物联网工程设计与实施

本书从工程实施方法论的视角审视物联网工程设计与实施的主要任务，从需求出发，按照物联网工程设计的主要步骤，介绍物联网工程的设计方法、设计条件、设计结果及实施方法。全书共12章，分别介绍物联网工程的总体过程、可行性研究、需求分析、初步设计、感知系统设计、传输系统设计、数据中心设计、物联网安全设计、物联网应用软件设计、物联网工程实施、物联网运行维护与管理以及智能物联网案例。

本书可作为高校物联网工程专业及相关专业的本科教材，也可供物联网领域从业者参考使用。

黄传河　 <br />武汉大学计算机学院教授、博士生导师，武汉大学计算机网络研究所所长，教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会物联网工程专业教学研究专家组委员。长期从事计算机网络（移动互联网、移动Ad Hoc网络、无线传感器网络、无线Mesh网络、未来互联网）、物联网、网络安全、高性能计算领域的研究和教学工作。主讲“计算机网络与通信”（湖北省精品课程）、“分布并行计算机技术”（武汉大学精品课程）等课程。主持或参与多项国家自然科学基金、863及省级重点项目，曾获国家教委科技进步二等奖、华为优秀研究生管理干部奖。<br /><br />涂　航　 <br />武汉大学计算机学院副教授，硕士生导师。主要研究方向为物联网、信息安全，偏重于软硬件结合。主要研究项目包括面向智能的RFID操作系统、支持高安全性的金融和通信行业应用、特定平台和受限环境下的Java虚拟机与硬件一体化，并实现研究成果的产品化。 <br /><br />伍春香　<br />武汉大学计算机学院副教授，硕士生导师。主要研究方向为知识工程、软件工程。曾参加863计划引导项目电子学习系统平台与教育资源库的研究和开发，获湖北省优秀教学成果二等奖、湖北省教育系统教书育人先进个人、 宝钢教育基金优秀教师奖等荣誉，在重要刊物上发表多篇学术研究论文。<br /><br />李　明　 <br />武汉大学博士，副教授，视觉感知和决策规划领域专家。武汉大学计算机学院自动驾驶前沿技术研究中心主任。德国KIT访问学者，自动驾驶系统公司创办者。承担国家重点研发计划、科技重大专项、863计划、自然科学基金项目10项。与东风、一汽、小米、华为等公司在自动驾驶和无人系统领域建立长期合作。 发表SCI、EI论文20余篇，申报国家发明专利9项。<br />

