CN114375563A - 用于与配置入网设备通信的网关及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于与终端设备(302)和远程服务器(316)通信的网关(300)及其方法。网关(300)包括第一服务器(306)，该第一服务器(306)包括第一管理层(308)。第一服务器(306)被配置为与第一终端设备(302a)通信，与包括第二管理层(320)的远程服务器(316)通信，并且可选择性地在第一管理层(308)控制第一服务器(306)的第一状态或第二管理层(320)控制第一服务器(306)的第二状态中操作。

Description

用于与配置入网设备通信的网关及其方法

本公开涉及一种网关。特别地，本公开涉及一种用于与终端设备和远程服务器通信的网关。

本公开涉及一种配置入网(onboarding)设备。特别地，本公开涉及用于将一个或更多个终端设备注册到物联网网络和/或用于从物联网网络移除一个或更多个终端设备的配置入网设备。

背景

物联网(IoT)是指连接的IoT设备或“事物(things)”，例如测量其周围环境的特性的传感器。IoT传感器可以用来收集数据，然后可以对这些数据进行分析，以提取有用的信息，这些信息反过来可以实现优化，并且可以为企业提供有意义的见解。IoT设备是一种类型的终端设备。

图1(a)是典型IoT网络100的示意图。IoT网络100包括IoT设备102、网关104、互联网或云服务106和终端用户108。IoT设备102包括传感器，该传感器可以测量环境的特性，例如温度、湿度或环境光条件。在IoT设备102中的一个使用其传感器之一测量了特性之后，它经由无线连接110将相关联的数据发射到网关104。然后，网关104将数据发射到云服务106，该云服务106可由终端用户108访问。网关104经由连接112连接到云服务106，而云服务106经由连接114连接到终端用户108。连接112、114可以是无线的(例如使用移动/蜂窝连接)或有线的。连接112可以被称为“回程(backhaul)”。

无线连接110可以使用多种通信协议之一。一个这样的通信协议是低功率广域网(LPWAN)通信协议，例如LoRaWAN。目前用于部署LoRaWAN或其他LPWAN IoT网络以提供IoT通信的实践涉及设置商业网关，例如如图1(a)所示的网关104。

为了工作，网关104需要电力和数据通信基础设施，这将依赖于部署网关104的地方本地可用的基础设施。数据通信基础设施通常将是有线互联网、3G或4G。

网关104在两个方向(从IoT设备102到云服务106，以及从云服务106到IoT设备102)上充当数据包转发器，而无需附加的处理或智能来管理或影响数据包转发操作。另外，网关104可以提供关于网关104如何执行的基本遥测信息。网关104以类似于由互联网服务提供商(ISP)提供的用于家庭互联网连接的调制解调器/路由器的方式工作，该调制解调器/路由器只是来回转发互联网流量。传统电信提供商正在部署本地网络网格(通常在城市的城镇)，并且需要IoT连接的客户可以付费使用基于地面的网络。为了连接终端设备，需要在作为云服务106的一部分的云服务器上注册它。

为了工作，IoT依赖于通信：将数据从IoT设备102移动到需要数据的地方(通常在网上/在云上，如云服务106所示)的能力。然而，目前世界上90％以上的地区缺乏适合的通信基础设施(有线或移动/蜂窝连接)。因此，世界上有许多地方的IoT网络100是不适合的，因为现有基础设施不能提供连接112或电力要求，或者现有基础设施在其它方面不适合于目的。

图1(b)是IoT网络116的示意图，其中连接112是间歇性的或断开的。IoT网络116与IoT网络100共享特征，因此公共特征由公共参考数字和变量表示。

每个IoT设备102以不同的时间间隔发送与其测量相关的数据。对于由LoRaWAN进行的通信，可以通过打包数据并以三个稍微不同的频率发射数据来提供数据的发送，其中一个或全部频率可能适合于由网关104接收。如果网关104足够靠近IoT设备102，则它可以接收它们的信号并经由连接112将数据转发到云服务106。然而，在这种情况下，网关104需要到云服务106的“始终开启(always-on)”连接才能工作。

所谓“始终开启”，意味着在操作期间，网关104以这样的方式连接到云服务106，即：数据可以发射到网关104，从网关104发射到云服务106上的服务器，从云服务106上的服务器发射到网关104，从网关104发射。如果连接112不存在(即使不存在一小段时间)，并且数据无法在云服务106上的服务器和网关104之间发射，则网关104将不会正确地工作。总之，如果连接112是间歇性的或断开的，则网关104将以不可预测的方式工作，并且来自IoT设备102的数据将不会被发射到云服务106上的服务器。

“始终开启”是LPWAN的一个要求。LPWAN使用集中式网络和协议，其中与节点的通信需要是恒定的，用于包括但不限于路由和认证的目的。被设计成推广到大型集中式网络(包括LoRaWAN、SIGFOX和NB-IoT)的许多商用LPWAN都有“始终开启”的要求。

图1(c)是卫星通信网络118的示意图，其可用于在世界上没有传统通信的地区提供通信管道。通信网络118是非常小的孔径终端(VSAT)网络的示例。附图之间的公共特征由公共参考数字和变量表示。网关104经由卫星119向云服务106发射数据。

为了克服如偏远地区可能存在的通信基础设施差的问题，一个解决办法可以是使用卫星通信。然而，由于在网关104和用于LPWAN的云服务106之间需要“始终开启”连接，因此当在网关104和卫星119之间存在间歇性的、有缺陷的或在其它方面不可靠的连接时，诸如图1(a)所示的典型IoT网络不适合于在卫星通信中使用。

由于卫星119并非总是可用，或者与卫星119的连接并非总是可用，所以不存在始终开启的连接。例如，在操作期间，卫星119可能相对于网关104被定位成使得卫星119在一段时间内不能从网关104接收信号。这种网络的其他问题包括低延迟、有限的带宽、使用成本限制，并且它们可能不是IP兼容的。

使用带有卫星通信的IoT设备的已知系统使用专用的卫星星座(satelliteconstellations)来满足远程IoT通信的需要。图1(d)是使用专用卫星星座的IoT网络120的示意图。卫星星座可以被定义为一组卫星。在图1(d)中，示出了单个卫星(由参考数字122标记)。附图之间的公共特征由公共参考数字和变量表示。

所谓“专用卫星星座”是指该卫星星座已经被专门设计成用于IoT设备102。

在操作中，当卫星122在给定的IoT设备上方时，IoT设备102直接向卫星122发射数据。卫星122在第一位置122a处位于IoT设备102上方。由于技术和许可问题，这些架构限于单向通信(仅设备到用户)并使用“存储和转发”概念，其中，从卫星122在第一位置122a位于设备上方数据被上传时开始，卫星122物理地携带数据，到达数据可以被下载到地球站、下载到云服务106上的第二位置122b。在图1(d)的IoT网络120中不使用网关。

IoT网络120使用专用卫星星座，并且通常仅允许从IoT设备102到云服务106的单向通信。由于物理约束和许可限制，通常使用单向通信。关于许可限制，可在地面发射的频率通常不同于可以用于从空间发射的频率。由于为了简单起见，许多IoT设备通常在相同的频率范围接收和发射，这意味着大多数卫星星座都是为单向通信而建立的。

其他已知的LPWAN网关包括以配置入网的方式运行网络服务器的选项。网络服务器提供如前所述的云服务106上的服务器的功能。将服务器包含在网关中意味着满足“始终开启”要求，即使在与云服务106断开连接时也是如此。这使得能够通过在IoT设备102和终端用户108之间来回转发数据包来创建仍然像图1(a)中的IoT网络100那样工作的隔离的IoT部署。

图2是图1(a)所示类型的IoT网络的替代示意图。公共特征由公共参考数字和变量表示。云服务106包括用于与第一网关104a和第二网关104b通信的服务器200。服务器200可以被称为网络服务器。网关104a、104b中的每一个与IoT设备通信，IoT设备102a、102b被配置为与网关104a通信，而IoT设备102c、102d被配置为与网关104b通信。

物联网(IoT)网络操作的一个重要功能是将终端设备配置入网的能力。终端设备可以是传感器或致动器，其连接到IoT网络以便进行通信(发送传感器数据、接受命令等)。

将终端设备配置入网“告知”IoT网络接受来自被配置入网的设备的连接。这对于确保只允许所需的终端设备连接到IoT网络非常重要。此外，配置入网使得能够共享提供数据安全(例如加密)所必需的信息。

无线低功率广域网(LPWAN)架构的配置入网(还称为注册)要求与控制网络的元件共享与终端设备有关的信息。例如，在LoRaWAN的情况下，通常位于云上的网络服务器是接受或拒绝来自终端设备的数据的权威机构(authority)。因此，配置入网需要“告知”网络服务器接受来自讨论中的终端设备的数据，并且还可以包括将密钥转发到应用，以实现对通过IoT网络向终端设备发射和从终端设备发射的数据的端到端加密。

