2025年大學《系統(tǒng)科學與工程》專業(yè)題庫——物聯(lián)網(wǎng)技術在系統(tǒng)設計中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪一項不屬于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)的典型架構層次？A.感知層B.網(wǎng)絡層C.平臺層D.算法層2.在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計中，用于實現(xiàn)低功耗、遠距離無線通信的技術，通常是指？A.Wi-FiB.ZigbeeC.BluetoothLED.NB-IoT/LoRaWAN3.以下哪種數(shù)據(jù)存儲方式最適用于存儲物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的海量、結構化程度不高的時序數(shù)據(jù)？A.關系型數(shù)據(jù)庫（如MySQL）B.NoSQL數(shù)據(jù)庫（如MongoDB）C.文件系統(tǒng)D.內(nèi)存數(shù)據(jù)庫4.在設計一個需要實時響應的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時，以下哪個環(huán)節(jié)最有可能采用邊緣計算？A.數(shù)據(jù)存儲在云端B.數(shù)據(jù)分析在云端進行C.在本地網(wǎng)關進行初步數(shù)據(jù)處理和決策D.用戶通過手機App查看數(shù)據(jù)5.以下哪項不是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計需要重點考慮的非技術因素？A.系統(tǒng)的可擴展性B.用戶隱私保護法規(guī)C.傳感器部署的成本D.算法的收斂速度6.將物聯(lián)網(wǎng)設備（如傳感器、攝像頭）產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)皆贫诉M行分析，這種數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方式的主要缺點是？A.增加了云平臺的計算負擔B.可能導致網(wǎng)絡帶寬消耗過大C.無法利用邊緣設備進行初步處理D.增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩燥L險7.在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）系統(tǒng)設計中，實現(xiàn)不同廠商設備互聯(lián)互通的關鍵在于？A.傳感器精度的提升B.通信速率的提高C.標準化協(xié)議的應用（如OPCUA,MQTT）D.云計算平臺的選擇8.以下哪種技術通常被用于實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設備與互聯(lián)網(wǎng)之間的安全通信？A.VPNB.SSHC.TLS/SSLD.FTP9.設計一個智慧城市交通管理系統(tǒng)時，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心價值主要體現(xiàn)在？A.實現(xiàn)交通信號燈的自動化控制B.提供實時的交通流量數(shù)據(jù)和預測分析C.降低單個交通信號燈的制造成本D.減少交通警察的數(shù)量10.下列關于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可靠性的描述，錯誤的是？A.應設計冗余機制以應對設備故障B.需要考慮網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訡.系統(tǒng)的復雜性越高，可靠性越容易保證D.應制定應急預案以應對大規(guī)模故障二、填空題（每空1分，共15分）1.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常由_______層、_________層、_________層和_______層組成。2.傳感器是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的_______環(huán)節(jié)，用于感知物理世界或環(huán)境信息。3.MQTT是一種常用于物聯(lián)網(wǎng)的_______通信協(xié)議，以其_______和_______而聞名。4.在物聯(lián)網(wǎng)平臺層，_________負責數(shù)據(jù)的采集、存儲和管理，_________負責數(shù)據(jù)的處理和分析。5.系統(tǒng)設計中常用的_______原則要求系統(tǒng)易于增加新的功能或組件。6.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面臨的主要安全威脅包括_______攻擊、_______攻擊和_______漏洞。7.邊緣計算將部分計算任務從云端轉(zhuǎn)移到_______處，以減少延遲和提高_______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺層的主要功能及其在系統(tǒng)設計中的作用。2.與傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)相比，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在設計上有哪些顯著的不同和挑戰(zhàn)？3.在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計中，如何平衡數(shù)據(jù)收集的全面性與用戶隱私保護之間的關系？4.簡述系統(tǒng)建模在物聯(lián)網(wǎng)應用需求分析和系統(tǒng)設計過程中的作用。四、論述題（每題10分，共30分）1.假設你需要為一個大型農(nóng)場設計一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，請簡述該系統(tǒng)的主要設計目標，并列舉需要考慮的關鍵物聯(lián)網(wǎng)技術模塊及其作用。2.