1、第第1 1章章 物联网工程设计与实施工程物联网工程设计与实施工程 物联网工程的物联网工程的主要内容主要内容 物联网工程设计的物联网工程设计的目标与约束条件目标与约束条件 物联网工程设计物联网工程设计应遵循的原则应遵循的原则 物联网工程的物联网工程的设计方法设计方法 物联网工程的物联网工程的设计步骤与主要文档设计步骤与主要文档1/291.1 1.1 物联网工程的主要内容物联网工程的主要内容 p物联网工程的概念物联网工程的概念 物联网工程是研究物联网系统的规划、设计、实物联网工程是研究物联网系统的规划、设计、实施、管理与维护的工程科学施、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，
2、依照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，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、管理与维护协助工程招投标，开展设计、实施、管理与维护等工程活动。等工程活动。委托方（称为甲方）与承建方（称为乙方）工作委托方（称为甲方）与承建方（称为乙方）工作任务有区别任务有区别2/291.1 1.1 物联网工程的主要内容（续）物联网工程的主要内容（续）p特殊性特殊性 应全面了解物联网的原理、技术、系统、安全等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。知识，了解物联网技术的现状、发展趋
3、势、产品。应熟悉物联网工程设计与实施的步骤、流程、相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，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。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，具有基于无线应掌握信息系统开发的主流技术，具有基于无线通信、通信、Web服务、海量数据处理、信息发布与信服务、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。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、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。
4、监理、验收等各环节的经验和能力。3/29物联网工程的内容物联网工程的内容 设计、实施下述子系统与工程：设计、实施下述子系统与工程：(1)数据感知系统数据感知系统(2)数据接入与传输系统数据接入与传输系统(3)数据存储系统数据存储系统(4)数据处理系统数据处理系统(5)应用系统应用系统(6)控制系统控制系统(7)安全系统安全系统(8)机房机房/数据中心数据中心(9)物联网管理系统物联网管理系统4/29物联网工程的组织物联网工程的组织 p组织方式组织方式两种组织方式：两种组织方式：政府工程：招标、直接指定或审批承担单位和负政府工程：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，责人，组织
5、工程管理机构，自上而下自上而下组织实施。组织实施。普通商业工程：项目经理制，通过投标等方式获普通商业工程：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，按照商业合同组取工程承建权，组织施工队伍，按照商业合同组织项目实施。织项目实施。5/29物联网工程的组织物联网工程的组织 p组织机构组织机构多种形式多种形式例例1：三层机构：三层机构：领导小组领导小组 总体组总体组 技术开发组技术开发组例例2：三层机构：三层机构：领导小组领导小组 技术组技术组 实施实施组（包括施工队）组（包括施工队）6/29物联网工程的组织物联网工程的组织 p工程监理工程监理 物联网工程监理是指在物联网建设过程中，物
6、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。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。方通过招标确定；不隶属于甲、乙方。7/29物联网工程的组织物联网工程的组织 p监理人员进行质量监控的主要工作：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
7、是否合格。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。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。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。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审查培训计划是否完整，培训效果是否达到预期目标。目标。(6)协助用户进行测试和验收。协助用户进行测试和验收。8/291.2物联网工程设计的目标与约束条件 p物联网工
8、程设计的目标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、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。易于使用、满足用户需求的系统。9/291.2物联网工程设计的目标与约束条件 u不同系统的目标差异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，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。用以指导、约束和评估设计的全过程