图8是如现有技术中已知的IoT网络800的示意图。IoT网络与图1(a)的IoT网络100共享特征，并且公共特征由公共参考数字和变量表示。

终端设备(例如，如图8所示的IoT设备102之一)的配置入网是手动过程，其需要连接到互联网的计算机802和对网络服务器804上的用户账户的特权访问，网络服务器804可以是云服务106的一部分。在本示例中，计算机802经由到网关104的有线连接806与网络服务器804连接。

用于在使用LoRaWAN的IoT网络中使用的终端设备通常带有被称为“devEUI”的预先编程的标识符，该标识符通常将标记在终端设备的标签上。在本示例中，IoT设备102之一的devEUI必须与网络服务器804共享，以确保来自该特定IoT设备102的数据被IoT网络800接受。

对于使用LoRaWAN的常规IoT网络部署，网关是一个简单的数据包转发器，并且网络服务器通常在线地位于云上。

配置入网过程通常由负责网络服务器804的人员在办公室中执行，并且在终端设备被运送出去用于在现场部署之前，该人员将有权访问要配置入网的所有终端设备。对于大型商业部署来说，这是一个严重的限制和瓶颈。使用LoRaWAN的IoT网络可以使多达1000个的终端设备能够连接到单个网关。因此，对于多网关部署，作为IoT网络800的操作的一部分，可能存在大量需要添加、移除和/或替换的终端设备。

概述

期望通过克服与LPWAN的“始终开启”要求相关联的问题来提供用于与终端设备和卫星通信的网关，该网关可以应用于具有不利的通信基础设施的位置。

此外，期望提供用于与终端设备和现有卫星服务通信的网关，而不必依赖于提供专用的卫星星座。

此外，期望提供用于与终端设备和卫星通信的网关，该网关可以在终端设备和终点(例如可由终端用户访问的云服务器或互联网服务)之间提供双向通信。

此外，期望提供用于与终端设备通信的网关，该网关可以被远程控制并作为多网关分布的一部分与其他网关一起工作。

期望提供克服或减轻上述问题中的一个或更多个问题的将IoT终端设备配置入网的方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于与终端设备和远程服务器通信的网关，该网关包括第一服务器，该第一服务器包括第一管理层，该第一服务器被配置为i)与第一终端设备通信，ii)与包括第二管理层的远程服务器通信，以及iii)可选择性地在第一管理层控制第一服务器的第一状态或第二管理层控制第一服务器的第二状态中操作。

可选地，第一终端设备是第一IoT设备。

可选地，第一服务器和远程服务器之间的通信链路是间歇性的。

可选地，第一服务器被配置为经由一个或更多个卫星与远程服务器通信。

可选地，卫星或每个卫星是地球同步卫星或低地球轨道卫星。

可选地，第一服务器被配置为将从第一终端设备接收的数据发射到远程服务器，和/或第一服务器被配置为接收从远程服务器发射的数据。

可选地，第一管理层被配置成实现对终端设备的配置入网。

可选地，第一终端设备和第一服务器使用以下之一进行通信：i)低功率广域网(LPWAN)通信协议，ii)有线连接，和iii)4G、5G或更高代的移动网络技术。

可选地，LPWAN通信协议是LoRaWAN。

可选地，第一服务器被配置为冒充(spoof)LPWAN后端。

可选地，第二管理层被配置为实现对终端设备的配置入网。

可选地，网关被配置为在时间段的至少一部分内进入节电状态。

可选地，网关被配置为在第一终端设备和/或远程服务器不与网关通信的时间段的至少一部分内进入节电状态。

可选地，节电状态包括关闭网关的一个或更多个子组件或使网关的一个或更多个子组件进入低功率状态。

可选地，第一服务器被配置为在数据被传送到远程服务器之前缓冲数据。

可选地，缓冲数据是从第一终端设备接收的数据和由网关生成的管理数据中的至少一项。

可选地，基于重要性对缓冲数据进行排序。

可选地，第一服务器包括被配置为存储数据的存储器元件。

可选地，网关被配置为由可再生能源、市电或电池中的至少一项供电。

可选地，网关包括边缘计算设备，该边缘计算设备被配置为在从第一终端设备接收的数据被发射到远程服务器之前对该数据进行解密和/或分析。

可选地，第一服务器被配置为与一个或更多个附加终端设备通信。

可选地，远程服务器位于云服务上。

可选地，网关包括用于与第一终端设备和/或卫星通信的至少一个无线电设备(radio)。

可选地，第一服务器是网络服务器。可选地，远程服务器是网络服务器。可选地，第一服务器和远程服务器是网络服务器。

根据本公开的第二方面，提供了一种包括第一方面的一个或更多个网关的通信网络。

可选地，该通信网络包括：用于网关或每个网关的至少一个终端设备，以及远程服务器。

根据本公开的第三方面，提供了一种使用网关与第一终端设备和远程服务器通信的方法，该网关包括第一服务器，该第一服务器包括第一管理层，该方法包括：i)使用第一服务器与第一终端设备通信，ii)使用第一服务器与包括第二管理层的远程服务器通信，以及iii)选择性地在第一管理层控制第一服务器的第一状态或第二管理层控制第一服务器的第二状态中操作。

将理解，第三方面的方法可以包括在第一方面和第二方面中阐述的特征，并且可以结合如本文所述的其他特征。

根据本公开的第四方面，提供了一种配置入网设备，用于将一个或更多个终端设备注册到物联网网络和/或用于从物联网网络移除一个或更多个终端设备，其中物联网网络包括网关和注册服务器，配置入网设备包括发射机，该发射机被配置为使用远程无线通信协议向网关发射命令信号，命令信号依赖于与终端设备相关联的标识符，其中网关被配置为接收命令信号并将命令信号提供给注册服务器，并且基于所接收的命令信号，注册服务器被配置为i)将终端设备注册到物联网网络，或ii)从物联网网络移除终端设备。

可选地，远程无线通信协议是低功率广域网(LPWAN)通信协议。

可选地，LPWAN通信协议是LoRaWAN。

可选地，发射机包括LoRa无线电设备。

可选地，配置入网设备包括被配置为读取与终端设备相关联的标识符的电子读取器。

可选地，电子读取器被配置为读取条形码、近场通信(NFC)标签和射频识别(RFID)标签中的至少一个。

可选地，条形码是QR码。

可选地，配置入网设备包括输入设备，该输入设备被配置为向用户提供接口，以使用户能够i)手动输入与要注册或移除的终端设备相关联的标识符，和/或ii)从存储的标识符列表中选择与要注册或移除的终端设备相关联的标识符，存储在列表中的每个标识符与不同的终端设备相关联。

可选地，配置入网设备包括用于存储所存储的标识符列表的存储器元件。

可选地，配置入网设备包括通信接口，该通信接口被配置为使配置入网设备能够与电子设备通信，其中电子设备被配置为使用户能够控制配置入网设备。

可选地，通信接口被配置为实现配置入网设备和电子设备之间的有线和/或无线通信。

可选地，电子设备包括被配置为读取与终端设备相关联的标识符的电子读取器。

可选地，电子读取器被配置为读取条形码、近场通信(NFC)标签和射频识别(RFID)标签中的至少一个。

可选地，条形码是QR码。

可选地，该电子设备包括输入设备，该输入设备被配置为向用户提供接口，以使用户能够i)手动输入与要注册或移除的终端设备相关联的标识符，和/或ii)从存储的标识符列表中选择与要注册或移除的终端设备相关联的标识符，存储在列表中的每个标识符与不同的终端设备相关联。

可选地，电子设备包括用于存储所存储的标识符列表的存储器元件。

可选地，电子设备是以下之一：i)移动电话，ii)平板计算机和iii)计算机。

可选地，网关被配置为使用远程无线通信协议与终端设备或每个终端设备通信。

可选地，注册服务器被配置为基于接收的注册信号和作为多因素认证过程的一部分接收的确认信号将终端设备配置入网到物联网网络。

可选地，终端设备包括传感器和致动器中的至少一个。

可选地，网关包括注册服务器。

可选地，网关被配置为与终端设备或每个终端设备和远程服务器通信，网关包括第一服务器，该第一服务器包括第一管理层，第一服务器被配置为：i)与第一终端设备通信，ii)与包括第二管理层的远程服务器通信，以及iii)可选择性地在第一管理层控制第一服务器的第一状态或第二管理层控制第一服务器的第二状态中操作。

