物联网技术及应用习题答案完整版.docx

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物联网技术及应用习题答案完整版

《物联网技术及应用》（第2版）

复习思考题及参考答案

一、基本概念解释题

1.物联网（InternetofThings，简称IoT）：

即物-物相联的互联网。

是指通过装置在物体上的各种信息感知设备，如射频识别RFID（RadioFrequencyIdentification）装置、红外感应器、全球定位系统GPS、激光扫描器等，按照约定的协议，并通过相应的接口，把物品与互联网相连，进行信息交换和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种巨大网络。

2.RFID：

射频识别（RadioFrequencyIdentification）

3.EPC：

电子产品编码（Electronicproductcode）

4.智慧地球：

英文为SmarterPlanet，就是把感应器嵌入和装备到地球村的各种物理实体中，如电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水大坝、油气管道等等，并被普遍联接，形成物联网；然后将物联网与现有的互联网整合起来，实现地球物理系统与虚拟系统的充分融合，使得地球具有智慧化。

5.E-社会：

电子社会

6.U-社会：

泛在社会

7.物联网的泛在性：

物联网的泛在性表现在可以使人和物在任何时间、任何地点，通过任何途径（或网络）和服务连接到一起，即4A（Anyone，Anytime，Anywhere，Anything）

8.物联网的三层结构：

感知层、网络层和应用层

9.物联网的关键技术：

感知与识别技术、网络与传输技术、无线传感网技术、智能处理技术

10.WSN：

无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）

11.MEMS：

微电子机械系统（MicroElectroMechanicalSystems）

12.SCADA：

数据采集与监控系统SupervisoryControlAndDataAcquisition）

13.MCU：

微控制器（MicroControlUnit）

14.DSP：

数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）

15.IPC：

工业控制计算机（IndustrialPersonalComputer）

16.AIDS：

自动识别系统（AutoIdentificationSystem）

17.GPS：

全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）

18.移动互联网：

是移动和互联网融合的产物，继承了移动随时、随地、随身和互联网分享、开放、互动的优势。

19.TCP/IP：

传输控制协议/网络通信协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）

20.IPv4/IPv6：

网络通信协议第四版/网络通信协议第六版（InternetProtocolVersion4/InternetProtocolVersion6）。

21.现场总线：

是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、全开放、全双工、多节点的串行通信工业控制网络。

22.OSI模型：

即开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnectreferencemodel，OSI），1983年正式成为国际标准（ISO7498）。

OSI参考模型其实质是一种通信协议模型，由七个层次构成，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层向上一层提供服务，向下一层请求服务，各层的功能相对独立，在互相通信的两台计算机同一层间具有互操作的功能。

OSI仅是一个参考规范，可根据实际应用适当调整。

23.WPAN：

无线个域网（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN），如ZigBee等。

24.WLAN：

无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN），如Wi-Fi等。

25.WWAN：

无线广域网（WirelessWideAreaNetwork，WWAN），如GIS、GPRS等无线通信技术。

26.三网融合：

是指电信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透，互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。

27.NB-IoT：

窄带物联网（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）是一种基于移动蜂窝网，面向低功耗、广覆盖的接入技术。

NB-IoT的提出能够很好地应对未来移动蜂窝网接入技术在应用规模、运营成本以及接入成本等方面的竞争。

28.自动控制：

就是在没有人直接操作的情况下，通过控制装置操纵受控对象（一台仪器、一套装置或一个生产过程），使之自动地按照给定的规律运行，使被控变量能按照给定的规律变化。

能够实现自动控制任务的系统称为自动控制系统。

29.智能控制：

是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。

30.人工智能：

是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

31.嵌入式系统：

以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统通常嵌入在更大的物理设备中而不被人们所察觉，如手机、平板电脑、甚至空调、微波炉、冰箱中的控制部件都属于嵌入式系统。

32.智能制造：

是指一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，是基于新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型制造过程、系统与模式的总称。

33.

