第1章 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)工程簡(jiǎn)介

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與特征

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是指利用各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、無(wú)線傳感器、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等，對(duì)現(xiàn)有物體的信息進(jìn)行感知、采集，通過網(wǎng)絡(luò)支撐下的可靠傳輸技術(shù)，將各種物體的信息匯入互聯(lián)網(wǎng)，并基于海量信息資源進(jìn)行智能決策、安全保障、管理與服務(wù)的全球公共信息綜合服務(wù)平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)示意圖如圖1.1所示。

作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)具有三方面的特征：第一，物聯(lián)網(wǎng)具有互聯(lián)網(wǎng)的特征，接入物聯(lián)網(wǎng)的物體要由能夠?qū)崿F(xiàn)互連互通的網(wǎng)絡(luò)來(lái)支撐；第二，物聯(lián)網(wǎng)具有識(shí)別與通信的特征，接入物聯(lián)網(wǎng)的物體要具備自動(dòng)識(shí)別和物物通信的功能；第三，物聯(lián)網(wǎng)具有智能化的特征，基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有自動(dòng)化、自我反饋和智能控制的功能。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程概念

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，了解其主要過程、方法與要素，是完成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的前提和基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)工程是研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施與管理的工程科學(xué)，要求物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人員根據(jù)既定的目標(biāo)，依照國(guó)家、行業(yè)或企業(yè)規(guī)范，制訂物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)方案，協(xié)助工程招投標(biāo)，開展設(shè)計(jì)、實(shí)施、管理與維護(hù)等工程活動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)工程除了具有一般工程的特點(diǎn)，還需要物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人員掌握以下內(nèi)容：

（1）了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的原理、技術(shù)、安全等知識(shí)，了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

（2）熟悉物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施的步驟、流程，熟悉物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備及其發(fā)展趨勢(shì)，具有設(shè)備選型與集成的經(jīng)驗(yàn)和能力。

（3）掌握信息系統(tǒng)開發(fā)的主流技術(shù)，具有基于無(wú)線通信、Web服務(wù)、海量數(shù)據(jù)處理、信息發(fā)布與信息搜索等的綜合開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和能力。

（4）熟悉物聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)施過程，具有協(xié)調(diào)評(píng)審、監(jiān)理、驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)和能力。

1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)一般分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，如圖1.2所示。

感知層：負(fù)責(zé)信息采集和物物之間的信息傳輸，信息采集的技術(shù)包括傳感器技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)、RFID技術(shù)、多媒體技術(shù)等，信息傳輸技術(shù)包括長(zhǎng)/短距離無(wú)線通信技術(shù)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)同信息處理技術(shù)、傳感器中間件技術(shù)等。感知層的功能是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力，是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化等方面亟待突破的部分，關(guān)鍵在于具備更精確、更全面的感知能力，并解決低功耗、小型化和低成本的問題。

網(wǎng)絡(luò)層：利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)采集的信息進(jìn)行編碼、認(rèn)證和傳輸，廣泛覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強(qiáng)、技術(shù)最成熟的部分，關(guān)鍵在于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，形成協(xié)同感知的網(wǎng)絡(luò)。

平臺(tái)層：主要對(duì)信息進(jìn)行處理，采用模式識(shí)別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)壓縮等技術(shù)提高信息的精度，降低信息冗余度，實(shí)現(xiàn)原始級(jí)、特征級(jí)、決策級(jí)的信息處理。

應(yīng)用層：提供豐富的基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本目標(biāo)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案，關(guān)鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開發(fā)利用、低成本高質(zhì)量的解決方案、信息安全的保障，以及有效的開發(fā)模式。

1.1.4 物聯(lián)網(wǎng)工程的內(nèi)容

因具體應(yīng)用的不同，不同物聯(lián)網(wǎng)工程的內(nèi)容也不相同，但通常都包括以下內(nèi)容：

（1）感知系統(tǒng)。感知系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)工程的最基本組成部分，感知系統(tǒng)可能是自動(dòng)條碼識(shí)讀系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。