可选地，第一服务器或远程服务器包括注册服务器。

将理解，第四方面的配置入网设备可以结合如本文所述的其他特征。将理解，第四方面的网关可以包括第一方面中阐述的特征，并且可以结合如本文所述的其他特征。

根据本公开的第五方面，提供了一种物联网网络，其包括第四方面的配置入网设备、网关和注册服务器。

将理解，第五方面的物联网网络可以结合如本文所述的其他特征。将理解，第五方面的网关可以包括第一方面中阐述的特征，并且可以结合如本文所述的其他特征。

根据本公开的第六方面，提供了一种使用包括发射机的配置入网设备从物联网网络注册和/或移除一个或更多个终端设备的方法，该方法包括：使用远程无线通信协议从发射机向网关发射命令信号，该命令信号依赖于与终端设备相关联的标识符；在网关处接收该命令信号；将该命令信号提供给注册服务器；以及基于该命令信号，i)使用注册服务器将该终端设备注册到物联网网络，或者ii)使用注册服务器从物联网网络中移除该终端设备。

将理解，第六方面的方法可以包括第四方面和第五方面中阐述的特征，并且可以结合如本文所述的其他特征。

附图简述

下面通过示例的方式并参考附图更详细地描述了本公开，在附图中：

图1(a)是典型的IoT网络的示意图，并且图1(b)是具有间歇性或断开连接的IoT网络的示意图；图1(c)是卫星通信网的示意图，并且图1(d)是使用专用卫星星座的IoT网络的示意图；

图2是图1(a)所示类型的IoT网络的替代示意图；

图3(a)是根据本公开的第一实施例的用于与终端设备和远程服务器通信的网关的示意图，并且图3(b)是图3(a)的网关的特定实施例的示意图；

图4是图3(b)所示类型的通信网络的替代示意图；

图5是包括如图3(b)所示的网关的通信网络的替代示意图；

图6是根据本公开的第二实施例的网关的示意图；

图7是根据本公开的第三实施例的使用本公开的网关在终端设备和远程服务器之间进行通信的方法的流程图；

图8是如现有技术中已知的IoT网络的示意图；

图9(a)是根据本公开的第四实施例的包括配置入网设备的IoT网络的示意图，并且图9(b)是根据本公开的第五实施例的包括配置入网设备的IoT网络的示意图；

图10(a)是根据本公开的第六实施例的配置入网设备的特定实现的示意图，图10(b)是根据本公开的第七实施例的配置入网设备的特定实现的示意图，并且图10(c)是根据本公开的第八实施例的配置入网设备的特定实现的示意图；

图11(a)是根据本公开的第九实施例的配置入网设备的特定实现的示意图，并且图11(b)是根据本公开的第十实施例的配置入网设备的特定实现的示意图；

图12(a)是根据本公开的第十一实施例的电子设备的特定实现和配置入网设备的示意图，图12(b)是根据本公开的第十二实施例的电子设备的特定实现和配置入网设备的示意图，并且图12(c)是根据本公开的第十三实施例的电子设备的特定实现和配置入网设备的示意图；

图13是根据本公开的第十四实施例的包括配置入网设备的IoT网络的示意图；并且

图14(a)是根据本公开的第十五实施例的包括配置入网设备的IoT网络的示意图，并且图14(b)是根据本公开的第十六实施例的IoT网络的示意图。

详细描述

图3(a)是根据本公开的第一实施例的用于与终端设备302和远程服务器316通信的网关300的示意图。网关300包括第一服务器306，该第一服务器306包括第一管理层308。

第一服务器306被配置为与终端设备302中的至少一个(例如，终端设备302a)通信。第一服务器306还被配置为与远程服务器316通信。远程服务器316包括第二管理层320。

所谓的“远程服务器”，意味着远程服务器316不是网关300的物理局域网(LAN)的一部分。远程服务器316可以位于离网关300相当远的地方。例如，在一个实施例中，这可以是几百米，而另外的实施例可以使远程服务器316位于与网关300不同的国家或大陆上。另外，将理解，远程服务器316可以物理地位于网关300附近，同时仍然不是其LAN的一部分。

第一服务器306被配置为可选择性地操作于其中第一管理层308控制第一服务器306的第一状态或其中第二管理层320控制第一服务器306的第二状态。

在本实施例中，终端设备302中的一个或更多个是包括传感器的IoT设备，该传感器使终端设备302能够测量其周围环境的特性。如前所述，可测量的特性可包括但不限于温度、湿度或环境光条件。将理解，在另外的实施例中，终端设备302中的一个或更多个可以包括一个或更多个传感器。为了帮助附图的清晰性，对于终端设备302中的一个，仅示出并标记了单个传感器303。

在另外的实施例中，终端设备302中的一个或更多个可以是包括一个或更多个其它电气设备(作为传感器的替代物或补充物)的IoT设备。这些电气设备可以包括致动器、用户显示器或诸如LED的灯，其使得包括电气设备的终端设备302能够基于从网关300接收的信号与其本地环境交互。终端设备302可以被配置为提供单向或双向通信。

将理解，在另外的实施例中，终端设备302中的一个、终端设备302中的一些或所有终端设备302可以是IoT设备。

在另外的实施例中，第一服务器306被配置为将从终端设备302中的一个或更多个(例如终端设备302a)接收的数据发射到远程服务器316。在另外的实施例中，第一服务器306被配置为接收从远程服务器316发射的数据。

图3(b)是在包括卫星304的通信网络内使用的如图3(b)所示的网关300的特定实施例的示意图。附图之间的公共特征由公共参考数字和变量表示。

在本实施例中，第一服务器306被配置为经由卫星304与远程服务器316通信。在另外的实施例中，第一服务器306可以被配置为经由多个卫星与远程服务器316通信。在这样的实施例中，可以基于诸如第一服务器306与卫星之间的通信链路的信号强度或卫星的可用性的标准来选择用于第一服务器306和远程服务器316之间的通信的卫星。此外，可以同时使用多个卫星通信链路。

卫星304可以是地球同步(GEO)卫星或低地球轨道(LEO)卫星。在另外的实施例中，在第一服务器306被配置为经由多个卫星与远程服务器316通信的情况下，多个卫星可以都是GEO卫星或LEO卫星，或GEO卫星和LEO卫星的组合。

在本实施例中，网关300包括无线电设备310，该无线电设备310包括用于向卫星304发射数据和用于接收从卫星304发射的数据的天线311。网关300还包括无线电设备312，该无线电设备312包括用于向终端设备302发射数据并用于接收从终端设备302发射的数据的天线313。

将理解，在另外的实施例中，单个无线电设备可以提供无线电设备310、312两者的功能。另外，在另外的实施例中，无线电设备310、312中的一者或两者可以被配置为仅提供单一功能(例如发射或接收)，并且附加的无线电设备(或多个无线电设备)可以被提供以提供功能中的另一个功能。例如，网关300中可能存在四个无线电设备：一个无线电设备用于向终端设备302发射，一个无线电设备用于从终端设备302接收，一个无线电设备用于向卫星304发射，并且一个无线电设备用于从卫星304接收。

当无线电设备310、312被配置用于发射时，它们可以被称为发射机。当无线电设备310、312被配置用于接收时，它们可以被称为接收机。当无线电设备310、312被配置为同时或在单独的时间提供两种功能时，它们可以被称为收发机。

网关300使得能够与终端设备302以及一系列现有的或未来的卫星服务进行通信，而不必依赖于提供专用的卫星星座。网关300可以与不同的卫星服务一起工作，该不同的卫星服务可能彼此不同地操作。

卫星304可以与远程服务器316通信，远程服务器316可以位于云服务323上。远程服务器316可以是基于地球的或基于空间的。如针对现有技术所描述的，终端用户318可以通过访问云服务323来访问由终端设备302测量的数据。

例如，终端用户318可以使用支持互联网的计算机或智能电话访问云服务323。例如，云服务323可以使用标准web浏览器、专用软件包或移动应用来访问。将理解，在另外的实施例中，终端用户318还可以直接而不是经由云服务323访问远程服务器316。例如，当远程服务器316不位于云服务或类似网络上时，可以使用直接有线连接以使得终端用户318能够与远程服务器316交互。

终端用户318可以选择查看或导出在网关300和终端设备所在的远程站点处生成的有效载荷数据，或者可以将该数据提供给另一系统。

将理解，术语云服务323一般用于指代互联网或任何类似的网络。例如，这样的网络可以与互联网隔离地部署。此外，终端用户318可以与独立于最初接收数据的网络/云服务的网络/云服务交互。终端用户318与之交互以访问远程服务器316的云服务323部分可以被称为应用服务器或应用层(未示出)。

将第一服务器306包括在网关300内，而不是作为现有技术的互联网或云服务106的一部分远程地定位意味着克服了现有技术网关104的“始终开启”缺点。第一服务器306起作用以“冒充”互联网后端，并使网关300“认为”其具有到互联网或云服务323的连接，即使在间歇性没有连接可用时也是如此。这使得网关300即使在未连接到远程服务器316时也能够工作。因此，当第一服务器306和远程服务器316之间的通信链路是间歇性的(例如由于卫星304的不可用性)时，网关300可以工作。

