物联网工程设计与实施-第一章
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物联网工程导论
物联网工程导论 第一章 刘美
习题解答
1.简述物联网的定义 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协 议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交 换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监 控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸 和扩展的网络。
物联网工程导论 第一章 刘美
习题解答
2.简述物联网应具备的三个特征 （1）全面感知 ：利用射频识别、二维码、 传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体 进行信息采集和获取； （2）可靠传送：通过将物体接入信息网络，依 托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互 和共享； （3）智能处理：利用各种智能计算技术，对海 量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能 化的决策和控制。
物联网工程导论 第一章 刘美
1.1 物联网的定义
物联网工程导论 第一章 刘美
1.1 物联网的定义
物联网是一种通过射频识别（RFID）、红 外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 信息传感设备，按照约定协议，使物体与 互联网相连接，进行信息交换和通信，以 实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、 监控和管理的网络。
物联网工程导论 第一章 刘美
本章小结
通过本章的学习，能够掌握物联网的核心问题、 本质特色以及最高目标，应对物联网的概念定义、 基本组成结构、关键技术和主要问题以及发展应 用领域有一个基本了解，建立物联网整体概念， 为后续各章节的学习打下良好的基础。
物联网工程导论 第一章 刘美
习题
1.简述物联网的定义 2.简述物联网应具备的三个特征 • 3.简述信息浪潮15年定律的内容 4.请解释以下名词：RFID；EPC 5.物联网的三大推动力分别是什么？ • 6.国家提出的战略性新兴产业领域，主要包括哪 七个方面？
物联网工程设计与实施(黄传河主编)期末考点
1.物联网工程的内容：(1)数据感知系统(2)数据接入与传输系统(3)数据存储系统(4)数据处理系统(5)应用系统(6)控制系统(7)安全系统(8)机房(9)网络管理系统2.物联网工程设计应遵循的原则(1)应围绕设计目标开展设计工作(2)应充分考虑应用性要求(3)应在需求、成本、时间、技术等多种因素之间寻求最好的平衡和折中(4)应优先选用最简单、最可行的解决方案(5)应避免简单照抄其他设计方案的做法(6)应具有可预见性和可扩展性(7)应由有设计经验的人员主导设计工作3.网络系统五阶段周期需求分析、通信分析、逻辑网络设计、物理网络设计、实施4.网络方案设计的原则（1）先进性（2）高可靠性（3）标准化（4）可扩展性（5）易管理性(6)安全性（7）实用性（8）开放性5.采用层次化网络设计模型进行设计的优点(1)可以使网络成本降到最低(2)可以采用不同层次上的模块，使得每个设计元素简化并易于理解(3)层次化设计使网络的改变变得更加容易6.物联网工程五层模型感知层、接入层、汇聚层、骨干层、数据中心7.分配地址的原则(1)使用结构化网络编址模型(2)通过中心授权机构管理地址(3)编址的分布授权(4)为终端系统使用动态编址(5)使用私有地址(6)使用IPv6地址8.路由协议的选择原则(1)路由协议的类型的选择(2)路由协议的度量(3)路由协议的顺序(4)层次化与非层次化路由协议的选择(5)内部与外部路由协议的选择(6)分类与无分类路由协议的选择(7)静态路由协议的选择9.估算通信量时的关键因素根据业务需求和业务规模估算通信量的大小根据流量汇聚原理确定链路和节点的容量10.估算通信量应遵循的原则(1)必须以满足当前业务需要为最低标准(2)必须考虑到未来若干年内的业务增长需求(3)能对选择何种网络技术提供指导(4)能对冲突域和广播域的划分提供指导(5)能对选择何种物理介质和网络设备提供指导11.结构化布线系统构成：分为六个子系统（1）工作区子系统（2）水平布线子系统（3）管理子系统（4）干线子系统（5）设备间子系统（6）建筑群子系统12.硬盘接口的类型：SATA（串口硬盘）,SCSI（小型计算机系统接口）,SAS（串行连接SCSI）,FC(光纤通道)13.独立磁盘冗余阵列P9114.PPP协议是一种点对点串行通信协议PAP:密码认证协议：是PPP的一个子协议15.web portal认证方式：基于业务类型的认证，不需要安装其他客户端软件，只需要浏览器就能完成。
物联网工程设计与实施课程设计
