北邮物联网技术复习提纲Word文件下载.docx
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④应用服务层：
主要功能是服务，通过智能终端享受内容与服务，利用下层提供的基本信息服务能力和丰富精准的信息内容，通过服务组合、适配、协同等完成物联网联动、泛在、无形的服务目标。
主要技术包括智慧物流、智慧城市、车联网、智能安防、智能电网、碳平衡检测、M2M业务、智慧农业等。
典型设备有各种终端设备等。
2.物联网中典型的感知技术及其对应的典型应用系统。
①二维码：
是用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。
典型应用系统为二维码身份识别、手机二维码支付等。
②RFID：
射频识别，俗称电子标签（射频+标签），是一种非接触式的自动识别技术，能够存储信息，能够被附着在物体或包含在物体中，可实现全球范围内的物资跟踪与信息共享。
典型应用系统为居民二代身份证系统和高速公路ETC收费系统等。
③传感器及其网络：
传感器能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成；
传感器网络是实现大范围感知的有效手段，是感知物理世界的末梢神经网络。
典型应用系统为地磁探测、地震监测、动物生活习性监测、战场评估、医疗状况监控、无人机节点布撒和区域监控、精细农业、深海监控、目标跟踪和检测、森林火灾监控、小区安全监控和交通监控等。
④图像/视频：
典型应用系统为校园视频监控系统和中国电信全球眼系统等。
⑤定位：
典型应用系统为GPS、Wi-Fi和Beacon等。
3.物联网中典型的无线传输技术，包括短距离传输技术和长距离传输技术。
①短距离传输技术，包括NFC（近场通信）、RFID（射频识别）、ZigBee、Bluetooth（蓝牙）、Wi-Fi、UWB（UltraWideBand）等。
②长距离传输技术，包括NB-IoT（窄带物联网）、LoRaWAN（广域无线物联网）、5G。
4.边缘计算和雾计算的概念，对物联网系统的影响。
⑴边缘计算：
是一个在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，更适合物联网应用；
就近提供边缘智能服务，数据不用再传到遥远的云端，在边缘侧就能解决，更适合实时的数据分析和智能化处理，也更加高效而且安全。
移动边缘计算（MobileEdgeComputing，MEC）是基于5G演进的架构，将移动接入网与互联网业务进行了深度融合。
⑵雾计算：
通过把数据采集、分析、处理集中在网络边缘设备，使云端计算、网络、存储能力向网络边缘“下沉”部署，以提供“就近服务”，从而提高IoT尤其是工业互联网的处理效率，并具备支持5G超低延时业务的潜在能力；
基于雾计算的IoT架构是将IoT网关处引入具备存储、计算、路由能力的雾计算平台，实现“分布式智能”；
雾计算具有灵活的分级处理模式，边缘网络与核心网络的组件都可以作为雾计算基础设施，“边缘提速，核心附能”。
RFID技术
1.电感耦合和反射散射RFID系统的工作原理，无源标签如何获得能量和通信。
⑴①电感耦合适用于近距离RFID系统，利用电感（磁）耦合构成射频通道，典型作用距离为10cm左右，工作频率（LF，HF）为125K，6.75M，13.56MHz，利用负载调制方式传输数据。
电感耦合效率较低，适于小电流电路，是低成本RFID系统的主流技术。
②无源标签获得能量的方式：
电感耦合中的两个电感线圈L1和L2可以看作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。
③无源标签通信的方式：
Tag→Reader利用负载调制，Tag上二进制编码值控制电感线圈上电流的变化，进而引起Reader上电感线圈电压的变化，Reader识别该电压变化，产生信息（属于振幅调制）；
Reader→Tag通过ASK数字调制方式进行通信。
⑵①反射散射适用于远距离RFID系统，利用辐射远场区的电磁耦合（电磁波的发射与反射）构成射频通道，典型作用距离为1-10m，工作频率（UHF，MW）为433M，915M，2.4G，5.8GHz，利用反射调制方式传输数据，是目前发展最快的RFID系统，能用于高速移动物体的远距离识别。
