物联网复习纲要

1、1-1.物联网英文表述，定义物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络，具有三个重要特征：1.普通对象设备化2.自治终端互联化3.普适服务智能化。（Internet of Things）1-2.物联网核心技术（四层），主要特点（五个）核心技术：四层由下到上分别是：感知识别层，网络构建层，管理服务层和综合应用层。主要特点：（1）联网终端规模化；物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端，5-10年内联网终端规模有望突破百亿。（2）感知识别普适化；无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合（3）异构设备互联化；各种异构设备利

2、用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通过“网关”互通互联。（4）管理处理智能化；物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。（5）应用服务链条化;以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度，节能减排，仓储物流到产品销售，售后服务等各个环节。1-3.发展趋势（三个更）（1）更广泛的互联互通:互联互通的对象从人延伸到物体，互联互通方式的扩展（2）更透彻的感知：通信功能使传感器能够协同工作（3）更深入的智能:多传感器实现“人多力量大”的智能，多维感知数据实现“防患于未然”的智能，大数据挖掘实现“见微知著”的智能2-1.RFI

3、D英文表述，中文表述RFID射频识别技术（Radio Frequency Identification）,利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。2-2.RFID系统的组成 RFID系统由五个组件构成，包括：传送器、接收器、微处理器、天线、标签。传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起，又统称为阅读器(Reader)，所以工业界经常将RFID系统分为为阅读器、天线和标签三大组件。2-3.RFID工作频率频率是RFID系统的一个很重要的参数，它决定了系统工作原理、通信距离、成本、天线形状和应用领域等因素。RFID典型的工作频率有125KHz

4、、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作频率的不同，RFID系统集中在低频、高频和超高频三个区域。2-4.RFID标签的优点（与条形码相比）（1）体积小且形状多样：RFID标签在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需要为了读取精度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。（2）环境适应性：纸张容易被污染而影响识别。但RFID对水、油等物质却有极强的抗污性。（3）可重复使用：标签具有读写功能，电子数据可被反复覆盖，因此可以被回收而重复使用。（4）穿透性强：标签在被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包裹的情况下也可以进

5、行穿透性通讯。（5）数据安全性：标签内的数据通过循环冗余校验的方法来保证标签发送的数据准确性。2-5.RFID标签分类（六种分类方式）标签（Tag）由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个标签内部存有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。（1）按供电方式分类：无源RFID标签，有源RFID标签（2）按工作模式分：被动式标签，主动标签，半主动标签（3）按读写方式分类：只读式RFID标签，读写式RFID标签（4）按工作频率分类：低频RFID标签，高频RFID标签，超高频RFID标签，微波RFID标签（5）按封装材料分类： 纸质封装RFID标签，塑料封装RFID标签，玻璃封装RFID标签（6）

6、按封装形状分类：薄膜粘贴RFID标签，卡式RFID标签，柱形RFID标签，扣式RFID标签，身份识别RFID标签，植入式RFID标签3-1.无线传感网络的英文简称无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN），由部署在监测区域内的大量传感器以自组织和多跳的方式构成的，以协作方式感知、采集、传输和处理网络覆盖区域内监测对象信息的无线网络。3-2.无线传感节点的组成：传感器、微处理器、无线通信芯片、电池；3-3.制约传感器性能提升的因素： 1.传感失谐： 很多应用的制约来自于感知元件。木桶原理 2.功耗的制约：无线传感节点一般被部署在野外，不能通过有线供电。其硬件设计必

7、 须以节能为重要设计目标。 3.价格的制约：无线传感节点一般需要大量组网，以完成特定的功能。其硬件设计必 须以廉价为重要设计目标。 4.体积的制约：无线传感节点一般需要容易携带，易于部署。其硬件设计必须以微型 化为重要设计目标。3-4.大规模长时间部署传感器的设计要求 1.低成本与微型化（1）低成本的节点才能被大规模部署，微型化的节点才能使部署更加容易 （2）节点的软件设计也需要满足微型化的需求 。 2.低功耗（1）在硬件设计上采用低功耗芯片（2）软件节能策略来实现节能 。软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低功耗模式，仅在需要工作的时候进入正常状态 3.灵活性与扩展性（1）