计算机科学与技术学院“课程设计”项目报告项目名称：室内环境监测系统专业：物联网工程班级：1301学号：133921038 姓名：杨飞成绩：学号：133921001 姓名：聂红梅成绩：学号：133921033 姓名：聂鑫鑫成绩：学号：133921039 姓名：王茹雪成绩：学号：133921042 姓名：刘亚成绩：学号：133921047 姓名：李英伦成绩：指导教师：陈洪生申请日期：2015年秋学期湖北科技学院计算机科学与技术学院制7．功能优点1.实时的监测室内的温度，湿度以及人员状况。
2.Zigbee芯片能耗低，符合节能环保的政策。
答辩情况记录表课题名称：室内环境监测系统时间：2015.12.28地点：理工楼2 栋FPGA实验室人员：杨飞，聂红梅，聂鑫鑫，王茹雪，刘亚，李英伦答辩表1.室内环境监测系统的主要功能是什么？答：室内环境监测系统主要以环境监测为主，通过在房间内架设传感器节点和不同的传感器来采集室内的环境数据，如温度，湿度，是否有人在等数据2.该系统有那些优点？答：（1）实时的监测室内的温度，湿度以及人员状况。
（2）Zigbee芯片能耗低，符合节能环保的政策。
（3）采用无线传输数据，减少了排线与布线的困难，节约成本。
（4）可拓展性强，后续可继续开发以满足使用者的需求。
3.该系统主要由那些模块组成？答：室内环境监测系统由人体红外热释电传感器、温湿度传感器、信号发射接收模块以及PC数据接收软件组成。
4.该系统如何实现人体感应？答：该系统采用了HC-SR501 人体感应模块，是基于红外线技术的自动控制模块，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，是一种广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。
5.功耗情况？答：微功耗: 静态电流<50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。
记录人签字：指导老师签字：。
[物联网工程规划技术 第1章 物联网工程规划概述
技术人员应熟悉物联网工程设计与实施的步骤、流程，熟悉物联网设备及其发展趋势，具 有设备选型与集成的经验和能力。
技术人员应掌握信息系统开发的主流技术，具有基于无线通信、Web服务、海量数据处理、 信息发布与信息搜索等要素进行综合开发的经验和能力。
工程管理人员应熟悉物联网工程的实施过程，具有协调评审、监理、验收等各环节的经验
智云开发调试工具（PC端），能够跟踪应用数据包及学习api的运用。
10:43 / 18
Internet+ Education Solutions
物联网系统工程规划技术
第一章 物联网工程规划概述
目录 Contents
物联网技术概述 物联网工程概念 物联网工程设计原则 物联网工程开发平台 物联网数据通信协议 物联网工程调试工具
Education Solutions
Internet+
物联网
物联网（Internet of Things），是指利用各种信息传感设备，如射频识别 （RFID）装置、无线传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 对现有物品信息进行感知、采集，通过网络支撑下的可靠传输技术，将各 种物品的信息汇入互联网，并进行基于海量信息资源的智能决策、安全保 障及管理技术与服务的全球公共的信息综合服务平台。
变量能对值进行查询，可以方便应用程序调试；
命令是对位进行操作，能够避免内存资源浪费。
10:43 / 11
智能家居项目分析
ZXBee数据通信协议
通信协议数据格式
•通信协议数据格式：{[参数]=[值],{[参数]=[值],……} •A．每条数据以“{}”作为起始字符； •B．“{}”内参数多个条目以“,”分隔； •C．示例：{CD0=1,D0=?} •注：通信协议数据格式中的字符均为英文半角符号。
物联网工程设计与实施
路漫漫其悠远
8.3物联网的安全
8.3.2网络层安全
1.来自物联网本身的架构、接入方式和各种设备的安全问题； 2.进行数据传输的网络相关安全问题。
路漫漫其悠远
8.3物联网的安全
8.3.3应用层安全
1.业务控制和管理； 2.中间件； 3.隐私保护。
路漫漫其悠远
8.4物联网的安全机制
8.4.1 RFID安全机制
节点能量资源耗尽，例如当有些算法试图重传分组时， 攻击者将不断干扰其发送，直至节点耗尽能源。
在协议实现的时候，制定一些执行策略，对过度频繁 的请求不予理睬，或者对同一个数据包的重传次数据进 行限制，以免恶意节点无休止干扰导致能源耗尽。
路漫漫其悠远
8.2物联网面临的威胁
8.2.2数据链路层攻击
3.非公平竞争 非公平竞争是指恶意节点滥用高优先级的报文占据信
路漫漫其悠远
8.2物联网面临的威胁
8.2.1物理层攻击
1.拥塞攻击 解决方法是重传发生冲突的数据，增加节点能量消耗。
拥塞攻击通过发出无线干扰射频信号，实现破坏无线通信 的目的，分为全频段拥塞干扰和瞄准式拥塞干扰。
传感器网络可采用诸如跳频、调节节点占空比等技术来 防范拥塞攻击。
路漫漫其悠远
8.2物联网面临的威胁
物联网工程设计与实施
路漫漫其悠远
2020/3/29
模块八 物联网工程的 信息安全
路漫漫其悠远
主要内容
8.1物联网ห้องสมุดไป่ตู้程的安全概述 8.2物联网面临的威胁 8.3物联网的安全 8.4物联网的安全机制
