物联网概述.docx

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物联网概述

《物联网技术及应用》习题二

IoT复习

物联网：

1.你如何理解物联网？

 概念1（MIT,1999）:

物联网把所有物品通过射频识别技术与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。

􀂄概念2（ITU物联网报告,2005）:

将各种信息传感设备,如射频识别装置、各种传感器节点等,以及各种无线通信设备与互联网结合起来形成的一个庞大、智能网络,这样,所有的物品都能够远程感知,并与现有网络连接在一起,形成一个更加智能的生产生活系统,即物联网生态系统。

物联网：

是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。

2.物联网中典型的感知技术有哪些？

二维码，RFID，传感器，视频采集，卫星定位等

3.物联网中需要利用的无线传输技术有哪些？

短距无线传输（WPAN）技术：

WPAN目前主要技术是蓝牙（Bluetooth）、UWB（UltraWideBand）与Zigbee

4.请以典型的实例说明物联网的应用。

第一章最后的应用举例

无线传感器网络：

1、什么是无线传感器网络

无线传感器网络是由一组传感器以Ad-Hoc方式构成的无线网络，它由大量节点组成，密集地部署在被检测区域的内部或附近，各个传感器节点的位置一般事先不确定，以便在环境恶劣的地理位置或灾难现场随机部署。

无线传感器网络汇集了传感器技术、无线网络通信和计算机技术。

2、无线传感器网络节点结构主要包括什么？

数据采集模块（Sensors和A/DConvert）；

数据处理和控制模块：

（CPU、Memory和嵌入式操作系统等）

通信模块（无线通信系统）

供电模块（PowerUnit）

定位系统（LFS）、移动装置（Mobilizer）、电源自供系统等。

3、无线传感器网络协议栈包括什么？

应用层；传输层；网络层；数据链路层；物理层

能量管理平面；移动性管理平面；任务管理平面

4、短距离无线通信技术包括哪里技术？

举出4中，并进行比较

第二章五大短程技术比较

NFC依附性太强；

一方面，NFC技术可以刺激蓝牙、Wi-Fi等其他技术的发展;

另一面，NFC技术的最终实现也要依赖于这些技术。

ZigBee巨头力挺前途难料

BloueTooth传输距离太短、信息安全安全问题

Wi-Fi发展迅速、瓶颈犹存、高昂的价格让消费者步不前

UWB前途无量，受困UWB标准不统一

5、WSN支撑技术包括那些，并简单介绍。

定位技术；同步技术；容错技术；数据融合技术；安全技术；网管技术

6、举例无线传感器网络的2种典型应用，并详细描述。

1．使用RSS方式定位的系统

该系统基于射频接收信号强度（RSS）分析的三维位置感知方法，实现小范围内的定位。

SpotON（1999）

2.使用TOA/TDOA方式定位的系统

BatSystem（1999）

一种基于测距（range-based）的定位技术。

Cricket（2000）

MIT提出了一种融合TDOA和信号到达相位差的硬件解决方案

3．混合定位系统

Calamari

Calamar采用超声波传播时间（TOA）和接收电信号强度（RSS）方式定位

AHLoS（AdHocLocalizationSystem）（2001）

AHLoS使用RSS进行接近情况探测，同时使用RF和超声波的收发时间进行TDOA测量。

4．无需测距的定位系统

UCBerkeley（2006）

Trio传感器节点

多传感器融合算法，使用空间相关性，融合后的二进制测量值提供更加精细的位置信息。

融合后的数据通过数据关联的马尔可夫-蒙特卡罗算法（MarkovchainMonteCarloDataAssociation-MCMCDA）跟踪未知个数的目标。

7、无线传感器网络的特点及它与现有无线网络的区别。

特点：

大规模网络；自组织网络；动态性网络；能量极其有限的网络；与应用相关的网络；以数据为中心的网络。

无线传感器网络与传统数据网络（Internet，WLAN）有着不同的技术要求，前者以数据处理为中心，而后者以传输数据为目的。

传统网络把所有和功能相关的处理都放在网络的终端系统上，中间节点仅仅负责数据分组的转发；对于WSNs的每个SensorNode既要感知事件、收发和转发信息，还要能够处理信息。