8、传感器节点被用于各种不同的应用中，因此节点硬件和软件的设计必须具有灵活 性和扩展性 （2）节点的硬件设计需满足一定的标准接口，例如节点和传感板的接口统一有利于给 节点安装上不同功能的传感器（3） 软件的设计必须可剪裁，能根据不同应用的需求，安装不同功能的软件模块 4.鲁棒性 鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障。对于普通的计算机，一旦系统崩溃了，人们可以采用重启的方法恢复系统，而传感器节点则不行 ，就整个网络而言，可以适当增加冗余性，增加整体系统的鲁棒性。4-1.GPS系统组成 1.宇宙空间部分： 24颗工作卫星（6轨道平面，每平面4颗星） 2.地面监控部分（全部在美国境内）： 1个主控

9、中心、 4个专用地面天线、6个专用监视站 3.用户设备部分 GPS接收机：与卫星通信的专用天线、计算位置的处理器、高精度时钟4-2.GPS定位原理1.首先测得接收机与三个GPS卫星之间的距离，然后通过三点定位方式确定接收机的位置。2.每一刻GPS工作卫星都在不断地向外发送信息，每条信息中都包含有信息发送的时刻， 以及卫星在该时刻的坐标。接收机会接受这些信息，同时根据自己的时钟记录下接收到信息的时刻。3.用接收到信息的时刻，减去信息发出的时刻，就得到信息在空间中传播所用的时间。将这个时间乘以信息传播的速度（信息通过电磁波传播，其速度为光速），就得到了接收机到信息发出时的卫星坐标之间的距离。4-3

10、.GPS定位的主要优缺点 优点：精度高、全球覆盖，可用于险恶环境 缺点：启动时间长(3-5分钟)、室内信号差、需要GPS接收机4-4.什么是A-GPS？其工作原理是什么？ A-GPS：Assisted Global Positioning System 辅助GPS定位。是人们将GPS和蜂窝基站定位、的结合。 工作原理：（1）利用基站定位快速确定大致范围。 （2）连接网络查询当前位置可见卫星，大大缩短搜索卫星的时间。 （3）得知那些卫星可用后，利用这几颗卫星进行GPS定位。4-5.TOA和TDOA定位原理和方法是什么？ TOA:基于距离（时间）的定位（Time of Arrival, ToA）原

11、理：先测量出目标到数个参考点的距离，利用测得的距离以及参考点的坐标算出目标位置。方法：1.距离测量法 （1）利用波速差 发送端（参考点）先发送一道电磁波，波速；电磁波到达时刻，在间隔后再发送一道声波，波速；声波到达时刻，距离 若远大于，如果发送端同步发送电磁波和声波，则 （2）测量波的往返时间 A、发送端于时刻向参考点发送一个信号， B、参考点接收到该信号后，等待一段时间后返回一个同样的信号， C、发送端记录收到回复的时间t ; 信号往返的时间为 D、信号在两点间传播所用的时间为 F、根据信号传播的速度v，两点间的距离 2.位置计算方法（也称多点测量） 平面上定位，取三个参考点，以每个参考点为

12、圆心，到该参考点的距离为半径画圆，目标必在圆上，平面上三个圆交于一点，实际中取用超过三个参考点（多参考点），用最小二乘法减少误差 TDOA：基于距离（时间）差的定位（Time Difference of Arrival, TDoA）原理：根据不同参考点接受测量目标发送信号的时间差算距离差，从而计算出测量目标位置测量方法：1.距离差测距方法 测量目标广播一个信号，参考点 i，j 分别记录接收到信号的时刻，时间差为 假设信号发出的时刻为，传播速度为v， 测量目标到 i，j 的距离差 2.位置计算方法 （1） 每次测量结果，参考点坐标， 到参考点的距离 构建方程： （2）要在平面上唯一确定目标的坐标

