《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》習(xí)題(含答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪項(xiàng)不屬于物聯(lián)網(wǎng)感知層的典型技術(shù)？（）A.射頻識(shí)別（RFID）B.傳感器網(wǎng)絡(luò)C.藍(lán)牙通信D.激光掃描答案：C（藍(lán)牙屬于短距離無(wú)線通信技術(shù)，主要用于網(wǎng)絡(luò)層或應(yīng)用層設(shè)備互聯(lián)，感知層核心是信息采集）2.關(guān)于RFID標(biāo)簽，以下描述錯(cuò)誤的是（）A.有源標(biāo)簽需內(nèi)置電池供電B.無(wú)源標(biāo)簽通過(guò)閱讀器電磁感應(yīng)供電C.半有源標(biāo)簽僅在需要時(shí)激活D.高頻RFID（HF）的典型應(yīng)用是公交卡答案：C（半有源標(biāo)簽內(nèi)置電池僅用于維持芯片工作，通信仍依賴閱讀器能量；需主動(dòng)激活的是有源標(biāo)簽）3.ZigBee協(xié)議棧的物理層和MAC層基于（）標(biāo)準(zhǔn)？A.IEEE802.11B.IEEE802.15.1C.IEEE802.15.4D.IEEE802.16答案：C（ZigBee采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和MAC層，支持低速率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)）4.以下哪項(xiàng)是LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）的典型技術(shù)？（）A.Wi-Fi6B.藍(lán)牙5.0C.LoRaD.UWB（超寬帶）答案：C（LoRa（長(zhǎng)距離無(wú)線電）是LPWAN的代表技術(shù)，支持低功耗、廣覆蓋；其他選項(xiàng)均為短距離或高速率技術(shù)）5.5G網(wǎng)絡(luò)中，eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）場(chǎng)景主要服務(wù)于（）A.工業(yè)控制（低時(shí)延）B.海量連接（如智能電表）C.高清視頻直播D.車聯(lián)網(wǎng)V2X答案：C（eMBB聚焦高帶寬需求，如4K/8K視頻、AR/VR；低時(shí)延對(duì)應(yīng)uRLLC，海量連接對(duì)應(yīng)mMTC）6.物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層的核心功能不包括（）A.設(shè)備接入與管理B.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析C.傳感器硬件制造D.應(yīng)用開(kāi)發(fā)接口（API）答案：C（平臺(tái)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)匯聚、處理和服務(wù)輸出，傳感器制造屬于感知層硬件環(huán)節(jié)）7.邊緣計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的主要作用是（）A.替代云計(jì)算B.降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延C.減少終端設(shè)備計(jì)算能力D.提高廣域網(wǎng)帶寬答案：B（邊緣計(jì)算在靠近終端的邊緣節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)，減少云端傳輸延遲，與云計(jì)算互補(bǔ)而非替代）8.以下哪種傳感器可用于檢測(cè)環(huán)境中的溫濕度？（）A.加速度傳感器B.紅外傳感器C.DHT11D.磁敏傳感器答案：C（DHT11是典型的數(shù)字溫濕度傳感器；加速度傳感器測(cè)運(yùn)動(dòng)，紅外測(cè)物體存在，磁敏測(cè)磁場(chǎng)）9.智能家居系統(tǒng)中，設(shè)備間的“聯(lián)動(dòng)控制”主要依賴（）A.傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集B.云平臺(tái)規(guī)則引擎C.5G高速傳輸D.區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存證答案：B（聯(lián)動(dòng)控制需通過(guò)平臺(tái)預(yù)設(shè)規(guī)則（如“溫度>30℃則啟動(dòng)空調(diào)”），由規(guī)則引擎觸發(fā)執(zhí)行）10.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）中，OPCUA協(xié)議的主要作用是（）A.設(shè)備身份認(rèn)證B.跨廠商設(shè)備數(shù)據(jù)互操作C.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信D.