太原理工大学’物联网工程设计考试总结

1 物联网工程物联网工程 1 概念 概念 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 2 内容 内容 1 数据感知系统 2 数据接入与传输系统 3 数据存储系统 4 数据处理系统 5 应用 系统 6 控制系统 7 安全系统 8 机房 9 网络管理系统 3 物联网工程目标 物联网工程目标 以工程的管理方法为指导 集成已有应用平台 建设相关领域的物 联网应用 4 物联网工程的特点 物联网工程的特点 涉及的相关领域繁多 背景知识相当庞杂 以应用为导向的技术 集成 5 工程工程 的字典释义 的字典释义 泛指某项需要投入巨大人力和物力的工作 即物联网工程是需要 投入巨大人力和物力的一项工作 6 王良民教授给出王良民教授给出 工程工程 的定义 的定义 工程是科学和数学的某种应用 通过这一应用 使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构 机器 产品 系统和过程 以最短的时 间和精而少的人力做出高效 可靠且对人类有用的东西 7 工程工程 的特点 的特点 1 工程是需要将科学与实践结合 综合使用多个技术方法来构建一个新的系统 这 个新的系统在客观上是一个创造物 2 工程活动应该包括确立正确的工程理念 制定一系列合理决策 正确设计 合理 构建和运行等子活动 其结果往往又具体地体现为特定形式的一个或一组新的创造物 3 发现 发明和制造 被发现发现的物体是客观存在的 发明发明是从无到有的制造 制造制造 是一个可重复的过程 8 由由 工程工程 衍生出一系列相关概念衍生出一系列相关概念 工程原理 是工程实施过程中的基本方法及一般性原理 是抽象化的规律 工程项目 是一个工程实施的实例 是具体化的工程 工程设计 指为工程项目的建设提供技术依据的设计文件和图纸的整个活动过程 是建设项目工程期的一个重要阶段 9 工程工程 的特征 的特征 1 工程是有原理的 2 工程项目是通过建造项目目标来完成的 3 工程实施要与环境协调一致 4 工程设计还是可优化的 10 物联网工程专业人才的工作内容 物联网工程专业人才的工作内容 不是设计实现物联网所涉及的所有内容 而应该 是寻找合适的 最优的工程方法和关键技术 选择已有系统部件的优化组合 搭建适合于 特定应用领域的物联网服务平台 11 物联网工程的关键技术主要分为四个方面 谢金龙 物联网工程的关键技术主要分为四个方面 谢金龙 1 感知层 终端的数据采集 处理 传输 终端网络的部署和协同等 以无线传感器 网络的 RFID 为代表 1 感知节点 2 无线传感器网络技术 3 射频识别技术 4 条码技术 5 智能 IC 卡技术 6 光学字符识别技术 7 声音识别 语音识别技术 8 中间件技术 2 网络层 异构的接入网络和基础的核心网络 包括基础的 NGN 核心网和 3G Wi Fi 蓝牙等接入技术 1 异构网融合技术 2 远程控制技术 3 存储资源管理技术 4 互联网技 术 5 网络协议技术 6 M2M 技术 7 无线接入技术 8 云计算技术 3 应用层 由中间件 信息开放平台和服务支撑子层以及物联网应用领域示范系统等 第四 涉及各层的公共技术 1 智能交通 2 智能电网 3 车联网 4 智能农业 5 智能家居 6 智能旅游 7 智能医疗 4 公共技术 1 全球定位技术 2 嵌入式技术 3 GPS 原理 4 信息安全 5 室内无线定位 技术 6 海量信息存储 7 遥感技 8 智能决策支持系统 DSS 2 物联网工程设计物联网工程设计 1 物联网工程设计的定义 物联网工程设计的定义 指的是在系统 科学的方法指导下 按照工程化的方法 对特定领域的物联网应用需求给出完善的技术设计 设备和产品的合理选择 方案的完善 实现 以保证建设成满足用户需求的物联网系统的过程 2 物联网工程设计方法 物联网工程设计方法 借助软件工程和网络工程中的生存周期理论来进行 利用生存 周期的迭代模型展开 其中迭代周期设计方法 四阶段 五阶段 六阶段周期法 四阶段迭代周期构成 构思与规划 分析与设计阶段 实施与构建阶段 运行与维护 阶段 五阶段迭代周期构成 需求分析 通信分析 逻辑网络设计 物理网络设计 实施 六阶段迭代周期构成 需求分析 逻辑设计 物理设计 设计优化 实施及测试 监 测及性能优化组成 3 物联网工程设计的技术架构物联网工程设计的技术架构 物联网工程设计技术架构主要按照物联网的分层体系 结构来确定 包括感知层技术 