選擇一個你熟悉的物聯(lián)網(wǎng)應用領域（如智能醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、智慧物流等），分析該領域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)在可靠性、實時性、安全性方面提出的特殊要求，并說明系統(tǒng)設計時如何應對這些要求。3.結合系統(tǒng)科學的觀點，論述在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計過程中，如何進行有效的需求分析，以確保最終建成的系統(tǒng)能夠真正滿足用戶和業(yè)務的需求。試卷答案一、選擇題1.D2.D3.B4.C5.D6.B7.C8.C9.B10.C二、填空題1.感知層，網(wǎng)絡層，平臺層，應用層2.感知3.發(fā)布/訂閱，輕量級，發(fā)布/訂閱4.數(shù)據(jù)采集存儲管理，數(shù)據(jù)處理分析5.可擴展性6.網(wǎng)絡層，應用層，硬件/固件7.物聯(lián)網(wǎng)設備/邊緣節(jié)點，實時性三、簡答題1.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺層的主要功能包括數(shù)據(jù)的采集接入、存儲管理、處理分析、應用開發(fā)和設備管理等。它在系統(tǒng)設計中起到承上啟下的作用，負責將來自感知層的原始數(shù)據(jù)整合、處理后，為應用層提供可靠的數(shù)據(jù)和服務支撐，是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心樞紐。2.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計與傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)的不同主要體現(xiàn)在：規(guī)模巨大且異構性高（設備數(shù)量龐大、類型多樣、資源受限）；強調(diào)實時性與可靠性（尤其應用于控制領域）；面臨嚴峻的安全挑戰(zhàn)（設備資源有限、攻擊面廣）；數(shù)據(jù)量大且具有時序性；涉及復雜的行業(yè)應用場景。挑戰(zhàn)在于設備的低功耗與自組織、海量數(shù)據(jù)的處理與管理、跨平臺與跨協(xié)議的互操作性、統(tǒng)一的安全保障體系以及長期運維管理。3.在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計中平衡數(shù)據(jù)收集與用戶隱私保護，需要在技術層面采用數(shù)據(jù)脫敏、匿名化處理、訪問控制等手段限制數(shù)據(jù)的敏感性和傳播范圍；在管理層面制定嚴格的數(shù)據(jù)使用規(guī)范和隱私政策，明確數(shù)據(jù)所有權和使用權，并獲得用戶的知情同意；在法律法規(guī)層面遵守GDPR等隱私保護法規(guī)；同時，可以通過用戶可配置的隱私設置，讓用戶自主控制個人信息的共享程度。4.系統(tǒng)建模在物聯(lián)網(wǎng)應用需求分析和系統(tǒng)設計過程中的作用在于：能夠?qū)⒊橄蟮男枨蠛蛷碗s的系統(tǒng)特性以圖形化或形式化的方式表達出來，便于理解、溝通和驗證；有助于清晰地識別系統(tǒng)的邊界、組成要素及其相互關系，為后續(xù)的設計和開發(fā)奠定基礎；可以作為分析系統(tǒng)性能、可行性以及進行模擬仿真的依據(jù)；有助于在早期發(fā)現(xiàn)設計缺陷和潛在風險，降低后期修改成本；是需求管理和變更控制的重要工具。四、論述題1.智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的主要設計目標可能包括：精準環(huán)境監(jiān)測與控制（如溫濕度、光照、土壤墑情）、智能灌溉與施肥、作物生長狀態(tài)實時感知與預測、病蟲害預警、自動化采收輔助等，最終目的是提高產(chǎn)量、優(yōu)化資源利用、降低人工成本并減少環(huán)境影響。關鍵物聯(lián)網(wǎng)技術模塊及其作用包括：感知層模塊（各種傳感器如溫濕度、光照、土壤傳感器、攝像頭、GPS等，用于采集環(huán)境、作物生長、設備狀態(tài)等數(shù)據(jù)）；網(wǎng)絡層模塊（使用LoRaWAN、NB-IoT等LPWAN技術或Wi-Fi、Zigbee等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸）；平臺層模塊（云平臺負責海量數(shù)據(jù)的存儲、處理、分析，運行AI模型進行預測，并提供可視化界面和遠程控制接口）；應用層模塊（提供具體的業(yè)務應用，如智能灌溉控制、病蟲害識別、產(chǎn)量預測等）。2.以智能醫(yī)療領域為例，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對可靠性的要求極高（如患者監(jiān)護數(shù)據(jù)不能中斷），實時性要求強（如緊急情況下的報警需即時傳遞），安全性要求極為嚴格（涉及個人健康隱私和生命安全，需防止數(shù)據(jù)泄露和未授權訪問）。系統(tǒng)設計時應對這些要求采取相應措施：可靠性上采用冗余設計（如雙路供電、設備備份、數(shù)據(jù)多路徑傳輸）；實時性上選擇低延遲的通信技術（如5G、有線連接），優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程，部署邊緣計算節(jié)點進行本地快速響應；安全性上采用端到端的強加密（TLS/SSL），嚴格的身份認證和訪問控制機制，安全啟動和固件更新機制，以及入侵檢測和防御系統(tǒng)，并遵守HIPAA等醫(yī)療數(shù)據(jù)安全法規(guī)。3.結合系統(tǒng)科學的觀點進行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需求分析，首先應采用系統(tǒng)思維，從整體出發(fā)，理解用戶需求背后的業(yè)務目標和系統(tǒng)所處的環(huán)境，識別所有相關的利益相關者及其期望。運用系統(tǒng)工程的方法論（如需求工程中的訪談、問卷、用例分析、場景分析等），系統(tǒng)地、結構化地收集、分析和表達需求，區(qū)分功能性需求（系統(tǒng)應做什么