《物联网工程概论》习题及思考题答案

教

案1-1简述联的义分物网的“物的件答：物联网是通过射频识别外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按定的协议，把各物体与互联网相连接行息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。特别注意，物联网中的“物”，不是普通意义的万事万物，这里“物要满足以下条件、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路、要有一定的存储功能、有处理运算单5、有操作系统；、有专门的应用程序；7、有数据发送器；8、循物联网的通信协议；9、世界网络中有可被识别的唯一编号。1-2简述联应备三特。答：一是全面感知，即利用射频识别技(、感器、二维码等随时随地获取物体的信息二可靠传递通各种电信网络与互联网的融合物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理用云计算，模糊识别等各种智能计算技术海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。1-4名词释、EPC、ZigBee答：即频识别，俗称电子标签，一种自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。，即品电子代码，为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯。术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。主要用于距离短低传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。1-5简要述联的架构答：物联网可以简要分为核心层、接入层，软件核心层主要是应用服务层，硬件接入层包括网络传输层和感知控制层。感知控制层一般包括感应器、传感器网关、接入网关标、感器节点、智能终端等，网络传输层包括无线传感器网络、移动通信网页脚内

教

案络、互联网、信息中心、网管中心等；软件应用服务层是为了管理、维护物联网以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和。1-6分析联的键术应难。答：关键技术为无线网络技术、传感技术、人工智能技术。应用难点在于其技术标准问题、数据安全问题、地问题、终端问题。1-7举例明联的用域前。答：物联网应用领域很广，几乎可以包含各行各业。目前在环境保护、社区服务、商务金融等方面，例“移支付”、移动购物“手钱包、手银”、电子机票等，前景广阔可观应潜力巨大无是服务经济市场，还是国家战略需要联网都能占据重要地位。2-4形分几？简说每种形的点答：条形码可以有一维的，还有二维条形码，黑条和空白的排列就代表了商品的产品属性等特征信息，在条码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码，称为二条码（直显示英文、中文、数字、符号、图形；存储数据量大存字用描仪直接读取内容需另接数据库密可加密安全级别最高时，损污仍可读取完整信息。2-5RFID系统本成分哪？答：系主由应答器、阅读器和高层组成。其中应答器是集成电路芯片形式，而集成芯片又根据它的封装不同表现的形式也不太一样器用于产生射频载波完成与应答器之间的信息交互的功能。高层功能是信息的管理和决策系统。2-6应答的成页脚内

教

案答：应答器的基本是由天线、解器、电源、解调器、存储器，控制器以及负载电路组成。从应答器传送信息到阅读器，状态数据在的制，从存储器中取出经过编码器和负载调制单元发送到阅读器2-7RFID产品基衡参有些答产的基本衡量参数有工作频率、读取距离、读写速度、方向性、采用通信接口协议。2-8述线工原。答线一种以电磁波形式把端射频信号功率接收或辐射出去的装置电路与空间的界面器件用实现导行波自由空间波能量的转化电磁能量的转换过程中完成信息的交互。2-10请出RFID线要为几？种特如何答天主分为近场天线、远场天线、偶极子天线、微带贴片天线和电感耦合射频天线等近场线统作在天线的近场签所需的能量都是通电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射近场获得作方式为电感耦合于超高频和微波频段远天线为标签提供能量或唤醒有源标签作距离较远一般位于读写器天线的远场偶子天也称为对称振子天线两同粗细和等长的直导线排成一条直线构成号从中间的两个端点馈入偶子的两臂上产生一定的电流分布种流分布就会在天线周围空间激发起电磁场微带片线常是由金属贴片贴在接地平面上的一片层带贴片天线质量轻、体积小、剖面薄3-1传感的义什?们如分类？答感是一种能把特定的被信号一规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。根据不同的分类方式，有不同的分类。3-3传感的态性基概及要性指的意什?答：传感器的动态特性，是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。3-4传感的要性哪?答：主要分为静态特性和动态性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟页脚内