网络层技术 应用层技术和公共技术 其中公共技术涵盖 物联网各层 而在感知层 网络层和应用层又分别包含若干细化的技术 4 物联网工程设计阶段可分为物联网工程设计阶段可分为 7 个阶段个阶段 1 问题定义与规划 2 可行性研究与需求分析 3 逻辑网络与总体架构设计 4 物理网 络与功能模块设计 5 设备选型与施工方案设计 6 实现测试与工程实施 7 运行与维护管 理等 5 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 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 应避免简单照抄其他设计方案的做法 6 应具有可预见性和可扩展性 7 应用有设计经验的人员主导设计工作 6 物联网工程设计的约束条件 物联网工程设计的约束条件 政策 预算 时间 技术约束 3 物联网工程监理物联网工程监理 概念 概念 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 系统集 成商确定 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 实施的质量等 监理单位监理单位为具有资质的第三方 通常通过招标确定 监理人员进行质量监控的主要工作包括 监理人员进行质量监控的主要工作包括 1 审查建设方案是否合理 所选设备质量是 否合理 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 是否满足达到需求 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 4 工程 科学与技术的概念和特点工程 科学与技术的概念和特点 工程 工程 人们综合运用科学理论和技术的方法与手段 有组织 系统化地改造客观世界 的具体实践活动 以及所取得的实际成果 特点 1 工程所追求的目标是社会实现 2 工程 是按照一定的目标和规则对科学 技术和社会的动态整合 3 工程活动是一个通过技术集成 创新的过程 4 工程本身是一个复杂的系统 科学 科学 表示人类对客观存在及其运动规律的正确认识 特点 1 客观性 2 验证性 3 传 承性 4 局限性 技术 技术 是解决生产和生活中实际问题的各种物质手段和经验 技能 知识 方法等要 素构成的有机系统 特点 1 技术是自然属性和社会属性的统一 2 技术是主体要素和客体 要素的统一 百度 科学 技术 工程 应用的区别和联系 科学 技术 工程 应用的区别和联系 PPT 从事科学工作的科学家更偏重于理论研究 从事技术应用的技术员和从事工程设计的工程师则更贴近实际应用和实践 从事生产应用的产业工人则完成的是重复制造过程 5 物联网与互联网的联系 区别 百度 物联网与互联网的联系 区别 百度 区别 区别 互联网 即广域网 局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络 互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端 客户端 服务端通过计算机信息 技术的手段互相联系起来的结果 物联网定义为通过各种信息传感设备 如传感器 RFID 技术等各种装置与技术 实时采集任何需要监控 连接 互动的物体或过程 采集其声 光 热 电 力学等各种需要的信息 与互联网结合形成的一个巨大网络 其目的是实现 物与物 物与人 所有的物品与网络的连接 方便识别 管理和控制 联系 联系 物联网的核心和基础仍然是互联网 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络 其 用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间 进行信息交换和通信 6 物联网应用项目的分类 物联网应用项目的分类 应用层 智能化的应用服务体系 网络层 融合化的网络通信基础设施 感知层 无处不在的末端感知网络 7 物联网工程设计阶段的文档构成及重要性物联网工程设计阶段的文档构成及重要性 1 物联网工程设计与实施的主要文档 物联网工程设计与实施的主要文档 1 需求分析文档 2 可行性研究报告 3 招标文件 4 投 标文件 5 逻辑网络设计文档 6 物理网络设计文档 7 实施文档 8 测试文档 9 验收报告 2 文档的作用文档的作用 1 提高整个系统设计开发过程中的能见度 2 