具体实施方式

这里描述的实施例一般涉及网关设备，其为位于远程环境中的传感器设备或边缘设备或节点提供回程服务和服务器功能。回程服务包括在远程边缘设备和更广泛可访问的骨干网络(例如通过互联网)之间提供通信链接和路径。回程服务使生成信息的远程传感器设备能够经由网关设备连接到骨干网络，通过该骨干网络可以容易地访问来自远程传感器设备的生成的信息。网关设备执行的服务器功能包括：远程边缘设备的管理，包括注册、跟踪、通信中介、优化、接收状态信息、维护边缘设备状态、提供加密服务、信号处理服务、数据预处理服务或边缘计算服务，管理这些预处理或边缘计算服务的配置、数据压缩和打包服务。

在一些实施例中，网关设备可以促进或充当“物联网”(IoT)网络的一部分。在物联网网络中，传感器设备或边缘设备可被视为构成网络一部分的“物”的表示。

网关设备通过低功率广域网(LPWAN)连接到边缘设备。低功率广域网是一种无线通信网络。例如，LPWAN可以包括分布在15km半径(相对于网关设备)上的设备网络。在一些实施例中，多个网关设备可以相邻部署(即，间隔小于通信限制的距离)以进一步扩展网络。例如，相邻网关设备之间的距离可以从5到15公里。

与传统移动电话网络相比，LPWAN上的通信可能涉及较低的数据传输速率或带宽，例如小于每秒1兆字节的数据通信速率。在一些实施例中，LPWAN的数据传输速率可以在每无线电通信信道每秒0.1至50千字节的范围内。例如，通过LPWAN通信的边缘设备发射的射频功率可以在10到25毫瓦或10到500毫瓦或10毫瓦到1瓦的范围内。低数据率和低射频功率允许降低整体功耗或需求，允许边缘设备长时间以低功率运行。边缘设备可以单独由电池供电，也可以由电池与本地能量收集子系统(例如太阳能电池)组合供电。LPWAN通信可以发生在公共可用的射频频谱带上。

例如，本文描述的网关设备可用于为工业控制网络提供通信回程服务以促进与位于远程的工业控制传感器和致动器的通信。例如，本文描述的网关设备可用于为精准农业系统提供通信回程服务以促进与位于远程的农业传感器或控制系统的通信。例如，本文该的网关设备可用于为市政系统(如照明、公用事业或停车系统)提供通信回程服务。例如，本文描述的网关设备可用于跟踪船上的集装箱内的状况或跟踪工人在远程工作地点的位置和移动。

图1是根据一些实施例的远程回程系统100的框图。远程回程系统100包括边缘设备阵列115。边缘设备阵列115包括一个或多个边缘设备110。边缘设备110也可以被称为节点、端节点、节点设备或传感器节点。在本说明书的上下文中，每个边缘设备110远程位于传统网络连接难以访问的位置或区域。边缘设备110位于距网关设备120一定距离处，使得边缘设备110和网关设备120之间的无线通信是可行的。在一些实施例中，边缘设备110离网关设备120的最远位置例如可以是10、11、12、13、14或15公里的距离。

通信链路118包括边缘设备110和网关设备120之间的无线通信链路。无线通信链路118可以是LoRa TM无线链路或窄带物联网无线链路或Sigfox TM LPWAN无线链路或适用于低功率广域网通信的任何其他无线通信链路形式的通信链路。例如，通过利用扩频技术，例如直接序列扩频(DSSS)或啁啾扩频(CSS)、随机相位多址接入(RPMA)和先听后话(Listen-Before-Talk)，可以使无线通信链路118上的通信对干扰具有弹性。

远程回程系统100还包括卫星星座135。卫星星座135包括一颗或多颗卫星130。卫星130能够通过通信链路128与网关设备120通信。在具有不止一颗卫星130的实施例中，通信链路128可以延伸到不止一颗卫星130。通信链路128可以不是持久通信链路，并且如果卫星130不能被网关设备120访问，则网关设备120可以等待无线电通信链路128的恢复以继续信息的通信。

无线电通信链路128使用到绕地球轨道运行的卫星130的无线电链路来传送在网关设备120处从边缘设备阵列115接收的数据并接收边缘设备110或网关设备120的指令或配置信息或固件更新。远程回程系统100还包括一个或多个地面站140。地面站140通过通信链路138从卫星星座135的一颗或多颗卫星130接收通信。根据地面站140所在的区域，可以通过合适频率的无线电波来促进通信链路138。

例如，卫星130可以是大约每90-110分钟绕地球一圈的低地球轨道卫星。对于此类轨道卫星，相对较少数量的卫星地面站140可用于下行链路或传输网关设备120传输的所有数据。

在一些实施例中，可以使用近极轨道中的卫星130并且地面站140可以位于地球的每个极地附近。例如，这种布置允许几乎在每个轨道上，每个卫星130连接到地面站140，使吞吐延迟不超过45分钟(完成一次轨道运行所需时间的一半)。在一些实施例中，地面站可以位于低纬度，这样天气和运输不那么恶劣，并且更容易获得到地面站140的电力和通信链路。地面站140可以包括与卫星130通信所必需的无线电通信设备和通过通信链路148将接收到的信息中继到核心服务器150的通信接口。通信链路148可以是到地面站140和核心服务器150可用的到互联网的有线或无线通信链路。通过客户端设备160通过通信链路158上的传统互联网连接，可以在互联网上访问核心服务器150。客户端设备160可以是终端用户计算设备，例如台式机、膝上型计算机、移动设备、平板计算机。

核心服务器150可以被配置为对源自网关设备120并通过通信链路128、138和148接收的通信进行解密和/或解压缩。

远程回程系统100实现边缘设备阵列115和客户端设备160之间的高延迟数据通信。高延迟通信可以固有地适用于向和从部署在远程位置的边缘设备阵列115和客户端设备160传输小消息。例如，高延迟通信可包括大于约1秒或大于约2秒的延迟。两种高延迟通信方式是存储转发通信和短突发数据通信。

存储转发通信可以由卫星星座135实现，卫星星座135周期性地进入可以从位于远程位置的网关设备120接收通信的范围。卫星130可以从网关设备120收集数据并将其传送回地面站140，该地面站140连接到网络骨干网或通常可通过互联网访问的网络。在一些实施例中，存储转发通信可以通过在网关设备120的通信范围内间歇地行进的卫星或任何类型的空中、地面或海上交通工具(携带合适的通信和存储设备)来实施。通过存储转发方法的进行数据传输可以是双向的。用于实现存储转发通信的车辆或卫星的数量远少于覆盖指定远程区域所需的网关设备120的数量。此外，用于实现存储转发通信的车辆或卫星可以更快速地部署，这可以在远程回程系统100的实现过程中节省时间，减少网关设备120故障导致的中断持续时间，以及允许使用核心服务器150，而不是在原地现场，进行维护操作和系统升级。

