物联网工程设计与实施模块3工程项目总体方案设计ppt课件.pptx
1,物联网工程设计与实施课程教学资源建设,物联网应用技术专业 教学资源建设,建设院校：重庆电子工程职业学院主要参与企业：重庆金美通信有限责任公司 西门子(中国)有限公司,学习情境3 工程项目总体方案设计,物联网工程设计与实施,2,学习情境内容,3.1总体方案设计概述,3.2智能楼宇工程总体方案设计,【任务实施】,【知识准备】,3.1 总体方案设计概述,总体方案设计主要是指在系统分析的基础上，指根据可行性论证和用户需求对整个系统的划分（子系统）、机器设备（包括软、硬设备）的配置、数据的存贮规模以及整个系统实现规划等方面进行合理的安排，从而实现对系统进行整体设计，为系统确定整体框架结构。1.总体方案设计的目的 总体方案设计又称为概要设计或初步设计，其的目的就是概括地说明系统如何实现，并且设计软件的结构，对系统进行划分，分解为规模较小、功能较为简单的局部模块，以及这些模块相互间的关系。随着设计层次向下进行，系统性能参数将得到进一步的细化与确认，并随时可以根据需要加以调整，从而保证了设计结果的正确性，缩短了设计周期。设计规模越大，这种设计方法的优势越明显。,物联网工程设计与实施,3,3.1 总体方案设计概述,2.总体方案设计的方法 总体方案设计通常由两个阶段组成：系统设计阶段和结构设计阶段。总体方案设计整体上分为9个步骤进行：（1）设想供选择的方案（2）选择合理的方案（3）推荐最佳方案（4）能分解（5）设计软件结构（6）设计数据库（7）制定测试计划：能够提高软件的可测试性。（8）书写文档（9）审查和复审,物联网工程设计与实施,4,3.1 总体方案设计概述,3.物联网工程的三层体系结构 物联网由三个部分组成：感知部分、传输网络和智能处理，即由感知层、网络层和应用层组成。网络框架如下图：,物联网工程设计与实施,5,3.1 总体方案设计概述,物联网工程设计与实施,6,（1）感知层 物联网感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，包括：物理量、标识、音频、视频数据。感知层一般包括：数据采集和数据短距离传输两部分。感知层所需要的关键技术包括：检测技术、中低速无线或有线短距离传输技术等。（2）网络层 物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来的，主要承担着数据传输的功能。在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，（3）应用层 物联网最终目的是要把感知和传输来的信息更好地利用。应用层将网络层传输来的数据通过各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互。这一层也可按形态直观地划分为两个子层：一个是应用程序层；另一个是终端设备层。,3.1 总体方案设计概述,4.物联网工程的三层安全体系 由于物联网在很多场合都需要无线传输，这种暴露在公开场所之中的信号很容易被窃取，也更容易被干扰，这将直接影响到物联网体系的安全。针对物联网的安全需求及相关特性，基于体系结构的物联网安全框架应运而生。,物联网工程设计与实施,7,3.1 总体方案设计概述,物联网工程的三层安全体系架构图,物联网工程设计与实施,8,3.1 总体方案设计概述,（1）感知层的安全需求和安全框架 感知层可能遇到的安全威胁包括下列情况：传感网的网关节点被敌手控制，安全性全部丢失；传感网的普通节点被敌手控制（敌手掌握节点密钥）；传感网的普通节点被敌手捕获（但由于没有得到节点密钥，而没有被控制）；传感网的节点（普通节点或网关节点）受来自于网络的DOS攻击；接入到物联网的超大量传感节点的标识、识别、认证和控制问题。,物联网工程设计与实施,9,3.1 总体方案设计概述,了解了传感网的安全威胁，就容易建立合理的安全架构。在传感网内部，需要有效的密钥管理机制，用于保障传感网内部通信的安全。传感网内部的安全路由、联通性解决方案等都可以相对独立地使用。机密性和认证性都是必要的。