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制答案：B（OPCUA（統(tǒng)一架構(gòu)）是工業(yè)領(lǐng)域的跨平臺(tái)通信協(xié)議，解決不同廠商設(shè)備的互操作性問(wèn)題）11.車聯(lián)網(wǎng)（V2X）中，V2I指的是（）A.車與車通信B.車與基礎(chǔ)設(shè)施通信C.車與行人通信D.車與云端通信答案：B（V2X包括V2V（車-車）、V2I（車-基礎(chǔ)設(shè)施）、V2P（車-行人）、V2N（車-網(wǎng)絡(luò)））12.區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的典型應(yīng)用是（）A.提高傳感器精度B.實(shí)現(xiàn)設(shè)備間高速通信C.保障數(shù)據(jù)不可篡改D.降低終端功耗答案：C（區(qū)塊鏈的分布式賬本和加密技術(shù)可確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性）13.以下哪項(xiàng)屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)？（）A.NB-IoT通信協(xié)議B.機(jī)器學(xué)習(xí)算法C.傳感器節(jié)點(diǎn)部署D.射頻識(shí)別標(biāo)簽設(shè)計(jì)答案：B（應(yīng)用層涉及數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘，機(jī)器學(xué)習(xí)用于數(shù)據(jù)分析；其他選項(xiàng)分屬網(wǎng)絡(luò)層、感知層）14.智慧農(nóng)業(yè)中，用于監(jiān)測(cè)土壤墑情的傳感器是（）A.光照傳感器B.土壤濕度傳感器C.氣體傳感器D.圖像傳感器答案：B（土壤墑情指土壤濕度，需土壤濕度傳感器；光照傳感器測(cè)光照強(qiáng)度，氣體傳感器測(cè)CO?等）15.物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，“網(wǎng)絡(luò)層”的核心功能是（）A.信息采集與感知B.數(shù)據(jù)傳輸與互聯(lián)C.數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用D.設(shè)備控制與執(zhí)行答案：B（感知層負(fù)責(zé)采集，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)傳輸（如4G/5G、LoRa、ZigBee），平臺(tái)層負(fù)責(zé)處理，應(yīng)用層負(fù)責(zé)應(yīng)用）二、填空題（每空1分，共20分）1.物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)核心特征是全面感知、可靠傳輸和智能處理。2.RFID系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）三部分組成。3.傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星型、樹型和網(wǎng)狀（Mesh）三種。4.LPWAN技術(shù)中，LoRa基于擴(kuò)頻（CSS）技術(shù)，NB-IoT基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)（LTE）技術(shù)。5.5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景是eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、uRLLC（超高可靠低時(shí)延）和mMTC（海量機(jī)器類通信）。6.物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的核心模塊包括設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用使能和開(kāi)發(fā)者工具。7.邊緣計(jì)算的典型部署位置是靠近終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，其目標(biāo)是降低時(shí)延和減少帶寬消耗。8.智能家居的典型子系統(tǒng)包括安防系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)和家電控制系統(tǒng)。9.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)物理實(shí)體和虛擬模型的實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的全生命周期管理。三、判斷題（每題2分，共20分）1.物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)單延伸，其核心仍是IP通信協(xié)議。（×）解析：物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)“物-物互聯(lián)”，除IP協(xié)議外，還依賴LPWAN、短距無(wú)線等非IP技術(shù)，核心是“感知+智能”。2.無(wú)源RFID標(biāo)簽的通信距離一定比有源標(biāo)簽短。