短突发数据(SBD)是另一种用于在边缘设备110和诸如核心服务器150之类的集中式主机计算系统之间传送短数据消息的技术。SBD卫星消息系统通过等待卫星网络中以语音为主要应用的合适时隙来工作。示例包括Iridium^TM和Globalstar^TM。例如，此类系统中的语音流量具有优先级，并且需要的延迟通常小于500毫秒。然而，由于对语音流量的需求波动，存在可以发送较短消息的窗口。这类似于用于移动电话的地面通信网络设计中的短消息系统(SMS)技术/标准。例如，此类系统中SBD流量的典型延迟可以在5秒到10分钟或更大的范围内。

在一些实施例中，网关设备120包括被配置为通过8或16个无线电信道进行通信的LPWAN天线312、322。例如，网关设备120可以与15km范围内的边缘设备110通信。LPWAN天线312、322可以被配置为使用LoRa^TM技术在例如902-928MHz、863-870MHz、433-434MHz频带上进行通信。网关设备120还可以被配置为通过蓝牙(或其他短距离)技术或通过WiFi^TM与位于其紧邻(例如，15m范围内)的设备通信。网关设备120可以被配置为与最大数量的边缘设备通信，例如最多500或1000个边缘设备。

网关设备120包括处理器340，处理器340可以是或包括例如以1.2GHz或1.5GHz的速度运行的四核ARM Cortex A53。在一些实施例中，处理器340可以使用基于i.MX 8的微控制器来实施。在一些实施例中，处理器340可以使用Broadcom TM BCM2835片上系统(SoC)来实施。例如，网关设备120可以包括1GB的LPDDR2或2GB的LPDDR4存储器，以及4GB、16GB或64GB的非易失性存储器。例如，网关设备120可以实现ARM安全启动和TPM 1.2安全特征。作为示例，网关设备120可以具有以下任一项或多项：-140dBm的接收灵敏度，24dBm的输出功率，9至12伏的输入电压，以及容量为11.1V 3S LiPo 4500mAh的电池374。在一些实施例中，电池374可以使用例如具有12V电压和4500mAh容量的深循环AGM电池来实现。例如，网关设备120可以具有-40℃到70℃的工作温度。网关设备120可以具有IP等级IP67，并且可以支持地区AU 915-928、US 902-928、AS 923、EU 863-870、IN 865-867。网关设备120可以支持节点类A、C；支持节点激活OTAA、ABP；例如，和/或支持消息类型确认上行链路、确认下行链路、未确认上行链路、未确认。

图2是根据一些实施例的远程回程系统200的框图。远程回程系统200包括多个边缘设备阵列115。每个边缘设备阵列115可以位于特定的远程站点或远程地理区域。边缘设备阵列115的每个边缘设备110可以连接到一个网关设备120，该网关设备120可以是网关设备阵列225的一部分。网关设备阵列225是一组邻近(相邻)定位的网关设备120，其允许网关设备阵列225的覆盖区域扩展到一个或多个连续区域或陆地区域上。这允许可以形成远程回程系统200的一部分的大量边缘设备110的水平扩展。例如，如果网关设备120具有15km的范围，则两个网关设备可以位于彼此相距30km的距离处以覆盖延伸至最大60km的区域。在一些实施例中，形成网关设备阵列225的若干网关设备120可具有重叠覆盖地带或区域以形成与边缘设备阵列115通信的连续区域或范围。

远程回程系统200的每个网关设备阵列225的每个网关设备120被配置为通过无线电通信链路128与卫星星座135通信。无线电通信链路128可以不是持久链路并且它可以间歇地处于活动状态。当无线电通信链路128不活动时，每个网关设备120可以存储由形成边缘设备阵列115的一部分的边缘设备110接收的数据，并等待无线电通信链路128可用以开始传输存储的数据。

图3是示出了根据一些实施例的网关设备120的一些物理组件的框图300。网关设备120包括回程接口388，其包括卫星通信天线302和卫星通信调制解调器304。网关设备120包括主处理器340。卫星通信天线302能够进行双向通信，包括从卫星星座135的任何一颗卫星130发送和接收信号。卫星通信调制解调器304调制由卫星通信天线302发送的信号并解调由卫星通信天线302接收的信号。根据卫星130的性质，卫星通信天线302和卫星通信调制解调器304相应地配置为能够在适合卫星的特定频率范围内进行通信。此外，卫星130的性质还规定了由卫星通信调制解调器304应用的特定调制和解调协议。卫星通信天线302优选地是全向天线，其比定向天线更能抵抗例如由于风或来自人类或牲畜的其他影响而导致的物理未对准。然而，在一些实施例中，定向天线或多个定向天线可以形成网关设备120的卫星通信调制解调器304的一部分。

在一些实施例中，卫星星座135可以是Iridium TM卫星星座，并且每个卫星130将是Iridium TM卫星星座的一部分。在一些实施例中，卫星星座135可以是Globalstar TM卫星星座，并且每个卫星130将是Globalstar TM卫星星座的一部分。在一些实施例中，卫星星座135可以是专为向一个或多个网关设备120提供服务而部署的专有卫星星座。

在一些实施例中，网关设备120能够与一个以上的卫星星座135通信，每个卫星星座135由一组不同的卫星130实现。在网关设备120能够与一个以上卫星星座135通信的实施例中，网关设备120的回程接口388相应地被配置为与一个以上卫星星座135通信。卫星通信天线302可以包括多个天线以实现与每个卫星星座135的通信。每个卫星通信天线302可以具有其自己的专用卫星通信调制解调器304以调制和解调从每个卫星星座135接收和发送到每个卫星星座135的信号。每个卫星通信调制解调器304可以具有与处理器340相同的电子接口，以实现与一个以上卫星星座135集成的模块化。与处理器340相同的电子接口还能够实现更换或更新卫星通信调制解调器304，而无需显着改变网关设备120的其余组件。例如，如图24所示，网关设备120的PCB结构允许将多种不同类型的卫星调制解调器模块化连接到处理器340。

网关设备120包括一个或多个LPWAN天线312、322。每个LPWAN天线312、322被配置为与相应的LPWAN信号处理接口314、324通信。例如，LPWAN信号处理接口314、324可以使用专门配置或编程的微控制器或在IC上实现的计算机处理器来实施。LPWAN天线312实现与一个或多个边缘设备110的双向通信。LPWAN天线322被配置为在部署网关设备120的领域中以专用于LPWAN通信的频率进行通信。例如，如果通过LoRa^TM技术促进LPWAN通信，那么在澳大利亚，LPWAN天线322被配置为通过915-928MHz的频带进行通信。在一些实施例中，LPWAN天线322可以结合集中器板以实现与更多数量的边缘设备110的通信。

LPWAN信号处理接口314、324和卫星通信调制解调器304连接到处理器340，处理器340被配置为从LPWAN信号处理接口314、324和卫星通信调制解调器304接收处理过的信号。处理器340还能够向LPWAN信号处理接口314、324和卫星通信调制解调器304发送指令以分别向边缘设备110和卫星130传送数据。

