方式

表1批量添加设备参数说明参数项参数详情归属项目选择设备所属项目，在已建项目中选择所属产品选择设备所属产品，在已建产品中选择选择方式自动生成：设置自动生成的数量，系统自动分配deviceName，一次性批量生成最多1000个设备；文件上传：支持下载文件模板，填写要批量上传的deviceName，选择完善好的文件，进行设备信息的批量导入设备管理方式

删除设备

在设备列表选择单个或多个设备，单击设备列表展示页上方“批量删除”按钮，可进行设备的批量删除操作，在弹出的提示框中选择“确定”，则批量删除设备成功。

在设备列表中选中某设备信息，点击操作栏“删除”按钮，可进行单个设备的删除操作。

设备的启用与禁用

在设备列表选择单个或多个设备，单击设备列表展示页上方“批量启用/禁用”按钮，可进行设备的批量禁用操作，在弹出的提示框中选择“确定”，则批量启用/禁用设备成功。设备管理方式

修改属性实时值

在运行状态页，点击，弹出“修改属性值”弹框。通过修改设备属性的实时值，实现设备反向控制。（2）查看某设备详情

选中列表页某设备信息，点击操作栏“查看”按钮，打开设备详情页面，可查看设备名称、产品名称、ProductKey、DeviceSecret等基本信息，以及设备信息、Topic列表、运行状态、属性设置等4个标题页信息。设备管理方式

图4设备管理-设备-直连设备-设备信息设备管理方式

设备信息：展示设备基本信息，包含创建设备时，自动绑定的标识码信息。Topic列表：展示默认生成的设备通信topic主题。运行状态：设备数据上报的最新属性值，点击"查看数据"可以看到指定属性的历史数据。属性设置tab页：设置设备数据上报的阈值和数据上报的时间间隔。批次管理：在列表展示页面点击“批次管理”可查看各个批次的上传设备情况，支持查看及导出。当产品信息被删除时，批次信息也支持删除。设备管理方式

图5批次管理THANKSMQTT协议与协议解析云网关实施流程MQTT协议01设备接入规则02目录contents协议解析云网关实施流程031.MQTT协议MQTT协议

MQTT协议是一种轻量级的消息传输协议，专为物联网设备设计。它具有低带宽、低功耗、小型代码库等特点，适用于各种物联网场景。MQTT协议采用发布/订阅模式，可以实现设备之间的消息通信。其中，发布者将消息发布到主题，而订阅者则订阅该主题，从而接收到消息。主题可以理解为消息的分类，订阅者可以根据需要订阅不同的主题。MQTT协议的消息结构包括固定头、可变头和消息体。其中，固定头和可变头占用固定长度，消息体长度不固定。消息结构灵活，可以根据实际需求进行定制。MQTT协议支持多种连接方式，包括TCP、SSL、WebSocket等。MQTT协议同时，它还支持QoS（服务质量）等级，可以根据实际需求选择不同的QoS等级，确保消息传递的可靠性。总之，MQTT协议是一种轻量级的、灵活的、可靠的消息传输协议，适用于各种物联网场景。图1MQTT协议2.设备接入规则设备接入规则

（1）topic规则

直连设备上报数据时需在指定TO