（√）解析：無(wú)源標(biāo)簽依賴閱讀器能量，距離通常<10米；有源標(biāo)簽自帶電池，距離可達(dá)百米以上。3.ZigBee適合用于智能家居中大量設(shè)備的低功耗、小數(shù)據(jù)量傳輸。（√）解析：ZigBee支持自組網(wǎng)、低功耗（AA電池可用1-2年），適合傳感器、開(kāi)關(guān)等設(shè)備互聯(lián)。4.NB-IoT的覆蓋范圍比LoRa小，但支持更高的傳輸速率。（×）解析：LoRa覆蓋更廣（郊區(qū)可達(dá)15km），NB-IoT基于蜂窩網(wǎng)，覆蓋略小但速率（100-250kbps）高于LoRa（0.3-50kbps）。5.邊緣計(jì)算可以完全替代云計(jì)算，因?yàn)槠涮幚硭俣雀?。（×）解析：邊緣?jì)算處理實(shí)時(shí)性要求高的本地?cái)?shù)據(jù)，海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和復(fù)雜分析仍需云計(jì)算，二者互補(bǔ)。6.傳感器的精度是指測(cè)量值與真實(shí)值的接近程度，而分辨率是指能檢測(cè)到的最小變化量。（√）解析：精度反映準(zhǔn)確性，分辨率反映靈敏度，是傳感器的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。7.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的“設(shè)備上云”僅需將設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)需考慮協(xié)議轉(zhuǎn)換。（×）解析：工業(yè)設(shè)備可能使用Modbus、Profinet等私有協(xié)議，需通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為MQTT等云平臺(tái)兼容協(xié)議。8.車聯(lián)網(wǎng)V2X通信必須依賴5G網(wǎng)絡(luò)，4G無(wú)法支持。（×）解析：V2X可通過(guò)LTE-V（基于4G）或5GNR-V2X實(shí)現(xiàn)，4G已能支持部分低時(shí)延場(chǎng)景。9.區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合時(shí)，所有設(shè)備數(shù)據(jù)都需上鏈存儲(chǔ)，以確保安全性。（×）解析：僅關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如交易記錄、設(shè)備狀態(tài)變更）上鏈，大量原始數(shù)據(jù)仍存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，避免鏈上存儲(chǔ)壓力。10.智慧農(nóng)業(yè)中的無(wú)人機(jī)巡檢屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的典型場(chǎng)景。（√）解析：無(wú)人機(jī)采集圖像/傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至平臺(tái)分析，最終用于農(nóng)業(yè)決策，屬于應(yīng)用層服務(wù)。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.簡(jiǎn)述物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)（感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層）的核心功能及典型技術(shù)。答案：-感知層：功能是采集物理世界信息（如溫度、位置、狀態(tài)）。典型技術(shù)包括傳感器（溫濕度、加速度傳感器）、RFID（標(biāo)簽+閱讀器）、二維碼、攝像頭等。-網(wǎng)絡(luò)層：功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備與平臺(tái)、設(shè)備與設(shè)備間的可靠傳輸。典型技術(shù)包括短距無(wú)線（藍(lán)牙、ZigBee）、廣域網(wǎng)（4G/5G、LoRa、NB-IoT）、有線（以太網(wǎng)、RS485）等。-應(yīng)用層：功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并提供具體服務(wù)。典型技術(shù)包括云計(jì)算（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、大數(shù)據(jù)（挖掘規(guī)律）、人工智能（預(yù)測(cè)決策）、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)（如智能家居APP、工業(yè)監(jiān)控平臺(tái)）等。2.對(duì)比ZigBee與LoRa技術(shù)的適用場(chǎng)景，并說(shuō)明原因。答案：-ZigBee：適用于短距離、低功耗、小數(shù)據(jù)量的場(chǎng)景（如智能家居、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)）。