物联网工程设计与实施 第2版

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 />

目　录<br />前言<br />第1章　物联网工程设计与实施过程　1<br />1.1　物联网工程概述　1<br />1.1.1　物联网工程的概念　1<br />1.1.2　物联网工程的内容　2<br />1.1.3　物联网工程的组织　3<br />1.2　物联网工程设计的目标与约束<br />条件　4<br />1.2.1　物联网工程设计的目标　4<br />1.2.2　物联网工程设计的约束条件　4<br />1.3　物联网工程设计的原则和主要<br />依据　6<br />1.3.1　物联网工程设计的原则　6<br />1.3.2　物联网工程设计的主要依据　7<br />1.4　物联网工程的设计方法　8<br />1.4.1　生命周期模型　8<br />1.4.2　设计与实施过程　12<br />1.4.3　对技术人员的能力要求　14<br />1.5　物联网工程设计的主要步骤和<br />文档　14<br />1.5.1　物联网工程设计的主要步骤　14<br />1.5.2　物联网工程设计的主要文档　14<br />第2章　可行性研究　16<br />2.1　可行性研究的内容　16<br />2.2　可行性研究报告的编制　17<br />2.2.1　可行性研究报告的内容　17<br />2.2.2　可行性研究报告的编制要求　27<br />2.3　可行性研究报告的评审　29<br />第3章　需求分析　30<br />3.1　需求分析的目标与内容　 30<br />3.1.1　需求分析的目标　30<br />3.1.2　需求分析的内容　31<br />3.1.3　需求分析的步骤　33<br />3.2　需求分析的收集　33<br />3.2.1　需求信息的收集方法　33<br />3.2.2　需求分析的实施　34<br />3.2.3　需求信息的归纳整理　44<br />3.3　物联网工程的约束分析　44<br />3.4　需求说明书的编制　44<br />第4章　初步设计　47<br />4.1　初步设计的主要任务　47<br />4.2　初步设计文件的内容　 47<br />4.3　初步设计文件的编制说明　 49<br />4.3.1　关于政府投资项目的说明　49<br />4.3.2　关于公司项目的说明　50<br />4.4　初步设计方案的评审　 50<br />第5章　感知系统设计　51<br />5.1　感知方式设计　51<br />5.2　感知与控制设备选型　52<br />5.3　边缘计算系统设计　52<br />5.4　控制与决策核心功能设计　52<br />5.5　感知系统设计文档的编制　53<br />第6章　传输系统设计　54<br />6.1　逻辑网络设计　54<br />6.1.1　逻辑网络设计的内容与目标　54<br />6.1.2　逻辑网络的结构及设计　59<br />6.1.3　地址与命名规则设计　69<br />6.1.4　路由协议选择　74<br />6.1.5　带宽与流量分析及性能设计　77<br />6.1.6　逻辑网络设计说明书的编制　79<br />6.2　物理网络设计　80<br />6.2.1　物理网络设计的任务与目标　80<br />6.2.2　物理网络的结构与选型　80<br />6.2.3　结构化布线系统设计　81<br />6.2.4　物联网设备的选型　87<br />6.2.5　物理网络设计说明书的编制　92<br />第7章　数据中心设计　93<br />7.1　数据中心设计的任务与目标　93<br />7.2　数据中心设计的方法　93<br />7.3　高性能计算机系统　94<br />7.3.1　高性能计算机的结构与类别　94<br />7.3.2　高性能计算机的CPU类型　99<br />7.3.3　高性能计算机的作业调度与<br />管理系统　99<br />7.3.4　高性能计算机的性能指标　101<br />7.4　服务器的选型　101<br />7.4.1　服务器的基本要求　101<br />7.4.2　服务器配置与选择要点　102<br />7.5　存储设备选型　104<br />7.5.1　磁盘接口类别与性能　104<br />7.5.2　RAID　105<br />7.5.3　存储体系结构　108<br />7.5.4　磁带库　112<br />7.6　数据中心网络选型　112<br />7.7　数据中心基础软件选型　113<br />7.8　云计算服务设计　114<br />7.8.1　云计算的类型　114<br />7.8.2　云存储系统　114<br />7.8.3　云计算服务系统的设计　115<br />7.8.4　第三方云中心　115<br />7.9　机房工程设计　115<br />7.9.1　UPS　115<br />7.9.2　制冷系统设计　116<br />7.9.3　消防系统设计　118<br />7.9.4　监控与报警系统设计　120<br />7.9.5　机房装修设计　122<br />7.10　数据中心设计文档的编制　122<br />第8章　物联网安全设计　123<br />8.1　感知系统安全设计　123<br />8.1.1　身份标识设计　123<br />8.1.2　RFID系统安全设计　125<br />8.1.3　传感器网络安全设计　130<br />8.1.4　感知层隐私保护　134<br />8.1.5　物联网感知终端安全设计　