8、列举室内定位技术。

红外室内定位技术；蓝牙室内定位技术；Wi-Fi室内定位技术；UWB室内定位技术；

ZigBee室内定位技术；RFID室内定位技术

9、无线传感器网络中同步技术的基本思想，目前有哪些方法。

在传感器网络中，时间同步非常重要

保证节点间的协同工作

构成TDMA（时分复用）调度机制

完成多传感器节点的数据融合

利用时间序列监测目标运动速度

典型时间同步协议

DMTS（DelayMeasurementTimeSynchronization）

RBS（ReferenceBroadcastSynchronization）

TPSN（Timing-syncProtocolforSensorNetworks）

HRTS（HierarchyReferencingTimeSynchronizationProtocol）

FTSP（FloodingTimeSynchronizationProtocol）

GCS（GlobalClockSynchronization）

具体：

DMTS（DelayMeasurementTimeSynchronization）

MAC层时间戳技术

和平台直接相关，给出了在Mica2平台下的实现

基本同步原理

发送者--接收者同步

单个报文中包括多个时间戳（在报文的不同位置）

根据单个报文中的多个时间戳，可对中断等待时间进行补偿

对clockskew的补偿仍采用最小二乘法

RFID技术：

1.RFID系统由哪几部分组成？

各部分的主要功能是什么？

电子标签由天线和专用芯片组成。

阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。

天线：

在标签和读取器间传递射频信号。

计算机系统：

完成各种基于RFID的应用

2.电感耦合和反射散射RFID系统的工作原理分别是什么？

电感耦合：

Tag的能量供给；工作距离：

1m以下；工作频率：

13.56MHz，<135KHz

无源标签：

电感线圈L1和L2看做变压器的初次级线圈，通过交变磁场H的感应，在L2上产生电压，供tag使用；电感耦合效率较低，适于小电流电路

Tag->reader：

负载调制；Tag上二进制编码值控制S的通断；L2上电流的变化引起L1上电压的变化；Reader识别该电压变化，产生信息；属于振幅调制

reader->Tag数据传输：

ASK数字调制方式

反射散射：

反向散射源于雷达技术；电磁波遇到空间目标时，能量的一部分被物体吸收，另一部分以不同强度被散射到各个方向；散射的能量中，一部分反射到发射天线，并被接收和识别，即可获得目标的有关信息。

工作频率：

UHF和MW；

工作距离：

>1m

Tag的能量供给：

Reader发射的功率P1衰减后到达tag，tag吸收该功率P1’，整流后供电

Tag->Reader：

反光镜原理，tag通过“天线开关”控制天线的阻抗，改变天线的反射系数，实现类似ASK的数字调制。

3.LF、HF、UHF系统的各自特点是什么？

为什UHF系统得到越来越大的重视？

4.UHFGen2标签的存储区分为几类？

各存贮那些信息？

5.简述EPC系统的组成

DTN：

1传统TCP/IP网络对网络环境有什么依赖的假设条件？

依赖的假设条件

–收发节点之间必须存在持续的端到端的路径

–任意收发节点对之间的RTT较小且相对一致

–通信链路误码率及丢包率低

–双向速率基本一致

TCP/IP网络并不是放之四海而皆准

–地址与标示？

移动IP

–地址足够吗？

IPV6

–能表示物联网的节点？

地址的分裂、聚合

2DTN网络的特征是什么？

它的路由机制要以哪种模式工作？

特征：

网络延时大，连接不稳定，非对称的链路传输速率，数据传输的高误码率和差错率。

为了在间歇性连通的网络中实现节点通信，DTN网络中的路由机制以“存储-携带-转发”的模式工作。

在这种模式中，当路由表中不存在去往目标节点的下一跳节点时，消息将在当前节点上缓存，并随着当前节点的移动以等待合适的转发机会。

3DTN网络中的接触contact指什么？

有哪几种？

接触contact表示一次通信机会，在间歇性连接网络中，两个节点之间出现一条可以通信的连接

•间歇可预定的

•间歇偶然的

•间歇可预测的，适用概率预测

4DTN路由目标是什么？

与传统的Internet网络相同吗？

与传统Internet以最小跳数、最短路径为路由目标不同,DTN中不同的应用场景可能具有不同的目标,主要有最小化传输延迟、最大化消息分发概率以及最小化缓冲、网络带宽和能量消耗等目标.

CPS：

1.GPS定位系统由那些部分组成？

A.空间部分

由24颗工作卫星组成,位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗）,轨道倾角为55°；4颗有源备份卫星在轨运行；卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。

B．地面控制部分

地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。

监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。

监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。

主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3个地面控制站。

地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。

这种注入对每颗GPS卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

C．用户设备部分

当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据

根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。

GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分，采用机内和机外两种直流电源。

2.传感器网络中目标定位跟踪主要分为哪些类别？

3.视频传感器网络中目标跟踪应用分为哪几个阶段，每个阶段需要进行那些工作？

部署阶段：

部署视频传感器节点的监控区域。

探测阶段：

使所有的传感器节点处于探测模式将消耗过多能量；从部署节点中选择部分节点处于探测模式，使得保障探测质量的同时最小化探测节点的数目

定位阶段：

定位精度与能量消耗的矛盾；定位质量将随着不同节点观测值数目的增加而提高；大量视频传感器节点获取并传输观测值将减少视频传感器网络的寿命。

跟踪阶段：

每隔一定的时间间隔就要根据目标的运动轨迹选择合适的节点处于定位状态，协同地估计目标位置。

4.CPS（cyberphysicalsystem）的概念是什么？

集计算、通信和控制能力于一体的信息物理融合系统（Cyber-physicalSystems，CPS），实现开放、动态、可控、闭环的计算和服务支持。

CPS是一类将数字化、网络化系统与物理过程密切整合的设备系统

CPS的概念最早是由美国国家基金委员会在2006年提出，被认为有望成为继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次浪潮核心：