13、，至少需要两组测量结果，三个参考点 （3）实际中，使用多组测量结果，用最小二乘法来减少误差4-6.什么是电磁波传播的多径效应 电磁波向四周发散，障碍物反射电磁波，反射波和原始波在接收端混叠的现象4-7.基于信号特征的定位原理与方法是什么？ 原理：射频信号的信号强度（RSS：ReceivedSignal Strength）随传播距离衰减，根据 Friis方程，在与发送源距离为d的地方即受到的信号功率为 通过测量接收到的信号功率，根据此式计算出到发送端的距离。方法：将信号强度看成一个“特征”。假设在一个区域内布置了N个参考节点，它们向 外发送射频信号。当需要定位时，可以在区域的任何位置测出N个信号

14、的强度， 得到一个N维的特征向量，被称为RSS指纹。可以事先测出区域中每个位置的 RSS特征向量，做成一幅RSS特征地图。然后RSS指纹与RSS特征地图进行比对，就可以找出目标所在的位置。5-1、互联网基本组成。 在互联网中，各种终端互联互通的通道主要由通信链路和数据交换设备组成。（1）通信链路：承载数据传输，根据物理传播介质的不同，可以分为很多种类如同轴电缆、光纤、无线电频谱。不同通信链路的数据传输速率和有效传输距离有显著的区别。（2）数据交换设备：为每个传入的数据包分配与其目的终端相匹配的传出通信链路。链路交换机和路由器是主要的数据包交换设备。终端、链路交换机和路由器彼此之间通过协议进行传

15、输和转发控制。5-2、FDMA、TDMA、CDMA的区别。（1）频分多址（frequency division multiple access，FDMA）也称频分复用，把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。在移动通信中，也是将一个频段分成多个小的频段，让不同的用户使用不同的小频段。（2）时分多址（time division multiple access，TDMA） 把时间分割成互不重叠的时段（帧），再将帧分割成互不重叠的时隙（信道）与用户具有一一对应关系，依据时隙区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接，达到同时传输多路信号的

16、目的。在GSM中多被采用。（3）码分多址（code division multiple access，CDMA） 将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把带宽信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。两点概念：一是扩频编码，二是扩频编码是正交的。原理比喻：同一教室用三种语言交流5-3、什么是移动通信中的呼吸效应和远近效应（1）呼吸效应：在CDMA系统中，基站的实际有效覆盖面积会随着用户的增多（干扰增强）而缩小，反之则会增大。（2）远

17、近效应：手机用户到基站的距离是不断变化的，固定的通信功率不仅会造成严重的功率过剩（离基站很近的地方依然用大功率来传输数据），而且可能形成有害的电磁辐射。5-4、什么是5G，其最大特点是什么？第一代是模拟技术；第二代是2G，实现了语音的数字化；第三代是3G，以多媒体通信为特征；第四代是4G，通信进入无线宽带时代，速率大大提高。第五代就是5G，最大特点就是实现了高频传播！6-1、无线宽带网络有哪些？ （1）无线个人局域网（范围约10m），如蓝牙； （2）无线局域网（约100m），如Wi-Fi； （3）无线城域网（可达约100公里），如WiMAX技术； （4）无线广域网（100公里以上），如3G、4

18、G。6-2、无线连接和有线链接的重要区别？（1）信号强度衰减：无线电波信号强度随发送者和接收者之间的距离增加而下降，传输距离有限。而有优先传输介质，如电缆、光纤，信号能量衰减可忽略，支持长距离传输。（2）非视线传输：如果发送者和接收者之间的传输路径是部分被遮挡的，则称这样的无线连 接为非视线传输，无线电信号可能会被吸收，或迅速衰减。（3）同频信号干扰：相同无线频段的信号会相互干扰，例如，802.15.4协议也使用2.4-2.48GHz这个频段，在有802.11b接入点覆盖的区域内部署基于802.15.4协议的传感器网络，彼此间有信号干扰，导致信道的信噪比下降，使传输速率变慢。外部环境的电磁噪声

