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 联 网
按产业分
按行业分 按开放度
工业物联网 农业物联网 服务物联网 建筑 车库 变压器 环保 ……
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
预算
时间
政策
约束 条件
技术
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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
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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 是 迭代周期 维持 否 迭代周期 结束 否 网络系统是 否满足应用
• 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
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 逻辑网络设计 物理网络设计 安装和维护
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
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
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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 期目标。 (6)协助用户进行测试和验收。
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。
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物联网工程设计的约束条件
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
估计和测量通 信量及设备利 用率
选择符合需求 的设计
将逻辑设计应 用到物理空间
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
实施文档
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需求分析的特性
重要 性
艰苦 性
模糊 性
策略 性
需求 分析
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
• • • • • •
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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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
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） (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）
(2)数据 接入与传 输系统 (3)数据 存储系统
(7)安全 系统
物联网 工程
(6)控制 系统 (5)应用 系统
(4)数据 处理系统
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组织方式
• 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。
政府工程
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。
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。
需求经常会发生变化，使得已完成的部分需要经常修改
• 缺点：比较死板，不灵活。因为在项目完成之前，用户的
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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 设计优化
物理设计
• 偏重于网络的测试和优化，侧重于网络需求的不
断变更
(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
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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：
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
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四阶段周期
分析与设计阶段 构思与规划阶段 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
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 • 应熟悉物联网工程设计与实施的步骤、流程、相 • 应掌握信息系统开发的主流技术，具有基于无线 • 应熟悉物联网工程的实施过程，具有协调评审、
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。 录。
• 安装测试记录和文档，包括测试结果和新的数据流量记
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骤与文档
主要步骤
可行性研究
确定周期模 型 确定设计目 标、性能参 数
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。 的关键阶段
• 网络逻辑结构设计是体现网络设计核心思想
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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：
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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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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
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
监理、验收等各环节的经验和能力。 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ห้องสมุดไป่ตู้经验和能力。
知识，了解物联网技术的现状、发展趋势、产品。
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。
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(9)物联 网管理系 统 (8)机房/ 数据中心
(1)数据 感知系统