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。
Reader发射的功率衰减后到达tag，tag吸收该功率，整流后供电。
利用反光镜原理，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。
2.LF、HF、UHF系统的工作频率、工作方式、工作距离、适用场景、协议标准。
名称
工作频率
工作方式
工作距离
适用场景
协议标准
LF
30kHz-300kHz
典型频率：
125kHz、133kHz
电感耦合，标签需位于阅读器天线辐射的近场区内
一般情况下小于0.1米
低端应用、动物识别、门禁、游戏币
ISO11784/11785
ISO/IEC18000-2
HF
3MHz-30MHz
13.56MHz
一般情况下小于1米
门禁、身份证、电子车票、一卡通
ISO/IEC14443
ISO/IEC18000-3
UHF
433MHz
862（902）-960MHz
2.45GHz
5.8GHz
电磁耦合，标签位于阅读器天线辐射的远场区内
一般情况下大于1米
典型情况：
4-6米
最大：
10米以上
移动车辆识别、仓储物流应用、海量物品快速识别、无人超市
ISO/IEC18000-4
ISO/IEC18000-5
ISO/IEC18000-6
ISO/IEC18000-7
3.EPC编码标准中的字段，各字段描述的信息，可以编码多少物品。
①版本号：
标识EPC的版本号，指定EPC编码的长度；
EPC96中共8位，可编码256个版本的EPC；
②域名管理：
标识相关的生产厂商信息；
EPC96中共28位，可编码268,435,456个生产厂商；
③对象分类：
编码物品精确类型；
EPC96中共24位，可编码16,777,216类产品；
④序列号：
用于编码出唯一物品；
EPC96中共36位，可编码687,194,767,361个物品单元。
使用96位编码，2.68亿公司可以将1600万种不同的产品分类，其中每个产品类别包含多达6870亿个独立单元。
4.UHFGen2标准中的命令集主要分哪几类，分别完成什么操作？
①Select：
用于决定哪些标签组将会响应，允许Reader选择将参与下一轮Inventory的那些标签；
②Inventory：
用于识别一组中的单个标签，使用时隙随机防碰撞算法来确定存在哪些标签；
③Access：
用于标签被单个化时，向它们发出单独的命令。
5.EPCGlobal系统的组成和各个功能部件的功能。
如果用户通过扫码得到一个物品的EPC标签，将如何得到该物品的详细信息数据。
⑴①RFID：
阅读器和应答器，阅读器具有空中接口、阅读器防碰撞、与计算机网络连接等功能；
②本地网络：
本地服务器（中间件Savant/ALE），是连接阅读器和应用程序的软件，用来屏蔽不同厂家的RFID阅读器等硬件设备、应用软件系统以及数据传输格式之间的异构性，实现不同的硬件（阅读器等）与不同应用软件系统间的无缝连接与实时动态集成；
③Internet网络：
ONS服务器和EPCIS服务，ONS提供对象名称解析服务，给Savant指明存储产品信息的服务器（EPCIS），ONS将一个EPC映射到一个或多个URI，通过这些URI可以查找到EPCIS服务器上关于此产品的其它详细信息；
EPCIS是作为网络数据库来实现的，EPC被用作数据库的查询指针，EPCIS提供信息查询的接口，可与已有的数据库、应用程序及信息系统相连接。
⑵阅读器将读到的EPC编码通过本地局域网上传至本地服务器，本地服务器ALE对这些信息进行集中处理，通过查找本地ONS服务或通过路由器到达远程ONS服务器，ONS将一个EPC映射到一个或多个URI，通过这些URI可以查找到EPCIS服务器上关于此产品的其它详细信息，这样本地服务器就可以和找到的EPCIS服务器进行通信了。
6.NFC技术特点，与RFID的异同。
⑴①是一种近距离无线通信技术，工作频率为13.56MHz；