处理器340还能够访问存储器350。尽管处理器340在本文中以单数形式提及，但它实际上可以包括多个处理器或处理单元。因此，处理器340应该被理解为包括一起工作以执行本文描述的处理器340的功能的多个处理器。存储器350可以包括易失性和非易失性存储器的组合以存储实施服务器功能的程序代码或指令。存储器350还可临时存储从边缘设备110或卫星130接收的数据。存储器350还可以临时存储(缓冲)要通过LPWAN信号处理接口314、324和卫星通信调制解调器304传输到边缘设备110或卫星130的数据。

在一些实施例中，网关设备120可以仅包括一个LPWAN天线312和一个LPWAN信号处理接口314。在一些实施例中，网关设备120可以包括多于两个的LPWAN天线312、322和LPWAN信号处理接口314、324。可以在网关设备120上实施诸如Linux的操作系统(OS)以为网关设备上运行的其余软件提供框架。操作系统可以会被精简到其基本组件或库，以最大限度地减少单独操作系统的内存或功耗。如果使用Linux操作系统，它可以基于Linux版本，例如Buildroot或Yocto，适用于物联网(IoT)类型的设备。

网关设备120的操作系统以两种方式被剥离或削减。第一种方式是从OS内核中剥离出网关设备120使用的那种处理器340和外围设备不需要的通用OS特征。第二种方法是，与构建用于IoT通信的远程服务器的正常OS相关联的那些应用程序包相比，仅包括与OS(或OS内核)交互的最小应用程序包集。

例如，在一些实施例中去除的一些OS组件包括：网关设备120中不包括的物理组件的硬件驱动程序、与图形用户界面相关的任何包、任何打印相关服务、任何文件索引服务和邮件服务器组件.网关设备120的操作系统是专门为网关设备120中使用的特定硬件组件构建的，以提高网关设备的处理器340的整体效率并避免或最小化处理开销。

如果将Linux用作一个示例操作系统，则可以将Linux操作系统构建有两个级别的剥离。第一个级别是在Linux内核中。由于已经知道网关设备120中使用什么样的处理器和外围设备，因此可以修改用于该特定处理器或板的开源Linux内核，从而最小化对特定CPU和设备驱动程序的内核支持。此外，大多数非必要特征(对于诸如网关设备120之类的低功率远程网关设备)，例如，移除通常为通用Linux内核启用的调试、音频、视频和联网特征。第二个级别优化与应用的Linux包有关。对于网关设备120的精简Linux构建，仅保留支持在网关设备120上运行的软件所需的最低限度的应用程序包，例如Python支持和相关库、TIWiLink固件和WiFi管理工具、Busybox实用程序和例如，Linux软件更新支持包。

网关设备120还可以包括处理器340可访问的GPS(全球定位系统)模块360。GPS模块360执行确定网关设备120的陆地地理位置的功能。所确定的位置可以被发送到卫星130以实现网关设备120的识别和跟踪。

网关设备120还包括向处理器340提供时钟信息的实时时钟362。时钟信息可用于将时间戳信息包括在发送到边缘设备110或卫星130的数据中。时间戳信息包括网关设备120的时区中的当前日期和时间信息。例如，时间信息可以包括以小时、秒、毫秒为单位的时间信息。

网关设备120还包括电源管理模块370。电源管理模块370根据各种组件的特定电源需求来管理到网关设备120的各种硬件组件的电源分配。可以在网关设备120中提供电池374以在通过干线电源驱动的DC电源372中断的情况下提供电力。由于网关设备120的远程定位，一些实施例可以不提供直流电源372。例如，此类实施例可设有替代的本地能量收集电源，诸如为连接到电池374的太阳能电源376供电的太阳能电池阵列。

网关设备120的典型功耗取决于其范围内的边缘设备110的数量和卫星通信链路128的类型。例如，对于在其范围内具有大约50个边缘设备110并且通过通信链路128的通信速率大约为3kb/天的网关设备120，网关设备120的功耗将是每天15W的数量级.作为另一个示例，对于在其范围内具有大约100个边缘设备110并且通信链路128上的通信速率大约为6kb/天的网关设备120，网关设备120的功耗将是每天25W的数量级。可用的替代能源，例如风能、水力发电或地热能，可以配置为与电池374或市电电源相结合为网关设备120供电。对于连接到超过100个边缘设备110或具有更高回程数据速率(10kb/天)的网关设备120，功耗将是每天25W或更高。

图4是边缘计算系统400的框图，示出了使用与边缘设备110通信的图3中所示的物理组件实现的网关设备120的一些逻辑组件。LPWAN信号处理接口314、324包括信号处理模块416、426和加密模块418、428。信号处理模块416、426执行编码和解码射频波形的功能，以通过LPWAN天线312、322和边缘设备天线476与边缘设备110通信。LPWAN天线312、322和边缘设备天线476能够发射和接收无线电波。LPWAN天线312、322和边缘设备天线476可以是全向天线。取决于由网关设备120实现的LPWAN通信的性质，可以选择合适的LPWAN天线312、322、边缘设备天线476和LPWAN信号处理接口314、324。加密模块418和428加密传输到边缘设备110的信息并且解密从边缘设备110接收的信号。在一些实施例中，加密可以基于使用128位密钥大小的高级加密标准。

网关服务器430可以由网关设备120实现。网关服务器430是在部署在远程环境中作为远程回程系统100的一部分时提供服务器功能的软件网关服务器。网关服务器430包括根据远程回程系统100的需要提供特定功能的若干软件模块。

加密模块432通过网关设备120实现和管理通信的加密。特别地，例如，加密模块432通过诸如椭圆曲线密码术(ECC)的公钥密码方法使用公钥在通信链路128上实现加密。加密可以在开放系统互连模型的各个级别实现，包括例如在应用、网络或数据链路层的加密。加密模块432还执行解密通过通信链路128从卫星星座135接收的数据或通信的功能。

在一些实施例中，边缘设备110使用默认(静态)网络密钥来加密从每个边缘设备110传输的数据包。通过使用作为静态网络密钥的默认网络密钥，可以节省电力、减少包有效载荷的大小或减少边缘设备110和网关设备120两者的处理开销。例如，降低了对边缘设备的电池电量和处理能力要求。

在一些实施例中，设备管理应用155可以在核心服务器150上执行。客户端设备160可以通过通信链路158访问设备管理应用155。设备管理应用155可以允许授权用户查看和管理与一个或多个网关设备120和一个或多个边缘设备110相关的设备配置数据。设备管理应用155可以允许授权用户向网关设备120注册或注销新的边缘设备110。设备管理应用155可以允许授权用户在边缘设备110或网关设备120上实施软件或固件更新。设备管理应用155可以允许授权用户管理通信链路118和128的配置细节。例如，通过设备管理应用155执行特定操作的许可可以分配给特定用户角色(例如，客户或管理员的角色)。管理员用户角色可以允许管理与客户角色相关的凭证，以及向新客户帐户授予特权。设备管理应用155可以允许向网关设备120传送凭证以促进新边缘设备110的激活或注册并生成会话密钥以加密源自边缘设备110的通信。在一些实施例中，可以在部署边缘设备之前在网关设备120上预先配置用于加密源自边缘设备110的通信的会话密钥。设备管理应用155还可以使得管理员具有监控跨通信链路118和128的网络活动的能力。