重点
掌握物联网工程信息 安全的对策
路漫漫其悠远
导入案例
智慧物联网在陆军战场上的应用
8.3物联网的安全
8.3.2网络层安全
1.来自物联网本身的架构、接入方式和各种设备的安全问题； 2.进行数据传输的网络相关安全问题。
路漫漫其悠远
8.3物联网的安全
8.3.3应用层安全
1.业务控制和管理； 2.中间件； 3.隐私保护。
路漫漫其悠远
8.4物联网的安全机制
8.4.1 RFID安全机制
节点能量资源耗尽，例如当有些算法试图重传分组时， 攻击者将不断干扰其发送，直至节点耗尽能源。
在协议实现的时候，制定一些执行策略，对过度频繁 的请求不予理睬，或者对同一个数据包的重传次数据进 行限制，以免恶意节点无休止干扰导致能源耗尽。
路漫漫其悠远
8.2物联网面临的威胁
8.2.2数据链路层攻击
3.非公平竞争 非公平竞争是指恶意节点滥用高优先级的报文占据信
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8.2物联网面临的威胁
8.2.1物理层攻击
1.拥塞攻击 解决方法是重传发生冲突的数据，增加节点能量消耗。
拥塞攻击通过发出无线干扰射频信号，实现破坏无线通信 的目的，分为全频段拥塞干扰和瞄准式拥塞干扰。
传感器网络可采用诸如跳频、调节节点占空比等技术来 防范拥塞攻击。
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8.2物联网面临的威胁
物联网工程设计与实施
路漫漫其悠远
2020/3/29
模块八 物联网工程的 信息安全
路漫漫其悠远
主要内容
8.1物联网ห้องสมุดไป่ตู้程的安全概述 8.2物联网面临的威胁 8.3物联网的安全 8.4物联网的安全机制
重点
掌握物联网工程信息 安全的对策
路漫漫其悠远
导入案例
智慧物联网在陆军战场上的应用
物联网工程设计与实施-第一章
• 适合于大型网络的建设工作
22 /29
设计过程
• 中等规模的网络较多，应用范围较广 • 大型问题可分解为多个小型可解的简单问
题
• ==>五阶段迭代周期
23 /29
设计过程
需求分析 确定需求，包 括： 1商业 2用户 3应用 4计算机平台 5网络 通信分析 逻辑网络设计 物理网络设计 安装和维护
应用需求
26 /29
收集需求的效果
• 可以明确需求变化的范围 • 有助于设计者更好地理解网络应该具有什么功能
和性能
• • • • •
• 为网络设计提供了依据：
能够更好地评价现有的网络体系 能够更客观地做出决策
提供完美的交互功能
提供网络的移植功能 合理使用用户资源
27 /29
现有网络体系的分析
• 现有网络的逻辑拓扑图。 • 反映网络容量、网段及网络所需的通信容量和模
9 /29
组织机构
领导小组 总体组 技术开发组
10 /29
工程监理
物联网工程监理是指在物联网建设过程 中，为用户提供建设方案论证、系统承 建商确定、物联网工程质量控制等服务， 其核心职责是工程质量控制，包括工程 材料的质量、设备的质量、施工的质量 等。 监理单位为具有资质的第三方，通常由 甲方通过招标确定；不隶属于甲、乙方。
12 /29
1.2物联网工程设计的目标与约束条件
物联网工程设计的目标
• 在系统工程科学方法指导下，根据用户需求，
设计完善的方案，优选各种技术和产品，科学 组织工程实施，保证建设成一个可靠性高、性 价比高、易于使用、满足用户需求的系统。
13 /29
1.2物联网工程设计的目标与约束条件
不同系统的目标差异 • 在设计之初，就应该制定明确、具体的设计目
《物联网工程应用系统(智慧城市)》第一章 认识智慧城市及实训系统30
表1.1 2011—2014年中国部分省市智慧城市建设规划情况
省市 上海市 天津市 重庆市 福建省 江苏省 武汉市
宁波市 烟台市
公布时间 2014年 2012年 2015年 2014年 2014年 2012年
2011年 2013年
投资额 超千亿 2 800亿元 160亿元
— — 817亿元
407亿元 1 100亿元
图1.2 物联网智慧城市实训系统主要组成部分业务流程
1. PC客户端的主要功能 打开“智慧城市工程应用”PC客户端，进入如图1.3所示登录界面，输入 账户及密码后进入如图1.4所示主界面。由图1.4中可以看出，PC客户端主要 实现了智能商超应用系统、智能路灯监控系统、智能环境监测系统、智能安
防监控系统、公共广播系统等五大子系统的功能。其中，公共广播系统在本 书中不做介绍。
单位 台 部 个 台 部 台 个 张 台 台 台 个
数量 2 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 2
智能商超应用系统中，主要设备的连接关系如图1.7所示。其中，PC服 务端、PC客户端、Wifi摄像机通过无线路由器互联为局域网；LED显示屏、 中距离RFID通过串口服务器接入无线路由器；打印机、UHF RFID读写器 （桌面读写器）、高频RFID读写器通过USB接口接入PC客户机。