②适用于短距离无线通信，使用范围一般为1-4cm，理论上最大为10cm；
③具有较低的传输速率，一般为106-424kbps；
④使用非接触式点对点连接，无需发现，无需配对；
⑤快速省电，以被动方式连接，反应时间只需0.1s，几乎不消耗电量。
⑵
无线传感器网络
1.无线传感器网络的特点及它与传统网络的区别。
⑴①大规模网络
②自组织网络
③动态性网络
④能量极其有限的网络
⑤与应用相关的网络
⑥以数据为中心的网络
⑵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。
2.无线传感器网络MAC层协议分类，竞争型MAC层协议的基本思想。
⑴按分配信道的方式：
①竞争型
②分配型
③混合型
按使用的信道数目：
①单信道
②双信道
③多信道
按网络类型：
①同步网络
②异步网络
⑵①发送时主动抢占，CSMA方式；
②按需分配。
3.WSN中路由模式，信息报告模式，不同的信息报告模式如何影响路由的触发机制？
⑴与有线网络和蜂窝式无线网络不同，WSN中没有基础设施和全网统一的控制中心，在这种无中心的环境下，路由可以看成分布式获取网络拓扑信息，以一定准则计算路径并对路径进行维护的过程。
⑵①事件触发：
节点采集信息后判断，若超过一定的阈值，则认为发生了某种事件，需要立即上报，如用于预警的WSN；
②周期的：
节点定期把采集到的信息报告给sink；
③基于查询：
node不主动向sink上报采集到的信息，而是等待用户查询，根据用户需要反馈信息；
④混合模式：
前三种的综合。
⑶①事件触发模式：
从节能的角度，按需建立路由更恰当；
②周期报告模式：
采用先应式的方法建立路由更加合适；
③基于查询模式：
查询信息的本身就可以辅助建立路由。
4.ZigBee协议栈，Zigbee网络中的典型设备及其功能。
⑴从下到上依次是：
①物理层（PHY）：
实现了数据的发送与接收、物理信道的能量检测、射频收发器的激活与关闭、空闲信道评估、链路质量指示、物理层属性参数的获取与设置等；
②介质访问控制层（MAC）：
采用CSMA-CA机制来访问物理信道，其中包括协调器对网络的建立与维护、产生信标帧，普通设备根据信标帧与协调器进行同步，多跳传输的实现，在两个MAC实体之间提供数据可靠传输，提供可选的GTS支持，支持安全机制等；
③网络层（NWK）：
负责设备的连接和断开、在帧数据传递时采用的安全机制、路由发现和维护，保障设备之间的组网和网络节点间的数据传输。
ZigBee技术支持多跳路由，可以实现星型拓扑和点到点拓扑等不同的网络拓扑结构；
④应用层（APL）：
内部又分为三个部分，包括应用框架、应用支持子层（APS）及ZigBee设备对象（ZDO）。
应用框架中包含至少一个应用程序对象，也就是ZigBee设备的应用程序，是ZigBee产品开发人员所要实现的部分。
⑵①协调器（Coordinator）：
是一个Zigbee网络启动或建立的设备，主要的作用是建立一个网络和配置该网络的性质参数。
一旦这些完成，该协调器就如同一个路由器，网络中的其他操作并不依赖该协调器，因为Zigbee是分布式网络。
②路由器（Router）：
作为普通设备加入网络，支持多跳路由，辅助其它的子节点完成通信（。
路由发现是网络设备协作发现和建立路由的一个过程。
路由发现机制在源设备和目的设备间搜寻所有可能的路由并试图选择最好的路由路线。
MESH网络提供路由维护和自动修复。
如果一个连接被确定坏了，逆流的节点将启动路由重新发现，修复那些连接的所有路由路线）。
③终端设备（EndDevice）：
包括电池供电设备，支持休眠或唤醒，需要的内存较少，没有指定的责任。
终端设备不能执行任何路由功能。
一个终端设备想发送一个信息包到任何设备都要通过它的父设备，然后在由其父设备进行路由操作。
类似的，任何设备想发送信息包到终端设备，都将发起一个路由发现操作，当然该操作都由终端设备的父设备响应。
5.WSN的支撑技术有哪些？
①定位技术
②同步技术
③容错技术
④数据融合技术
⑤安全技术
⑥网管技术
6.列举无线传感器网络的典型应用，并基于无线传感器网络设计一个应用场景。
⑴①军事领域：
无线传感器网络将会成为C4ISRT系统不可或缺的一部分。