原因：基于IEEE802.15.4，工作在2.4GHz，支持自組網(wǎng)（Mesh），但傳輸距離短（室內(nèi)10-100米）、速率低（250kbps），適合電池供電的終端設(shè)備。-LoRa：適用于長(zhǎng)距離、低速率、廣覆蓋的場(chǎng)景（如智慧農(nóng)業(yè)、遠(yuǎn)程抄表）。原因：基于擴(kuò)頻技術(shù)（CSS），工作在Sub-1GHz頻段（穿透性強(qiáng)），傳輸距離可達(dá)5-15km（郊區(qū)），功耗極低（AA電池可用5-10年），但速率僅0.3-50kbps，適合稀疏、低頻次的數(shù)據(jù)傳輸。3.說(shuō)明5G技術(shù)如何支撐物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，列舉至少3個(gè)關(guān)鍵特性。答案：-超高可靠性與低時(shí)延（uRLLC）：5G空口時(shí)延<1ms，可靠性>99.999%，支持工業(yè)控制、自動(dòng)駕駛等對(duì)時(shí)延敏感的場(chǎng)景。-海量連接（mMTC）：每平方公里支持100萬(wàn)+設(shè)備連接，滿足智慧城市中傳感器、智能電表等海量終端的接入需求。-切片技術(shù)（NetworkSlicing）：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片為不同物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景（如車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制）分配專用資源，保障服務(wù)質(zhì)量（QoS）。-高帶寬（eMBB）：支持10Gbps峰值速率，滿足4K/8K視頻監(jiān)控、AR遠(yuǎn)程運(yùn)維等高帶寬需求。4.簡(jiǎn)述邊緣計(jì)算在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的作用及典型應(yīng)用場(chǎng)景。答案：作用：-降低時(shí)延：在工廠本地邊緣節(jié)點(diǎn)處理設(shè)備數(shù)據(jù)（如機(jī)床振動(dòng)信號(hào)），避免上傳云端的延遲，滿足實(shí)時(shí)控制需求。-減少帶寬消耗：僅將關(guān)鍵分析結(jié)果（如故障預(yù)警）上傳云端，減少原始數(shù)據(jù)傳輸量。-增強(qiáng)安全性：敏感數(shù)據(jù)本地處理，降低網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)。典型場(chǎng)景：-設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)分析機(jī)床振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)，識(shí)別異常并觸發(fā)停機(jī)保護(hù)。-視覺(jué)檢測(cè)：產(chǎn)線攝像頭采集圖像，邊緣節(jié)點(diǎn)通過(guò)AI算法實(shí)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)品缺陷，無(wú)需上傳云端。-本地控制閉環(huán)：PLC（可編程邏輯控制器）與邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制。5.設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居安防系統(tǒng)，需要哪些核心組件？各組件的功能是什么？答案：核心組件及功能：-感知設(shè)備：門磁傳感器（檢測(cè)門窗開(kāi)關(guān)）、人體紅外傳感器（檢測(cè)移動(dòng)）、煙霧傳感器（檢測(cè)火災(zāi)）、攝像頭（視頻監(jiān)控）。功能：采集環(huán)境狀態(tài)信息。-通信模塊：ZigBee/藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)（連接低功耗設(shè)備）、Wi-Fi模塊（連接攝像頭等高速設(shè)備）。功能：將感知數(shù)據(jù)傳輸至中心控制器或云平臺(tái)。-中心控制器：智能家居網(wǎng)關(guān)（如小米中樞、華為智慧屏）。功能：接收數(shù)據(jù)、執(zhí)行預(yù)設(shè)規(guī)則（如“門磁開(kāi)啟且紅外觸發(fā)則報(bào)警”）、控制執(zhí)行設(shè)備。-執(zhí)行設(shè)備：聲光報(bào)警器（觸發(fā)報(bào)警）、智能門鎖（遠(yuǎn)程鎖定）、手機(jī)APP（推送報(bào)警通知）。功能：根據(jù)規(guī)則執(zhí)行響應(yīng)操作。-云平臺(tái)：存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)（如報(bào)警記錄）、支持遠(yuǎn)程訪問(wèn)（用戶通過(guò)APP查看實(shí)時(shí)畫面）、提供AI分析（如區(qū)分人為移動(dòng)與寵物活動(dòng)）。6.