2025年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)工程師資格考試試卷答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.關(guān)于LoRaWAN技術(shù)，以下描述正確的是：A.采用OFDM調(diào)制方式B.支持星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)C.工作在5GHz頻段D.數(shù)據(jù)速率固定為100kbps答案：B解析：LoRaWAN（長(zhǎng)距離廣域網(wǎng)）采用擴(kuò)頻調(diào)制（CSS），工作在Sub-GHz頻段（如433MHz、868MHz、915MHz），支持星型拓?fù)洌ńK端節(jié)點(diǎn)直接連接網(wǎng)關(guān)），數(shù)據(jù)速率可自適應(yīng)調(diào)整（0.3kbps-50kbps），因此正確選項(xiàng)為B。2.5GmMTC（大規(guī)模機(jī)器類通信）場(chǎng)景的關(guān)鍵指標(biāo)是：A.峰值速率10GbpsB.連接數(shù)密度100萬/平方公里C.端到端延遲1msD.移動(dòng)性支持500km/h答案：B解析：5G三大場(chǎng)景中，eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）關(guān)注峰值速率（10Gbps），uRLLC（超可靠低延遲）關(guān)注延遲（1ms）和可靠性；mMTC（大規(guī)模連接）核心指標(biāo)是連接數(shù)密度（典型100萬/平方公里），因此選B。3.物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用MQTT協(xié)議時(shí)，QoS2等級(jí)的含義是：A.最多一次傳輸B.至少一次傳輸C.恰好一次傳輸D.按優(yōu)先級(jí)傳輸答案：C解析：MQTT的QoS（服務(wù)質(zhì)量）等級(jí)中，QoS0為“最多一次”（可能丟失），QoS1為“至少一次”（可能重復(fù)），QoS2為“恰好一次”（通過四次握手確保不丟失、不重復(fù)），因此選C。4.某物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣頻率為1Hz，每次采樣數(shù)據(jù)大小為16字節(jié)，采用LoRa傳輸（空口速率2.4kbps），則單次數(shù)據(jù)傳輸?shù)目罩袝r(shí)間（AirTime）約為：A.53msB.106msC.159msD.212ms答案：B解析：空中時(shí)間計(jì)算公式為：AirTime=(PayloadSize×8)/DataRate×(1+CodingRate)。假設(shè)編碼率為4/5（常見配置），則有效載荷比特?cái)?shù)=16×8=128bit，實(shí)際傳輸比特?cái)?shù)=128×(5/4)=160bit?？湛谒俾?.4kbps=2400bit/s，因此AirTime=160/2400≈0.0667s=66.7ms。但需考慮LoRa的前導(dǎo)碼和幀頭開銷（通常約40ms），總時(shí)間約106ms，故選B。5.邊緣計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的核心優(yōu)勢(shì)是：A.降低云服務(wù)器成本B.減少數(shù)據(jù)傳輸延遲C.提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量D.簡(jiǎn)化設(shè)備端算法答案：B解析：邊緣計(jì)算通過在靠近設(shè)備的邊緣節(jié)點(diǎn)（如網(wǎng)關(guān)、邊緣服務(wù)器）處理數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)回傳云端的延遲（典型從毫秒級(jí)到秒級(jí)降低至微秒級(jí)），同時(shí)可減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，因此核心優(yōu)勢(shì)是B。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯(cuò)選不得分）1.以下屬于低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)的有：A.ZigbeeB.NB-IoTC.LoRaWAND.SigFox答案：BCD解析：Zigbee屬于短距離低功耗無線技術(shù)（覆蓋范圍<1km），而NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）、LoRaWAN、SigFox均為L(zhǎng)PWAN技術(shù)（覆蓋范圍10-50km），支持低功耗、廣覆蓋，故選BCD。2.物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份認(rèn)證的常用方法包括：A.預(yù)共享密鑰（PSK）B.X.509數(shù)字證書C.動(dòng)態(tài)令牌（OTP）D.生物特征識(shí)別答案：ABC解析：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常資源受限，生物特征識(shí)別（如指紋、人臉）因計(jì)算和存儲(chǔ)需求高，較少用于設(shè)備認(rèn)證；PSK、數(shù)字證書、OTP（如基于HMAC的動(dòng)態(tài)令牌）是常見方法，故選ABC。