第1章 物聯(lián)網(wǎng)工程設計概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)工程簡介

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備，如射頻識別（RFID）裝置、無線傳感器、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等，對現(xiàn)有物體的信息進行感知、采集，通過網(wǎng)絡支撐下的可靠傳輸技術，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行智能決策、安全保障、管理與服務的全球公共信息綜合服務平臺。物聯(lián)網(wǎng)示意圖如圖1.1所示。

作為新一代信息技術的重要組成部分，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)的物體要由能夠實現(xiàn)互連互通的網(wǎng)絡來支撐；第二，物聯(lián)網(wǎng)具有識別與通信的特征，接入物聯(lián)網(wǎng)的物體要具備自動識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)構造的網(wǎng)絡應該具有自動化、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、設計和實施是一項復雜的系統(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。物聯(lián)網(wǎng)工程是研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、實施與管理的工程科學，要求物聯(lián)網(wǎng)工程技術人員根據(jù)既定的目標，依照國家、行業(yè)或企業(yè)規(guī)范，制訂物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設方案，協(xié)助工程招投標，開展設計、實施、管理與維護等工程活動。物聯(lián)網(wǎng)工程除了具有一般工程的特點，還需要物聯(lián)網(wǎng)工程技術人員掌握以下內容：

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

（2）熟悉物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施的步驟、流程，熟悉物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設備及其發(fā)展趨勢，具有設備選型與集成的經(jīng)驗和能力。

（3）掌握信息系統(tǒng)開發(fā)的主流技術，具有基于無線通信、Web服務、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)驗和能力。

（4）熟悉物聯(lián)網(wǎng)工程的實施過程，具有協(xié)調評審、監(jiān)理、驗收等各環(huán)節(jié)的經(jīng)驗和能力。

1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)架構

物聯(lián)網(wǎng)架構一般分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層，如圖1.2所示。

感知層：負責信息采集和物物之間的信息傳輸，信息采集的技術包括傳感器技術、自動化儀表技術、RFID技術、多媒體技術等，信息傳輸技術包括長/短距離無線通信技術、自組織網(wǎng)絡技術、協(xié)同信息處理技術、傳感器中間件技術等。感知層的功能是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力，是物聯(lián)網(wǎng)中關鍵技術、標準化、產(chǎn)業(yè)化等方面亟待突破的部分，關鍵在于具備更精確、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)絡層：利用無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡對采集的信息進行編碼、認證和傳輸，廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎設施。網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)中標準化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強、技術最成熟的部分，關鍵在于對物聯(lián)網(wǎng)進行優(yōu)化和改進，形成協(xié)同感知的網(wǎng)絡。

平臺層：主要對信息進行處理，采用模式識別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)壓縮等技術提高信息的精度，降低信息冗余度，實現(xiàn)原始級、特征級、決策級的信息處理。

應用層：提供豐富的基于物聯(lián)網(wǎng)的應用，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本目標，將物聯(lián)網(wǎng)技術與行業(yè)信息化需求相結合，實現(xiàn)廣泛智能化應用的解決方案，關鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開發(fā)利用、低成本高質量的解決方案、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)工程的內容

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

（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)可能是自動條碼識讀系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡等。

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

（3）存儲系統(tǒng)。通常使用數(shù)據(jù)庫管理系統(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)通常采用模式識別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)壓縮等技術提高信息的精度，降低信息冗余度，實現(xiàn)原始級、特征級、決策級的信息處理。

（5）應用系統(tǒng)。應用系統(tǒng)是最頂層的內容，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）機房。機房是信息匯聚、存儲、處理和分發(fā)的核心，任何物聯(lián)網(wǎng)工程都需要一個機房。

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，一般通過招標或直接指定承擔單位和負責人，并組織工程管理機構，自上向下進行組織實施。

（2）普通工程：一般采用項目經(jīng)理制，通過投標等方式獲取工程的承建權，組織施工隊伍按照合同組織項目實施。

2.組織機構

物聯(lián)網(wǎng)工程的組織機構如下：

（1）領導小組：負責協(xié)調各部門的工作、解決重大問題、進行重大決策、指導總體的工作、審批各類方案、組織項目驗收。

（2）項目小組：進行系統(tǒng)需求分析，制訂項目總體方案、工程實施方案，確定所使用的標準、規(guī)范，設計全局性的技術方案，對項目的實施進行宏觀管理和控制，進行質量管理。

（3）技術開發(fā)小組：根據(jù)制訂的總體方案，完成具體的設計、開發(fā)、安裝與測試工作，制作各種技術文檔，并進行技術培訓。

3.工程監(jiān)理

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

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

（1）審查建設方案是否合理、所選設備質量是否合格。

（2）審查基礎建設是否完成、通信線路敷設是否合理。

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

（4）審查應用軟件的功能和使用方式是否滿足需求。

（5）審查培訓計劃是否完整、培訓效果是否達到預期目標。

（6）協(xié)助用戶進行測試和驗收。