机密性需要在通信时建立一个临时会话密钥，而认证性可以通过对称密码或非对称密码方案解决。在认证的基础上完成密钥协商是建立会话密钥的必要步骤。用于独立传感网的传统安全解决方案需要提升安全等级后才能使用。传感网的安全需求所涉及的密码技术包括轻量级密码算法、轻量级密码协议、可设定安全等级的密码技术。,物联网工程设计与实施,10,3.1 总体方案设计概述,（2）网络层的安全需求和安全框架 物联网网络层遇到的安全挑战有：DOS攻击、DDOS攻击；假冒攻击、中间人攻击等；跨异构网络的网络攻击。如果仅考虑互联网和移动网以及其他一些专用网络，则物联网网络层对安全的需求可以概括为以下几点：数据机密性：需要保证数据在传输过程中不泄露其内容；数据完整性：需要保证数据在传输过程中不被非法篡改，或非法篡改的数据容易被检测出；数据流机密性：某些应用场景需要对数据流量信息进行保密，目前只能提供有限的数据流机密性；DDOS攻击的检测与预防：DDOS攻击是网络中最常见的攻击现象，在物联网中将会更突出。物联网中需要解决的问题还包括如何对脆弱节点的DDOS攻击进行防护；移动网中认证与密钥协商（AKA）机制的一致性或兼容性、跨域认证和跨网络认证（基于IMSI）：不同无线网络所使用的不同AKA机制对跨网认证带来不利。,物联网工程设计与实施,11,3.1 总体方案设计概述,网络层的安全架构主要包括如下几个方面：节点认证、数据机密性、完整性、数据流机密性、DDOS攻击的检测与预防；移动网中AKA机制的一致性或兼容性、跨域认证和跨网络认证（基于IMSI）；相应密码技术。密钥管理（密钥基础设施PKI和密钥协商）、端对端加密和节点对节点加密、密码算法和协议等；组播和广播通信的认证性、机密性和完整性安全机制。,物联网工程设计与实施,12,3.1 总体方案设计概述,（3）应用层的安全需求和安全框架应用层的安全挑战和安全需求主要来于以下几方面：来自于超大量终端的海量数据的识别和处理；如何根据不同访问权限对同一数据库内容进行筛选；如何提供用户隐私信息保护，同时又能正确认证；如何解决信息泄露追踪问题；灾难控制和恢复；如何保护电子产品和软件的知识产权。,物联网工程设计与实施,13,3.1 总体方案设计概述,基于物联网应用层的安全挑战和安全需求，需要有包含如下几个方面的应用层安全框架：可靠的认证机制和密钥管理方案；高强度数据机密性和完整性服务；可靠的密钥管理机制，包括PKI和对称密钥的有机结合机制；可靠的高智能处理手段；入侵检测和病毒检测；恶意指令分析和预防，访问控制及灾难恢复机制；保密日志跟踪和行为分析，恶意行为模型的建立；密文查询、秘密数据挖掘、安全多方计算、安全云计算技术等；移动设备文件（包括秘密文件）的可备份和恢复；移动设备识别、定位和追踪机制；有效的数据库访问控制和内容筛选机制；有效的数据库访问控制和内容筛选机制；不同场景的隐私信息保护技术；叛逆追踪和其他信息泄露追踪机制；有效的计算机取证技术；安全的计算机数据销毁技术；安全的电子产品和软件的知识产权保护技术。,物联网工程设计与实施,14,3.1 总体方案设计概述,5.子系统的分解规则（2）把系统划分为一些模块，其中每个模块的功能简单明确，内容简明易懂，任务清楚明确，以便易于修改（3）每个模块要比较小，每一项任务限制在尽可能少的模块中完成，最好是一个模块来完成，这样就可以避免修改时遗漏应修改的地方。（4）系统分成模块的工作按层次进行。首先，把整个系统看成一个模块，按功能分解成若干个第一层模块，这些模块互相配合，共同完成整个系统的功能。然后按功能再分解第一层的各个模块。依次下去，直到每个模块都十分简单。（5）子系统间边界清晰，系统内功能和数据联系紧密。每一个模块应尽可能独立，模块之间的联系及互相影响尽可能地减少，尽可能减少模块间的调用关系和数据交换关系。当然，系统中模块不可能与其他模块设有联系，只是要求这种联系尽可能少。（6）模块间的关系要阐明。这样，在修改时可以追踪和控制。（7）模块所包含的各个过程之间内在联系应尽可能强。（8）模块的划分应便于总的系统设计阶段实现。,物联网工程设计与实施,15,3.1 总体方案设计概述,6.