通常，服务器将相对于网关远程地定位，如图2所述。然而，在网关300内包括第一服务器306本身将第一服务器306的功能带给网关300。参考图2，当位于云服务106上并且远离网关(例如104a)时，服务器200可以被配置为执行以下范围的任务：允许用户添加/移除网关(例如104a、104b)、添加/移除(配置入网)终端设备(例如102a、102b、102c、102d)以连接到这些网关(104a、104b)并为网关(104a、104b)提供位置以转发它们从终端设备(102a-102d)接收的数据。

因此，在第一状态中，第一管理层308可以被配置为控制网关300内的第一服务器306，以在网关300处实现以下中的一项或更多项：允许用户添加和/或移除其他网关；允许用户添加终端设备和/或移除终端设备用于连接到网关300或另一网关，并且为在网关300处接收的数据提供存储。

在本实施例中，终端设备302和第一服务器306使用诸如LoRaWAN的低功率广域网(LPWAN)通信协议进行通信。在网关300内使用第一服务器306“破坏”LPWAN协议。在本实施例中，第一服务器306“冒充”LPWAN后端。

在另外的实施例中，终端设备302和第一服务器306可以使用有线连接或可替代地使用4G、5G或更高代的移动网络技术进行通信。

LoRaWAN可以被描述为“网络密集型”协议：密集型的意义在于，由于用于终端设备302的简单和简约方法，后端系统(具体地说，服务器)负责大部分逻辑。卫星网络由于间歇性连接而“有缺陷”，并且因此不能处理网络密集性，这意味着需要将服务器转移到网关(如网关300中所存在的那样)。

使用第一服务器306“分解”LPWAN通信协议的能力使得网关300能够在网关300和云服务323之间不具有始终开启且实际上无限的通信链路的情况下工作，而同时使得网关300能够与使用LPWAN协议进行通信的终端设备保持完全兼容。

如前所述，并参考图1(a)、1(b)和图2，用于IoT的通信协议(例如LPWAN协议)需要现场中的终端设备(IoT设备102)与互联网/云(云服务106)上的服务器200之间的连续、无限、不断开的链路，该服务器200为用户/客户管理所有设备。通过这个不断开的链路，服务器200和网关104连续地交换大量数据/信息，这些数据/信息是确保从网关100到云服务106上的服务器200的整个端到端链路保持可操作的关键。

如前所述，服务器200最终负责添加/移除网关104、IoT设备102，并通常管理整个部署(如图2所示，该部署可以由连接到互联网的多个网关和连接到每个网关的多个终端设备组成)。卫星链路不像有线互联网连接，因为它们带宽有限，运行费用昂贵(每单位数据交换的成本，但是还有使发射机运行的电力预算成本)，并不总是可用于通信(取决于所使用的卫星的类型)。

用于IoT的通信协议(例如LPWAN)无法在间歇性的或有缺陷的链路上工作，因此，为了使网关能够与开箱即用的设备(不需要修改或定制)LPWAN兼容，协议实际上需要以这样的方式被分解和重新设计，即终端设备看不到，但使网关能够跨卫星链路及其“特性(peculiarities)”工作。

在网关300上包括第一服务器306意味着网关300与LPWAN协议兼容，因为互联网/云服务器(在图2中标记为“服务器200”)的功能实际上移动到网关300本身上，使得LPWAN协议工作起来就好像它通过连续连接进行通信一样。

网关300上的配置入网的第一服务器306被按比例缩小，以在网关300上工作，但保留冒充LPWAN后端所需的所有功能，以满足协议的需要，并由此确保与现成设备终端设备302的兼容性。

将第一服务器306托管在边缘(站点)上作为网关300的一部分提供了管理和控制终端设备302和网关300的能力。第一服务器306包括第一管理层308，当处于第一状态时，第一管理层308控制第一服务器306以提供管理、控制终端设备302和与终端设备302通信所需的功能。

第一管理层308被设计成与第一服务器306对接(interface)，第一服务器306提供管理经由卫星304去往/来自云服务323上的远程服务器316的数据的端到端通信的智能。这包括终端设备有效载荷数据(例如，由终端设备302进行的传感器测量)，但还包括确保端到端链的其他元件一致工作所需的所有其他数据。

第一服务器306可以包括处理器，用于执行指令以控制网关300的组件。第一服务器306可以包括用于保存将由处理器执行的指令的存储器存储设备。根据技术人员的理解，第一服务器306可以以硬件和/或软件来实现。第一管理层308可以访问并使用第一服务器306的处理器和存储器元件以提供控制第一服务器306所需的功能。

电气组件可以被封装到在其上运行软件的网关300中。网关300被配置为经由卫星304连接到互联网上的云服务323上的远程服务器316。

网关300可以部署在客户/用户需要连接的场所--例如，采矿公司希望监视矿井的各个部分，网关300将部署在所述矿井内或附近。网关300可以被配置为由可再生能源(未示出)、市电(未示出)或电池314中的至少一项供电。网关300可以安装到现有结构或专用安装件上。

传统的以网关为中心的IoT通信解决方案的主要限制之一是电力和数据依赖于本地基础设施--因此限制了它们在已建成区域之外的任何地方的部署。作为市电的替代，使用可再生能源或电池314意味着，在本实施例中，网关300具有完全离网运行的能力。因此，网关300适合于在世界的偏远地区使用。另外，卫星连接确保了关于通信基础设施的独立性。由于网关300可以被配置为完全离网运行，因此由网关300提供的服务可以部署在不存在任何电力或通信基础设施的地方。

网关300可以包括一个或更多个接口，以使得能够耦合到各种可再生电源(例如风力发电机和太阳能电池板)。另外，可以提供电池组以补偿由可再生电源提供的发电量的下降。

在本实施例中，无线电设备312是LPWAN无线电设备，在该LPWAN无线电设备内，终端设备302可以被连接(一旦被配置入网)并且可以与网关300通信。此外，无线电设备310是卫星通信无线电设备，以使网关300能够与卫星通信。

天线313(LPWAN天线)例如可以是贴片天线或单极天线。天线311(卫星通信天线)例如可以是碟形天线、平板天线或小贴片天线。将理解，根据技术人员的理解，可以使用其他天线类型。

网关300可以在外壳或壳体内包含必要的电子设备和软件。网关300可以连接到各种附件，例如电源(例如电池314)和无线电设备310、312。因此，电源和无线电设备310、312可以可移除地连接到网关300。

在现有技术系统(IoT网络100)中，IoT设备102的配置入网通常在远离网关104和IoT设备102的位置处执行。例如，通过用户使用计算机并登录到云服务106。“配置入网”是指在IoT网络中添加和授权IoT设备，以使网关300能够与所述IoT设备通信。在本公开中，网关300使得IoT设备302能够在网关300本身处配置入网而不必“登录”到云服务106。通过在网关300中包括第一服务器306来实现网关300处的配置入网，并且特别地，第一管理层308被配置为实现终端设备302在网关300处的配置入网。

在另外的实施例中，网关300可被配置为在一个时间段的至少一部分内进入节电状态。

网关300可以被配置为在终端设备302中的至少一个和/或远程服务器316不与网关300通信的时间段的至少一部分内进入节电状态。

节电状态可包括关闭网关300的一个或更多个子组件或使网关300的一个或更多个子组件进入低功率状态。

优选的是，网关300作为一个整体将不会被断电，因为在断开状态下，它将无法接收由终端设备302发送的数据。例如，作为网关300中最大功率消耗者的网关300的子组件是用于与卫星304通信的无线电设备310，并且因此期望在不需要无线电设备310时关闭它。

周期工作是指在需要的时候打开系统，而在不需要的时候关闭系统。使利用无线电设备312的网关300到卫星304的连接(卫星回程通信链路)周期工作(duty-cycle)的能力是有益的，因为使卫星链路处于活跃状态在使用链路的货币成本方面而且在网关300的运行成本方面(例如，与发射机的功耗有关)都是昂贵的。

当远程服务器316位于云服务323上并且因此终端用户318可通过使用云服务323来访问远程服务器316时，第二管理层320可以是云服务323的一部分。因此，实际上，由监督网关300的整个操作的两个管理层308、320形成超级管理层(308+320)。

将超级管理层(308+320)分成不同位置处的两个部分，使得能够在卫星连接不可用时使用第一管理层308本地控制网关304的第一服务器306(如前所述的第一状态)，而在卫星连接可用时由第二管理层320提供远程控制(如前所述的第二状态)。

例如，除了第一管理层308提供的配置入网功能之外，或者作为第一管理层308提供的配置入网功能的替代，第二管理层320可以被配置为使得终端设备302能够远程地且远离网关300地配置入网。

