物联网技术概论 第3版配套习题及参考答案30页.docx

1、物联网技术概论 第3版 配套习题及参考答案30页物联网技术概论第三版 配套习题及参考答案第一章 物联网概论1、列举物联网的四个关键应用场景传感器网络，传感器技术，RFID技术，标识及编址技术2、列举物联网发展的不同阶段第一阶段：传感器网络，以固定部署的传感器形成联网感知能力第二阶段：个体感知，以个人携带智能手机为载体对人与周围环境进行感知第三阶段：移动群体感知，以移动人群为感知群体对物理空间形成大范围高质量长时间感知能力第四阶段：人机协同移动群体感知，以深度人机协同为特征，形成边缘感知与计算智能3、举例说明泛在网络基本架构的四个层次泛在网络的最基本组成部分为传感器网络，其中包括RFID、智能家

2、居、智能城市、车载传感器能组件。在此之上是接入网络层，包括网关、网桥节点、现有网络等基础设施。网络接入中间件层。中间件层包括目录服务、建模与管理、内容管理、空间信息管理等组件。在此之上，最高层为应用层。泛在网络的广泛应用包括物流、安全检测、农业、医疗、灾害管理等方面。4、分析物联网的三个层次的不同作用，及其核心能力感知互动层：整个体系的最底层，大量具有感知和识别功能的设备组成；主要作用是感知和识别物体，收集环境信息；主要关注信息采集、组网和传输技术网络传输层：包括各种通信网络（互联网、电信网、移动通信网、卫星网、广电网）形成的融合网络；不同网络传输协议的互通、自组织通信等多种网络技术、资源和存

3、储管理技术；海量的感知信息进行全面的共享应用服务层：将物联网技术与行业专业技术相结合，提供应用支撑，从而实现广泛智能化应用的解决方案集，包括物联网应用支撑技术和物联网应用服务集；关键在于实现信息的社会化共享以及解决信息安全的保障问题5、信息物理系统（CPS）的概念，并列举CPS的三个核心要素通过集成先进的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术，构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。它紧密结合了通信能力、控制能力和计算能力三个方面的核心要素。6、阐释M2M通信的涵义，以及其和I

4、oT的不同之处M2M（Machine to Machine）通信是指通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信为主要接入手段，实现机器之间智能化、交互式的通信，为客户提供综合的信息化解决方案。以满足客户对监控、数据采集、测量、调度和控制等方面的信息化需求。M2M和IoT的不同，涵盖此列表多条即可：M2MIoT机器传感器基于硬件基于硬件垂直应用横向应用部署在一个封闭的系统中与更大的网络联系机器与机器联系机器与机器联系、机器与人、人与机器用户非IP协议用户IP协议可以用云端但不必须使用云机器点对点交流通常基于硬件设备使用IP网络交流通常单项交流往返交流主要用来监控和控制大量应用，多行业广泛应用通过

5、基于操作的触发响应来进行操作能，但不是必须通过触发响应操作有限集成选项设备必须有配套的通信标准集成选项不限但必须管理协议的软件结构化数据结构化和非结构化数据7、试结合应用场景阐释CPS在工业中的应用示例：设备健康管理：将CPS与装备管理相结合，通过应用建模、仿真测试、验证等技术建立装备健康评估模型，在数据融合的基础上搭建具备感知网络的智能应用平台，实现装备虚拟健康管理。通过智能分析平台对装备运行状态进行实时的感知与监测，并实时应用健康评估模型进行分析预演及评估，将运行决策和维护建议反馈到控制系统，为装备最优使用和及时维护提供自主认知、学习、记忆、重构的能力，实现装备健康管理智能维护：应用建模、