34.云计算：

是一种动态的、易扩展的、且通常是通过互联网提供虚拟化的资源计算方式，其核心思想是将大量用网络连接起来的计算资源统一管理和调度，构成一个“像云一样”的计算资源池（称为数据中心）向用户按需服务，提供资源的网络称为“云”，是用来解决海量数据如何存储、如何检索、如何使用、如何不被滥用等关键问题的一种新的信息处理技术。

35.边缘计算：

是在网络边缘节点侧（智能设备或数据源头），提供网络计算、存储、分析和应用等能力，达到更快的网络服务响应和更安全的本地数据传输。

其核心是将部分计算任务从云计算中心，迁移到产生源数据的边缘设备上，与云计算互相协同，共同助力各行各业的数字化转型，是云计算的有益补充。

36.大数据：

是指无法在一定时间范围内，用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要通过新处理模式才能使之具有更强的支持决策力、洞察发现力和流程优化力的海量、高增长率和多样化的信息资产。

重在通过对海量数据的技术处理，提炼有用的价值和信息。

二、填空题（括号里是答案）

1.从用户实体角度来看，物联网就是（物-物）相联、（物-人-信息-社会）相通、无处不在的智能化（泛在网）。

2.通信网是人和人之间的（信息传输）网络，互联网是人类（信息共享）网络，传感网是通过多个传感器组成的（物体信息感知）网络；因此通信网和互联网是（人-人）互联，传感网是（物-物）互联。

物联网则是传感网、通信网和互联网的渗透与融合，是一种无处不在，包括现在和未来所有网络互联、互通和共融的（泛在化）网络

3.现代传感器有、、、、等5种。

（微型传感器、智能传感器、数字传感器、一体化传感器和网络传感器）

4.RFID由（电子标签）、（阅读器）、（射频天线）和（后台处理计算机）4部分组成。

5.大多数RFID中间件是由（读写适配器）、（事件管理器）和（应用程序接口）3个组件组成。

6.GPS系统由（宇宙空间部分）、（地面监控系统）和（用户设备部分）3个独立的部分组成。

7.WSN主要（传感器）节点、（汇集）节点和（管理）节点3部分组成。

8.WSN通信协议由、、、、、等5层结构组成。

（物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层）

9.Wi-Fi全称WirelessFidelity，即无线保真，又称（802.1lb）标准，是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准（IEEE802.11b）。