城市信息化建设无疑是提升城市管理效率的重要方式。智慧城市融合了 物联网、云计算、移动互联网等ICT技术，是城市信息化的高级阶段，是 信息化与城镇化结合的最佳模式，将有助于改善总量扩张、粗放式的城镇 化建设，并充分发挥产业辐射作用，带动整个经济的转型。“十八大”后， 中央政府提出要走集约、智能、绿色、低碳的新型城镇化道路。为规范和 推动智慧城市的健康发展，住房城乡建设部启动了国家智慧城市试点工作。 2013年1月，住建部公布了首批90家智慧城市试点名单，其中地市37个、区 （县）50个、镇3个。2014年，智慧城市试点规划陆续落地，北京、河北、 上海、江苏、浙江、福建、山东、河南、广东、陕西、宁夏等10 多个省、 直辖市、自治区制定出台了省级总体规划。2011—2014年，我国部分省市 智慧城市建设规划情况如表1.1所示。
物联网工程设计与实施(PPT 27张)
物联网工程设计与实施
模块八 物联网工程的 信息安全
主要内容
8.1物联网工程的安全概述
8.2物联网面临的威胁 8.3物联网的安全 8.4物联网的安全机制
重点
掌握物联网工程信息 安全的对策
导入案例
智慧物联网在陆军战场上的应用
[思考题] 根据本项目给出物联网工程的安全策略。
8.1物联网工程的安全概述
8.3物联网的安全
8.3.2网络层安全
1.来自物联网本身的架构、接入方式和各种设备的安全问题； 2.进行数据传输的网络相关安全问题。
8.3物联网的安全
8.3.3应用层安全
1.业务控制和管理； 2.中间件； 3.隐私保护。
8.4物联网的安全机制
8.4.1 RFID安全机制
1.射频识别系统的保密机制 在射频识别应用系统上主要是用三种传输信息保护方 式，即认证传输方式、加密传输方式和混合传输方式。
8.2物联网面临的威胁
8.2.4传输层攻击
2.失步攻击 失步攻击是指当前连接断开。例如，攻击者向节点发 送重放的虚假信息，导致节点请求重传丢弃的数据帧。利 用这种方式，攻击者能够削弱甚至完全削夺节点进行数据 交换的能力，并浪费能量，缩短节点的生命周期。
8.3物联网的安全
8.3物联网的安全
8.3.1感知层安全
8.4物联网的安全机制
8.4.3无线传感器网络的安全机制
1.无线传感器网络的安全目标 （1）能量限制。（2）有限的存储、运行空间和计算能力。 （3）通信的不可靠性。（4）节点的物理安全无法保证。 （5）节点布置的随机性。 （6）安全需求与应用相关。
8.4物联网的安全机制
8.4.3无线传感器网络的安全机制
8.2物联网面临的威胁
模块八 物联网工程的 信息安全
主要内容
8.1物联网工程的安全概述
8.2物联网面临的威胁 8.3物联网的安全 8.4物联网的安全机制
重点
掌握物联网工程信息 安全的对策
导入案例
智慧物联网在陆军战场上的应用
[思考题] 根据本项目给出物联网工程的安全策略。
8.1物联网工程的安全概述
8.3物联网的安全
8.3.2网络层安全
1.来自物联网本身的架构、接入方式和各种设备的安全问题； 2.进行数据传输的网络相关安全问题。
8.3物联网的安全
8.3.3应用层安全
1.业务控制和管理； 2.中间件； 3.隐私保护。
8.4物联网的安全机制
8.4.1 RFID安全机制
1.射频识别系统的保密机制 在射频识别应用系统上主要是用三种传输信息保护方 式，即认证传输方式、加密传输方式和混合传输方式。
8.2物联网面临的威胁
8.2.4传输层攻击
2.失步攻击 失步攻击是指当前连接断开。例如，攻击者向节点发 送重放的虚假信息，导致节点请求重传丢弃的数据帧。利 用这种方式，攻击者能够削弱甚至完全削夺节点进行数据 交换的能力，并浪费能量，缩短节点的生命周期。
8.3物联网的安全
8.3物联网的安全
8.3.1感知层安全
8.4物联网的安全机制
8.4.3无线传感器网络的安全机制
1.无线传感器网络的安全目标 （1）能量限制。（2）有限的存储、运行空间和计算能力。 （3）通信的不可靠性。（4）节点的物理安全无法保证。 （5）节点布置的随机性。 （6）安全需求与应用相关。
8.4物联网的安全机制
8.4.3无线传感器网络的安全机制
8.2物联网面临的威胁
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监理人员进行质量监控的主要工作：
(1)审查建设方案是否合理，所选设备质量是否合 格。
(2)审查基础建设是否完成，通信线路布设是否合 理。
(3)审查信息系统硬件平台是否合理，是否具有可 扩展性，软件平台是否统一、合理。
(4)审查应用软件的功能、使用方式是否满足需求。 (5)审查培训计划是否完整，培训效果是否达到预
30 /29
安装和维护
安装
• 实施环境准备、设备安装调试
• 生成可运行的网络及文档：
• 逻辑网络图和物理网络图，以便于管理人员快速掌握网
络
• 满足规范的设备连接图、布线图等细节图，同时包括线
缆、连接器和设备的规范标识，这些标识应与各细节图 保持一致。
• 安装测试记录和文档，包括测试结果和新的数据流量记
录。
维护
• 故障监测和恢复、升级、性能优化
31 /29
1.5物联网工程的主要设计步
确定设计目 标、性能参
数
设计物理网 络
设计逻辑网 络
分析现有网 络
设计施工方 案
设计测试方 案
设计运维方 案
32 /29
1.5物联网工程的主要设计步骤与文档
主要文档
(1)可行性研究报告（视项目大小和甲方的意见而定是否 需要）
题
• ==>五阶段迭代周期
23 /29
设计过程
需求分析
确定需求，包 括：
1商业 2用户 3应用 4计算机平台 5网络