边缘计算模块434提供计算功能作为网关服务器430的一部分。实际上，边缘计算模块434启用分布式或分散式计算，该计算发生在作为网关设备120的一部分部署在现场的网关服务器430上。边缘计算模块434可以对从边缘设备110接收的数据实施预处理、压缩、去重复、自定义操作和其他相关操作。这些操作可以更有效地利用到卫星星座135的通信链路128。与在核心服务器150上执行相同的自定义操作或数据预处理操作相反，边缘计算模块434允许将自定义操作或数据预处理操作委托或分配给网关设备120。自定义操作或数据预处理操作的这种委托或分配有助于更有效地利用到卫星130的通信链路128的有限且更昂贵的资源。自定义操作或数据预处理操作可以由通过客户端设备160访问设备管理应用155的用户来考虑。自定义操作或数据预处理操作可以包括故障检测、压缩、用户定义的分析或能够由处理器340执行的任何计算操作。

回程调度模块436管理通信链路128上的通信调度。在一些实施例中，通信链路128可以不是持久的，并且为了避免任何数据丢失，回程调度模块可以缓冲接收到的边缘设备110的数据并等待通信链路128可用来发起或继续通信。回程调度模块436可以通过回程接口388优化通信的发起和终止以进一步降低网关设备120的功耗。

边缘设备管理模块438可以管理远程回程系统100的每个设备部分的供应、识别、监控和停用。边缘设备管理模块438在MAC(媒体访问控制)层实施与通过通信链路118传输的数据包相关的前导码、报头和循环冗余校验。边缘设备管理模块438还在物理通信层上实施媒体访问控制协议。边缘设备管理模块438为每个边缘设备110分配特定的频率、扩频码和数据速率；响应于从边缘设备110接收的数据并且在如图2所示的多网关网络的情况下调度确认，促进接收消息的去重。在一些实施例中，响应于从边缘设备110接收到的数据的确认可以是近乎实时的，例如在4到6秒内。

边缘设备管理模块438处理来自和去往边缘设备110的通信帧，优化到每个边缘设备110的通信链路118，调度来自和去往每个边缘设备110的传输，并且管理和供应新的边缘设备110作为边缘设备阵列115的一部分。供应新边缘设备110可以包括检查来自新边缘设备110的加入请求并且仅允许有效供应的边缘设备110加入边缘设备阵列115，以及发送网关设备120接收到的数据的实时确认。在供应之前，边缘设备110被配置有唯一的边缘设备标识和密钥。

在供应位于网关设备120的范围内的边缘设备110时，边缘设备110最初通过发送其唯一标识符和密钥来发送请求以发起与网关设备的通信。在接收到唯一标识符和密钥后，网关设备120确认唯一标识符和密钥的有效性。该确认可以基于网关设备从核心服务器160接收的信息或网关设备120的预配置。如果网关设备120确定接收到的唯一标识符和密钥有效，则可以开始通过通信链路118将边缘设备110感测到的数据传送到网关设备。

边缘设备管理模块438还可以被配置为监视诸如信噪比(SNR)和接收信号强度指示符(RSSI)之类的射频参数。边缘设备管理模块438可以管理通信链路118上的自适应数据通信速率，以通过调整数据速率、射频功率和扩频因子，将从边缘设备110接收的最近的通信的测量的SNR考虑在内，使广播时间和功耗最小化。边缘设备管理模块438还可以为通信链路118选择可用无线电频率中的一个，并且可以配置和优化影响接收时隙和传输时隙的相对定时的参数。

在一些实施例中，边缘设备管理模块438可以在通信链路118上实现先听后话行为，其中网关设备120在发送任何消息之前扫描网关操作频谱带中的背景无线电频率以用于来自边缘设备110的任何通信到边缘设备110。在一些实施例中，边缘设备管理模块438可以向边缘设备阵列115中的每个边缘设备110发送网络范围的广播消息以在其范围内合并或同步每个边缘设备110。

在一些实施例中，边缘设备管理模块438可以在其范围内认证每个边缘设备110并且自动生成对称密钥用于随后对通信链路118上的通信进行加密。在一些实施例中，例如，边缘设备管理模块438可以周期性地向边缘设备110请求它们的功率和性能相关信息、电池状态、解调信噪比。在一些实施例中，边缘设备管理模块438可以提供调试特征。调试特征可以包括实时帧记录，允许用户实时检查通信链路118和128上的所有原始和加密通信。

边缘设备110包括它自己的加密模块472，其可以在微控制器或类似的计算设备上实现以加密发送到网关设备120的通信并且解密从网关设备120接收的通信。边缘设备110包括边缘设备天线476，边缘设备110通过该天线接收和发送信号。边缘设备110被配置为通过传感器接口474在通信链路118上与传感器470通信。传感器可以是用于远程环境的任何合适的传感器，例如温度传感器、声音传感器、湿度传感器。

图5是根据一些实施例的网关设备120的透视图。网关设备120包括容纳网关设备120的所有组件的外壳512。外壳512优选地由固定在一起的两个主要部分(顶部512a和基部512b)中的实心模制塑料材料形成。外壳512可以是具有适合在偏远环境中使用的密封结构的防风雨坚固外壳。在一些实施例中，外壳512也可以是防水的以允许在暴露于湿气的风险很大的环境中使用。

网关设备120可以包括以太网端口514以允许网关设备120的配置或维护。开/关开关516允许启动或终止网关设备120的操作。第一电源端口518允许将太阳能电源连接到网关设备。第二电源端口520允许将DC电源连接到网关设备。网关设备120可以通过安装点522经由基座部分512b安装在表面上，外壳512的基座部分512b与安装表面相邻。外壳512可以在区域524处配置有安全螺钉以阻止对网关设备的内部组件的未授权访问。

图6是实现卫星通信调制解调器304的一部分600的电路布局图，适用于与OrbcommTM卫星通信服务通信。图7是实现卫星通信调制解调器304的一部分的上拉电路700的电路布局图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。图8是实现卫星通信调制解调器304的一部分的下拉电路800的电路布局图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。图9是实现卫星通信调制解调器304的一部分的连接块900的电路布局图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。图10是实现卫星通信调制解调器304的一部分的第二连接块1000电路布局图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。

图11是实现卫星通信调制解调器304的电源管理电路的一部分1100的电路图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。图12是实现卫星通信调制解调器304的电源管理电路的一部分1200的电路图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。图13是实现卫星通信调制解调器304的电源管理电路的一部分1300的电路图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。图14是实现卫星通信调制解调器304的一部分的电源管理电路的一部分1400电路图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。图15是实现卫星通信调制解调器304的一部分的电源管理电路的一部分1500电路图，适用于与Orbcomm TM卫星通信服务的通信。