分析區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份認(rèn)證中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。答案：優(yōu)勢(shì)：-去中心化：傳統(tǒng)認(rèn)證依賴中心服務(wù)器，易受攻擊；區(qū)塊鏈通過(guò)分布式賬本存儲(chǔ)設(shè)備身份信息（如公鑰、證書），避免單點(diǎn)故障。-不可篡改：設(shè)備身份數(shù)據(jù)經(jīng)哈希加密后上鏈，任何修改需多數(shù)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證，防止偽造或篡改。-自動(dòng)授權(quán)：通過(guò)智能合約（SmartContract）實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的自動(dòng)認(rèn)證（如“傳感器A的證書有效則允許接入網(wǎng)關(guān)B”），無(wú)需人工干預(yù)。-隱私保護(hù)：采用零知識(shí)證明等技術(shù)，設(shè)備僅需提供部分信息即可完成認(rèn)證，避免泄露完整身份數(shù)據(jù)。五、綜合應(yīng)用題（每題10分，共20分）1.某農(nóng)場(chǎng)計(jì)劃建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需監(jiān)測(cè)土壤濕度、溫度、光照強(qiáng)度以及病蟲害情況（通過(guò)圖像識(shí)別）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)，并說(shuō)明各層的關(guān)鍵技術(shù)選型及理由。答案：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)（感知層-網(wǎng)絡(luò)層-平臺(tái)層-應(yīng)用層）：（1）感知層：-土壤濕度傳感器（如FDR頻域反射傳感器）：精度高（±2%），適合長(zhǎng)期埋入土壤監(jiān)測(cè)墑情。-溫濕度傳感器（如SHT30）：數(shù)字式輸出，抗干擾能力強(qiáng)，適合戶外環(huán)境。-光照傳感器（如BH1750）：測(cè)量光強(qiáng)（單位lux），支持寬量程（1-65535lux），滿足農(nóng)業(yè)光照需求。-病蟲害監(jiān)測(cè)攝像頭（如400萬(wàn)像素AI攝像頭）：支持夜間紅外補(bǔ)光，實(shí)時(shí)采集作物葉片圖像。（2）網(wǎng)絡(luò)層：-短距傳輸：傳感器通過(guò)ZigBee模塊（如CC2530）組成Mesh網(wǎng)絡(luò)，低功耗（電池供電6個(gè)月），適合田間分散部署。-長(zhǎng)距傳輸：ZigBee網(wǎng)關(guān)通過(guò)LoRa模塊（如SX1278）將數(shù)據(jù)匯總，LoRa覆蓋范圍廣（5-10km），適合農(nóng)場(chǎng)廣域場(chǎng)景；攝像頭通過(guò)4G/5G模塊（如移遠(yuǎn)EC20）上傳高清圖像，滿足大帶寬需求。（3）平臺(tái)層：-設(shè)備管理：采用華為IoT平臺(tái)，支持多協(xié)議接入（MQTT、CoAP），實(shí)現(xiàn)傳感器和攝像頭的遠(yuǎn)程配置（如調(diào)整采樣頻率）。-數(shù)據(jù)處理：部署邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)（如研華UNO系列），本地處理圖像數(shù)據(jù)（通過(guò)輕量級(jí)AI模型識(shí)別病蟲害類型），僅上傳結(jié)果至云端，減少帶寬消耗。-存儲(chǔ)與分析：云端使用Hadoop+Hive存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)Spark進(jìn)行時(shí)序分析（如土壤濕度與降雨量的關(guān)聯(lián)關(guān)系）。（4）應(yīng)用層：-手機(jī)APP/PC端：實(shí)時(shí)展示土壤濕度（地圖可視化）、溫濕度曲線、病蟲害預(yù)警（紅色標(biāo)注感染區(qū)域）。-智能決策：根據(jù)土壤濕度低于閾值（如30%）自動(dòng)觸發(fā)滴灌系統(tǒng)；根據(jù)病蟲害類型推薦農(nóng)藥（如紅蜘蛛推薦阿維菌素）。2.某制造企業(yè)計(jì)劃通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)，目標(biāo)是通過(guò)分析設(shè)備振動(dòng)、溫度、電流等數(shù)據(jù)，提前72小時(shí)預(yù)警故障。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑，包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理及應(yīng)用環(huán)節(jié)的具體方案。答案：技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑：（1）數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)：-傳感器部署：在關(guān)鍵設(shè)備（如電機(jī)、軸承