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JiangsuUniversity7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院1物联网工程概论主讲教师王良民MAIL:wanglm@ujs.edu.cn熊书明MAIL:xsm@ujs.edu.cnUJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院2第八讲工程与物联网工程什么是工程信息化工程–网络工程–软件工程物联网工程的相关命题UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院3引言在日常生活中，尤其在大学里，我们常常谈及科学、技术、工程以及应用四个名词，我们知道这些名词之间是有差异的，隐隐觉得科学更重视理论，技术和工程贴近应用，因此常常出现技术和工程不区分的现象。但是，技术和工程是等同的吗？行业或者社会分工，–从事科学工作的是科学家，–从事技术应用的是技术员，–从事工程设计的是工程师，–从事生产应用的是产业工人。我们介绍了“物联网”和物联网“技术”，但是没有介绍–物联网“工程”。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院4什么是工程在中文里，工程早已成了一个大众词汇。日常生活中，我们不仅说南水北调工程、三峡工程，还说希望工程、菜篮子工程等；在学校里，仅信息相关专业就有电气工程、电子工程、网络工程、软件工程和我们的物联网工程，其他专业有机械工程，还有汽车工程；工厂里有工程师、总工程师和高级工程师，还有统一称谓的工程技术人员。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院5我们常见与工程相关的词汇有：科学、技术、工程，还有项目、计划与应用。显然，南水北调工程可以说一个计划、规划或者项目，但是技术和工程真的就等同吗？这些相关概念各自有什么区别呢？UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院6工程的定义工程在现代汉语词典中的定义是：“工程是指土木建筑和其他生产、制造部门用比较大而复杂的设备来进行的工作，如土木工程、机械工程、化学工程、采矿工程、水利工程、航空工程。”工程师在美国工程和技术资格认证委员会的定义是：“工程师是通过研究、经验和实践所得到的数学和自然科学知识，以开发有效利用自然的物质和力量为人类利益服务的职业。”综合起来，可以认为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，是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。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院7工程活动一直是人类文明史的重要内容，相对于科学的发现活动和技术的发明活动，工程是一种造物活动，建造一个新的存在物是工程的标志。–从具体问题的角度来看，工程是由某些专业技术为主体和与之配套的相关技术，按照一定的规划、规律组成，为了实现某一目标的集成活动；–从哲学的角度看，工程活动的核心标志是构建一个新的存在物，工程活动中各类技术的集成过程都是围绕着某一新的存在物而进行的，这个新的存在物应该是在一定边界条件下优化构成的集成体。工程活动应该包括确立正确的工程理念和一系列决策、设计、构建和运行等过程的活动，其结果又往往具体地体现为特定形式的技术集成体。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院8工程的特征工程是有原理的，是在一定的边界条件下的技术集成。工程不是技术和装备的简单堆砌和拼凑，工程在集成过程中有其自身的理论、原则和规律，是科学在面对实践时针对特定问题的技术化，是技术与应用实践结合的具体化。工程项目是通过建造目标来完成的。工程项目都具有其特殊的对象、明确的目标、要求等，这个目标通常是一个当前不存在的客观事物，工程项目要通过具体的设计、建造和建设等实施过程来建造这个新的客观存在。因此，工程是一个复杂的建构和运行过程，是通过合理的工序、工艺和工期来完成的；工程实施要与环境协调一致。工程的实施和运行，都要对自然生态系统产生一定的影响，必须考虑到工程活动可能引起的环境问题，以人为本，努力使工程与环境、生态协调一致。科学的设计步骤和实施阶段、合理的资金投入，工程的成本、质量、效率是工程的生命所在。工程设计是可优化。一个工程往往有多种技术、多个方案、多种途径可被选择，如何利用最小的投入获得最大的回报，取得良好的经济效益、环境效益和社会效益，就要求工程实现在一定边界条件下的综合集成和多目标优化。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院9学工程，学什么？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；工程设计是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，是建设项目生命期中的一个重要阶段。我们作为“工程”专业的人才，就要：了解工程的一般性原理，在工程实施的具体化过程(项目中)积累经验，而真正需要学习的是工程设计——在了解工程技术的基础上，设计安排这些具体的技术如何使用这些技术，是将技术应用于解决一个具体的问题的系统技术。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院10工程教育工程教育的知识背景需要跨学科的融合和渗透。工程既不同于科学，也不同于人文，而是在人文和科学的基础上形成的跨学科知识体系和实践体系，具体体现为以科学为基础对各种技术因素和各种社会因素的集成。工程问题本质上就属于跨学科问题，工程教育则是一项跨学科的造就人才的事业。我国的工程教育在很大程度上是狭隘的技术教育，学生缺乏跨学科的知识背景，不仅欠缺自然科学和人文与社会科学的知识，而且对自己所学专业以外的相关工程知识也掌握不够。其实正是各种技术的彼此渗透和融合，才为新技术的产生和工程的实施提供了前提，只具有特定专业技术知识的工程人员，其创造性将会大打折扣。