物联网工程实施与运维（中级）课件 1.走进物联网-物联网系统定义与特点 -7.智慧工业园项目方案的设计-感知网设计

01物联网系统定义与特点

物联网是一次技术的革命，它揭示了计算和通讯的未来，它的发展也依赖于一些重要领域的动态技术创新，从无线传感技术到纳米技术。首先，为了连接日常用品和设备并导入至大型数据库和网络，尤其是网络的网络（即因特网），一套简单易用并有效的物体识别系统是至关重要的。只有那样，物体的数据才能够被收集和处理。无线射频识别（RFID）提供了这样的功能。其次，数据收集受益于探测物体物理状态改变的能力，使用传感器技术就能满足这一点。物体中的嵌入式智慧能力能够通过在网络边界转移信息处理能力而增强网络的威力。最后，小型化技术和纳米技术的优势意味着体积越来越小的物体能够进行交互和连接。所有这些技术融合到一起，形成了物联网，将世界上的物体从感官上和智能上连接到了一起。《ITU互联网报告2005：物联网》物联网定义

物联网：

InternetofThings，简称IoT，是指通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务系统。利用无线射频识别（RFID）、传感器、定位器和二维码等手段随手随地对物体进行信息采集和获取。感知包括传感器的信息采集、协同处理、智能组网、甚至信息服务，以达到控制、指挥的目的。物联网特点：全面感知通过各种电信网络和因特网整合，对接收到的感知信息进行实时远程传递，实现信息的交互和共享，并进行各种有效的处理。在这一过程中，通常需要用到现有的电信网络进行通讯处理，包括无线和有线网络。由于传感网络是一个局部的无线网，因而无线移动通信网、GPRS、3G、4G、5G、窄带蜂窝网络等都是作为承载物联网的一个有力的支持。物联网特点：可靠传递物联网特点：智能处理利用云计算、模糊识别等各种智能计算的计算机技术，对随时接受到的跨地域、跨行业、跨部门的海量数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。02物联网系统参考体系结构用户域资源交换域服务提供域运维管控域感知控制域目标对象域物联网系统参考体系结构物联网的一般体系结构物联网的一般体系结构ISO/IEC29182-3传感器网络参考体系架构目标对象域感知对象是指物联网用户期望获取信息的对象控制对象是指物联网用户期望执行操控的对象感知对象：车牌控制对象：道匣常见的感知对象：人体、水、烟雾、空气、门禁卡、车辆、电、温度、风常见的控制对象：道闸、电源开关、空调、声光报警器、通道、电梯、摄像头、门锁感知控制域感知控制域=物联网网关+感知控制系统

物联网网关是支撑感知控制系统与其他系统互联，并实现感知控制域本地管理的实体。物联网网关可提供协议转换、地址映射、数据处理、信息融合、安全认证、设备管理等功能。从设备定义的角度，物联网网关可以是独立工作的设备，也可以与其他感知控制设备集成为一个功能设备。感知控制系统05标签自动识别系统位置信息系统传感器网络系统智能设备接口系统音视频信息采集系统04030201感知控制系统传感器网络系统通过与对象关联绑定的传感结点采集对象信息，或通过执行器对对象进行操作控制。陀螺仪加速度传感器电机传感器控制系统标签自动识别系统标签自动识别系统通过读写设备对附加在对象上的RFID、条码（一维码、二维码）等标签进行自动识别和信息读写，以采集或修改对象相关的信息。二维码位置信息采集系统位置信息采集系统通过北斗、GPS、移动通信系统等定位系统采集对象的位置数据，定位系统终端一般与对象物理上绑定。北斗和GPS卫星信息Wi-FiLSB音视频信息采集系统音视频信息采集系统通过语音、图像、视频等设备采集对象的音视频等非结构化数据。人脸抓拍人脸识别智能设备接口系统智能设备接口系统具有通信、数据处理、协议转换等功能，且提供与对象的通信接口，其对象包括电源开关、空调、大型仪器仪表等智能或数字设备。NB-IoT基站物联网云平台03物联网技术的应用RFID在仓储物流管理的应用