图16是示出被配置为用作卫星通信调制解调器304的一部分的超级电容器充电器1600的一部分的电路图，适用于与Iridium^TM卫星通信服务的通信图17是示出被配置为用作卫星通信调制解调器304的一部分的射频连接器1700的一部分的电路图，适用于与Iridium^TM卫星通信服务的通信。图18是示出被配置为用作卫星通信调制解调器304的一部分的仅短突发数据收发器1800的电路图，适用于与Iridium^TM卫星通信服务的通信。图19是示出被配置为用作卫星通信调制解调器304的一部分的报头块1900的电路图，适用于与Iridium^TM卫星通信服务的通信。图20是示出被配置为用作卫星通信调制解调器304的一部分的另一个报头块2000的电路图，适用于与Iridium^TM卫星通信服务的通信。图21是示出被配置为用作卫星通信调制解调器304的一部分的硬件安全芯片2100的一部分的电路图，适用于与Iridium^TM卫星通信服务的通信图22是示出被配置为用作卫星通信调制解调器304的一部分的电源管理电路2200的一部分的电路图，适用于与IridiumTM卫星通信服务的通信

图23是由网关设备120执行以提供高延迟回程服务的一系列步骤的流程图2300。在步骤2310，网关设备120从网关设备120的范围内的边缘设备110接收射频信号。该信号包括由边缘设备110确定或生成的信息，例如来自传感器470的信息。在发送信号之前，边缘设备110可以加密数据以保护信号免于未经授权的访问。在步骤2320，接收的射频信号被LPWAN信号处理接口314、324处理并在必要时解密，以确定边缘设备传输的信号中编码的数据。该处理可以包括重新打包从边缘设备110接收的消息或数据帧以减少传输到卫星130的有效载荷或数据。例如，重新打包的过程可以涉及剥离目标和源MAC标头、消息完整性代码、消息前导、起始帧定界符、有效载荷标头和循环冗余校验。重新打包的过程实质上从边缘设备110发送的消息中提取消息有效载荷以最小化通过通信链路128到卫星130的通信量(以每条消息的比特为单位)，节省了时间(即功耗)和成本.

在步骤2330，网关设备120通过其回程接口388确定卫星通信上行链路是否可用于网关设备。卫星通信上行链路的可用性的确定可以基于预定时间表或与卫星130的实际通信测试发生。如果卫星通信上行链路不可用，则在步骤2340，将确定的数据存储在网关设备的存储器350中。如果卫星通信上行链路可用，则在步骤2350，将所确定的数据连同存储器350中的任何存储数据通过卫星通信链路128发送到卫星130。

流程图2300的步骤可以通过在网关设备120的处理器340上执行的多个处理线程来实现。每个线程可以与其余线程并行独立执行。提供回程服务的线程的实现使得网关设备120的处理器340执行的功能能够并行化，同时适应通信中的显着延迟或某些通信链路(例如卫星通信链路128)的不可用。线程被实现以帮助避免数据丢失并在一个或多个通信链路(例如通信链路128和118)发生故障的情况下保持通信的一致性。

由处理器340执行的边缘设备管理模块438和回程调度模块436可以一起实现一个或多个线程。例如，卫星传输线程可以由网关设备120实现以将网关设备120从一个或多个边缘设备110接收的消息传输到卫星130。卫星接收线程可以由网关设备120实现以从卫星130接收消息并将接收到的消息发送到一个或多个边缘设备110。确认管理线程可以由网关设备120实现以响应发送到卫星130或边缘设备110的消息来监听确认。网关设备120和边缘设备110之间通过通信链路118的消息通信可以使用合适的协议来实现，例如MQTT协议。多个处理线程可以由单个监督线程或主线程管理，这确保在线程意外失败时，重新启动以适当地从失败线程终止执行的地方继续执行。

图24是承载网关设备120的电子设备的印刷电路板(PCB)基板2400的图像。PCB基板2400中的至少一个具有模块化连接布置以允许多个不同的卫星调制解调器作为回程接口388的一部分连接以与处理器340通信。对于这种模块化布置，PCB基板2400具有用于调制解调器的物理安装的两个螺孔2410和用于电连接到处理器340的排针2420。图25是可作为卫星调制解调器连接到PCB基板2400的卫星通信调制解调器2500的示例电路原理图

除了图5之外，图26中还更详细地示出了网关设备120的示例，其中外壳512处于打开状态。如图26中可见，PCB基板2400设置在外壳512内部，通过间隔杆连接到基部512b。卫星天线连接端口540(提供机械和电连接)设置在顶部512a的一侧，该一侧与设置端口514(以太网)、518(VDC)和520(太阳能)的一侧相对.如图26中可见，电导体在外壳512内从端口514、518和520延伸至PCB基板2400。电导体也在外壳512内从开/关开关516延伸到PCB基板2400。通信电缆从外壳512内部的卫星天线连接端口540延伸到连接到PCB基板2400之一的天线插孔542。

图26还示出了一个或多个LPWAN天线312、322通过外壳512内的通信电缆连接到天线插孔552，天线插孔552连接到PCB基板2600的与卫星天线插孔542分开的部分。卫星天线连接540被定位成使得当卫星天线连接到连接端口540并且外壳512安装到垂直壁时，卫星天线向上延伸远离外壳512，而相对定位的端口514、518和520设置在外壳的下边缘，以便站在墙壁附近的人容易接近。

图27是根据一些实施例的远程回程系统2700的框图。远程回程系统2700包括核心服务器2775。远程回程系统2700的核心服务器2775包括处理器2778和存储器2772。在该上下文中，处理器2778可以包括多于一个的处理器或处理单元以及多于一种类型的处理器。存储器2772可由处理器2778访问。存储器2772被配置为存储信息并使所存储的信息对处理器2778可用。例如，核心服务器2775可以被实现为独立的物理服务器或在云计算服务上实现的虚拟服务器(分布在多个物理服务器上)。

若干软件代码模块或应用程序存储在存储器2772中，包括：设备管理应用165、边缘计算代码模块库2710、代码模块部署和配置应用2720以及代码模块发布应用2730。存储在核心服务器2775的存储器2772中的各种模块和应用能够发布、管理和分发代码模块到每个网关设备120。实际上，核心服务器2775至少部分用作网关设备120的应用或代码模块存储或存储库或库。例如，存储在存储器2772中的代码模块或应用包括可由处理器2778执行以执行计算、通信或数据处理功能的指令。

边缘计算代码模块库2710用作可由网关设备120执行的多个离散边缘计算代码模块的储存库或存储库。每个离散边缘计算代码模块包括实现算术、逻辑、统计、科学或其他计算操作或两个或多个计算操作的组合以在网关设备120上执行数据处理的程序代码。例如，边缘计算代码模块可以包括能够在网关设备120上执行的Python程序代码。