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院11工程教育应该是实践能力基础上的系统思维能力培养。工程的核心是解决实践问题，因此，工程专业知识和技能必须在实践过程训练，才能更好地被掌握，这是由工程知识本身的难言性所决定的。同样，工程所需要的宽口径知识背景的需要，使得工程教学需要考虑的一个关键问题是：在学时有限的情况下，如何平衡“知识面拓宽”和“专业能力提高”之间的紧张关系。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院12系统的教育方法以培养学生的整体思维对工程教育是非常关键的。–缺乏整体思维的学生，就难以从整体角度理解工程，就难以高屋建瓴地把握工程创新的方向。–一个没有扎实学科基础的人，一个不具有广博专业知识的人，一个不具有动手能力的人，一个不明白社会需求的人，一个不具有整体思维的人，是难以成为一名合格的工程技术人员的。–因此，我们要在教育过程中练就未来工程技术人员的整体思维能力。重视知识的学习，更应重视知识的综合应用分析能力、创造能力的培养–任何一门学科的发展都离不开分析、发现和创造，课本知识到实践的应用是综合性的–如果不能把握一个学科的整体性及其发展，那么一门课程的学习就变成简单的知识积累而已。专业人才应具备分析和解决实际工程问题的能力，应具有较强的学习与消化能力，能够不断扩展知识并终身获取新知识的能力。在当今社会条件下，技术更新速度越来越快，学生在学校得到的知识很快就会过时，如果不具备自我更新知识的能力，就不能适应工程的实践要求，更无法成为技术进步和工程创新的领军人物。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院13第八讲工程与物联网工程什么是工程信息化工程–网络工程–软件工程物联网工程的相关命题UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院14信息化工程美国著名的管理与信息技术专家詹姆斯·马丁(JamesMartin)在20世纪80年代初提出我国著名信息化专家高复先教授于1986年率先在国内引入并结合实际进行研究和推广。信息化工程作为一门学科理论–采用信息化工程方法论作为理论指导，–是多技术、多学科的综合，以现代数据库系统为基础–目标是建立计算机化的企业管理系统。根据国标《信息化工程监理规范》，信息化工程是指信息化工程建设中的信息网络系统、信息资源系统、信息应用系统的新建、升级和改造工程。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院15信息化工程的特点信息化工程的开发活动属于非重复性活动，具有独特性。涉及高科技领域，决策难度大。拥有非常复杂的管理及整合技术，需整合资源。结果难以预测，具风险性、不确定性。目标不精确，任务边界模糊，质量要求主要由项目团队定义。客户需求随项目进展而变，导致项目进度、费用等不断变更。信息系统项目属于知识密集型工程。信息系统的开发特别是软件开发渗透了人的因素，带有较强的个人风格。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院16第八讲工程与物联网工程什么是工程信息化工程–网络工程–软件工程物联网工程的相关命题UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院17网络工程定义网络工程就是组建计算机网络的工作，凡是与组建计算机网络有关的事情统统归纳在网络工程中。换言之，网络工程是指为满足一定的应用需求和达到一定的功能目标，按照一定的设计方案和组织流程进行的计算机网络建网工作。可见，计算机网络工程必须具备以下几个要素：满足明确的业务和应用需求；具备相应的功能；遵照成熟可行的设计方案实施；在完善的组织流程规范下进行。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院18网络工程的定义狭义的网络工程就是建设计算机网络的硬件系统平台，涉及的工作主要是硬件设备的选型、安装、网络布线和调试。广义计算机网络工程至少要建设三个平台，即网络硬件系统平台、网络软件系统平台以及网络安全和管理平台。–网络硬件系统平台包括主机、网络设备、外部设备、布线系统等硬件；–网络软件系统平台包括网络操作系统、工作站操作系统、通信及协议软件、数据库管理系统以及开发工具软件，各种网络服务软件系统、应用软件系统也可以纳入广义的计算机网络工程中；网络安全和管理平台包括网络安全软件系统和网络管理软件系统网络安全系统又包含数据加密子系统、入侵检测子系统、防火墙子系统、网络防毒子系统和身份认证子系统。UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院19计算机网络的三个基本平台网络安全和管理平台网络管理系统网络安全系统防火墙入侵检测系统防病毒系统网络软件系统平台网络操作系统网路数据管理系统网络开发环境网络应用软件网络软硬件系统平台主机系统网络设备外部设备布线系统UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院20计算机网络的硬件系统包括：–若干个主机»计算机网络资源的主要载体，是网络服务的主要提供者和使用者按用途和功能的不同，主机系统可以分为工作站和服务器–一些专用的网络互联设备»网络互联设备是构成计算机网络的重要组成部分。目前，网络互联设备主要有网卡、集线器、交换机、路由器、网关和网桥等。–连接网络设备的传输介质»传输介质是网卡与网络设备、网络设备与网络设备之间的物理连线。传输介质的两端通过连接器连接到网络设备和网卡的通信端口，从而实现主机与设备、设备与设备之间的互联。在计算机网络中，传输介质分有线介质和无线介质两大类UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院21网络拓扑结构在网络中，将不同设备根据不同的工作方式进行连接被称作拓扑(Topology)。总线结构主机文件服务器工作站主机工作站工作站文件服务器工作站UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学与通信工程学院22星型结构网状结构等计算机终端终端终端服务器打印机环型结构(a)部分网状连接(b)全连接UJS7/12/20204:14PM江苏大学计算机科学