C4ISRT系统的目标是利用先进的高科技技术，为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，受到了军事发达国家的普遍重视。
②医疗健康：
如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设备，利用传感器网络，医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。
③环境科学：
监测海洋及土地情况，监控森林防止火灾，监控野生动物活动等。
④智能交通：
车联网与DSRC（专用短程通信）等。
⑤城市建设：
智能家居和智能楼宇等。
7.群智感知的概念和应用，并基于群智感知技术设计日常生活中的一个应用实例。
⑴群智感知（Crowd-Sensing）是结合众包思想和移动设备感知能力的一种新的数据获取模式，是物联网的一种表现形式。
群智感知是指通过人们已有的移动设备形成交互式的、参与式的感知网络，并将感知任务发布给网络中的个体或群体来完成，从而帮助专业人员或公众收集数据、分析信息和共享知识。
在群智感知中，大量普通用户使用移动设备作为基本感知单元，通过物联网/移动互联网进行协作，实现感知任务分发与感知数据收集利用，最终完成大规模、复杂社会感知任务。
群智感知的理念就是要无意识协作，让用户在不知情的情况下完成感知任务,突破专业人员参与的壁垒。
群智感知具有部署灵活经济、感知数据多源异构、覆盖范围广泛均匀和高扩展多功能等诸多优点。
⑵交通感知、热点发现、场景重现。
⑶基于群智的普适定位：
PDR+landmark+室内地图：
①停车应用：
车位导航、反向寻车；
②会展应用：
展位导航、客流分析；
③医院应用：
人员导航、设备查找；
④酒店应用：
增强服务、高效管理；
⑤商场应用：
导购、互动、精准营销。
DTN与新型转移模式
1.对比一下DTN网络中直接传输与传染路由这两种路由机制的不同。
⑴直接传输：
①源节点携带信息来传输，直到目标节点；
②网络开销小；
③传输成功率低；
④端到端的延迟大。
⑵传染路由：
①一种泛洪方式路由；
②当两个节点相遇时，相互交换自己未携带的信息，进行消息的扩散；
③传染路由穷举了所有的可能的传输路径，能够保证在带宽、缓冲空间没有竞争的情况下找到最短的路径；
④但是消耗资源严重，而且在现实的场景中，能量、带宽、缓冲等资源可能缺乏而造成资源竞争，传染路由性能会严重降级。
可以看出，直接传输是一种单副本的路由，传染路由是一种多副本的路由。
单副本的好处是节省网络资源，多幅本则过多消耗了网络资源。
2.DTN网络中的接触contact指什么？
有哪几种？
DTN的路由机制要以哪种模式工作？
⑴contact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。
⑵①Intermittent-ScheduledContacts间歇可预定的接触
②Intermittent-OpportunisticContacts间歇偶然的接触
③Intermittent-PredictedContacts间歇可预测的接触（适用概率预测）
⑶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。
在这种模式下，需要针对每个消息确定最好的下一跳转发节点和选择合适的时机。
3.DTN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。
4.简述一下DTN网络中的束bundle、保管传输custodytransfer。
⑴束bundle：
DTN的基本数据单元，bundle叠加于传输层之上，不是原来的分组报文。
bundle由多个报文存储聚合并进行传输，以降低对端到端连接的需求。
bundle由三个部分组成：
①源应用程序的用户数据；
②源应用程序为目标应用程序提供的控制信息，描述如何处理、存储、处置和以其他方式处理用户数据；
③bundle头，由bundle层插入。
一个bundle层可以将整个bundle（整个消息）分解成片段，就像一个IP层可以将整个数据报分解成片段一样。