19、，例如微波炉、汽车、高压电线。（4）多径传播干扰：无线信号由于阻挡物的反射和折射，导致发送端和接收端之间有多条不同长度的信号传播路径，到达接收端的时间可能略微不同，造成接收端的混乱。典型如隐藏终端。6-3、无线局域网标准、架构？标准：一系列的802.11标准。802.11架构：（1）基本服务组 1、基站模式 无线用户（笔记本电脑、台式机等）：通过与接入点相关联获取上层网络数据。 接入点（基站）：通过有线网络设备（交换机/路由器）连入上层公共网络。 2、自组织模式 每个用户也是数据传输过程中的路由，没有基站，每条数据传输路径是当数据传输需求出现时动态形成的。（2）信道802.11b/g：将85M

20、Hz的频宽分为11个不同频段的信道，任何两个不相重叠的信道重间需要相隔4个或4个以上其他信道，保证接入点之间的信号互不干扰。每个接入点的管理者会为用户制定一个或多个服务集标识符（Service SetIdentifier,SSID), 同时为其指定一个通信信道。（3）用户与接入点关联（基站模式）接入点周期性地广播的“识别帧”（包含了接入点的MAC地址和SSID）；用户通过一段时间内收集到的识别帧信息确定可提供服务的接入点的集合；用户选择其中一个接入点发送关联请求从而建立关联。6-4、什么是隐藏终端的问题？如何消除（CSMA/CA信道访问机制）？（1）隐藏终端（Hidden Terminal），

21、是无线连接的特点导致的有线信道中不存在的问题。用户A与用户B都无法侦听到对方是否在向基站传输数据，即A与B相互“隐藏”。A与B可能同时向基站传输数据，由于无线信号干扰的特性，他们的信号都不能被基站正确的解析和完整的接受。（2）CSMA/CA 即冲突检测的载波监听多路访问协议。机制：传输端在信道空闲时，等待DIFS后信道仍空闲，开始传输数据。 接收端接收到数据后，等待SIFS后发送ACK。DIFS：分布式帧间间隙 SIFA：短帧间间隙（3）为了消除“隐藏终端”的问题，通过RTS（Request to Send）和CTS（Clear to Send）机制实现。发送端向接入点发送RTS；接入点广播C

22、TS（作用：为传输端提供信道使用权）；接收到CTS的用户若是RTS发送者则发送数据，其它用户延后其发送6-5、什么是ZigBee?工作频段？有哪些特点？（1）ZigBee，又称为IEEE 802.15.4标准，其目标是实现类似于蜂群的低功耗、低复杂度、低速率、自组织的短距无线通信网络，为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互连提供统一标准。（2）可工作于2.5GHz(全球流行)、868MHz（欧洲流行）、915MHz（美国流行）。（3）低功耗、低成本、时延段、网络容量大、自组织网、低复杂度、可靠、安全。6-5、NB-IOT有哪些特点？（1）广覆盖： NB-IoT支持蜂窝连接，在同样的频段下，N

23、B-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；（2）大连接：NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；（3）低功耗：NB-IoT终端模块的待机时间可长达510年；（4）低成本：企业预期的单个接连模块不超过5美元，芯片成本低至1美元7-1、大数据具有4V特征（1）数据量大（Volume）:存储的数据量巨大，PB级别是常态，对其分析的计算量也大（2）多样（Variety）:数据来源及格式多样（3）快速（Velocity）:数据增长速度快，而且越新的数据价值越大（4）价值（value):需要对大量的数据进行处理，