通信分析
估计和测量通 信量及设备利 用率
逻辑网络设计
选择符合需求 的设计
物理网络设计
将逻辑设计应 用到物理空间
安装和维护
实现物理网络 设计
需求规范
通信规范
逻辑网络 设计
物理网络 设计
物联网工程设计与 实施概述
物联网工程
什么是物联网？
The Internet of things
物联网
物 按产业分 工业物联网 农业物联网
联 网
按行业分
服务物联网 建筑 车库 变压器 环保 ……
按开放度 公有
私有
1.1 物联网工程的主要内容
物联网工程的概念 • 物联网工程是研究物联网系统的规划、设计、实
• 应熟悉物联网工程设计与实施的步骤、流程、相
关标准与规范，熟悉物联网设备及其发展趋势， 具有设备选型与集成的经验和能力。
• 应掌握信息系统开发的主流技术，具有基于无线
通信、Web服务、海量数据处理、信息发布与信息 搜索等要素进行综合开发的经验和能力。
• 应熟悉物联网工程的实施过程，具有协调评审、
监理、验收等各环节的经验和能力。
的关键阶段
29 /29
确定网络物理结构
• 物理网络设计是对逻辑网络设计的物理实现 • 通过对设备的具体物理分布、运行环境等的确定，确
保网络的物理连接符合逻辑连接的要求
• 需要确定具体的软硬件、连接设备、布线和服务 • 网络物理结构设计文档必须尽可能详细、清晰地描述：
• 网络物理结构图和布线方案。 • 设备和部件的详细列表清单。 • 软硬件和安装费用的估算。 • 安装日程表，详细说明服务的时间以及期限。 • 安装后的测试计划。 • 用户的培训计划。
7 /29
(9)物联 网管理系
统
(1)数据 感知系统
(2)数据 接入与传 输系统
(8)机房/ 数据中心
(7)安全 系统
物联网 (3)数据 存储系统
工程 (4)数据 处理系统
(6)控制 系统
(5)应用 系统
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组织方式
政府工程
• 招标、直接指定或审批承担单 位和负责人，组织工程管理机 构，自上而下组织实施。
普通商业 工程
• 项目经理制，通过投标等方式 获取工程承建权，组织施工队 伍，按照商业合同组织项目实 施。
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组织机构
领导小组
总体组 技术开发组
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工程监理
物联网工程监理是指在物联网建设过程 中，为用户提供建设方案论证、系统承 建商确定、物联网工程质量控制等服务， 其核心职责是工程质量控制，包括工程 材料的质量、设备的质量、施工的质量 等。 监理单位为具有资质的第三方，通常由 甲方通过招标确定；不隶属于甲、乙方。
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四阶段周期
构思与规划阶段
分析与设计阶段
实施与构建阶段
运行与维护阶段
时间轴
• 成本较低、灵活性高
• 适用于网络规模较小、需求较为明确、网
络结构简单的物联网工程
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五阶段周期
需求分析
通信分析
逻辑网络设计
物理网络设计
实施
• 优点：所有的计划在较早的阶段完成，该系统的所有负责
人对系统的具体情况以及工作进度都非常清楚，更容易协 调工作。
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1.4物联网工程的设计方法
网络的生命周期
构思 计划
分析 设计
实时 运行
系统 维护
淘汰
对于大多数网络系统来说，需要不断重复设 计、实施、维护的过程。
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网络生命周期的迭代模型
核心思想是网络应用驱动理论和成本评价机制
生命周 期开始
迭代周期 开始
迭代周期 维持
迭代周期 结束
是 网络系统是 否满足应用
• 缺点：比较死板，不灵活。因为在项目完成之前，用户的
需求经常会发生变化，使得已完成的部分需要经常修改
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六阶段周期
需求分析
监测及性能 优化
逻辑设计
实施及测试
物理设计
设计优化
• 偏重于网络的测试和优化，侧重于网络需求的不
断变更
• 适合于大型网络的建设工作
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设计过程
• 中等规模的网络较多，应用范围较广 • 大型问题可分解为多个小型可解的简单问
不同系统的目标差异 • 在设计之初，就应该制定明确、具体的设计目
标，用以指导、约束和评估设计的全过程及最 终结果。
• 目标应具体，尽可能量化，用具体的参数表示
出来，比如带宽、数据丢失率、差错率、数据 传输延迟、感知数据量及响应时间、存储空间 大小、可扩展的范围（节点数、距离、数据量） 等。
• 在总体目标之下，在每个阶段有具体的目标。
期目标。 (6)协助用户进行测试和验收。