提高设计开发效率 3 记录设计开发过程中的有关信息 便于协调以后的系统设计开发 使用和维护 同时作为设计开发人员在一定阶段的工作成果和结束标志 即某一阶段告一段落的标志 4 可提供与整个物联网系统的运行 维护和培训有关的信息 便于管理人员 设计 人员 操作人员和用户之间的协作 交流与了解 使系统设计开发活动更科学 更有成效 5 文档便于潜在用户了解软件的功能 性能等各项指标 为他们选购符合自己需要 的软件提供必要依据 3 文档的分类 文档的分类 1 开发文档 2 管理文档 3 用户文档 4 高质量的文档至少应该具有以下几个特点 高质量的文档至少应该具有以下几个特点 1 针对性 2 精确性 3 清晰性 4 完整性 5 灵活性 一般地 文档的内容通常包含文字 图表及公式等 8 物联网体系架构 分层架构 及构成 物联网体系架构 分层架构 及构成 感知层 网络 传输 层 应用 处理和应用 层 9 ZigBee 6LoWPAN ZigBee 标准标准 ZigBee 标准是一种新兴的短距离无线网络通信技术 它是基于 IEEE 802 15 4 协议栈 主要针对低速率的通信网络设计的 它功耗低 是最具有可能应用在工控场合的 无线方式 它和 2 4 GHz 频带提供的数据传输速率为 250 kbps 915 MHz 频带提供的数据传 输速率为 40 kbps 而 868 MHz 频带提供的数据传输速率为 20 kbps 它采用跳频技术和扩 频技术 6LoWPANA 安全 安全 6LoWPAN 是一种基于 IPv6 的低速无线个域网标准 即 IPv6 over IEEE 802 15 4 将 IP 协议引入无线通信网络一直被认为是不现实的 不是完全不可能 迄今为止 无线网 只采用专用协议 因为 IP 协议对内存和带宽要求较高 要降低它的运行环境要求以适应微 控制器及低功率无线连接很困难 基于 IEEE 802 15 4 实现 IPv6 通信的 IETF 6LoWPAN 草案标准的发布有望改变这一局面 6LoWPAN 所具有的低功率运行的潜力使它很适合应用在从手持机到仪器的设备中 而其对 AES Advanced Encryption Standard AES 128 加密的内置支持为强健的认证和安全性打下了 基础 6LoWPAN 的设计目标包括 的设计目标包括 1 完整性 大多数网需要对传输的数据进行某形式的完整性保护 2 机密性 哪些收集敏感信息的 6LoWPANA 网需要机密性保护 3 保护网络 如需要保护靠电池的供电段设备免受 DoS 攻击 从工程实现的角度 从工程实现的角度 6LoWPAN 系统的安全设计主要解决以下问题 系统的安全设计主要解决以下问题 1 现有特定协议实现的障碍 不同层次 2 安全强度与开销的折中 3 6LoWPANA 设备启动时的安全考虑 4 密钥管理问题 5 使用链路层安全的考虑 6 网络层安全实施的困难 工作组主要讨论如何把 IPv6 协议适配到 IEEE 802 15 4 MAC 层和 PHY 层协议栈上的工作 10 RFID 系统的组成 系统的组成 RFID 系统主要包括读写器读写器 电子标签电子标签及后台支撑系统后台支撑系统 RFID 是一种利用无线电波无线电波与 电子标签电子标签进行数据传输交换的技术 11 RFID 系统安全设计系统安全设计 1 RFID 安全性特征与选型 2 RFID 的物理攻击防护 3 RFID 系统安全识别与认证 4 RFID 系统安全设计原则 12 单一单一 RFID 标签的识别与多个标签的识别与多个 RFID 标签的同时识别问题 标签的同时识别问题 这个和频段有关系 如果低频 125K 的 一般一次一个标签 高频 13 56MHz 通过一些 好的防碰撞算法 可以读到上 100 个标签 超高频 902 928MHz 的读写器 UR6258 配合好一 点的天线一次可以读 300 500 个标签 13 在进行物联网物理设备选型时 一般的设计和选择原则是什么 从技术的角度考虑 在进行物联网物理设备选型时 一般的设计和选择原则是什么 从技术的角度考虑 应考虑哪些内容 应考虑哪些内容 物联网设备选型的原则 选择 物联网设备选型的原则 选择 1 产品技术指标 需求分析说明书 逻辑网络设计说明书 2 成本因素 购置成本 安装成本 使用成本 3 原有设备的兼容性 4 产品的延续性 5 设备可管理性 6 厂商的技术支持 7 产品的备品备件库 8 综合满意度分析 设备选型通常遵循以下原则 设计 设备选型通常遵循以下原则 设计 1 厂商的选择