9、及最终结果。目标应具体，尽可能量化，用具体的参数表示出目标应具体，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、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。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。在总体目标之下，在每个阶段有具体的目标。10/29物联网工程设计的约束条件 u约束约束 政策约束政策约束 预算约束预算约束 时间约束时间约束 技术约束技术约束u折中折中 取消不能实现的需求取消不能实现的需求 暂缓执行
10、相关需求，等待设备或技术出现暂缓执行相关需求，等待设备或技术出现 组织力量或委托第三方研发，但存在失败的风险组织力量或委托第三方研发，但存在失败的风险 作为双方的课题进行试验性探讨作为双方的课题进行试验性探讨11/291.31.3物联网工程设计应遵循的原则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应围绕设计目标开展设计工作(2)应充分考虑应用性要求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、最可行的解决方案应优先选用最简单、最可行的解决方案(5)应避免简
11、单照抄其它设计方案的做法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应使用有设计经验的人员主导设计工作12/291.41.4物联网工程的设计方法物联网工程的设计方法p网络的生命周期网络的生命周期 从构思开始，到最后被淘汰的过程从构思开始，到最后被淘汰的过程 至少包括网络系统的构思计划、分析设计、实时运行和维至少包括网络系统的构思计划、分析设计、实时运行和维护的过程。护的过程。对于大多数网络系统来说，需要不断重复设计、实施、维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。护的过程。是一个循环迭代的过程
12、，每次循环迭代的动力都来自于网是一个循环迭代的过程，每次循环迭代的动力都来自于网络应用需求的变更；每次循环过程中，都存在需求分析、络应用需求的变更；每次循环过程中，都存在需求分析、规划设计、实施调试和运营维护等阶段。规划设计、实施调试和运营维护等阶段。有些网络仅仅经过一个周期就被淘汰，而有些网络在存活有些网络仅仅经过一个周期就被淘汰，而有些网络在存活过程中经过多次循环周期。过程中经过多次循环周期。网络规模越大、投资越多，则其可能经历的循环周期也越网络规模越大、投资越多，则其可能经历的循环周期也越多。多。13/29网络生命周期的迭代模型网络生命周期的迭代模型 u核心思想是网络应用驱动理论和成本评
13、价机制核心思想是网络应用驱动理论和成本评价机制 14/29网络生命周期的迭代模型网络生命周期的迭代模型 u迭代周期的构成迭代周期的构成 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各种方式的侧重点不同，拥有不同的网络文档模板板 没有一个可以完美描述所有项目的开发没有一个可以完美描述所有项目的开发u主要有三种主要有三种:四阶段周期四阶段周期 五阶段周期五阶段周期 六阶段周期六阶段周期15/29四阶段周期四阶段周期 成本较低、灵活性高成本
14、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简单的物联网工程16/29五阶段周期五阶段周期 下一个阶段开始之前，前面的每个阶段的工作必须已经完下一个阶段开始之前，前面的每个阶段的工作必须已经完成，不允许返回到前面的阶段成，不允许返回到前面的阶段 优点优点：所有的计划在较早的阶段完成，该系统的所有负责：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。调工作。缺点缺点：比较死板，不灵活。因为在项目完成之前，用户的：比较死板，
15、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需求经常会发生变化，使得已完成的部分需要经常修改17/29六阶段周期六阶段周期 偏重于网络的测试和优化，侧重于网络需求的不偏重于网络的测试和优化，侧重于网络需求的不断变更断变更 适合于大型网络的建设工作适合于大型网络的建设工作 18/29设计过程设计过程 中等规模的网络较多，应用范围较广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=五阶段迭代周期五阶段迭代周期19/29设计过程设计过程20/29需求分析需求分析 需求分析是开发过程中最关键的阶段需求
16、分析是开发过程中最关键的阶段-重要性重要性 需求收集困难，很多时候甚至用户自己也不清楚需求收集困难，很多时候甚至用户自己也不清楚具体需求是什么，或者需求渐渐增加而且经常发具体需求是什么，或者需求渐渐增加而且经常发生变化生变化-模糊性模糊性 须采用多种方式与用户交流，才能挖掘出网络工须采用多种方式与用户交流，才能挖掘出网络工程的全面需求程的全面需求-多样性多样性 收集需求信息要和不同的人员交流，需要把交流收集需求信息要和不同的人员交流，需要把交流所得信息归纳解释所得信息归纳解释-全面性全面性 不同用户群体之间的需求矛盾不同用户群体之间的需求矛盾-矛盾性矛盾性 均衡考虑各方利益，不激化用户矛盾均衡