其通信距离一般为m（100）。

10.ZigBee的有效通信距离为之间，适于低速通信标准。

（几米到几十米）（IEEE802.15.4）

11.蓝牙的有效通信距离为，适于中速通信标准。

（10m左右）（IEEE802.15.3）

12.移动互联网是移动和互联网融合的产物，继承了移动、、和和互联网、、的优势。

（随时、随地、随身）（分享、开放、互动）

13.IPv4入口地址数量为个；IPv6入口地址数量为个。

（232）（2128）

14.智能技术就是用代替人的的一种技术。

（“机器”）（脑力劳动）

15.人工智能是一门知识工程学，即以知识为对象，研究知识的、和

技术。

（获取、表示、使用）

16.专家系统通常由、、、、和等6个部分构成。

（知识库、推理机、综合数据库、解释器、知识获取、人机交互界面）

17.机器学习系统主要由、、和等4部分构成。

（环境、学习环节、知识库和执行环节）

18.模式识别方法通常有识别法和识别法。

（统计）（句法）

19.嵌入式系统一般由、、、、等5层结构组成。

（硬件设备、引导程序、操作系统、用户界面、应用程序）

20.理想的MEMS主要由、、和4部分组成。

（微传感器、微处理器、微执行器、通信接口）

21.智能制造包括、、和4个层次。

（工业基础、智能生产、智能协作和智能服务）

22.云计算是一种计算资源的网络应用和服务模式，有3种类型，即、和

。

（公有云、私有云、混合云）

23.云计算的技术体系由4部分构成，即、、、。

（物理资源、虚拟化资源、中间件管理和服务接口）

24.云计算的服务体系可以划分为4个层次，即、、、。

（应用层、平台层、基础设施层和虚拟化层）

25.云计算的组织体系主要包括服务目录、资源监控和、、、等六个部分。

（云用户端、管理系统、部署工具、服务器集群）

26.云计算的服务形式有、、、等四种。

（硬件即服务HssS、基础设施即服务IaaS、平台即服务PaaS、软件及服务SaaS）

27.物联网应用系统的构建应遵循的原则是、、。

（可靠性、实用性、安全性）

三、简答题

1.物联网中“物”的基本特征有哪些？

答：

物联网中“物”的基本特征有5个：

“物”可以是现实物体，也可以是虚拟物体；“物”有身份，可以自动地识别出来；“物”在环境中是安全的；“物”（包括它们的虚拟形式）尊重它们所关心的“物”或人的隐私、安全；“物”通过协议与其它物体、设施通信；“物”包含着现实世界与虚拟世界的交流。

2.什么叫传感器？

由那几部分组成？

答：

传感器（Sensor）是指能感受被测量，并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，是获取各类信息的主要途径。

一般由敏感元件、转换元件和变换电路3部分组成。

敏感元件是直接感受被测量（通常为非电量，如压力、温度、湿度、位置、光强等），并输出与被测量性质相同、有确定关系的某一物理量的元件；转换元件是传感器的核心元件，它把敏感元件感知的非电量转换为电信号；变换电路是将转换元件输出的电量，变换成适用于传输或测量的标准电信号。

3.举例说明什么叫自动识别技术？

答：

自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过识别装置与物品的接近，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。

如条码技术、智能卡技术、生物识别技术、光学识别技术、射频识别技术等。

4.什么是条码识别技术？

有哪几种？

各有何特点？

答：

条码就是将多个黑条和空白条，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。

目前有三种，即一维、二维和三维。

一维条码：

一维条码是指由一组高度相同、宽度不等、规则排列的黑白矩形条纹（也称为条和空，其中条为深色，空位腊色）及其对应字符组成的标识，用以表示一定商品信息的符号。

特点是只在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息。

二维条码：

二维码是通过黑白相间，粗细不同的点阵图形来存储信息的，是一种在水平和垂直方向的二维平面均能存储信息的条码技术。

二维条码与一维条码相比包含了更多的信息容量，除了可以将姓名、单位、地址、电话等基本资料进行编码外，还可将人体的特征如指纹、视网膜扫瞄及照片等资料储存在条码中。

三维条码：

三维条码是近几年在二维条码的基础上研发的新型条码技术，分为两种：

一种是加入色彩或者灰度作为第三维，得到具有不同灰度或者不同色彩的平面三维条形码，存储信息量大大增加；另一种是增加直轴（z轴）得到立体条形码，目前立体条形码还没有成品出现，其研发还有待于进一步深入，但其研究价值不可估量。

5.什么是RFID的中间件？

其任务是什么？

答：

将连接RFID阅读器和用户应用程序的一组通用的应用程序接口API（ApplicationProgrammingInterface，简称API）称为RFID中间件（Middleware）。

其任务主要是对读写器传来的数据进行过滤、汇总、计算、分组，减少从读写器传往应用系统的大量原始数据、生成加入了语义解释的事件数据。

具体分三个方面，即隔离应用层与设备接口，处理读写器与传感器捕获的原始数据，提供应用层接口用于管理读写器、查询RFID观测数据。

6.什么是GPS定位技术？

有什么功能？

答：

GPS定位是结合了GPS技术、无线通信技术（GSM/GPRS/CDMA）、图像处理技术及GIS技术的无线定位技术。

主要可实现跟踪定位、轨迹回放、地图制作、里程统计、车辆信息管理、监控和调度、短信通知、语音提示和报警等功能。

7.举例说明目前常用的室内近距离定位技术有哪些？

答：

目前室内近距离无线定位技术主要有：

红外线/超声波、ZigBee/UWB、RFID和蓝牙/Wi-Fi定位技术等等。

红外线定位技术是通过红外线标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光电传感器接收进行定位。

超声波是采用反射法测距进行定位，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离。

ZigBee主要是通过收集基于链路信号强度和基于链路信号质量实现定位。

UWB是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，和比较流行的到达时间差定位（TDOA）算法实现定位。

