第1章 物联网工程设计概述
1.1 物联网工程简介
1.1.1 物联网的概念与特征
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，对现有物体的信息进行感知、采集，通过网络支撑下的可靠传输技术，将各种物体的信息汇入互联网，并基于海量信息资源进行智能决策、安全保障、管理与服务的全球公共信息综合服务平台。物联网示意图如图1.1所示。
图1.1 物联网示意图
作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网具有三方面的特征：第一，物联网具有互联网的特征，接入物联网的物体要由能够实现互连互通的网络来支撑；第二，物联网具有识别与通信的特征，接入物联网的物体要具备自动识别和物物通信的功能；第三，物联网具有智能化的特征，基于物联网构造的网络应该具有自动化、自我反馈和智能控制的功能。
1.1.2 物联网工程概念
物联网系统的规划、设计和实施是一项复杂的系统工程，了解其主要过程、方法与要素，是完成物联网系统的前提和基础。物联网工程是研究物联网系统的规划、设计、实施与管理的工程科学，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，制订物联网系统的建设方案，协助工程招投标，开展设计、实施、管理与维护等工程活动。物联网工程除了具有一般工程的特点，还需要物联网工程技术人员掌握以下内容：
（1）了解物联网系统的原理、技术、安全等知识，了解物联网技术的现状和发展趋势。
（2）熟悉物联网工程设计与实施的步骤、流程，熟悉物联网系统设备及其发展趋势，具有设备选型与集成的经验和能力。
（3）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的综合开发的经验和能力。
（4）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。
1.1.3 物联网架构
物联网架构一般分为感知层、网络层、平台层和应用层，如图1.2所示。
图1.2 物联网的架构
感知层：负责信息采集和物物之间的信息传输，信息采集的技术包括传感器技术、自动化仪表技术、RFID技术、多媒体技术等，信息传输技术包括长/短距离无线通信技术、自组织网络技术、协同信息处理技术、传感器中间件技术等。感知层的功能是实现物联网全面感知的核心能力，是物联网中关键技术、标准化、产业化等方面亟待突破的部分，关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题。
网络层：利用无线网络和有线网络对采集的信息进行编码、认证和传输，广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施。网络层是物联网中标准化程度最高、产业化能力最强、技术最成熟的部分，关键在于对物联网进行优化和改进，形成协同感知的网络。
平台层：主要对信息进行处理，采用模式识别、数据融合、数据压缩等技术提高信息的精度，降低信息冗余度，实现原始级、特征级、决策级的信息处理。
应用层：提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标，将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案，关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障，以及有效的开发模式。
1.1.4 物联网工程的内容
因具体应用的不同，不同物联网工程的内容也不相同，但通常都包括以下内容：
（1）感知系统。感知系统是物联网工程的最基本组成部分，感知系统可能是自动条码识读系统、RFID系统、无线传感器网络等。
（2）传输系统。将感知的信息接入Internet或数据中心，需要建设接入系统与传输系统。接入系统可能包括无线接入（如Wi-Fi、ZigBee和NB-IoT等）系统及有线接入系统。
（3）存储系统。通常使用数据库管理系统和高性能并行文件系统。
（4）处理系统。物联网工程会收集大量的原始信息，各类信息的格式、含义、用途各不相同。为了有效处理、管理和利用这些信息，需要有通用的处理系统。处理系统通常采用模式识别、数据融合、数据压缩等技术提高信息的精度，降低信息冗余度，实现原始级、特征级、决策级的信息处理。
（5）应用系统。应用系统是最顶层的内容，是用户看到的物联网功能的集中体现，如智慧家居、智慧电网、智慧农业和智慧交通等。
（6）机房。机房是信息汇聚、存储、处理和分发的核心，任何物联网工程都需要一个机房。
1.1.5 物联网工程的组织
1.组织方式
物联网工程通常有两种组织方式：
（1）政府工程：由政府拨款，这类工程具有示范性质，一般通过招标或直接指定承担单位和负责人，并组织工程管理机构，自上向下进行组织实施。
（2）普通工程：一般采用项目经理制，通过投标等方式获取工程的承建权，组织施工队伍按照合同组织项目实施。
2.组织机构
物联网工程的组织机构如下：
（1）领导小组：负责协调各部门的工作、解决重大问题、进行重大决策、指导总体的工作、审批各类方案、组织项目验收。
（2）项目小组：进行系统需求分析，制订项目总体方案、工程实施方案，确定所使用的标准、规范，设计全局性的技术方案，对项目的实施进行宏观管理和控制，进行质量管理。
（3）技术开发小组：根据制订的总体方案，完成具体的设计、开发、安装与测试工作，制作各种技术文档，并进行技术培训。
3.工程监理
工程监理的作用是指在物联网工程的建设过程中，为论证建设方案、确定系统集成商、控制工程质量等提供服务，其核心作用是控制工程质量，包括工程材料的质量、设备的质量、施工的质量等。
工程监理通常是具有相关资质的第三方，可通过招标确定。工程监理的主要工作包括：
（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、通信线路敷设是否合理。
（3）审查信息硬件平台是否合理、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和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。