如前所述，将设备配置入网意味着执行允许它们连接到服务并且使用服务所必需的步骤。兼容的设备将不被允许通过通信链路发送其数据(和从通信链路接收其数据)，除非被配置入网。LPWAN设备的配置入网是LPWAN协议/标准的特征，并且由位于如图1(a)所示的现有技术系统中的云服务106上的服务器处理。在本公开中，配置入网仍然与LPWAN协议标准兼容，但可以在网关300(使用第一服务器306)处或在云服务323(使用第二管理层320)处完成，这意味着可以在部署的现场和场外两者处执行该关键功能。

在第二状态中，第二管理层320可被配置为控制网关300内的第一服务器306，以远离网关300实现以下的一项或更多项：允许用户添加和/或移除其他网关；允许用户添加终端设备和/或移除终端设备用于连接到网关300或另一网关，并为在网关300处接收的数据提供存储。

在部署了多个网关300的另外的实施例中，第二管理层320可以用于多于一个网关，其中每个网关的相应本地管理层与第二管理层320组合以形成“超级管理层”。

超级管理层(308+320)使得能够对网关300和终端设备302的所有部署进行控制和管理。超级管理层(308+320)满足管理第一服务器306以及终端设备302的附加需要。此外，超级管理层(308+320)用于满足一直在与卫星304的非始终开启的通信链路的约束下工作时管理网关300或每个网关300的需要。

超级管理层(308+320)的一部分存在于网关300上(即，第一管理层308)，而其余部分存在于云服务323上(第二管理层320)。两个管理层308、320经由卫星链路通信，交换确保无缝的端到端通信服务所需的信息。

在操作中，第一管理层308和第一服务器306起作用以确保满足LPWAN协议的“始终开启”要求。第二管理层320可以被配置为提供第一管理层308的功能的至少一部分，并且还提供与网络上的多个网关及其管理层交互的必要功能。此外，第二管理层320可以被配置为在与网络上的一个或更多个网关脱离接触时(例如，在卫星304超出范围时)工作。

如前所述，已知的网关确实包含以配置入网的方式运行网络服务器的选项，并且这实际上“冒充”了LPWAN协议。然而，这仅仅是通过在IoT设备102和终端用户108之间来回转发数据包来创建仍然像图1(a)中的IoT网络100那样工作的隔离的IoT部署。当到云服务106的连接是断开的或是间歇性的时，这样的系统不适合于工作，并且这样的系统因此不适合于经由卫星进行通信。此外，将服务器配置入网到网关上意味着服务器的功能(例如用于配置入网的功能)是在网关本身处执行的。另外，一系列网关(每个网关上都有服务器，并以这种方式部署)不进行交互。

如本文所述的网关300提供了一种经由第二管理层320实现对网关300的远程控制的方法，该第二管理层320实现诸如终端设备302的远程配置入网的功能。将理解，根据技术人员的理解，如由第一服务器306实现的其他功能还可以远程执行。

总之，超级管理层(308+320)可以用于使云和网关配置同步；优化跨现场所有网关的卫星链路；提供对现场网关的集中监视和控制；实现对问题的远程调试和修复；并控制去往/来自现场网关的信息的输送。

图4是图3(b)所示类型的通信网络的替代示意图。公共特征由公共参考数字和变量表示。在图4中，示出了两个网关，每个网关具有两个连接的IoT设备。示出了第一网关300a和第二网关300b。第一网关300a用于与终端设备302a、302b通信，并包括服务器306a和管理层308a。第二网关300b用于与终端设备302c、302d通信，并包括服务器306b和管理层308b。第一网关和第二网关300a、300b如针对网关300所描述的那样工作，这对技术人员来说将是清楚的。

第二管理层320和管理层308a形成超级管理层，而第二管理层320和管理层308b形成另一超级管理层。

第二管理层320的包含使得能够通过与多个网关300a、300b各自的管理层308a、308b和服务器306a、306b的交互来远程控制该多个网关300a、300b。因此，网关300a、300b不必像现有技术中的情况那样彼此隔离地工作。例如，由网关300a从终端设备302a接收的测量结果可以用于触发将由终端设备302c执行的测量结果处理，该终端设备302c与网关300b相关联并且可以位于离网关300a提供的网络相当远的地方。因此，第二管理层320的包含可以使网关300a、300b能够协同起作用，并且它们不必隔离地工作。

将理解，在另外的实施例中，可以提供附加网关，每个网关具有包括管理层的服务器，该管理层可以与云服务323上提供的第二管理层320交互并与该第二管理层320通信。

包括可以彼此通信的多个网关的网络(例如图4所示的IoT网络)可以被描述为分布式网络。

在另外的实施例中，网关300可以被配置为在数据被传送到远程服务器316之前缓冲数据。如前所述，诸如图1(a)所示的网关104的传统IoT网关通常充当简单的中继器，跨两个通信类型(IoT设备102和网关104之间的无线LPWAN，以及网关104和云服务106之间的有线互联网或4G)双向转发数据。本公开的网关300可以通过存储从终端设备302接收的数据来在网关300处本地缓冲数据直到需要将该数据发送到卫星304为止。

缓冲的数据例如可以是从终端设备302中的一个或更多个接收的数据，或者可以是要发送到终端设备302的数据。可替代地，缓冲的数据可以是由网关300本身生成的管理数据(例如与一般“内务管理”有关并且与网关300的功能有关)。

双向缓冲有效载荷和其他数据的能力解锁了密切控制如何以及何时跨卫星回程(在网关300和卫星304之间)和LPWAN链路(在终端设备302和网关300之间)传输数据的能力，这使得网关300能够处理多种协议、技术、传输策略等。

第一服务器306可以包括用于存储数据作为缓冲过程的一部分的存储器元件322。例如，在使用中，可以在网关300处从终端设备302之一接收数据。如果卫星304不位于用于将数据从网关300发射到卫星的适当位置，则可以通过将数据存储在存储器元件322中来缓冲数据。当卫星304处于从网关300接收数据的适合位置时，网关300然后可以进行发射存储在存储器元件322中的数据。

在另外的实施例中，缓冲数据可以基于其重要性进行排序，并按照重要性顺序被发射到卫星304。例如，假设终端设备302正在测量温度和湿度两者，并且终端用户318迫切需要接收温度数据，则网关300可被配置为在卫星304被适当定位以接收来自网关300的发射的有限时间段内优先考虑发送温度数据。

在另外的示例中，一组常规数据捕获点在大部分时间内可以被认为是非关键的，并被设置为缓冲一段时间(例如12小时)，从而聚合有效载荷并每半天一次性发送全部有效载荷。如果测量值将超过特定阈值(例如，温度高于特定阈值水平)，则智能网关300可被设置为认为该数据是关键的，并立即或尽快将该数据发送到卫星304。该功能使得能够根据用户需要进行广泛的定制，并且使得由网关300提供的服务能够根据情况的变化来扩展(scale)其性能。

第二管理层320可以从终端用户318接收经由卫星304传送到网关300的输入，该输入用于更新缓冲数据的条件。因此，第二管理层320的包含使得能够远程控制网关300及其操作的各个方面。将理解，通过包含第二管理层320而远程提供的控制不限于数据缓冲条件。例如，可替代地或除此之外，终端用户318可以经由第二管理层320远程控制网关300的全部或一部分的工作循环。

第二管理层320还可以被配置为实现网关300软件的远程更新。这可以由用户输入触发，或者可替代地，当更新可用时，这可以是自动的。

将理解，缓冲数据的排序/分级可以根据技术人员的理解以其他方式确定。

将理解，尽管已经参考LPWAN(并且特别是LoRaWAN)描述了网关300，但在另外的实施例中，网关300可适于与不同的协议和技术一起使用，以组成整个端到端服务。例如，网关300可以通过wifi或蓝牙连接工作。另外，网关300不限于任何单个卫星通信协议或技术，并且可以利用不同的卫星和卫星星座来提供回程链路。不同的卫星可以要求不同的通信策略、性能、硬件等。实际上，网关300可以被描述为与通信协议和技术无关。总之，根据技术人员的理解，智能网关300可以被配置为跨技术、协议和策略的任何组合转发必要的数据。

网关300可以包括边缘计算设备324，该边缘计算设备324被配置为在使用存储器元件322进行存储之前和/或在发射到远程服务器316之前对从终端设备302中的一个或更多个中接收的数据进行解密、分析和/或处理。数据的处理可以包括应用数学运算和/或将数据与一个或更多个阈值进行比较。

边缘计算设备324被配置为处理从终端设备302或每个终端设备302接收的数据。这使得能够在经由卫星304将数据转发到云服务323之前在网关300现场执行对接收数据的处理。边缘计算设备324可以用于解密和/或分析所接收的数据。