24、挖掘其潜在的价值7-2、网络存储体系结构：DAS、NAS、SAN1.直接附加存储（Direct-Attached Storage，DAS）： 将多个硬盘驱动器通过电缆或光纤直接与服务器连接，在存储设备和主机总线适配器之间不存在其他网络设备（如交换机、路由器），实现了计算机内存储到存储子系统的跨越。优点：管理容易，成本较低，结构比较简单。缺点：效率低，被访问的数据在存储设备和文件服务器之间进行多次的存储转发。“信息孤岛”，DAS设备通常是孤立的，造成对存储资源利用率低，资源共享能力缺失。2.网络附加存储（Network-Attached Storage，NAS）：是一种文件级的计算机数据存储架构

25、，计算机连接一个能够提供文件级数据存储服务的网络，在网络环境中为用户提供文件级的存储服务。NAS系统的存储设备有，硬盘、CD或DVD驱动器、磁带驱动器或可移动存储介质、服务器。 NAS与DAS的本质区别：DAS是一种对已有服务器的简单扩展，并没有真正实现网络互连。NAS则是将网络作为存储实体，更容易实现文件级别的共享。优点：（1）即插即用(2)存储部署简单(3)存储设备位置非常灵活(4)管理容易且成本低缺点：(1)存储性能严重依赖网络中的流量(2)可靠度不高3.存储区域网络（Storage Area Network，SAN） 是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构。SAN由服务器

26、、存储设备和连接设备组成。7-3、什么是MapReduceMapReduce是面向大数据并行处理的计算模型、框架和平台，它隐含了以下三层含义： 1） 是一个基于集群的高性能并行计算平台。它允许用市场上普通的商用服务器构成一个包含数十、数百至数千个节点的分布和并行计算集群。 2）是一个并行计算与运行软件框架。能自动完成计算任务的并行化处理，自动划分计算数据和计算任务，在集群节点上自动分配和执行任务以及收集计算结果，将数据分布存储、数据通信、容错处理等并行计算涉及到的很多系统底层的复杂细节交由系统负责处理，大大减少了软件开发人员的负担。3）是一个并行程序设计模型与方法。它借助于函数式程序设计语言的

27、设计思想，提供了一种简便的并行程序设计方法，用Map和Reduce两个函数编程实现基本的并行计算任务，提供了抽象的操作和并行编程接口，以简单方便地完成大规模数据的编程和计算处理8-1什么是云计算？有哪些特点？(1)、云计算是一种利用互联网实现随时随地、按需、便捷地访问共享计算设施、存储设备、应用程序等资源的计算模式。云计算采用计算机集群构成数据中心，以服务的形式交付给用户，使得用户可以像使用水、电一样按需购买云计算资源。计算资源的服务化是云计算的重要表现形式。(2)、云计算的特点：a.超大规模，“云” 规模巨大，谷歌云已经拥有上百万台服务器，亚马逊、IBM、微软、Yahoo、阿里、百度和腾讯等

28、公司的“云”均拥有几十万台服务器。b.虚拟化 ， 云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取服务。所请求的资源来自“云”而不是有形的实体。c.高可靠性，“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性。d.通用性，云计算不针对特定的应用，在“云”的支持下可以构造出各种应用。e.高可伸缩性，“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需求。f.按需服务，“云”是一个庞大的资源池，用户按需购买。g.廉价，“云”的特殊容错措施可以采用及其廉价的节点来构成云，云的自动化管理使数据中心管理成本大幅降低，“云”的公用性和通用性使资源的利用率大幅提升；“云”设施可以建在电力资源