前言

第1章物联网工程设计与实施过程1

1.1物联网工程概述1

1.1.1物联网工程的概念1

1.1.2物联网工程的内容2

1.1.3物联网工程的组织3

1.2物联网工程设计的目标与约束

条件4

1.2.1物联网工程设计的目标4

1.2.2物联网工程设计的约束条件4

1.3物联网工程设计的原则和主要

依据6

1.3.1物联网工程设计的原则6

1.3.2物联网工程设计的主要依据7

1.4物联网工程的设计方法8

1.4.1生命周期模型8

1.4.2设计与实施过程12

1.4.3对技术人员的能力要求14

1.5物联网工程设计的主要步骤和

文档14

1.5.1物联网工程设计的主要步骤14

1.5.2物联网工程设计的主要文档14

第2章可行性研究16

2.1可行性研究的内容16

2.2可行性研究报告的编制17

2.2.1可行性研究报告的内容17

2.2.2可行性研究报告的编制要求27

2.3可行性研究报告的评审29

第3章需求分析30

3.1需求分析的目标与内容30

3.1.1需求分析的目标30

3.1.2需求分析的内容31

3.1.3需求分析的步骤33

3.2需求分析的收集33

3.2.1需求信息的收集方法33

3.2.2需求分析的实施34

3.2.3需求信息的归纳整理44

3.3物联网工程的约束分析44

3.4需求说明书的编制44

第4章初步设计47

4.1初步设计的主要任务47

4.2初步设计文件的内容47

4.3初步设计文件的编制说明49

4.3.1关于政府投资项目的说明49

4.3.2关于公司项目的说明50

4.4初步设计方案的评审50

第5章感知系统设计51

5.1感知方式设计51

5.2感知与控制设备选型52

5.3边缘计算系统设计52

5.4控制与决策核心功能设计52

5.5感知系统设计文档的编制53

第6章传输系统设计54

6.1逻辑网络设计54

6.1.1逻辑网络设计的内容与目标54

6.1.2逻辑网络的结构及设计59

6.1.3地址与命名规则设计69

6.1.4路由协议选择74

6.1.5带宽与流量分析及性能设计77

6.1.6逻辑网络设计说明书的编制79

6.2物理网络设计80

6.2.1物理网络设计的任务与目标80

6.2.2物理网络的结构与选型80

6.2.3结构化布线系统设计81

6.2.4物联网设备的选型87

6.2.5物理网络设计说明书的编制92

第7章数据中心设计93

7.1数据中心设计的任务与目标93

7.2数据中心设计的方法93

7.3高性能计算机系统94

7.3.1高性能计算机的结构与类别94

7.3.2高性能计算机的CPU类型99

7.3.3高性能计算机的作业调度与

管理系统99

7.3.4高性能计算机的性能指标101

7.4服务器的选型101

7.4.1服务器的基本要求101

7.4.2服务器配置与选择要点102

7.5存储设备选型104

7.5.1磁盘接口类别与性能104

7.5.2RAID105

7.5.3存储体系结构108

7.5.4磁带库112

7.6数据中心网络选型112

7.7数据中心基础软件选型113

7.8云计算服务设计114

7.8.1云计算的类型114

7.8.2云存储系统114

7.8.3云计算服务系统的设计115

7.8.4第三方云中心115

7.9机房工程设计115

7.9.1UPS115

7.9.2制冷系统设计116

7.9.3消防系统设计118

7.9.4监控与报警系统设计120

7.9.5机房装修设计122

7.10数据中心设计文档的编制122

第8章物联网安全设计123

8.1感知系统安全设计123

8.1.1身份标识设计123

8.1.2RFID系统安全设计125

8.1.3传感器网络安全设计130

8.1.4感知层隐私保护134

8.1.5物联网感知终端安全设计136

8.2网络安全设计139

8.2.1接入认证协议139

8.2.2基于DTLS+的安全传输143

8.2.36LoWPAN安全144

8.2.4RPL协议安全146

8.2.5EPCglobal网络安全147

8.2.6物联网安全专网148

8.3物联网平台安全153

8.3.1物联网平台安全基础153

8.3.2物联网密码基础设施155

8.3.3物联网平台身份认证机制157

8.3.4物联网平台运行安全160

8.3.5数据备份与容灾162

8.4物联网安全管理165

8.4.1物联网安全管理范围165

8.4.2物联网安全标准166

8.4.3物联网安全工程实施167

8.4.4物联网安全评估方法167

8.4.5物联网安全文档管理168

8.5安全设计文档编制168

第9章物联网应用软件设计170

9.1物联网应用软件的特点170

9.2软件工程方法171

9.2.1软件工程概述171

9.2.2软件生命周期172

9.2.3问题定义与可行性研究173

9.2.4需求分析174

9.2.5软件开发计划183

9.2.6软件设计190

9.2.7软件编码198

9.2.8软件测试200

9.2.9软件维护212

9.2.10软件项目管理215

9.2.11软件开发过程221

9.3应用软件设计模式227

9.3.1应用软件设计方法227

9.3.2软件架构设计227

9.3.3模块划分232

9.4嵌入式软件设计方法233

9.4.1开发工具与平台234

9.4.2基于虚拟机的调试与测试235

9.5分布式信息处理与软件设计

方法235

9.5.1分布式计算模型235

9.5.2分布式程序架构235

9.5.3分布式程序设计方法237

9.6移动终端App设计238

9.7物联网应用部署238

9.7.1应用在末梢终端上的部署238

9.7.2应用在服务器上的部署238

9.7.3基于云计算的应用部署239

9.8物联网应用软件设计说明书

编制239

第10章工程实施242

10.1物联网工程实施过程242

10.2招投标与设备采购244

10.2.1招投标过程244

10.2.2招投标文件246

10.2.3合同249

10.2.4设备采购与验收250

10.3施工过程管理与质量监控

方法251

10.3.1施工进度计划251

10.3.2施工过程管理253

10.3.3工程监理253

10.3.4施工质量控制256

10.4工程验收258

10.4.1物联网工程验收过程258

10.4.2文档验收261

第11章运行维护与管理263

11.1物联网测试与维护263

11.1.1物联网测试263

11.1.2物联网维护273

11.2物联网故障分析与处理274

11.2.1物联网故障分类274

11.2.2物联网故障排除过程275

11.2.3物联网故障诊断工具277

11.3物联网运行与管理280

11.3.1物联网运行状态监测280

11.3.2物联网管理281

第12章智能物联网案例——车联网与智能驾驶282

12.1关键需求282

12.2车联网系统设计282

12.2.1总体设计282

12.2.2感知系统设计285

12.2.3数据传输系统设计289

12.2.4数据存储方案设计289

12.2.5数据处理与决策系统设计290

12.2.6网络部署设计293

12.3智能驾驶关键技术设计293

12.3.1预测与轨迹规划293

12.3.2预测与轨迹规划算法设计294

12.3.3数据闭环系统300

12.3.4数据闭环设计301

12.3.5地图方案设计304

12.3.6车辆控制执行305

12.4车联网应用设计306

12.4.1静态信息广播306

12.4.2动态信息广播307

12.4.3气象信息广播308

12.4.4红绿灯信息推送308

12.4.5实时路侧信息警示309

12.4.6车辆间交互信息警示309

参考文献310