使用边缘计算设备324在网关300处执行数据的处理可以实现需要从网关300发射到卫星304的数据量的减少。当IoT网络包括多个网关和loT设备(例如在图3所示的IoT网络被扩展成包括多个网关300和多个终端设备302的情况下)时，传输到卫星304的数据的减少尤其有价值。

优选的是，IoT网络是可扩展的(例如可扩展到数百个或数千个网关和/或终端设备)，并且因此，边缘计算可以提供的减少瓶颈负担的能力尤其有价值，该瓶颈负担与随着IoT网络规模的增加而增加的数据量相关。边缘计算可以用于提供用于与卫星通信一起使用的优化的IoT系统，该卫星通信提供具有可变性能的回程。

“回程”描述了网关300和(回程到)云服务323之间的通信链路。在本文描述的示例中，回程描述了经由卫星304从网关300到云服务323的通信链路。

图5是包括如图3(b)所示的网关300的通信网络的替代示意图。公共特征由附图之间的公共参考数字/变量表示。

图6是根据本公开的第二实施例的网关600的示意图。网关600表示网关300的特定实施例，并且同样地，公共特征由公共参考数字和变量表示。网关600如先前针对网关300所描述的那样工作，这对技术人员来说将是清楚的。

在操作中，网关600可以由耦合到AC接口604的市电电源602供电。AC接口604从市电电源602向功率调节和分配单元606提供功率，该功率调节和分配单元606向网关600的电气组件提供经调节的功率。

将理解，在本实施例中，市电电源602不是网关600本身的一部分，并且网关能够耦合到市电电源602。网关600包括AC接口604和功率调节和分配单元606，然而，将理解，在另外的实施例中，这些组件可以被单独提供。

网关600包括计算机608，该计算机608包括第一服务器306(未示出)和第一管理层308(未示出)。计算机606包括存储器元件610，该存储器元件610可以对应于如前所述的存储器元件322。在本实施例中，存储器元件610是稳态存储设备。计算机608可以是单板计算机。

计算机608还包括通用异步接收器接口(UART)数据接口612和串行外围接口(SPI)数据接口614。计算机608包括处理器。

网关600包括接口616和接口618。接口616、618中的每一个和计算机608耦合到功率调节分配单元606，并在操作期间从所述单元606接收功率。

在本实施例中，接口616是卫星通信接口。在本实施例中，接口618是包括功率放大器(PA)620的LoRa无线电设备。

图7是根据本公开的第三实施例的使用网关300或网关600在第一终端设备和远程服务器之间进行通信的方法700的流程图。

方法700包括在步骤702使用第一服务器与第一终端设备通信，在步骤704使用第一服务器与包括第二管理层的远程服务器通信，以及在步骤706选择性地操作于其中第一管理层控制第一服务器的第一状态或其中第二管理层控制第一服务器的第二状态。

如本文所述的网关实现了经由卫星操作的IoT通信网络，并且实际上可以部署在任何地方，甚至部署在通信和电力基础设施差的区域。如前所述，网关可以位于终端设备所在位置的远程位置，并且当本地不存在基础设施时，网关可以由市电或可再生能源(太阳能电池板和/或小型风力发电机)供电。可以提供作为如前所述的应用层的示例的互联网门户，以使终端用户能够访问由要在线访问的网络的IoT设备测量的数据。另外，互联网门户可以包括数据可视化和分析工具。

本文公开的网关适用于如工业IoT所需的低数据速率终端设备。该网关可以适于与使用标准化通信协议的各种各样的现成终端设备一起工作。该网关可以适于与各种各样的卫星通信提供商以及与这些提供商相关联的各种技术和工艺(例如，频率、波形、指向要求、天线类型和通信策略)一起工作。

如本文所公开的一个或更多个网关可以作为通信网络的一部分提供。通信网络例如可以包括多个网关，每个网关与一个或更多个终端设备相关联并能够连接到远程服务器。

本文的系统可以通过部署本文所述类型的多个网关和/或多个终端设备来有效地扩展。第二管理层320使得多个网关能够作为单个IoT网络被控制。这就实现了高分辨率数据收集的好处。例如，可能有一千个终端设备，每个终端设备都在收集数据。如本文所公开的网关可以结合端到端安全性(加密、认证)以确保客户/用户数据是安全的。本文描述的系统提供了可以在非隔离分布中用作多网关网络的一部分的网关，其中网关从远程位置到部署该网关的位置是可控的。

本文所公开的网关提供了无缝的、一站式(turnkey)连接解决方案，其目标是可以部署在世界任何地方的低数据速率传感器类型通信。与互联网服务提供商(ISP)非常相似(该互联网服务提供商(ISP)向终端用户/客户提供调制解调器以供他们在家中安装，并且终端用户/客户将他们的终端设备连接到该调制解调器(经由Wi-Fi或有线连接))，由网关实现的服务可以提供网关，终端设备(传感器、致动器等)可以连接到该网关和/或该网关可以对该终端设备(传感器、致动器等)进行认证。一旦连接到操作网关，数据就可以从终端设备发送到专用的互联网门户，反之亦然。

图9(a)是根据本公开的第四实施例的包括配置入网设备901的IoT网络900的示意图。IoT网络900包括网关904和注册服务器906。

在本示例中，配置入网设备901被配置为使终端设备902能够在当前未注册的情况下向IoT网络900注册，并且还被配置为使已经注册到IoT网络900的终端设备902能够从IoT网络900移除。

将理解，在另外的实施例中，配置入网设备902可被配置为仅提供这些功能之一。具体地说，在另外的实施例中，配置入网设备902可以仅被配置为实现终端设备902注册，并且在另一实施例中，配置入网设备可以仅被配置为实现终端设备902移除。

将理解，术语“注册”和“配置入网”在本文可互换使用。还将理解，从IoT网络900移除终端设备902意味着网关904不再接受其通信。根据技术人员的理解，在移除之后，可以使用配置入网设备901或另一装置再次将终端设备902注册到IoT网络900。

终端设备902例如可以包括传感器和致动器中的一者或两者。

将理解，网关904和终端设备902可以如先前针对其他IoT网络中的网关904和终端设备所描述的那样工作。例如，并且参考图8，网关904可以对应于网关104，而终端设备902可以对应于终端设备102之一。

配置入网设备901包括发射机907，该发射机907被配置为使用远程无线通信协议向网关904发射命令信号908。命令信号的内容依赖于标识符909，该标识符909与要从IoT网络900注册或移除的终端设备902相关联。标识符909例如可以是如前所述的devEUI，或者可替代地可以是另一类型的标识符(例如代码或PIN)。另外，标识符909可以包括多个组成部分(例如devEUI、PIN和代码)。每个终端设备902可以具有唯一标识符909，以将每个终端设备与其他终端设备区分开来。

网关904被配置为接收命令信号908，并将命令信号908提供给注册服务器906。在本示例中，注册服务器906通过有线连接910耦合到网关904。将理解，在另外的实施例中，网关904可以通过无线连接耦合到注册服务器906。将理解，另外的实施例可以包括用于网关904和注册服务器906之间的耦合的无线连接和有线连接的组合。

对于终端设备902的注册，命令信号908指示注册服务器906将终端设备注册到IoT网络900。为了移除终端设备902，命令信号908指示注册服务器906从IoT网络900移除终端设备902。

提供命令信号908以注册终端设备可以被称为提供“配置入网握手”。

将理解，在另外的实施例中，命令信号908可以被配置为提供多个功能。例如，命令信号908可以指示注册服务器在注册另一个终端设备的同时移除一个终端设备，或者命令信号908可以指示注册或移除多个终端设备。

将理解，在配置入网设备901可以用于从IoT网络900注册或移除终端设备902之前，该配置入网设备901本身将需要向IoT网络900注册。实际上，配置入网设备901本身是终端设备，其被配置为使得能够从IoT网络900注册和移除其他终端设备902。

当配置入网设备901被注册时，网关904将“识别”配置入网设备901，并将“理解”由配置入网设备901提供的标识符909是可信的，并且应当根据需要将与这些标识符909相关联的终端设备添加或移除到IoT网络900。

认证可以用于确保授权用户正在使用配置入网设备901。配置入网设备901还可以包括使用户能够从多个网关之一注册(或移除)终端设备的功能。

在另外的实施例中，单个标识符909可以与多个终端设备相关联。在这种情况下，与单个标识符909相关联的多个终端设备可以批量注册或移除。

图9(b)是根据本公开的第五实施例的包括配置入网设备901的IoT网络912的示意图。IoT网络912与IoT网络900共享特征，并且因此公共特征共享公共参考数字和变量。