RFID是利用射频的方式进行非接触式、双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。

Wi-Fi和蓝牙的无线定位主要是基于信号强度来实现的。

8.什么叫无线传感器网络？

答：

无线传感器网络WSN（WirelessSensorNetwork，简称WSN），简称无线传感网，是通过大量微型低成本、资源受限的传感器节点构成，能够通过无线通信的方式协同工作，实现某一特定任务的一种多跳自组织网络。

其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息，并无线发送给观察者。

9.传感器节点有哪几部份构成？

答：

传感器节点是一种微型嵌入式设备，是WSN的核心，主要由传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源模块和其它外围电路组成。

10.什么叫WSN的节点部署？

应注意哪些问题？

答：

WSN的节点部署是在指定的监测区域内，通过适当的方法布置传感器节点，以满足某种特定需求，一般通过某种算法来实现。

合理的节点部署方案，不仅可以提高网络工作效率、优化利用网络资源，还可以根据应用需求的变化改变活跃节点数量，以动态调整网络的节点密度。

此外，在某些节点发生故障或能量耗尽失效时，通过一定策略重新布置节点，可保证网络性能不受大的影响，使网络具有较强的鲁棒性。

WSN节点部署时应该注意：

1实现对监测区域的完全覆盖并保证整个网络的连通性。

2尽可能减小系统消耗，最大化延长网络寿命。

3当网络中有部分节点失效时，应能够对网络进行重新部署

11.什么叫现场总线？

常用的有哪几种？

答：

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、全开放、全双工、多节点的串行通信工业控制网络。

常用的有：

基金会现场总线、CAN总线、LonWorks总线、ProfiBUS总线、HART总线、P-NET总线、WorldFIP总线和InterBUS总线等8种。

12.什么叫OSI参考模型？

分哪几层？

答：

OSI模型就是开放系统互联参考模型OSI（OpenSystemInterconnectreferencemodel，简称OSI），是1978年由国际标准化组织ISO提出，1983年正式成为国际互联网标准模型。

OSI是计算机系统互联的规范，是生产厂和用户共同遵守的开放型中立规范，任何人均可免费使用；而且该规范是为开放系统设计的，即使用此规范的系统之间必须互相开放；OSI仅是一个参考规范仅，可在一定范围内根据需要进行适当调整。

OSI参考模型其实质是一种通信协议模型，分7层结构，每一层向上一层提供服务，向下一层请求服务，各层的功能相对独立，在互相通信的两台计算机同一层间具有互操作的功能。

具体分层情况见表1所示。

表1.OSI参考模型分层情况

层号

层名

工作任务

接口要求

操作内容

1

物理层

比特流传输

物理借口定义

数据收发

2

数据链路层

成帧、纠错

介质访问方案

访问控制

3

网络层

选线、寻址

路由器选择

路径选定

4

传输层

收发

数据传输

端口确认

5

会话层

同步

对话结构

会话管理

6

表示层

编译

数据表达

数据构造

7

应用层

管理、协同

应用操作

信息交换

13.试举例说明根据用途无线通信技术分为哪几种？

答：

根据不同用途，无线通信技术可分为4种：

无线个域网WPAN（WirelessPersonalAreaNetwork），如ZigBee等；无线局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork），如Wi-Fi等；无线城域网（WirelessMetropolitanAreaNetwork），如WiMAX等，和无线广域网WWAN（WirelessWideAreaNetwork），如GIS、GPRS等无线通信技术。