验标：加工厂在收到标签供应商的RFID标签需要通过平板复核一体机进行标签检测，若标签存在无法读取问题时联系标签供应商进行退货处理。装箱发货：加工厂在成衣上缝制好RFID洗唛或者饰品类黏贴不干胶标签后，批量进行装箱复核发货。PDA在智慧物流快递的应用由智能移动行业手持终端（PDA）、行业应用软件和物流信息中间件平台构成的解决方案NB-IoT在智慧照明的应用

采用NB-IoT物联网技术，对全区路灯和景观灯进行联网和控制，对全区路灯进行单灯控制和单灯安全用电进行监测，开发部署了路灯和景观灯管理系统平台、手机移动APP、箱变控制器、单灯控制器等。有效提升路灯亮灯率，路灯故障及时发现率和及时维修率，完全消除了路灯漏电带来的安全隐患，解决了箱变运维钥匙管理问题，革新了路灯运维巡检模式，实现了城市灯光的四遥功能、节能管理、智能监控、安全管理、资产管理、故障处理等功能。提升了城市路灯管理水平04项目生命周期物联网系统集成项目生命周期概述从物联网系统集成项目开始直至结束的时间段构成了物联网系统集成项目的生命周期。开发（分析、设计、实施）立项（规则）运维消亡从技术角度可划分计划启动执行收尾从管理活动角度可划分售中售前售后从销售服务角度可划分物联网系统集成项目生命周期概述售前阶段立项阶段设计阶段招投标阶段售中阶段调研阶段采购阶段进场阶段施工阶段培训阶段初步验收阶段试运行阶段竣工验收阶段审计结算阶段售后阶段变更阶段立项阶段指系统集成服务供应商进行售前项目需求调研与分析、编写项目方案、进行方案交流认证的阶段设计阶段指系统集成服务供应商进行售前项目需求调研与分析、编制项目方案、进行方案交流论证的阶段。招投标阶段指项目的招标和投标工作开展到结束的阶段。售前阶段售中阶段开工阶段项目合同签订到项目启动会召开的工作阶段调研阶段指项目小组抵达项目现场，根据工作计划完成现场调研工作，明确项目现场实际情况的工作阶段。采购阶段指项目组提交采购申请到采购结束的工作阶段。进场阶段指人员、设备（材料）进场，并进行设备（材料）开箱检测和报审的工作阶段指人员、设备（材料）进场，并进行设备（材料）开箱检测和报审的工作阶段。售中阶段施工阶段设备（材料）进场后，项目组根据施工进度计划及施工规范完成施工的工作阶段变更阶段指发现变更需求到变更审批结束的工作阶段。培训阶段指对客户进行项目设备、系统使用、管理和维护进行培训的工作阶段。初步验收阶段指项目完成施工和培训后，项目达到初步验收条件，系统集成服务提供商提出初步验收申请到完成初步验收的工作阶段。试运行阶段指项目通过初步验收后，按合同约定时间和要求进行系统试运行的工作阶段竣工验收阶段指项目试运行结束，达到验收标准后，系统集成服务供应商根据竣工验收规范，提交竣工验收申请到完成竣工验收和项目移交的工作阶段。审计结算阶段指项目达到结算条件，建设单位和承建单位双方对该项目发生的应付、应收款项作最后清理结算的工作阶段。售后阶段01智慧工业园项目介绍智慧社区作为智慧城市建设的关键组成部分，是一种新的社区运营形态，围绕政府，企业和社区居民打造的社区生活圈，满足用户的基础硬件，物业安全，智能家居以及便民服务四个层次需求。满足公安等政府部门提供人口信息等业务支持；满足物业提供更科学、便捷的社区管理途径。目前社区的运营模式主要分为政府主导，政府企业合作，企业主导三种模式。智慧社区/智慧园区应用监控监测、预警预报、隐患排查、综合应急联动等园区安全监管园区有组织、无组织排放监控监测，能源监测、大气污染、水污染监控监测等园区环保监管园区封闭式管理、园区内部及周界监控报警管理、园区危化品车辆管理、园区危化品停车场及物流管理等园区安防管理针对园区企业用能的监控监测，如：企业水、电、燃气、蒸汽等数据进行物联网远程采集分析园区能源管理案例：安徽固镇县“天眼护家园”雪亮工程建设通过在偏远农村、交通干道、村口、村委会、广场、学校、河道等区域安装高清摄像机、人脸、车辆抓拍摄像机，对所辖区城内人员及车辆进行实时监控，实现村民、道路、场所监控全覆盖，并将已建系统的视频监控全部整合到后端平台，实现全程智能化、信息化、可视化留痕管理。视频监控通过安装人脸和卡口摄像机，对进出村庄人员进行监控，当前端抓拍到人脸照片后，与服务器白名单（本村人员）、红名单（重点管控人员）、黑名单（在逃人员）库进行实时比对分析，当抓拍人脸与“红黑”人脸库匹配度较高或非本村人员时，便会将人脸比对结果实时推送到包村民警手机APP上，民警可对告警消息进行处置，同时支持远程布控检索功能，可达到事先防控，事后可查的作用。