实现边缘计算代码模块的程序代码可以部署在一个或多个网关设备120上。除了存储定义边缘计算代码模块的程序代码之外，代码模块库2710还保存关于每个边缘计算代码模块的版本控制细节、相关配置参数、兼容性要求和执行调度配置备选方案的信息。此外，代码模块库2710还存储关于每个离散边缘计算代码模块之间的相互关系或依赖性的信息。例如，一种相互关系可以是第一代码模块的输出可以适合作为第二代码模块的输入。

在一些实施例中，边缘计算代码模块库2710的代码模块可以被实现为具有定义的输入集、定义的输出集和要对输入执行的特定操作的函数。例如，一个边缘计算代码模块可以包括计算传感器读数在一段时间内的移动平均值的功能。另一个例子是边缘计算代码模块，它可以过滤传感器读数值并在传感器读数值超过阈值时生成警报。若干算术、逻辑、统计、科学运算或运算的组合可以由存储在代码模块库2710中的代码模块实现，以使得边缘计算操作能够在网关设备120上执行。

在核心服务器2775上执行的代码模块部署和配置应用2720允许将边缘计算代码模块部署和配置到网关设备120。存储在边缘计算代码模块库2710中的边缘计算代码模块在部署到网关设备120之前可以针对特定应用进行具体配置。例如，用于确定移动平均的边缘计算代码模块配置有需要进行移动平均计算的时长。

作为另一个例子，边缘计算代码模块可以提供地理围栏能力。地理围栏代码模块将包括一个或多个配置参数来定义地理围栏的范围。地理围栏代码模块可以用节点或边缘设备阵列115来实现，其中阵列115中的节点或边缘设备110每个都配备有全球定位系统组件以报告节点或边缘设备110的位置.地理围栏代码模块可以被配置为当边缘设备110通过由部署的地理围栏边缘计算代码模块中的配置参数定义的地理围栏时触发网关设备120上的事件。例如，地理围栏代码边缘计算模块可用于跟踪牛在一个区域内的移动。这可以通过在每头牛上放置边缘设备110来实现。如果节点或边缘设备110超过或越过或穿过或横穿地理围栏，则边缘计算代码模块可以生成能够由回程接口388传输的警报或通知。

类似地，提供其他程序代码以实现算术、逻辑、统计或科学运算的其他边缘计算代码模块可以包括在代码模块部署之前需要配置的其他参数。进一步的配置参数或配置元素可以包括每个节点110的唯一标识符。每个节点的唯一标识符可以实现由各种节点110接收的数据的差异化以及边缘计算代码模块处理接收到的数据的方式的差异化。

代码模块部署和配置应用2720还能够基于网关设备120的唯一标识符将边缘计算代码模块部署到特定网关设备120。设备管理应用165存储每个网关设备120的唯一标识符以实现核心服务器2775和网关设备120之间的定向通信。在一些实施例中，网关设备120可以通过网络链路2735连接到网络2770。

网络2770可以包括例如一个或多个网络的至少一部分，该网络具有一个或多个节点，这些节点发送、接收、转发、生成、缓冲、存储、路由、交换、处理、或它们的组合、一个或多个消息、数据包、信号或它们的某种组合。网络2770可以包括例如以下中的一种或多种：无线网络、有线网络、因特网、内联网、公共网络、分组交换网络、电路交换网络、自组织网络、基础设施网络、公共交换电话网络(PSTN)、电缆网络、蜂窝网络、卫星网络、光纤网络或它们的某种组合。代码模块从核心服务器2775到网关设备120的部署可以通过网络链路2735在网络2770上发生。

代码模块部署和配置应用2720还可以允许利用多个边缘计算代码模块之间的依赖关系和相互关系来实现多边缘计算代码模块到网关设备120的协同部署。在一些实施例中，可以相对于彼此配置多个边缘计算代码模块以确定或生成边缘数据处理指令、功能和/或逻辑。因此可以使用多个边缘计算模块来生成数据处理模型以支持网关设备120的边缘计算功能。在一些实施例中，边缘数据处理指令、功能和/或逻辑可以由多个边缘计算代码模块的链或组来确定或生成。例如，第一边缘计算代码模块的输出可以用作第二边缘计算代码模块的输入。该能力允许通过使用多个边缘计算代码模块作为数据处理构建块来实现边缘数据处理指令。在一些实施例中，边缘数据处理指令可以包括或定义基于多个边缘计算模块的反馈回路。在一些实施例中，边缘数据处理指令、功能和/或逻辑可以包括或定义有限状态机。多个边缘计算代码模块或组合可用于生成多个单独的和/或功能不同的数据处理模型或管道。这可以导致网关设备120的边缘计算模块执行在功能上不同于第二数据处理模型的第一数据处理模型。网关设备120上的数据处理指令的实现实质上将信息处理的计算负载从诸如核心服务器2775的集中计算元件转换到网关设备120，从而实现边缘计算能力。

边缘计算能力在网关设备120的部署中可以特别有用，其中边缘设备阵列115中的一个或多个边缘设备110形成控制系统的一部分，该控制系统需要响应于由其余边缘设备110收集的数据的指令在边缘设备阵列115中。在网关设备120上实现的边缘计算能力使得能够在网关设备上执行复杂的逻辑、算术、统计或科学运算，以生成用于与一个或多个边缘设备110通信的控制系统的控制信号。网关设备120上边缘计算能力的可用性避免了对与远离网关设备120的集中计算或控制系统的持久、低延迟通信链路的需要。

合适的实际应用的示例是被配置为与灌溉控制系统一起操作的网关设备120。在该示例中，边缘设备阵列115的一些节点或边缘设备110可以用作土壤湿度传感器，周期性地将关于土壤湿度测量的信息中继到网关设备120。其他节点或边缘设备110可以被配置为接收信号以控制灌溉系统。网关设备120可以使用来自边缘计算代码模块库2710的合适的边缘计算代码模块来配置边缘计算能力，例如具有适当配置的相关参数的灌溉控制代码模块。由部署的边缘计算代码模块2810提供的边缘计算能力将能够响应于由配置有土壤湿度传感器的节点或边缘设备110收集的数据生成到灌溉系统的控制信号。在网关设备120上执行边缘计算操作的能力避免了将数据传输到远离网关设备120的集中计算或控制系统的需要。这在具有持久通信链路2735不可行的远程环境中尤其有益。

在一些实施例中，网关设备120可以不具有对网络2770的持久或连续访问。例如，这可以是位于远程地理位置中的网关设备120的情况，例如远程采矿地点、或远程农田、或在集装箱船上。在这样的实施例中，代码模块的部署可以通过卫星通信链路128发生。

由于取决于卫星130的位置，卫星通信链路128也可以不是持久或连续可用的链路，因此边缘计算代码模块的部署可以在延长的时间段内发生。从核心服务器2775通过卫星130到网关设备120的边缘计算代码模块的部署可以被分解成更小的离散批次或包，它们最终在网关设备120处组装在一起以提供代码的完整程序代码模块。在部署期间可以使用数据压缩和编码操作以节省卫星通信链路128的使用。