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1.2物联网工程设计的目标与约束条件
物联网工程设计的目标
• 在系统工程科学方法指导下，根据用户需求，
设计完善的方案，优选各种技术和产品，科学 组织工程实施，保证建设成一个可靠性高、性 价比高、易于使用、满足用户需求的系统。
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1.2物联网工程设计的目标与约束条件
施、管理与维护的工程科学
• 要求物联网工程技术人员根据既定的目标，依照
国家、行业或企业规范，制定物联网建设的方案， 协助工程招投标，开展设计、实施、管理与维护 等工程活动。
• 委托方（称为甲方）与承建方（称为乙方）工作
任务有区别
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特殊性 • 应全面了解物联网的原理、技术、系统、安全等
知识，了解物联网技术的现状、发展趋势、产品。
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物联网工程设计的约束条件
预算 时间 政策 约束 技术
条件
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1.3物联网工程设计应遵循的原则
(1)应围绕设计目标开展设计工作 (2)应充分考虑应用性要求 (3)应在需求、成本、时间、技术等多种因素之
间寻求最好的平衡和折中 (4)应优先选用最简单、最可行的解决方案 (5)应避免简单照抄其它设计方案的做法 (6)应具有可预见性和可扩展性 (7)应使用有设计经验的人员主导设计工作
• 能够更好地评价现有的网络体系 • 能够更客观地做出决策 • 提供完美的交互功能 • 提供网络的移植功能 • 合理使用用户资源
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现有网络体系的分析
• 现有网络的逻辑拓扑图。 • 反映网络容量、网段及网络所需的通信容量和模
式。
• 现有感知设备、控制设备的类型与功能。 • 详细的统计数据、基本的测量值和所有其他直接
实施文档
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需求分析的特性
艰苦 性
重要 性
需求
策略
分析
性
模糊 性
多样 性
矛盾 性
全面 性
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需求内容
业务需求
网络需求
用户需求
计算机平 台需求
应用需求
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收集需求的效果
• 可以明确需求变化的范围 • 有助于设计者更好地理解网络应该具有什么功能
和性能
• 为网络设计提供了依据：
否
否
再利用成本是否 大于新建成本
是
生命周 期结束
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网络生命周期的迭代模型
迭代周期的构成 • 每一个迭代周期，都是一个网络重构的过程 • 不同的网络设计方法，迭代周期的划分方式不同 • 各种方式的侧重点不同，拥有不同的网络文档模板 • 没有一个可以完美描述所有项目的开发 主要有三种 : • 四阶段周期 • 五阶段周期 • 六阶段周期
反映现有网络性能的测量值。
• Internet接口和广域网提供的服务质量(QoS)报告。 • 限制因素列表清单，例如，使用线缆和设备等。
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确定网络逻辑结构
• 网络的逻辑结构设计，描述用户、设备、功
能的分类、分布、互联方式，但不对具体的 物理位置和运行环境进行确定。
• 网络逻辑结构设计是体现网络设计核心思想
(2)需求分析文档 (3)招标文件（协助甲方完成，用于招标。有时甲方单独
撰写，不需要乙方协助） (4)投标文件（乙方完成，用于投标） (5)合同 (6)逻辑网络设计文档（总体设计） (7)物理网络设计文档（详细设计） (8)实施文档 (9)测试文档 (10)验收报告
监理人员进行质量监控的主要工作：
(1)审查建设方案是否合理，所选设备质量是否合 格。
(2)审查基础建设是否完成，通信线路布设是否合 理。
(3)审查信息系统硬件平台是否合理，是否具有可 扩展性，软件平台是否统一、合理。
(4)审查应用软件的功能、使用方式是否满足需求。 (5)审查培训计划是否完整，培训效果是否达到预
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安装和维护
安装
• 实施环境准备、设备安装调试
• 生成可运行的网络及文档：
• 逻辑网络图和物理网络图，以便于管理人员快速掌握网
络
• 满足规范的设备连接图、布线图等细节图，同时包括线
缆、连接器和设备的规范标识，这些标识应与各细节图 保持一致。
• 安装测试记录和文档，包括测试结果和新的数据流量记
录。
维护
• 故障监测和恢复、升级、性能优化