“黑白红”名单比对实战应用为民警提供了远程实时管理手段，深化“一村一警”建设工作，减轻了民警负担。人脸识别案例：都江堰市打造市级平安智慧社区平台建立带人脸识别的监控系统、门禁系统、车辆卡口系统、社区出入系统等。实现对人员、房屋、车辆信息实时管理和报警联动。视频监控基于LoRa技术，部署烟感、消防门门磁、消火栓水压、燃气告警，SOS一键呼救，实现实时告警，实现主动及时的安全便民服务。人脸识别智慧工业园项目背景介绍M集团公司近年在F市业务发展迅猛，出于公司战略发展需要，M集团公司在F市设立了全资子公司（N公司）负责F市所在省份全部业务的开展，并在F市购置一块地皮，已建设成了一个由4栋6层办公大楼组成的小型科技园，N公司新办公区域分配在A栋大楼，其余大楼对外出租。目前园区尚未进行信息化规划设计，N公司的办公区域也刚开始装修设计阶段，M集团总裁王总责成N公司张总经理负责F市科技园信息化的总体规划和实施，希望F市的科技园参考政府建设智慧园区的经验，也建设成为一个智慧园区。张总经理自身对园区智能化建设不了解，接到集团领导任务安排后，就找到公司负责IT技术支持部的刘经理，让其负责项目团队组建和具体事项办理，智慧园区项目分期进行建设。S公司是一家专业从事网络综合布线、弱电智能化系统和计算机系统集成的高薪技术企业。S公司的王销售代表通过朋友知晓N公司目前正打算投入300万建设智慧M科技园一期项目后，并拜访了N公司刘经理，并对公司和产品等做了相关推介，初步得到刘经理的认可，刘经理让其回公司组织人员编制一个初步设计方案，再进行深入交流。王销售向公司反馈了项目信息后，公司分析了项目的可行性后，进行了项目立项，并委任王销售为售前阶段项目经理，同时由售前李工程师一同组建了售前项目小组。各区域建设内容如下：中心机房建设主要包括网络系统、机房环控、机房装饰装修等；管理中心建设主要包括大屏拼接系统、管理中心装饰装修、配套工作站、打印机、制卡系统等；1号—4号楼主要建设包括：视频监控系统、消防监控系统、电梯控制系统、能耗监控系统、照明管理系统、门禁管理系统、车辆管理系统、空调管理系统、资产管理系统；园区大门主要建设内容包括：门禁管理、车辆管理、视频监控、照明管理；园区主要建设内容包括：视频监控、照明管理、车辆管理。总体平面图一号楼一层平面图智慧工业园项目智慧工业园项目智能停车系统智能安防系统智能楼宇系统02总体设计物联网系集成项目子系统划分：划分原则有利于总系统的分阶段实现。子系统内部数据和功能高凝聚，子系统与子系统之间数据和功能相对独立，信息依赖性弱。充分考虑企业组织结构和管理工作的需要物联网系集成项目子系统划分：划分方法根据信息需求分析中得到的信息以及用户功能需求分析中得到的功能来划分子系统选择一个已实施了的物联网系统，按照其子系统的划分或参照行业内其他公司通类项目的划分，并结合本次项目建设内容来确定本次项目的子系统。参照建设单位现行组织机构和其业务活动来划分子系统物联网系集成项目子系统划分绘制系统功能结构图物联网系集成项目系统总体架构设计ISO/IEC29182-3传感器网络参考体系架构感知层：完成数据采集、处理和汇聚等功能，同时完成传感节点、路由节点和传感器网络网关的通信和控制管理功能。网络层：完成感知数据到应用服务系统的传输，不需对感知数据进行处理。应用层：利用感知数据为用户提供服务。物联网系集成项目系统总体架构设计系统总体架构图示意图物联网系集成项目总体网络规则：规划原则规划的网络系统应考虑网络防病毒、防黑客等破坏系统、数据可用性等安全问题规划的网络系统应采用开放的标准和技术，遵循国家标准，部分项目系统还要遵循国际标准规划的网络系统应稳定可靠，保证网络系统具备高平均无故障时间和低平均故障率规划的网络系统应选用主流产品和技术，保证系统良好的兼容性和可扩展性物联网系集成项目总体网络规划