3Cs（Computation、Communication、Control）的融合。

“CPS，从广义上理解，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。

CPS的最终目标是实现信息世界和物理世界的完全融合，构建一个可控、可信、可扩展并且安全高效的CPS网络，并最终从根本上改变人类构建工程物理系统的方式。

”

----何积丰院士

5.发展CPS主要面临哪些挑战？

物联网信息处理：

1、什么是信息？

香农认为：

信息是有秩序的量度，是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。

信息是对组织程度的一种测度，信息能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。

从信息科学的角度来看，信息的含义则更为深刻和广泛，它是不能等同于数据、消息、信号的。

自己定义信息！

2、信息的基本特性？

信息的普遍性、无限性和客观性；信息的可共享性；信息的可存储性；信息的可传输性；信息的可扩散性；信息的可转换性；信息的可度量性；信息的可压缩性

3、物联网信息的常见形态？

标签数据,多媒体数据。

4、传感器信息融合的一般方法有哪些？

嵌入约束法、证据组合法、人工神经网络法。

5、物体识别方法中图匹配法的基本原理？

图匹配法（Graphmatching）

n当且仅当P（n）与P′（n）对某一给定的相似性量度相似时，形成一对配对（assignment）；若两幅图G和G′的节点具有一对一的配对，使得所有配对相互兼容，就称这两幅图是同构（isomorphic）的。

n若（n,n′）为一配对，仍要求P（n）=P′（n′）。

如果G的子图与G′的子图同构，称图G与G′为亚同构（subisomorphic）的。

云计算：

1，用你自己的语言定义一下什么是云计算。

狭义云计算

　　提供资源的网络被称为“云”。

“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。

这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施。

[1]

广义云计算

　　这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务。

　　这种资源池称为“云”。

“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。

云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。

这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。

　　有人打了个比方：

这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。

它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。

最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。

　　云计算是并行计算（ParallelComputing）、分布式计算（DistributedComputing）和网格计算（GridComputing）的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。

云计算是虚拟化（Virtualization）、效用计算（UtilityComputing）、IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）等概念混合演进并跃升的结果。

总的来说，云计算可以算作是网格计算的一个商业演化版。

2，你使用过哪些云计算服务？

（自己写）

最常用的七种：

SAAS在线软件服务。

用户通过浏览器，就能够便捷的使用各种程序系统。

用户无需再支付高昂的服务器设备、软件授权以及人工维护成本，通过供应商就能够轻松获取理想的软件服务。

   实用计算。

为IT行业创造虚拟的数据中心使得其能够把内存、I/O设备、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池，为用户提供各种计算、开发、存储等各种运算服务。

网络服务。

为用户提供各种API接口服务，让开发者能够开发更多基于互联网的应用，而不只是自己的单机程序。

   平台即服务。

这种形式的云计算把开发环境作为一种服务来提供，你可以使用中间商的设备来开发自己的程序并通过互联网和其服务器传到用户手中。

   MSP。

为用户提供各种在线管理维护服务，常用于邮件病毒扫描、程序监控等等。

   商业服务平台。

是SAAS和MSP的混合应用，算为用户和提供商之间的互动提供了一个平台。

比如用户个人开支管理系统，能够根据用户的设置来管理其开支并协调其订购的各种服务。

   互联网整合。

将互联网上提供类似服务的公司整合起来，以便用户能够更方便的比较和选择自己的服务供应商。

3、Google为什么要自己设计GFS？

GFS为什么要采用中心服务器模式？

Google之所以要研发自己的分布式文件系统，是因为在分布式存储环境中，常常会产生以下一些问题。

1.在分布式存储中，经常会出现节点失效的情况

2.分布式存储的文件都是非常巨大的

3.对于搜索引擎的业务而言，大部分文件都只会在文件尾新增加数据，而少见修改已

4.与应用一起设计的文件系统API对于增加整个系统的弹性和适用性有很大的好处

为了满足以上几点需要，Google设计了它自己的分布式文件系统（GFS）

4、用户看到的云计算特点有哪些？

数据安全可靠

首先，云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。

客户端需求低

其次，云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。

轻松共享数据

此外，云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。

可能无限多

最后，云计算为我们使用网络提供了几乎无限多的可能

高性价比，应用分布性，高可靠性，可扩展性，高度灵活性。