在本示例中，位于云服务914上的网络服务器913包括注册服务器906。在本示例中，有线连接910用于经由云服务914上的网络服务器913将网关904耦合到注册服务器906。将理解，在另外的实施例中，有线连接910可以是无线的，并且可以例如经由卫星链路。将理解，另外的实施例可以包括用于网关904和注册服务器906之间的耦合的无线连接和有线连接的组合。

在本示例中，网络服务器913的一部分提供注册服务器906的功能，以实现如前所述的终端设备的配置入网和移除。

在图9(a)和图9(b)所示的每个实施例中，远程无线通信协议可以是低功率广域网(LPWAN)通信协议。LPWAN通信协议是LoRaWAN。发射机907可以包括LoRa无线电设备。

将理解，本公开可以适用于其他LPWAN通信协议(包括但不限于SigFox和NB-IoT)。技术人员将熟知LPWAN通信协议(例如LoRaWAN、SigFox和NB-IoT)的规范和特征。

将理解，诸如LPWAN的远程无线通信协议不同于诸如Wi-Fi、蓝牙和近场通信(NFC)等的其他通信技术。在与其他技术相比的情况下，LPWAN实现低功率和远程通信，这使得它特别适合于IoT网络，在IoT网络中，廉价、低功率的传感器被部署在广阔的区域内以收集数据。使用LPWAN的IoT网络必须遵守相关的通信协议(例如LoRaWAN)，该通信协议与诸如Wi-Fi的其他技术实质上不同。

例如，要将终端设备连接到Wi-Fi网络，终端设备本身需要关于无线路由器的信息。该信息通常是无线路由器名称和密码。这与LoRaWAN形成对比，在LoRaWAN中，必须允许终端设备通过利用注册服务器906对该终端设备进行配置入网/注册来加入IoT网络。在LoRaWAN中，到IoT网络的连接由注册服务器906集中控制，并且终端设备本身不需要关于IoT网络的任何信息来作为IoT网络的一部分工作。因此，连接终端设备以在使用诸如LPWAN(例如LoRaWAN)的远程无线通信的IoT网络中工作的过程与连接终端设备以在使用Wi-Fi的IoT网络中工作的过程有很大不同。

网关904可以被配置为使用如针对配置入网设备901和网关904之间的通信而发布的相同的远程无线通信协议与终端设备902或每个终端设备902通信。这为配置入网设备901提供了使用与在操作期间将在终端设备902和网关904之间使用的通信链路相同的通信链路向网关904安全地发射终端设备902标识符909的能力。例如，经由LoRaWAN向网关904发送配置入网信息(标识符)。将理解，网关904还可以使用LoRaWAN与终端设备902和/或配置入网设备901通信。

通过使配置入网设备901和终端设备902使用相同的通信协议与网关904通信，这意味着不要求网关904包括附加的硬件组件来实现通过不同通信协议的通信。

在使用LoRaWAN的本示例中，为了将终端设备配置入网，可以将终端设备902所特有的标识符909(例如DevEUI)传送到注册服务器906，以确保可以正确地识别要注册的终端设备902。还可以针对额外的安全级别而传送诸如AppID的另一标识符。

在另外的实施例中，注册服务器906可以被配置为基于接收的命令信号908和作为多因素认证过程的一部分接收的确认信号(未示出)将终端设备902配置入网到IoT网络的900、912。这提供了更安全的配置入网过程。

例如，多因素认证过程可以包括双因素认证。在这种过程中，可能要求用户提供以下三种识别形式中的两种：他们知道的东西(例如，记忆的密码)、他们拥有的东西(例如，移动电话)和他们自身的东西(例如，指纹)。

在特定实施例中，可以向用户提供授权的电话和/或加密狗设备(拥有的东西)，该授权的电话和/或加密狗设备可以请求员工PIN(知道的东西)或指纹(他们自身的东西)以将终端设备902安全地配置入网。只有经过授权的员工才会被给予电话和/或加密狗设备，如果这些设备丢失，在没有第二特征的情况下，这些设备将仍然无法工作。与需要后端访问来执行每一个和全部终端设备902的配置入网不同，将只需要后端访问来认证本公开的配置入网设备901。然后，现场用户可以依次使用配置入网设备901来将大量终端设备902配置入网。

图10(a)是根据本公开的第六实施例的示出如前所述的配置入网设备901的特定实现的配置入网设备1000的示意图。附图之间的公共参考数字和变量表示公共特征。

配置入网设备1000包括被配置为读取与终端设备902相关联的标识符909的电子读取器1002。

标识符909可以被提供为条形码、近场通信(NFC)标签和射频识别(RFID)标签中的至少一个。因此，电子读取器1002可以相应地被配置为读取条形码、NFC标签和RFID标签中的至少一个。例如，条形码可以是QR码。在这种情况下，标识符909被编码在条形码、NFC标签或RFID标签中，并且编码的标识符909由适当的电子读取器1002解码。

图10(b)是根据本公开的第七实施例的示出如前所述的配置入网设备901的特定实现的配置入网设备1004的示意图。附图之间的公共参考数字和变量表示公共特征。

配置入网设备1004包括输入设备1006，该输入设备1006被配置为向用户提供接口，以使用户能够手动输入与要注册或移除的终端设备902相关联的标识符9009和/或从存储的标识符909的列表中选择与要注册或移除的终端设备902相关联的标识符909，存储在列表中的每个标识符909与不同的终端设备902相关联。输入设备1006例如可以是触摸屏或字母数字小键盘。例如，用户可以将标识符909作为字母数字代码输入到输入设备1006，其中标识符909是在终端设备902上写入或以其他方式标记的字母数字代码，每个终端设备902具有唯一代码。

配置入网设备可以包括用于存储所存储的标识符909的列表的存储器元件1008。在另外的实施例中，所存储的标识符909的列表可以存储在不是配置入网设备1004的一部分的外部存储器元件中，其中配置入网设备1004例如通过无线连接访问存储在外部存储器元件中的标识符909的列表。外部存储器元件例如可以对应于云服务上的服务器的组件，可以经由网关904访问该服务器。

图10(c)是根据本公开的第八实施例的示出如前所述的配置入网设备901的特定实现的配置入网设备1009的示意图。本实施例组合了如前所示的电子读取器1002和输入设备1006，从而为用户提供了注册或移除终端设备的多种手段，这对技术人员来说将是清楚的。

图11(a)是根据本公开的第九实施例的示出如前所述的配置入网设备901的特定实现的配置入网设备1100的示意图。图11(b)是根据本公开的第十实施例的示出如前所述的配置入网设备901的特定实现的配置入网设备1102的示意图。附图之间的公共参考数字和变量表示公共特征。

配置入网设备1100、1102中的每一个包括通信接口1103，该通信接口1103被配置为使配置入网设备1100、1102能够与电子设备1104通信。电子设备1104被配置为使用户能够控制配置入网设备。配置入网设备1100的通信接口1103被配置为实现电子设备1104和配置入网设备1100之间的无线通信。将理解，根据技术人员的理解，在这种情况下，通信接口1103可以由发射机907提供。配置入网设备1102的通信接口1103被配置为实现电子设备1104和配置入网设备1102之间的有线通信。

用于有线通信的通信接口1103可以例如经由通用串行总线(USB)实现通信，而用于无线通信的通信接口1103可以例如实现NFC或蓝牙通信。

电子设备1104可以包括被配置为读取与终端设备902相关联的标识符909的电子读取器1106。电子读取器1106可以被配置为读取条形码、NFC标签和RFID标签中的至少一个。条形码可以是QR码。

电子设备1104可以包括输入设备1108，该输入设备1108被配置为向用户提供接口，以使用户能够手动输入与要注册或移除的终端设备902相关联的标识符909和/或从存储的标识符的列表中选择与要注册或移除的终端设备902相关联的标识符909，存储在列表中的每个标识符与不同的终端设备902相关联。电子设备1104可以包括用于存储所存储的标识符的列表的存储器元件1110。

图12(a)、图12(b)和图12(c)分别是根据本公开的第十一实施例、第十二实施例和第十三实施例的电子设备1104的特定实现和配置入网设备1102的示意图。附图之间的公共参考数字和变量表示公共特征。

图12(a)是其中电子设备1104是移动电话的实施例，图12(b)是其中电子设备1104是平板计算机的实施例，而图12(c)是其中电子设备1104是计算机的实施例。将理解，对于这些实施例中的每一个，电子设备1104可以提供如针对图11(a)和图11(b)所示实施例的电子设备1104所描述的功能。另外，将理解，在另外的实施例中，配置入网设备1102可以可替代地是具有无线通信接口1103的配置入网设备1100。

对于先前示出的移动电话、平板计算机和计算机示例，用于有线通信的通信接口1103可以实现例如经由通用串行总线(USB)的通信，而用于无线通信的通信接口1103可以例如实现NFC或蓝牙通信。