物联网网络设计原则与目标 原则：（1）多样性：物联网网络必须根据物联网节点类型的不同，分成多种类型的网络结构；（2）时空性：物联网网络必须能够满足物联网的时间、空间和能源方面的需求；（3）互联性：物联网网络必须能够平滑地与互联网连接；（4）安全性：物联网网络必须能够防御大范围内的网络攻击；（5）坚固性：物联网网络必须具备坚固性和可靠性。目标：构建便于识别的标识物品、建立可靠且无处不在的物品联网系统、建立强大物联网应用平台和物联网应用系统几个环节，,物联网工程设计与实施,16,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,智能化的楼宇就是综合计算机、信息通信等方面的最先进技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，实现建筑物自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、安全保卫自动化系统（SAS）和消防自动化系统（FAS），将这5种功能结合起来的建筑也称为5A建筑，外加结构化综合布线系统（SCS），结构化综合网络系统（SNS），智能楼宇综合信息管理自动化系统（MAS）组成，就是智能化楼宇。,物联网工程设计与实施,17,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,1.设计原则（1）要保证建成后的楼宇是一座能与当今社会与经济发展相适应的智能化楼宇，能实现信息共享和科学管理。（2）应采用先进，成熟，实用的技术。（3）软硬件配置采用模快化和开放式系统结构，以适应系统灵活组网、扩展和系统升级的需要。（4）将各子系统有机地联系在一起，可以对不同厂家不同类型的产品进行集成，实现资源、信息共享，增强对突发事件的响应能力；提高设备的利用率，降低能耗节约能源。（5）系统配置在保证系统可靠性、先进性的同时，应本着经济实用合理的原则，使系统具有良好的性价比。并在技术发展和系统升级时，都可以保证现有的投资。,物联网工程设计与实施,18,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,（6）各子系统既要完成各自的功能又要满足系统集成的需要，提供相关的接口协议和实现相关的联动功能。（7）系统必须具有极高的安全性，可靠性和容错性。（8）整个系统既要统一规划，又要能够根据不同的分区，适合不同的应用要求。（9）系统中央管理层应是同一个计算机支撑平台，并采用同一的操作界面环境。（10）系统软件应具有中央管理层的监控和管理功能以及相应的功能模块。（11）系统的更改、扩充和升级都不可影响系统的正常运行。（12）系统应在确定的控制精度和管理水平的前提下，具有节省能源和运行成本，并减少管理操作维修人员的能力。,物联网工程设计与实施,19,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,物联网工程设计与实施,20,2.系统架构 该智能化的楼宇系统具体包括如下：数据综合通信系统（数据通信系统和融合通信系统）、综合布线系统、公共广播系统、门禁控制系统、考勤管理子系统、车辆管理系统、消费管理子系统、在线巡更系统、防盗报警系统、视频监控系统、信息发布系统、会议及远程视讯功能、有线电视系统、楼宇自控BA系统、机房系统、集成管理BMS系统设计。智能楼宇系统架构见右图。,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,3.各子系统构成（1）数据综合通信系统 数据通信系统目标是建设一个安全、先进、灵活，高带宽、高可靠性的多业务网络承载平台和高质量的多业务平台。使得用户能够基于这个平台，实现多应用系统之间安全高速的数据共享，实现全网统一的网络系统。方案的网络设计采用需要强大的端到端的IP QoS解决方案来有效地、可预见地传递具有不同服务质量要求的数据。网络拓扑：整个网络采用扁平化设计理念，分成核心层、接入层，建立网状的两层组网模型。,物联网工程设计与实施,21,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,（2）综合布线系统 结构化的综合布线系统是整幢大楼的“神经系统”，是网络、通讯等系统的基础。