14.什么是WiFi？

有什么特点？

答：

WiFi的英文全称为wirelessfidelity，即无线保真，是IEEE定义的一种无线联网的技术标准（IEEE802.11b）。

以前电脑要通过网线连接因特网，而现在则是通过无线电波来连网;常见的就是一个无线路由器，在符合Wi-Fi标准的无线路由器电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi标准进行联网，如果无线路由器连接了一条高速的上网线路，则又被称为“热点”。

只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，由于“热点”所发射出的电波可以覆盖其周围数十米至100米的地方，其附近用户就可以通过智能设备，如笔记本、iPAD、智能手机等即可上网。

15.什么是ZigBee技术？

答：

ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而提出的，有效通信距离为几米到几十米之间，通信技术标准为IEEE802.15.4。

16.什么是蓝牙技术？

答：

蓝牙技术是一种开放性的、低成本、短距离无线通信技术标准，用于便携式移动通信设备和计算机以及Internet实现无线联网。

蓝牙的有效通信距离为10米左右，技术标准是IEEE802.15.3。

17.什么是NFC技术？

答：

NFC是一种非接触式识别、近距离无线联网和通信技术。

可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信；还集成了许多安全功能，成为付款机制与金融应用的理想选择，带有NFC模块的移动设备可在网络世界中扮演安全网关的角色，让消费者不论在家中或移动中，都能随时储存或接收各种信息。

只要将两个NFC设备简单地靠拢，便会自动启动网络通信功能，不必另行设定和安装任何程序。

18.什么是3G/4G技术？

答：

所谓3G，即第3代移动通信技术。

是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，3G服务能够高速传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等），速率一般在几百kbps以上。

4G技术是集3G与WLAN于一体，能够传输高质量视频图像，并具有非对称和超过2Mbps数据传输能力的通信技术。

4G比3G拥有更多的功能，可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。

19.什么是“三网融合”？

答：

所谓“三网融合”是指电信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透，互相兼容、并逐步整合成为全球统一的信息通信网络。

具体是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中，三大网络通过技术改造，其技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通、资源共享，能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。

三网融合并不意味着三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合，使声音、图像、视频影像等变为数字信号在计算机中加工、存储、并在统一的网络上传输。

20.什么叫人工智能？

答：

人工智能AI（ArtificialIntelligence）是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人类智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

具体来说，就是研究如何应用计算机的软、硬件来模拟人类某些智能行为，即通过研究人类智能活动的规律，来构造具有一定智能的人工系统，去完成以往需要人的智力才能胜任的工作。

包括：

用机器实现智能的原理，制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次应用的技术等，涉及到计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科。

21.什么叫专家系统？

有什么特点？

答：

专家系统ES（ExpertSystem）是指依靠人类专家已有的知识建立起来，能够模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。

其特点有三：

第一，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域的高水平难题；第二，应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决那些需要人类专家处理的复杂问题；第三，它具有启发性、透明性、灵活性、不确定性推理等特点。

22.什么是机器学习？

答：

机器学习ML（MachineLearning）是研究如何用计算机模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，或者重新组织已有的知识结构使之不断改善自身性能的过程。

它是人工智能的核心，是使计算机具有智能的根本途径。

23.什么是模式识别？

研究的内容是什么？

答：

模式识别PR（PatternRecognition）是借助计算机，自动模拟人类对外部世界某一特定环境中客体、过程和现象所具有的识别功能（包括视觉、听觉、触觉、判断等）的科学技术。

模式识别主要研究如何使机器具有感知和识别能力，如识别物体、地形、图像、字体（如签名）等。

具体来说，模式识别是指对表征事物或现象的各种形式（如数值的、文字的和逻辑关系的等）的信息进行处理和分析，以对事物、过程或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和人工智能的重要组成部分。

模式识别研究的内容包括两方面：

一是研究生物体（包括人）是如何感知对象的，属于认识科学的范畴；二是研究在给定的任务下，如何用计算机实现模式识别的理论和方法。

前者是生理学家、心理学家、生物学家和神经生理学家的研究内容；后者通过数学家、信息学专家和计算机科学工作者研究的内