转向图12(a)所示的实施例，其中电子设备1104由移动电话提供，可以将配置入网设备1102提供为经由无线或有线连接耦合到该电话的加密狗型设备。可替代地，配置入网设备1102可被实现为与电话一起使用的电话壳的一部分，从而消除随身携带附加的、单独的组件的麻烦，并且为用户提供更优雅和符合人体工程学的解决方案。

移动电话可以被配置为运行智能电话应用，该智能电话应用使用户能够控制配置入网设备1100并与注册服务器906通信，从而使用户能够注册或移除终端设备902。输入设备1108可以由移动电话的触摸屏提供。移动电话的相机和应用可以实现从终端设备902读取条形码(例如QR码)形式的标识符909。移动电话还可以被配置为在标识符909被提供为NFC标签或RFID标签的情况下实现标识符909的读取。

由于图12(a)、12(b)和12(c)中分别示出的移动电话、平板计算机和计算机不实现用于远程无线通信(例如LPWAN，诸如LoRaWAN)的硬件，因此需要一个附加的硬件来提供该功能。这由配置入网设备1102提供。在本示例中，并且对于LoRaWAN网络，发射机907包括LoRa无线电设备和用于与电子设备1104通信的通信接口1103。

图13是根据本公开的第十四实施例的包括配置入网设备的IoT网络1300的示意图。在本实施例中，网关904包括注册服务器906。附图之间的公共参考数字和变量表示公共特征。

图14(a)是根据本公开的第十五实施例的包括配置入网设备1402的IoT网络1400的示意图。如技术人员将理解的，配置入网设备1402可以对应于如本文所述的任何配置入网设备。附图之间的公共参考数字和变量表示公共特征。

在本实施例中，网关300可以如针对如本文所述的网关300的任何实施例(包括如图6所示的网关300的特定实施例(标记为网关600))所描述的那样工作。

网关300被配置为与终端设备302或每个终端设备302和远程服务器316通信。网关300包括第一服务器306，该第一服务器306包括第一管理层308。第一服务器306被配置为：与终端设备中的至少一个(例如，终端设备302a)通信，与包括第二管理层320的远程服务器316通信，并且可选择性地操作于其中第一管理层308控制第一服务器306的第一状态或其中第二管理层320控制第一服务器306的第二状态。在本示例中，第一服务器306包括注册服务器906。

如果网关300通过卫星链路与远程服务器316分离，如图3(b)所示，那么在网关300上包括注册服务器906作为第一服务器306的一部分意味着即使在网关300与远程服务器316之间的连接不可用或是间歇性的时，配置入网设备1402也可以用于将终端设备302配置入网。

图14(b)是根据本公开的第十六实施例的IoT网络1404的示意图。附图之间的公共参考数字和变量表示公共特征。IoT网络1404对应于如图14(a)所示的IoT网络1400，然而，在本示例中，远程服务器316包括注册服务器906，而不是如先前实施例中的情况那样包括第一服务器306。

将理解，在另外的实施例中，第一服务器306和远程服务器316中的每一个可以包括用作注册服务器906的组件，使得通过到第一服务器306或远程服务器316中的任一个的连接，终端设备302的注册和移除是可能的。

由于本文描述的配置入网设备允许经由网关904并使用远程通信协议配置入网，因此终端设备902配置入网可以在终端设备902被部署用于操作的点处执行，而不是如现有技术系统中的情况那样要求非常靠近网关904。

终端设备902部署的位置取决于终端设备902的意图。例如，包括测量水体水位的传感器的终端设备902需要位于该水体处。终端设备902部署的位置还取决于终端设备902到其需要连接到的网关904的距离。LoRaWAN在网关904和终端设备902之间具有大约15km的最大距离。

通过使用本文所示的配置入网设备，配置入网设备到网关904的距离可以与终端设备902到网关904的距离相同，假设它们都使用相同或相类的远程通信协议(例如LoRAWAN)-这意味着配置入网可以在终端设备902要部署的确切地方执行。

通过使用本文描述的配置入网设备，不需要在远离预期部署位置的办公室中执行配置入网。

即使部署位置处的互联网(包括移动互联网)基础设施较差或不存在，也可以在部署位置本身处执行配置入网。这意味着在互联网基础设施较差的远程位置可以简化部署。

本公开提供了一种比现有技术过程更简单的配置入网过程，因为它不要求对web平台的专门知识。此外，不要求用户在处于具有互联网访问的计算机处时具有对网络服务器的授权访问以遵循要求密钥交换的特定的、多步骤配置入网过程。因此，终端用户可以自己将设备配置入网，从而为公司提供部署他们自己的IoT解决方案的能力，而不必雇用具有适合技能的新员工或培训现有员工。

本公开的配置入网设备允许配置入网过程以相同的方式可扩展，即LPWAN网络的基本原理允许在全世界部署大规模IoT网络。本公开的配置入网设备允许由初始部署所要求的相同资源完成配置入网，而不是通过需要向能够将终端设备配置入网的那些设备提供web服务器访问来给认证造成瓶颈制约。

选择在终端设备部署位置处配置入网更适合于终端设备的注册和IoT网络的建立的实用情况。

可以对上述内容进行各种改进和修改，而不脱离本公开的范围。

Claims (25)

1.一种用于与终端设备和远程服务器通信的网关，包括：

第一服务器，所述第一服务器包括第一管理层，所述第一服务器被配置为：

i)与第一终端设备通信；

ii)与包括第二管理层的所述远程服务器通信；以及

iii)能够选择性地在第一状态或第二状态中操作，在所述第一状态中，所述第一管理层控制所述第一服务器，在所述第二状态中，所述第二管理层控制所述第一服务器。

2.根据权利要求1所述的网关，其中，所述第一终端设备是第一IoT设备。

3.根据权利要求1或2所述的网关，其中，所述第一服务器和所述远程服务器之间的通信链路是间歇性的。

4.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述第一服务器被配置为经由一个或更多个卫星与所述远程服务器通信。

5.根据权利要求4所述的网关，其中，所述卫星或每个卫星是地球同步卫星或低地球轨道卫星。

6.根据任一前述权利要求所述的网关，其中：

所述第一服务器被配置为将从所述第一终端设备接收的数据发射到所述远程服务器；和/或

所述第一服务器被配置为接收从所述远程服务器发射的数据。

7.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述第一管理层被配置为实现对终端设备的配置入网。

8.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述第一终端设备和所述第一服务器使用以下之一进行通信：

i)低功率广域网(LPWAN)通信协议；

ii)有线连接；以及

iii)4G、5G或更高代的移动网络技术。

9.根据权利要求8所述的网关，其中，所述LPWAN通信协议是LoRaWAN。

10.根据权利要求8或9所述的网关，其中，所述第一服务器被配置为冒充LPWAN后端。

11.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述第二管理层被配置为实现对终端设备的配置入网。

12.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述网关被配置为在时间段的至少一部分内进入节电状态。

13.根据权利要求12所述的网关，其中，所述网关被配置为在所述第一终端设备和/或所述远程服务器不与所述网关通信的所述时间段的至少一部分内进入所述节电状态。

14.根据权利要求12或13所述的网关，其中，所述节电状态包括关闭所述网关的一个或更多个子组件或使所述网关的一个或更多个子组件进入低功率状态。

15.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述第一服务器被配置为在数据被传送到所述远程服务器之前缓冲数据。

16.根据权利要求15所述的网关，其中，缓冲的数据是以下中的至少一项：

从所述第一终端设备接收的数据；以及

由所述网关生成的管理数据。

17.根据权利要求15或16所述的网关，其中，缓冲的数据基于重要性进行排序。

18.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述第一服务器包括被配置为存储数据的存储器元件。

19.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述网关被配置为由可再生能源、市电或电池中的至少一项供电。

20.根据任一前述权利要求所述的网关，包括边缘计算设备，所述边缘计算设备被配置为在从所述第一终端设备接收的数据被发射到所述远程服务器之前对该数据进行解密和/或分析。

21.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述第一服务器被配置为与一个或更多个附加终端设备通信。

22.根据任一前述权利要求所述的网关，其中，所述远程服务器位于云服务上。

23.一种通信网络，包括根据任一前述权利要求所述的一个或更多个网关。

24.根据权利要求23所述的通信网络，包括：

用于所述网关或每个网关的至少一个终端设备；以及

所述远程服务器。

25.一种使用网关与第一终端设备和远程服务器通信的方法，所述网关包括第一服务器，所述第一服务器包括第一管理层，所述方法包括：

i)使用所述第一服务器与所述第一终端设备通信；

ii)使用所述第一服务器与包括第二管理层的所述远程服务器通信；以及

iii)选择性地在第一状态或第二状态中操作，在所述第一状态中，所述第一管理层控制所述第一服务器，在所述第二状态中，所述第二管理层控制所述第一服务器。

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