代码模块发布应用2730允许将代码模块发布到边缘计算代码模块库2710。代码模块发布应用2730可以提供用于将代码模块上传到核心服务器2775的接口。代码模块发布应用2730可以执行代码模块的发布前验证以符合发布或部署相关的技术标准或指南。本质上，代码模块发布应用2730可以允许代码模块的开发者将代码模块发布到边缘计算代码模块库并使它们可用于部署到一个或多个网关设备120。代码模块发布过程可以包括代码模块的相关输入和输出参数的规范，这将最终允许代码模块部署和配置应用2720具体地配置和部署代码模块。代码模块发布过程可以包括与特定边缘计算代码模块相关的各种配置参数的规范。例如，配置参数可以包括执行调度相关参数。

在一些实施例中，代码模块发布应用2730包括用于测试旨在通过边缘计算代码模块库2710发布和提供的每个预期边缘计算代码模块的测试套件或一系列测试参数。测试套件可以基于其计算要求、数据链路使用和程序代码的大小对每个预期的边缘计算代码模块进行评分。

代码模块库2710、代码模块部署和配置应用2720和代码模块发布应用2730一起形成边缘计算管理模块2760的一部分。边缘计算分析模块2760也可以被描述为纳米分析模块。

核心服务器2775包括用户管理应用或模块2737。用户管理应用2737管理订阅由核心服务器2775提供的服务的用户的账户。例如，用户管理应用2737可以跟踪用户部署的网关设备120的数量和边缘设备110的数量。用户管理应用2737还跟踪用户在每个网关设备120上部署的代码模块库。

核心服务器2775包括用户信用和配额管理应用2740。用户信用和配额管理应用2740跟踪每个用户访问的数据量和频率。在一些实施例中，用户信用和配额管理应用2740可以执行卫星通信链路128的配给或优先化的功能，以基于用户的订阅级别或过去的卫星通信来优先化用户的数据的下行链路和解链。例如，用户对链接的使用。用户信用或配额可以基于跟踪用户访问的通过卫星130传输的数据总量。在一些实施例中，用户信用或配额可以基于用户在网关设备120上部署的边缘计算代码模块的数量。

核心服务器2775的存储器2772包括卫星数据管理应用2745。卫星数据管理应用2745执行管理存储在卫星上的数据的功能，这些数据可以被一个或多个网关设备120使用。卫星数据管理应用2745还配置存储在存储器2772中的卫星数据通信参数，这些参数管理核心服务器2775和卫星130之间的通信。卫星数据通信参数确定诸如数据传输速率、吞吐量和核心服务器2775与卫星130之间通信的优先级等方面。数据呈现和API(应用程序接口)应用2750使核心服务器2775收集的数据对最终用户可用。核心服务器2775接收的数据可以存储在核心服务器2775可通过网络链路2785访问的数据库2780中。例如，数据库2780可以是关系数据库或非关系数据库。数据呈现和API应用2750可以为客户端设备160提供API接口以查询存储在数据库2780中的数据。在一些实施例中，可以使用REST(表征状态传输)API框架来实现API。在一些实施例中，可以使用MQTT(消息队列遥测传输)协议来实现API。数据呈现和API应用2750可以通过用户界面启用存储在数据库2780中的查看数据。数据呈现和API应用2750提供的用户界面可以作为网页通过通信链接2715访问。

图28是边缘计算系统2800的框图，其示出了使用与节点或边缘设备110通信的图3中所示的物理组件实现的网关设备120的实施例的一些逻辑组件。网关设备120包括边缘服务器2830，其使用边缘计算模块434和部署的边缘计算代码模块2810启用边缘计算能力。

部署的边缘计算代码模块2810包括从边缘计算代码模块库2710部署到网关设备120的代码模块的程序代码。除了程序代码之外，部署的边缘计算代码模块2810还包括用于每个部署的边缘计算代码模块的配置参数。边缘计算模块434调用部署的边缘计算代码模块2810来执行边缘计算操作。

在一些实施例中，包括在部署的边缘计算代码模块2810中的边缘计算代码模块可以连接或链接在一起或以其他方式关联在一起以形成可由边缘服务器2830执行的数据处理指令、功能和/或逻辑。数据处理指令、功能和/或逻辑可以通过组合部署在网关设备120上的各种离散边缘计算代码模块来实现一系列复杂的链式或互连的数据处理操作。每个边缘计算代码模块之间的连接、链接或关系形成可以涉及一个边缘计算代码模块的一个或多个输出作为另一边缘计算代码模块的输入。或者，例如，一个边缘计算代码模块可以有条件地调用另一边缘计算代码模块的一个或多个功能。

在一些实施例中，边缘设备或节点管理模块438还可以执行边缘设备或节点110的空中设备激活的功能。边缘设备或节点管理模块438还可以执行网络层安全管理和将节点110管理为更高级别的逻辑层次或类别。逻辑分类可以允许由配置为与边缘设备阵列115一起操作的一个网关设备120提供的服务逻辑分叉或分离成单独的服务。这种逻辑分类可以允许一个网关设备120收集数据或发送关于两个或更多个不同问题域的控制指令。例如，网关设备120可以被配置为单独跟踪和测量土壤条件并且还跟踪和测量天气。在一些实施例中，边缘设备管理模块438可以通过客户端设备160提供数据包或帧或事件可视化的能力。边缘设备管理模块438可以管理节点或边缘设备110的数据通信配置文件。例如，节点或边缘设备110的数据通信配置文件可以包括配置细节，例如激活方法、合适的自适应数据速率和分配的频带。

网关服务器430和边缘服务器2830中包括的各种模块或应用使用在网关设备120内实现的MQTT(消息队列遥测传输)协议相互通信。网关设备120还包括数据库2790以存储从节点110或核心服务器2775接收的信息。例如，可以使用PostgreSQL数据库管理系统来实现数据库2790。网关设备120还可以实现内存中缓存服务或数据结构以有效地处理在处理之前接收到的数据。网关设备120可以实现基于Redis的内存数据结构存储到中间数据处理。由在网关设备120上执行的各种进程和模块生成的日志文件可以存储在网关设备120上的持久性存储器中，并且可以通过客户端设备160提供给用户。

在一些实施例中，节点或边缘设备110可以被配置为与控制系统2820通信。例如，控制系统2820可以从节点110接收控制信号以引导控制系统的操作。例如，控制系统可以是灌溉控制系统或采矿或钻井机械控制系统。