既易于信息的统一管理又可满足不同区域内所有可能出现的使用需求。大楼结构化布线采用光纤作为主干（电话主干使用大对数线缆）、超五类或六类双绞线到房间，提供网络接入。系统构成：综合布线系统设计为分层星型拓扑结构的布线系统，,物联网工程设计与实施,22,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,（3）公共广播系统 公共广播系统主要具有背景音乐、会议广播和消防紧急广播三种功能。（4）一卡通系统 该系统主要包括：门禁控制子系统、考勤管理子系统、车库管理子系统、消费子系统和巡更子系统等。（5）楼宇自控BA系统 是建筑技术、自动控制技术与计算机网络技术相结合的产物，使大楼具有智能建筑的特性（6）集成管理 通过内部局域网将相互独立的弱电子系统集成到一起，实现信息的共享与交互，从而利用信息的统一管理构建出一套有效的综合应用功能。,物联网工程设计与实施,23,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,4.工程实施计划制订 整个办公楼智能楼宇项目的施工分系统、分层面、分阶段地进行，施工过程依照先高层后地面；先隐蔽后明设；先主干桥架管网、后分支；先末端后前端；先外围后机房的顺序进行。通过平衡协调、紧密地组织成一体。项目施工工期主要包括有：预留预埋施工期；桥架及管线敷设施工期；线缆敷设施工期；前端设备安装施工期；机房设备安装施工期；子系统调试和整个楼宇智能化信息管理集成系统、结构化综合布线和通信网络系统调试施工期。施工阶段的划分：第一阶段：施工准备（包括现场准备、技术准备、物资准备等。）及预埋；第二阶段：综合布线施工；第三阶段：前端设备安装：第四阶段：机房设备安装；第五阶段：分子系统调试与系统统调；,物联网工程设计与实施,24,3.2 智能楼宇工程总体方案设计,5.调试及运行规划制订 前端设备和机房设备安装完成后，即可根据设计图纸、施工图纸及系统技术要求和我们编制的调试大纲分子系统进行调试。系统的各分项工程完成后，最后要进行系统的连机统调。6.售后服务及技术支持计划（1）培训 培训分为两类：一是对系统操作值班人员的培训，二是对系统管理人员、维修人员的培训。（2）定期维护保养。（3）现场排除故障或技术指导（4）紧急异常情况的及时处理（5）系统开放性,物联网工程设计与实施,25,【任务实施】,1.总体方案设计流程 智能家居环境监测工程的总体方案设计流程分为系统设计阶段和结构设计阶段。（1）系统设计阶段：确定系统的具体实现方案。包括设想供选择的方案、选择合理的方案、推荐最合理的方案并将需实现的功能分解。（2）结构设计阶段：确定软件结构。一个模块完成一个功能，把模块组织成良好的层次系统，每层逐级调用下一层的模块,这种调用直到完成具体功能的底层模块,物联网工程设计与实施,26,【任务实施】,2.总体方案设计书基本编制要求（1）先进性实用性要求（2）标准化要求（3）可靠性要求（健壮性要求）（4）可维护性要求（5）可扩展性要求（6）成熟性原则（7）系统安全性原则（8）系统易用性和友好性原则（9）兼容性原则,物联网工程设计与实施,27,【评估与总结】,1.任务评估 实训任务的评估主要包括：学生在智能家居环境监测工程总体方案设计书编制过程中的备选方案的列举阐述及比较、系统功能分解、软件结构设计、理论知识、资料收集检索能力、学习态度、课堂表现、学习能力、各类文档编写格式规范性等方面。2.任务总结 通过编制本总体方案设计书，使学生在实训中实现对物联网综合技术应用的理解并在此基础上进行创新应用，培养学生资料收集检索能力、专业基本技能和创新应用能力，增强学生总体方案设计书及相关文档的编制能力。,物联网工程设计与实施,28,【思考与练习】,阐述总体方案的含义与目的。简述总体方案设计的步骤。物联网的三层体系结构是哪些？各层完成哪些功能？简述网络层安全架构。子系统划分具有哪些规则？智能楼宇工程包括哪些子系统？列举几种售后服务及技术支持方式，并简要说明。,物联网工程设计与实施,29,