如果bundle是碎片化的，那么bundle层的最终目的就是重新组装它们。
⑵保管传送custodytransfer：
指消息从一个DTN节点传输到下一个DTN节点，是一种可靠的传输，即当消息从节点A传递到节点B时，节点B必须确保将消息传递到目标节点或者消息超时丢弃，或者将保管传输的责任委托给下一个节点C，否则不能删除该消息。
bundle通过custodytransfer支持节点到节点的重传。
在源应用程序的初始请求下，这些传输安排在连续节点的bundle层之间。
5.按消息传送的副本来分类，DTN的路由可以分为哪几类？
①多副本路由
②单副本路由
③混合路由
6.DTN网络在数据传输中，常使用前向纠错传输，有什么好处？
前向纠错（ForwardErrorCorrection，简称FEC）是增加数据通讯可信度的方法。
FEC是利用数据进行传输冗余信息的方法，当传输中出现错误，将允许接收器再建数据。
数字信号在解码过程中，对错误信号十分敏感。
DTN体系结构是因特网研究任务组（IRTF）的容迟网络研究组（DTNRG）在星际网络研究组（IPNRG）基础上发展而来的，最初是为行星间Internet通信而提出的，它主要针对在高延迟的太空通信和缺乏连续联接的不同网络协同工作环境，是一种面向信息的可靠的覆盖层体系结构。
由于其可信度非常高，对错误信号十分敏感，为使得DTN网络能更好的运行，所以常用前向纠错传输。
7.简述一下编码的转发机制？
基于编码的转发机制将待传输数据编码成相互冗余的消息，目标节点仅需要接收到部分编码后的消息，即可通过消息之间的运算重建原数据。
①基于擦除编码（erasure-coding，简称EC）的机会转发机制：
源节点先将原始数据分成m个块，然后将这些数据块编码成k个小消息，目标节点只需要接收到k个消息中的任意m×
（1+ε）个小消息就可重建原始数据，ε是由具体编码算法确定的小常数。
该机制中源节点将编码后的小消息平均分配给k个相遇的中继节点，每个中继节点携带部分小消息直到遇到目标节点。
该算法保证了网络连接最差情况下的性能，但在网络连接足够好的时候却不能充分利用连接机会，因为每次相遇没有考虑相遇持续时间，只传输固定数目的小消息。
②基于随机线性网络编码的机会转发机制，将不同消息源的消息映射到一个有限域形成一个信息向量，中间节点利用随机生成的编码向量将接收到的特定个数的消息线性编码成新向量，重新注入到网络中，当目标节点接收到足够的消息向量时可解码出原消息。
基于编码的转发机制在网络拥塞或链路信号差导致丢包时具有很好的鲁棒性，而且传输的消息总数不会随网络规模和节点密度而发生变化，可以很好地控制网络开销，具有良好的可扩展性。
网络编码有着如下的优势：
首先，通过新的设计和架构理论，网络编码可以提供更高的网络传输率。
同时，网络编码具有普适性、鲁棒性（对误差的容忍程度）和可调节性，以及更可靠更安全的网络数据传输。
另外，网络编码相对于传统的路由技术，可以降低为了寻找最优方案而带来的计算复杂性。
8.低压电力线通信技术原理与应用领域。
⑴低压电力线通信技术是指利用现有的电力网，高速传输数据、语音、图像等多媒体业务信息，即把载有信息的信号加载于电力线传输，接收信息的调制解调器再把信号从电力线中通过耦合方式提取出来，并传送到计算机等通信设备，以实现信息的传递。
⑵窄带PLC应用：
远程抄表、路灯监控
CPS与目标跟踪
1.CPS（cyberphysicalsystems）的概念是什么？
发展CPS主要面临哪些挑战？
⑴CPS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，其核心为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。
⑵①重新排列设计流中的抽象层；
②开发新的异构模型组合的语义基础和描绘不同物理与逻辑的建模语言的语义基础；
③研究一个系统组合与集成的科学与技术基础，它是基于模型的、精确的和可预测的；
④开发新的CPS开放式体系结构，它将允许我们建立国家级和全球级系统
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