17、考虑各方利益，不激化用户矛盾-策略性策略性 收集需求信息是一项费时的工作收集需求信息是一项费时的工作-艰苦性艰苦性21/29需求分析需求分析 u需求内容：需求内容：业务需求业务需求 用户需求用户需求 应用需求应用需求 计算机平台需求计算机平台需求 网络需求网络需求22/29需求分析需求分析 u收集需求的效果收集需求的效果 可以明确需求变化的范围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有助于设计者更好地理解网络应该具有什么功能和性能和性能 为网络设计提供了依据：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好地评价现有的网络体系 能够更客观地做出决策能够更客观
18、地做出决策 提供完美的交互功能提供完美的交互功能 提供网络的移植功能提供网络的移植功能 合理使用用户资源合理使用用户资源23/29现有网络体系的分析现有网络体系的分析 现有网络的逻辑拓扑图。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反映网络容量、网段及网络所需的通信容量和模式。式。现有感知设备、控制设备的类型与功能。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。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接口和广域网提供的服务质量(QoS)报告。报告
19、。限制因素列表清单，例如，使用线缆和设备等。限制因素列表清单，例如，使用线缆和设备等。24/29确定网络逻辑结构确定网络逻辑结构 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。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的关网络逻辑结构设计是体现网络设计核心思想的关键阶段键阶段25/29确定网络物理结构确定网络物理结构 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，
20、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、清晰地网络物理结构设计文档必须尽可能详细、清晰地描述：描述：网络物理结构图和布线方案。网络物理结构图和布线方案。设备和部件的详细列表清单。设备和部件的详细列表清单。软硬件和安装费用的估算。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。安装日程表，详细说明服务的时间以及期限。安装后的测试计划。安装后的测试计划。用户的培训计划。用户的培训计划。
21、26/29安装和维护安装和维护 u安装安装 实施环境准备、设备安装调试实施环境准备、设备安装调试 生成可运行的网络及文档：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逻辑网络图和物理网络图，以便于管理人员快速掌握网络网络 满足规范的设备连接图、布线图等细节图，同时包括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。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安装测试记录和文档，包括测试结果和新的数据流量记录。记录。u维护维护 故障监测和恢复、升级、性
22、能优化故障监测和恢复、升级、性能优化27/291.51.5物联网工程的主要设计步骤与文档物联网工程的主要设计步骤与文档p主要步骤主要步骤(1)根据需要，进行根据需要，进行可行性研究（在规划、初步需求条件下）可行性研究（在规划、初步需求条件下）(2)根据拟建物联网工程的性质，确定所使用的周期模型根据拟建物联网工程的性质，确定所使用的周期模型(3)进行需求分析，确定设计目标、性能参数进行需求分析，确定设计目标、性能参数(4)根据具体情况，对现有网络进行分析根据具体情况，对现有网络进行分析(5)进行逻辑网络设计（有时称为总体设计）进行逻辑网络设计（有时称为总体设计）(6)进行物理网络设计（有时称为详
23、细设计）进行物理网络设计（有时称为详细设计）(7)进行施工方案设计（工期计划、施工流程、现场管理方案、进行施工方案设计（工期计划、施工流程、现场管理方案、施工人员安排、工程质量保证措施等；应用软件开发施工人员安排、工程质量保证措施等；应用软件开发/采采购方案）购方案）(8)设计测试方案设计测试方案(9)设计运行、维护方案设计运行、维护方案 28/291.51.5物联网工程的主要设计步骤与文档物联网工程的主要设计步骤与文档p主要文档主要文档(1)可行性研究报告可行性研究报告（视项目（视项目大小和甲方的意见而定是否需要）大小和甲方的意见而定是否需要）(2)需求分析文档需求分析文档(3)招标文件（协助甲方完成，用于招标。有时甲方单独撰写，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）不需要乙方协助）(4)投标文件（乙方完成，用于投标）投标文件（乙方完成，用于投标）(5)合同合同(6)逻辑网络设计文档（总体设计）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）物理网络设计文档（详细设计）(8)实施文档实施文档(9)测试文档测试文档(10)验收报告验收报告29/29