网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。某园区网络拓扑图示例物联网系集成项目总体网络规划受限广播255.255.255.255直接广播192.168.1.255/24本地环回测试地址127.0.0.1DHCP故障分配地址169.254.x.x所有组播主机224.0.0.1所有组播路由器224.0.0.2私网地址10.0.0.0/8172.16.0.0/12192.168.0.0/16物联网系集成项目总体网络规划：特殊IP地址基本原则建议每个VLAN分配一个C类地址，每个VLAN不超过1000台主机，否则广播域大，后期安全问题突出物联网系集成项目总体网络规划：IP地址规划原则可汇总原则规划的各段IP地址能进行路由汇总，简化路由条目易管理原则看到IP地址就知道这是终端还是交换机，处于哪个区域物联网系集成项目总体网络规划确定子网个数估算各子网主机数量计算现有子网的合法主机IP数量计算各子网号计算每个子网段的广播地址计算合法主机IP地址03感知网设计感知网设计主要包括感知设备选型、设计部署位置和方式，是物联网系统的前端设计，实现通过传感器技术、射频识别技术、二维码识别技术、图像采集技术等将检测到的信息转换为信号（包括：电信号、光信号、电磁波等），并传输到信息存储、处理平台，让物联网系统具备对目标控制域中感知对象和控制对象的实时监控和自动管理的能力。感知网设计内容确定设备类型确定部署位置确定主要技术指标设备选型确定确定清单及技术指标确定安装要求感知网设计主要流程物联网通信技术物联网通信技术按传输媒介（信道）的物理特征，可以分为有线通信技术、无线通信技术。RS232与RS485DB-9与DB-25符合EIA制定的串行数据通信的接口标准广泛用于计算机串行接口外设连接原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程RS-232符合EIA制定的串行数据通信的接口标准增加了多点、双向的通信能力原始编号全称是EIA-RS-485（简称485，RS485）RS-485Modbus协议Modbus是一种国际标准的通信协议，用于不同厂商之间的设备交换数据。Modbus协议分为ModbusRTU、ModbusASCII、ModbusTCP三种模式。前两种所用的物理硬件接口为RS-232、RS-422和RS-485；而ModbusTCP模式的硬件接中为以太网口。Modbus通信栈CAN总线CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网）由德国Bosch公司于1983年开发出来，最早被应用于汽车内部控制系统的监测与执行机构间的数据通信，目前是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线具备高可靠性、高性能、功能完善和成本较低等优势。工业控制航空工业楼宇自动化医疗器械安防监控CAN总线CAN标准有：ISO-11898-1（CAN协议）、ISO-11898-2（CAN高速物理层）、ISO-11898-3（CAN低速可容错物理层）、ISO-11898-4（时间触发CAN）、ISO-11898-5（低功率模式高速介质存取单元）等。标准名称制定组织波特率物理层线缆规则适用领域SAEJ1939-11SAE250k双线式、屏蔽双绞线卡车、大客车SAEJ1939-12SAE250k双线式、屏蔽双绞线农用机械SAEJ2284SAE500k双线式、双绞线（非屏蔽）汽车（高速：动力、传动系统）SAEJ24111SAE33.3k、83.3k单线式汽车（低速：车身系统）NMEA-2000NEMA62.5k、125k、250k、500k、1M双线式、屏蔽双绞线船舶DeviceNetODVA125k、250k、500k双线式、屏蔽双绞线工业设备CANopenCiA10k、20k、50k、125k、250k、500k、800k、1M双线式、双绞线工业设备SDSHoneywel125k、250k、500k、1M双线式、屏蔽双绞线工业设备无线通信技术从传输距离上区分，可以简化分为两类：一类是短距离无线通信技术，代表技术有ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth等，目前非常成熟并有各自应用的领域；另一类是长距离无线通信技术，宽带广域网例如电信CDMA、移动、联通的3G/4G无线蜂窝通信和低功耗广域网即LPWAN。