6、仿真测试及验证等技术，基于装备虚拟健康的预测性智能维护模型，构建装备智能维护CPS系统。通过采集装备的实时运行数据，将相关的多源信息融合，进行装备性能、安全、状态等特性分析，预测装备可能出现的异常状态，并提前对异常状态采取恰当的预测性维护。装备智能维护CPS系统突破传统的阈值报警和穷举式专家知识库模式，依据各装备实际活动产生的数据进行独立化的数据分析与利用，提前发现问题并处理，延长资产的正常运行时间。运营调度协同优化：CPS通过搭建感知网络和智能云分析平台，构建装备的全生命周期核心信息模型，并按照能效、安全、效率、健康度等目标，通过对核心部件和过程特征等在虚拟空间进行预测推演，结合不同策略下的

7、预期标尺线，从而筛选出最佳决策建议，为装备使用提供辅助决策，从而实现装备的最佳应用。以飞机运营为例，运营中对乘客人数、飞行时间、飞行过程环境数据、降落数据、机场数据等数据的采集，同步共享给相关方：飞机设计与制造部门通过飞机虚拟模拟模型推演出最优方案指导飞机操作人员、航空运营商提供最优路线方案给地勤运营等。8、以战场辅助物联网系统为例，分析物联网设备的作用智能眼镜：镜框有天线，为士兵显示丰富的信息智能手表：低能耗控制，用于不确定时间的作战任务时长芯片组系统：分析电热等信号，分析当前环境，包括有害的电磁场等单个士兵和和系统的全面整合：和士兵联网的包括：有人/无人飞行器、直升机、地面车辆等，用于准确

8、地模拟战场环境，进行电磁干扰分析。不同的设备都有着极高的可适性，例如直升机使用不同频段的天线用于检测信号；整个系统结合起来，在极端和变幻莫测的战场环境下迅速提供解决方案。9、结合案例，阐释“工业4.0”的概念和优点 工业4.0又称“第四次工业革命”，并不是单单创造新的工业技术，而是着重于现有的工业相关的技术、销售与产品体验统合起来，透过工业人工智能的技术建立具有适应性、资源效率和人因工程学的智能工厂，并在商业流程及价值流程中整合客户以及商业伙伴，提供完善的售后服务。其技术基础是智能整合感控系统及物联网。案例分析示例：作为全球第一大汽车技术供应商，博世的汽车刹车系统在市场上有相当的实力。博世洪堡

9、工厂，作为公司旗下智能工厂的代表，其生产线的特殊之处在于，所有零件都有一个独特的射频识别码，能同沿途关卡自动“对话”。每经过一个生产环节，读卡器会自动读出相关信息，反馈到控制中心进行相应处理，从而提高整个生产效率。在洪堡工厂引入的射频码系统需几十万欧元，但由于库存减少30%，生产效率提高10%，由此可节省上千万欧元的成本。独立的射频码给博世公司旗下工厂的20多条生产线带来了低成本高效率的回报。而这种让每个零件都能说话的技术，也是智能工厂的重要体现形式。10、初步调查了解现有物联网操作系统，如腾讯的开源系统TencentOS Tiny。阐述物联网和通用操作系统的区别。（开放题目）针对现有的物联网

10、系统，阐述其使用情况。物联网操作系统的特性主要体现在以下几方面：连接性：互联互通、互操作性安全性：设备安全、通信安全、数据安全能效性： 设备能耗管理通信：支持多种通信协议，如低功耗蓝牙、以太网、Wi-Fi、Zigbee、6LoWPAN、LPWAN（LoRa、NB-IoT、SigFox）等等标准：开放标准，开放的标准有利于设备的互联互通第二章 物联网体系架构11、物联网体系架构由那几层构成？感知层、网络层、应用层12、在物联网感知层中，传感器节点存在哪些约束？能量受限、通信能力受限、计算和储存能力受限13、请列举出几种常见的传感器。加速度传感器、震动传感器、磁敏传感器、光敏传感器、温度传感器、（