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1.5物联网工程的主要设计步
确定设计目 标、性能参
数
设计物理网 络
设计逻辑网 络
分析现有网 络
设计施工方 案
设计测试方 案
设计运维方 案
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1.5物联网工程的主要设计步骤与文档
主要文档
(1)可行性研究报告（视项目大小和甲方的意见而定是否 需要）
题
• ==>五阶段迭代周期
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设计过程
需求分析
确定需求，包 括：
1商业 2用户 3应用 4计算机平台 5网络
通信分析
估计和测量通 信量及设备利 用率
逻辑网络设计
选择符合需求 的设计
物理网络设计
将逻辑设计应 用到物理空间
安装和维护
实现物理网络 设计
需求规范
通信规范
逻辑网络 设计
物理网络 设计
物联网工程设计与 实施概述
物联网工程
什么是物联网？
The Internet of things
物联网
物 按产业分 工业物联网 农业物联网
联 网
按行业分
服务物联网 建筑 车库 变压器 环保 ……
按开放度 公有
私有
1.1 物联网工程的主要内容
物联网工程的概念 • 物联网工程是研究物联网系统的规划、设计、实
• 应熟悉物联网工程设计与实施的步骤、流程、相
关标准与规范，熟悉物联网设备及其发展趋势， 具有设备选型与集成的经验和能力。
• 应掌握信息系统开发的主流技术，具有基于无线
通信、Web服务、海量数据处理、信息发布与信息 搜索等要素进行综合开发的经验和能力。
• 应熟悉物联网工程的实施过程，具有协调评审、
监理、验收等各环节的经验和能力。
的关键阶段
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确定网络物理结构
• 物理网络设计是对逻辑网络设计的物理实现 • 通过对设备的具体物理分布、运行环境等的确定，确
保网络的物理连接符合逻辑连接的要求
• 需要确定具体的软硬件、连接设备、布线和服务 • 网络物理结构设计文档必须尽可能详细、清晰地描述：
• 网络物理结构图和布线方案。 • 设备和部件的详细列表清单。 • 软硬件和安装费用的估算。 • 安装日程表，详细说明服务的时间以及期限。 • 安装后的测试计划。 • 用户的培训计划。
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(9)物联 网管理系
统
(1)数据 感知系统
(2)数据 接入与传 输系统
(8)机房/ 数据中心
(7)安全 系统
物联网 (3)数据 存储系统
工程 (4)数据 处理系统
(6)控制 系统
(5)应用 系统
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组织方式
政府工程
• 招标、直接指定或审批承担单 位和负责人，组织工程管理机 构，自上而下组织实施。
普通商业 工程
• 项目经理制，通过投标等方式 获取工程承建权，组织施工队 伍，按照商业合同组织项目实 施。
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组织机构
领导小组
总体组 技术开发组
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工程监理
物联网工程监理是指在物联网建设过程 中，为用户提供建设方案论证、系统承 建商确定、物联网工程质量控制等服务， 其核心职责是工程质量控制，包括工程 材料的质量、设备的质量、施工的质量 等。 监理单位为具有资质的第三方，通常由 甲方通过招标确定；不隶属于甲、乙方。
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四阶段周期
构思与规划阶段
分析与设计阶段
实施与构建阶段
运行与维护阶段
时间轴
• 成本较低、灵活性高
• 适用于网络规模较小、需求较为明确、网
络结构简单的物联网工程
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五阶段周期
需求分析
通信分析
逻辑网络设计
物理网络设计
实施
• 优点：所有的计划在较早的阶段完成，该系统的所有负责
人对系统的具体情况以及工作进度都非常清楚，更容易协 调工作。
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1.4物联网工程的设计方法
网络的生命周期
构思 计划
分析 设计
实时 运行
系统 维护
淘汰
对于大多数网络系统来说，需要不断重复设 计、实施、维护的过程。
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网络生命周期的迭代模型
核心思想是网络应用驱动理论和成本评价机制
生命周 期开始
迭代周期 开始
迭代周期 维持
迭代周期 结束
是 网络系统是 否满足应用
• 缺点：比较死板，不灵活。因为在项目完成之前，用户的
需求经常会发生变化，使得已完成的部分需要经常修改