目前主流的LPWAN技术分为两类：一类是工作在非授权频段的技术，如LoRa、Sigfox等；一类是工作在授权频段的技术，如NB-IoT、eMTC等。无线通信技术NB-IoTNB-IoT技术最早由华为和英国电信运营商沃达丰共同推出，并在2014年5月向3GPP提出NB-M2M（MachinetoMachine）的技术方案。NB-IoT四大优势NB-IoT网络体系架构NB-IoTNB-IoT技术广泛应用于公共事业、医疗健康、智慧城市、消费者、农业环境、物流仓储、智能楼宇、制造行业等八大典型行业。LoRaLoRa（LongRangeRadio,远距离无线电）是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，是LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率广域网络）通信技术中的一种，是SEMTECH公司创建的低功耗局域网无线标准。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915MHz等。NB-IoT、LoRa、Sigfox对比应用NB-IoTLoRaSigfox信道宽带200KHz7.8-500KHz100KHz峰值速率<200kbit/s几百bit/s600bit/s覆盖MCL164db(提升20dB+)157dB(+13dB)146dB网络部署与现有蜂窝基站复用独立建网独立建网移动性低速或静止低速或静止低速或静止电池寿命>10年>10年20年模组成本有望达2美元以内预计2美元1美元频谱安全性授权频段GUL牌照波段，有基于成熟的核心网认证权机制，安全性高无牌照波段，用户认证低安全性低干扰可控性有网络规划，干扰可按无牌照波段，安全性低适用业务类型低速，低时延特征业务低速，低时延，安全性要求不高特征业务Wi-FiWi-Fi是无线保真的缩写，英文全称为WirelessFidelity，在无线局域网范畴是指“无线兼容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网技术。主流的Wi-Fi标准是802.11b（1999）、802.11g（2003）、802.11n（2009）、802.11ac（2013）和802.11ax（2017）。他们之间是向下兼容的，旧协议的设备可以连接到新协议的AP，新协议的设备也可以连接到旧协议的AP，只是速率会降低。蓝牙蓝牙无线技术是全球使用范围最广的短距离无线标准之一，蓝牙技术由爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出。如今全世界已有1800多家公司加盟该组织。“蓝牙”作为一种大容量近距离无线数字通信技术标准，其目标是实现最高数据传输速率1Mbps、最大传输距离为10厘米～10米，通过增加发射功率可达到100米。蓝牙无线技术使用了全球通用的频带（2.4GHz），以确保能在世界各地通行无阻。ZigBeeZigBee是与蓝牙类似的一种短距离无线通信技术，国内也有人翻译成“紫峰”。ZigBee的标准化组织包括IEEE802.15.4(TG4)工作组和ZigBee联盟。目前，ZigBee联盟已推出ZigBee3.0。在IEEE802.15.4中共规定了27个信道。频率频带覆盖范围数据传输速度信道数量2.4GHzISM全球250kbps16915MHzISM美洲40kbps10868MHzISM欧洲20kbps1ZigBeeZigBee网络拓扑结构主要有星形网络和网型网络。不同的网络拓扑对应于不同的应用领域，在ZigBee无线网络中，不同的网络拓扑结构对网络节点的配置也不同，网络节点的类型：协调器、路由器和终端节点。自动识别技术自动识别技术是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。RFID射频识别（RadioFrequencyIdentification,，RFID）在频谱的射频部