物联网是物物相连的互联网,物联网网关则是实现非IP化设备无缝接入互联网必不可缺的元素。目前物联网网关仍存在一些问题：网关的研究主要集中在感知节点与互联网的互联互通上,体系架构、功能实现等方面离物联网应用的要求还存在很大差距；物联网的发展面临数据质量的挑战,网关中缺乏必要的数据处理机制；随着用户量和节点数量的增加,传统的请求／问答通信机制无法满足用户需求,且可能导致网关的崩溃。本文旨在解决上述三个问题。通过探讨物联网网关的设计原则,提出三层功能架构,并对设备配置管理、接口服务等功能模块进行研究,设计了具有低耦合性、高重用性、较快访问速度的物联网网关,满足物联网应用在架构和功能等方面对网关的要求。针对物联网数据质量的问题,在物联网网关中对传感器数据的异常检测展开研究。通过对数据特点和应用场景进行分析,将检测对象定位于单传感器数据流。单传感器数据流异常可细分为点异常和序列异常,针对点异常,对基于距离的滑动窗口异常检测算法进行改进,降低了算法的时间和空间复杂度；针对序列异常,提出算法OCSVM_KNN,通过将One-Class SVM和KNN分类器相结合的方式进行两阶段分步检测,实验证明本文所提出的算法可以得到较高的检测率和较低的误检率。针对传统的请求／问答通信机制所存在的不足,本文提出在物联网网关中设计发布／订阅系统,通过对其数学模型进行研究,并利用多级索引技术实现事件和订阅条件的快速匹配,达到实现异步通信机制的目的。最后,本文在工业计算机和嵌入式设备上对所设计的物联网网关加以实现,并应用于智能家居和智慧农业中。