136<br />8.2　网络安全设计　139<br />8.2.1　接入认证协议　139<br />8.2.2　基于DTLS+的安全传输　143<br />8.2.3　6LoWPAN安全　144<br />8.2.4　RPL协议安全　146<br />8.2.5　EPCglobal网络安全　147<br />8.2.6　物联网安全专网　148<br />8.3　物联网平台安全　153<br />8.3.1　物联网平台安全基础　153<br />8.3.2　物联网密码基础设施　155<br />8.3.3　物联网平台身份认证机制　157<br />8.3.4　物联网平台运行安全　160<br />8.3.5　数据备份与容灾　162<br />8.4　物联网安全管理　165<br />8.4.1　物联网安全管理范围　165<br />8.4.2　物联网安全标准　166<br />8.4.3　物联网安全工程实施　167<br />8.4.4　物联网安全评估方法　167<br />8.4.5　物联网安全文档管理　168<br />8.5　安全设计文档编制　168<br />第9章　物联网应用软件设计　170<br />9.1　物联网应用软件的特点　170<br />9.2　软件工程方法　171<br />9.2.1　软件工程概述　171<br />9.2.2　软件生命周期　172<br />9.2.3　问题定义与可行性研究　173<br />9.2.4　需求分析　174<br />9.2.5　软件开发计划　183<br />9.2.6　软件设计　190<br />9.2.7　软件编码　198<br />9.2.8　软件测试　200<br />9.2.9　软件维护　212<br />9.2.10　软件项目管理　215<br />9.2.11　软件开发过程　221<br />9.3　应用软件设计模式　227<br />9.3.1　应用软件设计方法　227<br />9.3.2　软件架构设计　227<r />9.3.3　模块划分　232<br />9.4　嵌入式软件设计方法　233<br />9.4.1　开发工具与平台　234<br />9.4.2　基于虚拟机的调试与测试　235<br />9.5　分布式信息处理与软件设计<br />方法　 235<br />9.5.1　分布式计算模型　235<br />9.5.2　分布式程序架构　235<br />9.5.3　分布式程序设计方法　237<br />9.6　移动终端App设计　238<br />9.7　物联网应用部署　238<br />9.7.1　应用在末梢终端上的部署　238<br />9.7.2　应用在服务器上的部署　238<br />9.7.3　基于云计算的应用部署　239<br />9.8　物联网应用软件设计说明书<br />编制　239<br />第10章　工程实施　242<br />10.1　物联网工程实施过程　242<br />10.2　招投标与设备采购　244<br />10.2.1　招投标过程　244<br />10.2.2　招投标文件　246<br />10.2.3　合同　249<br />10.2.4　设备采购与验收　250<br />10.3　施工过程管理与质量监控<br />方法　251<br />10.3.1　施工进度计划　251<br />10.3.2　施工过程管理　253<br />10.3.3　工程监理　253<br />10.3.4　施工质量控制　256<br />10.4　工程验收　258<br />10.4.1　物联网工程验收过程　258<br />10.4.2　文档验收　261<br />第11章　运行维护与管理　263<br />11.1　物联网测试与维护　263<br />11.1.1　物联网测试　263<br />11.1.2　物联网维护　273<br />11.2　物联网故障分析与处理　274<br />11.2.1　物联网故障分类　274<br />11.2.2　物联网故障排除过程　275<br />11.2.3　物联网故障诊断工具　277<br />11.3　物联网运行与管理　280<br />11.3.1　物联网运行状态监测　280<br />11.3.2　物联网管理　281<br />第12章　智能物联网案例——车联网与智能驾驶　282<br />12.1　关键需求　282<br />12.2　车联网系统设计　282<br />12.2.1　总体设计　282<br />12.2.2　感知系统设计　285<br />12.2.3　数据传输系统设计　289<br />12.2.4　数据存储方案设计　289<br />12.2.5　数据处理与决策系统设计　290<br />12.2.6　网络部署设计　293<br />12.3　智能驾驶关键技术设计　293<br />12.3.1　预测与轨迹规划　293<br />12.3.2　预测与轨迹规划算法设计　294<br />12.3.3　数据闭环系统　300<br />12.3.4　数据闭环设计　301<br />12.3.5　地图方案设计　304<br />12.3.6　车辆控制执行　305<br />12.4　车联网应用设计　 306<br />12.4.1　静态信息广播　306<br />12.4.2　动态信息广播　307<br />12.4.3　气象信息广播　308<br />12.4.4　红绿灯信息推送　308<br />12.4.5　实时路侧信息警示　309<br />12.4.6　车辆间交互信息警示　309<br />参考文献　310