29、丰富的地区，降低能源成本。8-2云计算的三个层次是什么?1.基础设施即服务（Infrastructure as a Serice, IaaS) IaaS提供的是基础设施资源，包括虚拟化的计算资源、存储资源、网络资源和安全保障。用户无需购买、维护底层硬件和相关系统软件。目前最流行的IaaS服务有亚马逊的EC2、阿里云等。2.平台即服务（Platform as a Service,PaaS)SaaS是服务终端用户的应用程序，服务提供商在云端集中托管软件及其相关数据，用户通常只需一组账号和密码即可通过互联网访问软件。3.应用软件即服务（Software as a Service, SaaS)PaaS

30、主要服务于云计算的开发者，以服务的形式向开发者提供应用程序开发及部署平台，让他们可利用此平台来开发、部署和管理应用程序。开发者通过这个平台开发、运行和管理应用程序时，无需处理诸如配置开发环境、测试环境等问题。其中， IaaS在最底层，SaaS在最顶层，PaaS介于两者之间8-3、什么是云计算虚拟化？虚拟化是指以软件的形式在真实的物理主机之上提供应用程序能够赖以运行的虚拟机（或虚拟容器）。虚拟化是云计算的关键技术，它把刚性的物理硬件软件化成柔性的虚拟资源。其功能主要包括：拆分、组合、动态配置和迁移9-1 RFID面临的主要安全隐患有哪些？1. 窃听：攻击者可以得到在标签和阅读器之间传输的信息2.

31、 中间人攻击：对reader(tag)伪装成tag(reader)，传递、截取或修改通信消息3. 欺骗：攻击者将获取的标签数据发送给阅读器，以此来骗过阅读器。 重放：将标签的回复记录下来，然后在阅读器询问时播放。 克隆：将一个RFID标签的内容记录，并写入另一个标签，以形成原来标签的一个副本。4. 拒绝服务攻击：通过不完整的交互请求消耗系统资源或消耗有限的标签内部状态，使之无法被正常识别5. 物理破解6. 篡改信息：非授权的修改或擦除标签数据，攻击者可以让标签传达他们所要的信息。7. RFID病毒：标签中可以写入一定量的代码，读取tag时，代码被注入系统8. 隐私信息泄露：信用卡信息、医疗信息

32、等9. 跟踪：监控，掌握用户行为规律和消费喜好等，进一步攻击10. 效率和隐私保护的矛盾：标签身份保密而快速验证标签需要知道标签身份，才能找到需要的信息9-2哈希锁协议工作原理？锁定过程？工作过程？1.哈希锁(hash-lock)是抵制标签未授权访问的隐私增强协议，原理如下：采用单向密码学哈希函数实现访问控制：标签不使用真实ID，用metaID代替，有哈希锁机制的标签有锁定和非锁定两种状态。每个标签内部都有一个哈希函数和一个存储临时metaID的内存。2.锁定过程 a.阅读器随机生成一个密钥key，计算metaID = hash（key） b.阅读器将metaID写入标签,此时标签被锁定, c

33、.阅读器以metaID为索引，将（metaID，key）存储到后台数据库3.解锁过程（工作过程？） a.阅读器查询标签，标签响应并返回metaID b.阅读器以metaID为索引在后台数据库中查找对应的（metaID，key） 并将key返回给阅读器 c.阅读器把key发送给标签 d.标签计算hash（key），如果与标签存储的metaID相等，则解锁， 然后向阅读器发送真实ID9-3随机哈希锁协议的工作原理？随机哈希锁(randomized hash-lock)是哈希锁协议的扩展。标签包含一个单向密码学哈希函数和一个伪随机数发生器；阅读器也拥有同样的哈希函数和一个伪随机数发生器；在后台数据库系统中存储所有标签的ID，阅读器与每一个标签共享一个唯一的秘钥key，作为哈希函数的秘钥用于计算。在随机哈希锁协议中，标签每次发送的应答由两部分组成：一个随机数R和一个由这个随机数作为参数计算的哈希值。由于R是随机产生的，因此对应的哈希值也是随机的。这样每次标签的响应都会随机变化，故而不能对其进行跟踪.9-4位置信息的三