图29分别是图1和27的远程回程系统100和2700的一些组件的逻辑数据流图。数据包或上行链路消息2901由节点或边缘设备110通过通信链路118传输到网关设备120。数据包可以包括作为空中激活过程的一部分的加入请求消息。在空中激活过程期间，网关设备120确定节点或边缘设备110的唯一边缘设备标识符，并且可以与节点或边缘设备110交换加密密钥。数据包或下行链路消息2902可以响应于数据包2901而从网关设备120发送到节点或边缘设备110，确认已接收到数据包2901。如果数据包2901包括边缘设备110的加入请求，则数据包2902可以包括加入请求的确认、唯一节点或边缘设备标识符和相关加密密钥。由于边缘设备110位于网关设备120的大约5km至15km的距离内，并且通信链路118是无线电通信链路，因此一旦边缘设备110被激活，响应2902的延迟可以在几微秒内。节点或边缘设备阵列115中的新边缘设备110的整个加入和激活过程根据若干因素而变化，包括：节点110的占空比、节点110的扩展因子配置和数据包2901的大小。占空比是节点110在一段时间内进行传输的时间单位百分比的度量。扩频因子是确定在节点110和网关设备120之间的通信链路118上传输的信号的密度和编码的配置参数。边缘设备管理模块438可以管理配置参数，例如节点110的占空比和扩频因子。随着环境中跟踪输入数据点的需要增加，部署新节点或边缘设备110的容易性允许边缘设备阵列115的扩展。

数据传输2903包括网关设备120通过通信链路128向卫星130传输的信息或数据。通信链路128可以不是持久的，并且在一些实施例中，它可以每天仅可用几个小时。因此，来自节点或边缘设备110的数据，例如来自数据包2901的数据，可以由网关设备120随时间聚合以形成消息2903的有效载荷的一部分。网关设备120的回程调度模块436管理来自从边缘设备110接收的数据包的数据的聚合。回程调度模块436可以执行压缩和优先化操作以有效地使用卫星通信链路128。

例如，在一个或多个边缘设备110正在收集时间序列数据的一些实施例中，最近接收的数据可以优先于传输到卫星130的时间序列数据而不是最近接收的时间序列数据，以提供更大的传输信息覆盖范围。来自卫星130的数据传输2904确认卫星接收到信息。在一些实施例中，数据传输2904可以包括部署在网关设备120上的边缘计算代码模块，或网关设备120中软件的软件更新或边缘设备110中软件的软件更新。

数据传输2905包括从卫星130到核心服务器150或2775的信息或数据。数据传输2905通过地面站140作为中继。数据传输2906包括对数据包2905的接收的确定或确认。在一些实施例中，数据传输2906可以包括用于部署在网关设备120上的边缘计算代码模块。数据包2907可以包括由核心服务器2775接收并导向可通过网络链路2715访问的客户端设备160的数据。数据包或消息2908可以是从客户端设备160到核心服务器150或2775的确认消息。数据包或消息2908还可包括用于在边缘计算代码模块库2710上发布的指令和程序代码。

考虑到网关设备120和卫星130之间的通信链路128的高延迟时间，网关设备120和卫星之间的数据包被专门配置为持续进行高延迟时间通信。持久化的持续时间可以比传统数据包更长。延长数据包(例如2905和2906)持久性的一种方法是配置此类数据包的生存时间(TTL)跳数限制。诸如2905和2906之类的数据包可以会配置TTL参数，以使消息能够持续数天或数月。在成功传输之前，数据包可以缓存在网关设备120和核心服务器150或2775的存储器内。网关设备120和核心服务器150或2775都实施内存管理策略来管理由数据包的延长的持久性或寿命产生的内存缓冲区。

图30图示了流程图3000，其示出了根据一些实施例的作为网关设备120的边缘计算操作的一部分执行的一些步骤。在步骤3005，网关设备接收包括第一边缘计算程序代码模块的数据包。包括第一程序代码的数据包源自核心服务器2775。在一些实施例中，包括第一程序代码的数据包可以通过网络2770和通信链路2735传输。

在网关设备120由于缺乏连接性或其远程位置而不能访问网络2770的实施例中，包括第一边缘计算程序代码的消息通过卫星130在通信链路128上传输。包括第一边缘计算程序代码的消息还可以包括用于第一边缘计算程序代码的第一配置参数。第一配置参数决定了第一边缘计算程序代码在网关设备上执行时的部署和配置。

步骤3010是可选步骤，其中网关设备120接收第二边缘计算程序代码。在步骤3010，网关设备可以可选地接收用于第二边缘计算程序代码模块的第二配置参数。例如，第一和第二程序边缘计算代码模块可以包括对节点或边缘设备110收集的数据的逻辑、算术、统计或科学运算的定义，以产生输出。

如果执行可选步骤3010，则在可选步骤3015，网关设备120可以基于在步骤3005和3010接收的第一和第二程序代码配置参数来建立第一和第二边缘计算程序代码模块之间的关系。该关系可以包括用作到第二边缘计算代码模块的输入的第一边缘计算代码模块的输出。或者，例如，第一边缘计算代码模块可以有条件地调用或执行第二代码模块。第一和第二边缘计算代码模块可以一起配置以定义数据处理指令、功能和/或逻辑以允许边缘服务器2830处理由边缘设备阵列115中的节点或边缘设备110生成的数据。

在一些实施例中，两个以上的边缘计算代码模块可以相互协作或协调以形成或提供数据处理指令、功能和/或逻辑。合作或协调可以是一个边缘计算代码模块使用另一个产生的输出作为输入的形式，或者一个边缘计算代码模块有条件地调用另一个代码模块。在一些实施例中，可以通过多个边缘计算代码模块的独立协作来定义多个独立的数据处理指令、功能和/或逻辑，以形成单独的独立的数据处理指令、功能和/或逻辑。网关设备120的边缘计算能力可以相应地随着多个边缘计算代码模块的部署而扩展以形成多个数据处理模型以提供大范围数据处理能力。

在步骤3020，网关设备120从形成节点或边缘设备阵列115的一部分的一个或多个节点或边缘设备110接收数据包。步骤3020可以在较长的时间段内发生并且随着从多个节点或边缘设备110接收到数据，接收到的数据可以存储在网关设备120的存储器350中。在步骤3025，将在步骤3020接收的数据作为输入提供给第一边缘计算代码模块或在可选步骤3015定义的数据处理指令、功能和/或逻辑。

在步骤3030，处理器340根据第一边缘计算代码模块的预定义功能或数据处理指令、功能和/或逻辑，基于步骤3025的输入来确定输出。在步骤3035，可以使用卫星130通过通信链路128通过回程调度模块436将确定的输出发送到核心服务器150或2775。一旦在核心服务器150处接收到传输的数据，客户端设备160就可以通过通信链路158访问所确定的输出。

在一些实施例中，数据处理指令、功能和/或逻辑或第一代码模块可用于对边缘设备110收集的数据执行复杂的逻辑、算术、统计或科学运算，以产生可操作的输出数据。在一些实施例中，可操作的输出数据可以确定和/或生成到一个或多个控制系统2820的控制信号，该控制系统2820可以在节点或边缘设备110的外部和/或与节点或边缘设备110分离。在可选的步骤3040，可以基于在步骤3030确定的输出来确定控制信号。在确定要传输到一个或多个控制系统2820的控制信号时，可以调用一个或多个部署的边缘计算代码模块2810的功能，并且可以提供在步骤3030确定的输出作为步骤3040的输入。在可选步骤3045，基于可操作输出的控制指令被传输到控制系统2820。

本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的宽泛的一般范围的情况下，可以对上述实施例进行多种变化和/或修改。因此，本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。