3.物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)清洗的關(guān)鍵步驟包括：A.缺失值處理B.異常值檢測(cè)C.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化D.數(shù)據(jù)加密答案：ABC解析：數(shù)據(jù)清洗是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的過程，包括處理缺失值（插值、刪除）、檢測(cè)異常值（如基于統(tǒng)計(jì)的Z-score方法）、標(biāo)準(zhǔn)化（如歸一化）；數(shù)據(jù)加密屬于安全范疇，不屬于清洗步驟，故選ABC。4.以下符合物聯(lián)網(wǎng)傳感器選型原則的是：A.優(yōu)先選擇高精度傳感器，忽略功耗B.根據(jù)被測(cè)參數(shù)的量程選擇傳感器C.考慮環(huán)境適應(yīng)性（如溫濕度、抗干擾）D.選擇與現(xiàn)有通信協(xié)議兼容的接口答案：BCD解析：物聯(lián)網(wǎng)傳感器需平衡精度與功耗（如電池供電設(shè)備需低功耗），因此A錯(cuò)誤；B（量程匹配）、C（環(huán)境適應(yīng)性）、D（接口兼容）均為關(guān)鍵原則，故選BCD。5.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）中時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的核心功能包括：A.確定性數(shù)據(jù)傳輸B.網(wǎng)絡(luò)流量整形C.端到端延遲保障D.支持大規(guī)模隨機(jī)接入答案：ABC解析：TSN通過時(shí)間同步（IEEE802.1AS）、流量調(diào)度（如門控列表）、幀搶占等技術(shù)實(shí)現(xiàn)確定性傳輸（微秒級(jí)延遲）和流量整形；大規(guī)模隨機(jī)接入是蜂窩網(wǎng)絡(luò)（如5G）的特性，TSN不涉及，故選ABC。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)的組成及各層核心功能。答：物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。（1）感知層：由傳感器、RFID標(biāo)簽、智能終端等設(shè)備組成，核心功能是通過各種感知技術(shù)（如傳感器采樣、RFID識(shí)別）獲取物理世界的信息，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。典型技術(shù)包括MEMS傳感器、Zigbee、藍(lán)牙等短距通信。（2）網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層或邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，核心功能是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合與數(shù)據(jù)傳輸。包括蜂窩網(wǎng)絡(luò)（4G/5G）、LPWAN（NB-IoT、LoRa）、工業(yè)總線（Modbus、CAN）等，需解決多協(xié)議兼容、低延遲傳輸?shù)葐栴}。（3）應(yīng)用層：基于底層數(shù)據(jù)提供具體服務(wù)，核心功能是數(shù)據(jù)處理、分析及業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)。包括物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（如AWSIoT、阿里云IoT）、大數(shù)據(jù)分析、AI模型推理等，支撐智慧城市、工業(yè)監(jiān)控等場(chǎng)景。2.說明低功耗藍(lán)牙（BLE）與傳統(tǒng)藍(lán)牙（ClassicBluetooth）的主要區(qū)別。答：主要區(qū)別體現(xiàn)在以下方面：（1）功耗：BLE采用低功耗設(shè)計(jì)（典型工作電流<10mA），支持紐扣電池供電（續(xù)航數(shù)月至數(shù)年）；傳統(tǒng)藍(lán)牙功耗較高（工作電流50-100mA），主要用于持續(xù)連接場(chǎng)景（如耳機(jī)）。（2）傳輸速率：傳統(tǒng)藍(lán)牙最高速率2-3Mbps（EDR），BLE速率較低（1Mbps，最新BLE5.3支持2Mbps）。（3）連接模式：傳統(tǒng)藍(lán)牙支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（如1主8從），BLE支持廣播（無連接）和點(diǎn)對(duì)多連接（1主最多連接127從），更適合傳感器網(wǎng)絡(luò)。（4）應(yīng)用場(chǎng)景：傳統(tǒng)藍(lán)牙用于音頻、文件傳輸?shù)雀咚賵?chǎng)景；BLE用于物聯(lián)網(wǎng)傳感器（溫濕度、心率帶）、低功耗設(shè)備（智能鎖、Beacon）。3.分析物聯(lián)網(wǎng)中邊緣計(jì)算與云計(jì)算的協(xié)同模式。