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六阶段周期
需求分析
监测及性能 优化
逻辑设计
实施及测试
物理设计
设计优化
• 偏重于网络的测试和优化，侧重于网络需求的不
断变更
• 适合于大型网络的建设工作
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设计过程
• 中等规模的网络较多，应用范围较广 • 大型问题可分解为多个小型可解的简单问
不同系统的目标差异 • 在设计之初，就应该制定明确、具体的设计目
标，用以指导、约束和评估设计的全过程及最 终结果。
• 目标应具体，尽可能量化，用具体的参数表示
出来，比如带宽、数据丢失率、差错率、数据 传输延迟、感知数据量及响应时间、存储空间 大小、可扩展的范围（节点数、距离、数据量） 等。
• 在总体目标之下，在每个阶段有具体的目标。
期目标。 (6)协助用户进行测试和验收。
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1.2物联网工程设计的目标与约束条件
物联网工程设计的目标
• 在系统工程科学方法指导下，根据用户需求，
设计完善的方案，优选各种技术和产品，科学 组织工程实施，保证建设成一个可靠性高、性 价比高、易于使用、满足用户需求的系统。
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1.2物联网工程设计的目标与约束条件
施、管理与维护的工程科学
• 要求物联网工程技术人员根据既定的目标，依照
国家、行业或企业规范，制定物联网建设的方案， 协助工程招投标，开展设计、实施、管理与维护 等工程活动。
• 委托方（称为甲方）与承建方（称为乙方）工作
任务有区别
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特殊性 • 应全面了解物联网的原理、技术、系统、安全等
知识，了解物联网技术的现状、发展趋势、产品。
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物联网工程设计的约束条件
预算 时间 政策 约束 技术
条件
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1.3物联网工程设计应遵循的原则
(1)应围绕设计目标开展设计工作 (2)应充分考虑应用性要求 (3)应在需求、成本、时间、技术等多种因素之
间寻求最好的平衡和折中 (4)应优先选用最简单、最可行的解决方案 (5)应避免简单照抄其它设计方案的做法 (6)应具有可预见性和可扩展性 (7)应使用有设计经验的人员主导设计工作
• 能够更好地评价现有的网络体系 • 能够更客观地做出决策 • 提供完美的交互功能 • 提供网络的移植功能 • 合理使用用户资源
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现有网络体系的分析
• 现有网络的逻辑拓扑图。 • 反映网络容量、网段及网络所需的通信容量和模
式。
• 现有感知设备、控制设备的类型与功能。 • 详细的统计数据、基本的测量值和所有其他直接
实施文档
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需求分析的特性
艰苦 性
重要 性
需求
策略
分析
性
模糊 性
多样 性
矛盾 性
全面 性
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需求内容
业务需求
网络需求
用户需求
计算机平 台需求
应用需求
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收集需求的效果
• 可以明确需求变化的范围 • 有助于设计者更好地理解网络应该具有什么功能
和性能
• 为网络设计提供了依据：
否
否
再利用成本是否 大于新建成本
是
生命周 期结束
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网络生命周期的迭代模型
迭代周期的构成 • 每一个迭代周期，都是一个网络重构的过程 • 不同的网络设计方法，迭代周期的划分方式不同 • 各种方式的侧重点不同，拥有不同的网络文档模板 • 没有一个可以完美描述所有项目的开发 主要有三种 : • 四阶段周期 • 五阶段周期 • 六阶段周期
反映现有网络性能的测量值。
• Internet接口和广域网提供的服务质量(QoS)报告。 • 限制因素列表清单，例如，使用线缆和设备等。
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确定网络逻辑结构
• 网络的逻辑结构设计，描述用户、设备、功
能的分类、分布、互联方式，但不对具体的 物理位置和运行环境进行确定。
• 网络逻辑结构设计是体现网络设计核心思想
(2)需求分析文档 (3)招标文件（协助甲方完成，用于招标。有时甲方单独
撰写，不需要乙方协助） (4)投标文件（乙方完成，用于投标） (5)合同 (6)逻辑网络设计文档（总体设计） (7)物理网络设计文档（详细设计） (8)实施文档 (9)测试文档 (10)验收报告