教

案滞和重复性等。3-6什么传器由几分成它们作与互系样答：传感器由两个基本元件组成：敏感元件与转换元件。具体由下图所示：什叫对度和对度答相湿度指空气中水汽压饱和水汽压的百分比对湿度指的是大气中水汽的密度，即单位大气中所含水汽的质量。3-12超声传器基原是么超波头哪种结形？答声传感器是利用超声波特性研制而成的传感器声波振动频率高于可听声波。由换能晶片在电压的激励下，发生振动能产生超声波。超声波对液体的穿透能力强不明的固体中它可穿透十米的深度声波碰到杂质或分界面发生显著反射，形成反射成回波碰到活动物体能产生多普勒效应超波头要由压电晶片组成可发射超声波也可以接收超声波功率超声探头多用来探测有许多不同的结构可直探头、斜探头、表面波探头、兰姆波探头、双探头等。3-14温度感是么类？答水子具有较大的电偶极矩氢原子附近有极大的正电场因而它具有很大的电子亲和力使得水分子易于吸附固体表面并渗透到固体内部用分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器把水分子亲和力无关的湿度传感器为水分子亲和力型传感器。什是体湿度什叫点答：大气的干湿程度通常用绝对湿度和相对湿度来表示。露点：降低温度可使未饱和水页脚内

教

案汽变成饱和水汽。3-17电式度传器工原是么有么点使时注什问题答电式湿度传感器的敏感元件为湿敏电容要材料一般为高分子聚合物金属氧化物这材料对水分子有较强吸附能力附水分的多少随环境湿度而变化于分子有较大的电偶极矩水后材料的电容率发生变化器的电容值也就发生变化样，把电容值的变化转变为电信号，就可以对湿度进行监测。3-18声波基特？答：它具有频率高、波长短、绕射现象小的特点，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等。3-20从声的行方来可为两基类？答：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波3-21气敏感的性答：气敏传感器的特性主要有灵敏度；响应时间；选择性；稳定性；温度特性；湿度特性；电源电压特性。3-23什是声波答：低于的械波称为次声波高于的械波．为超声波。4-1传感节在现种络议应用统，在些实束答传器节点在实现各种网络协议和应用系统时，存在以下一些现实约束电能量限传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池传器节点个数多成本要求低廉、分布区域广，而且部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的通信能有无线通信的量消耗与通信距离的关系为：

kd

其中，参数n满关系2<。的值与很多因素有关。在复杂的通信环境和节点有限通信能力的情况下设网络通信机制以满足传感器网络的通信需求是传感器网络面临的挑战之一计算存能有传感器节点一种微型嵌入页脚内

教

案式设备要求它价格低功耗小这些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱储容量比较小。4-2举例明线感网的用域。答：传感器网络的应用前景非常广阔，能够广泛应用于军事监和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。随着传感器网络的深入研究和广泛应用，传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域。4-3传感节由几分成答感节点由传感器模块理器模块线通信模块和能量供应模块四部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换器块负责控制整个传感器节点的操作存储和处理本身采集的数以及其他节点发来的数据线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信换制息和收发采集数据量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。4-4简述线感网各协和台的能答：协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应另，协议栈还括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。各层协议和平台的功能如下：物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；网络层主要负责路由生成与路由选择；传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量；移动管理平台检测并注册传感器节点的移动护到汇聚节点的路由使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。页脚内