（2）傳輸系統(tǒng)。將感知的信息接入Internet或數(shù)據(jù)中心，需要建設(shè)接入系統(tǒng)與傳輸系統(tǒng)。接入系統(tǒng)可能包括無(wú)線接入（如Wi-Fi、ZigBee和NB-IoT等）系統(tǒng)及有線接入系統(tǒng)。

（3）存儲(chǔ)系統(tǒng)。通常使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和高性能并行文件系統(tǒng)。

（4）處理系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)工程會(huì)收集大量的原始信息，各類信息的格式、含義、用途各不相同。為了有效處理、管理和利用這些信息，需要有通用的處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)通常采用模式識(shí)別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)壓縮等技術(shù)提高信息的精度，降低信息冗余度，實(shí)現(xiàn)原始級(jí)、特征級(jí)、決策級(jí)的信息處理。

（5）應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)是最頂層的內(nèi)容，是用戶看到的物聯(lián)網(wǎng)功能的集中體現(xiàn)，如智慧家居、智慧電網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)和智慧交通等。

（6）機(jī)房。機(jī)房是信息匯聚、存儲(chǔ)、處理和分發(fā)的核心，任何物聯(lián)網(wǎng)工程都需要一個(gè)機(jī)房。

1.1.5 物聯(lián)網(wǎng)工程的組織

1.組織方式

物聯(lián)網(wǎng)工程通常有兩種組織方式：

（1）政府工程：由政府撥款，這類工程具有示范性質(zhì)，一般通過招標(biāo)或直接指定承擔(dān)單位和負(fù)責(zé)人，并組織工程管理機(jī)構(gòu)，自上向下進(jìn)行組織實(shí)施。

（2）普通工程：一般采用項(xiàng)目經(jīng)理制，通過投標(biāo)等方式獲取工程的承建權(quán)，組織施工隊(duì)伍按照合同組織項(xiàng)目實(shí)施。

2.組織機(jī)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)工程的組織機(jī)構(gòu)如下：

（1）領(lǐng)導(dǎo)小組：負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各部門的工作、解決重大問題、進(jìn)行重大決策、指導(dǎo)總體的工作、審批各類方案、組織項(xiàng)目驗(yàn)收。

（2）項(xiàng)目小組：進(jìn)行系統(tǒng)需求分析，制訂項(xiàng)目總體方案、工程實(shí)施方案，確定所使用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，設(shè)計(jì)全局性的技術(shù)方案，對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行宏觀管理和控制，進(jìn)行質(zhì)量管理。

（3）技術(shù)開發(fā)小組：根據(jù)制訂的總體方案，完成具體的設(shè)計(jì)、開發(fā)、安裝與測(cè)試工作，制作各種技術(shù)文檔，并進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。

3.工程監(jiān)理

工程監(jiān)理的作用是指在物聯(lián)網(wǎng)工程的建設(shè)過程中，為論證建設(shè)方案、確定系統(tǒng)集成商、控制工程質(zhì)量等提供服務(wù)，其核心作用是控制工程質(zhì)量，包括工程材料的質(zhì)量、設(shè)備的質(zhì)量、施工的質(zhì)量等。

工程監(jiān)理通常是具有相關(guān)資質(zhì)的第三方，可通過招標(biāo)確定。工程監(jiān)理的主要工作包括：

（1）審查建設(shè)方案是否合理、所選設(shè)備質(zhì)量是否合格。

（2）審查基礎(chǔ)建設(shè)是否完成、通信線路敷設(shè)是否合理。

（3）審查信息硬件平臺(tái)是否合理、是否具有可擴(kuò)展性，軟件平臺(tái)是否統(tǒng)一、合理。

（4）審查應(yīng)用軟件的功能和使用方式是否滿足需求。

（5）審查培訓(xùn)計(jì)劃是否完整、培訓(xùn)效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

（6）協(xié)助用戶進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)收。