11、氧传感器、负荷传感器、转速传感器、爆震传感器、节气门传感器）14、三网融合指的是哪些网络的融合？互联网、电信网、广播电视网15、物联网的服务质量分为哪几个方面？通信为中心的服务质量、数据为中心的服务质量、用户为中心的数据质量16、SENSEI项目提出的体系结构是什么？主要由以下几层构成：通信服务层、资源层、应用层，这些层自下而上依次连接17、如果想要检测火焰，需要什么传感器？如果是检测车辆碰撞呢？使用温度传感器（火焰烟雾传感器）来检测，如果检测到温度瞬间的异常变化，如突然的升高，就可以进行火焰的报警；使用加速度传感器（震动传感器）来检测，如果检测到瞬间的加速度的 变化（超出车辆正常水平的加减速

12、能力），就可以进行车辆碰撞的检测和警告了。18、请利用物联网的感知功能实现路灯的自我节能。物联网的感知功能主要是通过传感器获取数据并分析实现的，我们可以利用光敏传感器自动检测周围环境的光线，根据检测到的亮度变化，如由亮变暗则点亮路灯，若由暗变亮则关闭路灯；利用距离传感器等检测路灯周围移动物体，当行人和车辆经过时，增大亮度进行照明，若无车辆和行人经过则调暗路灯实现节能；结合交通大数据，由系统感知车辆的密集程度，自动根据车辆的密集程度开启路灯，如车辆密集则开启全部路灯并调高亮度，若车辆稀少则减低亮度甚至关闭部分路灯以实现节能。19、请以智慧农业物联网项目结合物联网体系架构简单说说如何分配不同层的不

13、同功能。a)感知层：利用传感器获取实际环境当中空气温度、湿度，土壤温度、PH值、导电率以及光强等信息，同时利用监控摄像头获取大棚内的实时监控。b)网络层：为应用层提供数据的传递、可视化、监控、分析等服务。c)为整个系统提供数据展现和交互的方式，实现门户网站、溯源查询、移动园区、监控中心等功能。20、随着物联网技术的快速发展，AIoT（智能物联网）逐渐进入人们的视野，AIoT的整体架构主要包括智能设备与解决方案层、操作系统层、基础设施层，与传统的物联网体系架构有着很大的相似之处。请你简要分析AIoT的架构与物联网体系架构的相同和不同之处。a) 基础设施层对应感知层，都是使用了各类的信息采集和网络

14、通信技术实现物理空间和信息空间的感知互动，但AIoT还包含了AI训练与部署平台。b) 操作系统层对应网络层，都负责实现信息的传输和通信，提供广域范围内的应用和服务所需的基础承载传输网络。AIoT加入智能的分析功能和分配功能。c) 智能设备与解决方案层对应应用层，都应用于社会的方方面面，实现广泛的物物互联，跨系统的信息协同与共享。AIoT整体架构如下图所示。AIoT的体系架构中主要包括智能设备及解决方案、操作系统OS层、基础设施等三大层级，并最终通过集成服务进行交付。智能化设备是AIoT的“五官”与“手脚”，可以完成视圈、音频、压力、温度等数据收集，并执行抓取、分拣、搬运等行为，通常是物联网设备

15、与解决方案搭配向客户提供，这一层涉及设备形态多样化，玩家众多。OS层相当于AIoT的“大脑”，主要能够对设备层进行连接与控制，提供智能分析与数据处理能力，将针对场景的核心应用固化为功能模块等，这一层对业务逻辑、统一建模、全链路技术能力、高并发支撑能力等要求较高，通常以PaaS形态存在，基础设施层是AIoT的“躯干”，提供服务器、存储、AI训练和部署能力等IT基础设施。第三章 物联网感知技术 21、什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两大部分？这两大部分分别起什么作用？1）传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。2）通常传感器由敏感元件和转换元件组成。3）敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。转换元件：传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。22、列举物联网感知互动层的4大关键技术？简要解释这4大技术的概念和作用。1）数据预处理技术：数据预处理技术是指将传感器获得的原始信号或原始数据进行操作，完成数据归一化、噪声剔除抑制、数据配准和信号分离等处理过程。2）特征提取技术：特征提取技术是通过提取表示某一特定模式结构或性质的特征，并采用一个特定的数据结构对其进行表示的过程。从概念上说，特征提取技术包括特征生成技术、特征选择技术和特