教

案4-5无线感网具何著点答无线传感器网络具有以下的点大规模网络2.自组织网络多跳路动态性网络5.可的网络以据为中心的网络应相关的网络4-6基于离定的法为：于的位基于的位基于的定位和基于的定位等，比较这四种方法的优缺点。答：基于的位精度高，但要求节点间保持精确的时间同步，因此对传感器节点的硬件和功耗提出了较高的要求技术对硬件的要求高，成本和能耗使得该技术对低能耗的传感器网络提出了挑战。但是技术测距误差小，有较高的精度AOA定位不仅能确定节点的坐标还提供节点的方位信息测技术易受外界环境影响，且需额外硬件，在硬件尺寸和功耗上不适用于大规模的传器网络。在实验环境中表出良好的特性，但是在现实环境中，温度、障物、传播模式等条件往往都是变化的，使得该技术在实际应用中仍然存在困难。4-7无线感网为么使时同步制间同步制主性参包哪？答在线传感器网络系统中单个节点的能力非常有限个系统所要实现的功能需要网络内所有节点互相配合共同完成。时间同步在无线传感器网络中起着非常重要的作用。在分布式系统中同节点都自己的本地时钟于不同节点的晶体振荡器频率存在偏差以温度变化和电磁波干扰等使在某个时刻所有节点都达到时间同步们时间也会逐渐出现偏差分布式系统的协同工作需要节点间的时间同步此间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。传感器网络应用的多样性导致了对时间同步机制需求的多样性能用一种时间同步机制满足所有的应用要求。传感器网络的时间同步机制的主要性能参数如下大误差（）同步期限3）步范围）用性（）效率（）价和体积4-8无线感网的全究解哪些题答：无线传感器网络的安全和一般网络安全的出发点是相同的，都要解决如下问题：（）密性问题点到点的消息认证问题）完整性鉴别问题）鲜性问题）认证组/广问题（）全管理问题4-9与传网的由议比无传感网的由议有些点页脚内

教

案答：与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以下特点：（）量优先）于局部拓扑信息）数据为中心）应用相四类的由协分是么答从体应用的角度出发根不同应用对传感器网络各种特性的敏感度不同路由协议分为四种类型。四种类型的路由协议分别是能感知路由协议基查询的路由协议地理位置路由协议。（）靠的路由协议。4-11设计线感网的MAC协时需着考哪几方？答：在设计无线传感器网络的协议时，需要着重考虑以下几个方面：（）节省能量。传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣池等提供能量，而且电池能量通常难以进行补充，为了长时间保证传感器网络的有效工作协在满足应用求的前提下，应尽量节省使用节点的能量。（）可扩展性。由于传感器节点数目、节点分布密度等在感器网络生存过程中不断变化节位置也可能移动还新节点加入网络的问题以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性协也应具有可扩展性，以适应这种动态变化的拓扑结构。（网效率网络效率包括网络的公平性时性网吞吐量以及带宽利用率等。4-12在无传器络可造网能浪的要因包哪方？答：可能造成网络能量浪费的主要原因包括如下几方面：（）果协采用竞争方式使用共享的无线道，节点在发送数据的过程中，可能会引起多个节点之间发送的数据产生碰撞就需要重传发送的数据而耗节点更多的能量节点接收并处理不必要的数据。这种串音）现造成节点的无线接收模块和处理器模块消耗更多的能量节在不需要发送数据时一直保持对无线信道的空闲侦听idle便接收可能传输给自己的数据。这种过度的闲侦听或者没必要的空闲侦听同样会造成节点能量的浪费在控制节点之间的信道分配时，如果控制消息过多，也会消耗较多的网络能量。4-13按照用定配道式还随访信方可传器络协分页脚内

教

案哪类答：按照下列条件分类协：第一，采用分布式控制还是集中控制；第二，使用单一共享信道还是多个信道第采固定分配信道方式还是随机访问信道方式照第三种分类方法，将传感器网络的议分为三类：（采用无线信道的时分复用方2采用无线信道的随机竞争方3其他MAC协议，采用频分复用或者码分复用等方式4-14在传器络，什要网进拓结控与优。答在感器网络中网络的拓结构控制与优化有着十分重要的意义要现在以下几个方面影响整个网络的生存时间减小节点间通信干扰，提高网络通信效率为路由协议提供基础影数据融合弥补节点失效的影响。传器络扑控主研的题什？答传器网络拓扑控制主要研究的问题是满足网络覆盖度和连通度的前提下过功率控制和骨干网节点选择除点之间不必要的通信链路成一个数据转发的优化网络结构具地讲传器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为两类点率控制和层次型拓扑结构组织率控制机制调节网络中每个节点的发射功率满网络连通度的前提下均节点的单跳可达居数目次型拓扑控制利用分簇机制让一些节点作为簇头节点由簇头节点形成一个理并转发数据的骨干网他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块，进入