答：邊緣計(jì)算與云計(jì)算的協(xié)同主要通過“云-邊-端”三層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，具體模式包括：（1）數(shù)據(jù)分級(jí)處理：實(shí)時(shí)性要求高、隱私敏感的數(shù)據(jù)在邊緣節(jié)點(diǎn)（如網(wǎng)關(guān)）完成預(yù)處理（如過濾、聚合），僅關(guān)鍵結(jié)果上傳云端；非實(shí)時(shí)、需全局分析的數(shù)據(jù)（如歷史趨勢(shì)）上傳云端處理。例如，工廠設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)在邊緣端完成異常檢測(cè)，僅報(bào)警信息上傳云端。（2）模型協(xié)同訓(xùn)練：云端訓(xùn)練通用AI模型（如設(shè)備故障預(yù)測(cè)模型），邊緣節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地?cái)?shù)據(jù)微調(diào)模型（如特定產(chǎn)線的個(gè)性化參數(shù)），并將優(yōu)化后的模型反饋云端迭代，實(shí)現(xiàn)“云訓(xùn)練-邊推理”。（3）資源動(dòng)態(tài)調(diào)度：云端監(jiān)控邊緣節(jié)點(diǎn)負(fù)載，當(dāng)邊緣計(jì)算資源不足時(shí)（如突發(fā)數(shù)據(jù)量），將部分任務(wù)遷移至云端；反之，將非核心任務(wù)下沉至邊緣，降低網(wǎng)絡(luò)壓力。例如，智慧城市攝像頭的視頻分析，高峰時(shí)段由邊緣處理，低峰時(shí)段由云端處理。4.列舉物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全防護(hù)的5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并簡(jiǎn)要說明。答：（1）硬件安全模塊（HSM）：在設(shè)備中集成專用安全芯片（如SE、eSE），存儲(chǔ)密鑰、執(zhí)行加密運(yùn)算，防止物理攻擊（如側(cè)信道攻擊）。（2）輕量級(jí)加密算法：針對(duì)資源受限設(shè)備（如8位MCU），采用AES-128（優(yōu)化實(shí)現(xiàn)）、ChaCha20等低計(jì)算復(fù)雜度算法，平衡安全性與功耗。（3）設(shè)備身份認(rèn)證：通過預(yù)共享密鑰（PSK）、X.509證書或動(dòng)態(tài)令牌（如基于HMAC的OTP），確保只有合法設(shè)備能接入網(wǎng)絡(luò)。（4）安全通信協(xié)議：使用TLS1.3（傳輸層）、DTLS（數(shù)據(jù)報(bào)傳輸層）或MQTToverTLS，加密端到端通信，防止中間人攻擊。（5）固件安全升級(jí)（FOTA）：采用簽名驗(yàn)證（如RSA-SHA256）確保升級(jí)包未被篡改，支持差分升級(jí)（減少傳輸數(shù)據(jù)量），防止惡意固件植入。5.設(shè)計(jì)一個(gè)基于Zigbee3.0的智能照明系統(tǒng)，需說明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、設(shè)備類型及關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。答：（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌翰捎镁W(wǎng)狀拓?fù)洌∕esh），支持多跳路由，提升覆蓋范圍和可靠性。中心協(xié)調(diào)器（Coordinator）負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)初始化，路由節(jié)點(diǎn)（Router）擴(kuò)展覆蓋，終端節(jié)點(diǎn)（EndDevice）為智能燈泡。（2）設(shè)備類型：-協(xié)調(diào)器：部署在家庭網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)建立、節(jié)點(diǎn)管理（如加入/退出）。-路由節(jié)點(diǎn)：部署在走廊、客廳等位置，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)（如智能開關(guān)到燈泡的控制指令）。-終端節(jié)點(diǎn)：智能燈泡（支持調(diào)光、調(diào)色），低功耗模式（空閑時(shí)休眠，接收指令時(shí)喚醒）。-控制設(shè)備：智能開關(guān)（電池供電，采用ZigbeeGreenPower協(xié)議降低功耗）、手機(jī)APP（通過網(wǎng)關(guān)與Zigbee網(wǎng)絡(luò)交互）。（3）關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：-低功耗優(yōu)化：終端節(jié)點(diǎn)采用周期性休眠（如每1秒喚醒監(jiān)聽），結(jié)合Zigbee的APS層確認(rèn)機(jī)制確保指令可靠傳輸。-互操作性：遵循Zigbee3.0標(biāo)準(zhǔn)（統(tǒng)一簇協(xié)議，如照明簇、場(chǎng)景簇），支持不同廠商設(shè)備（如飛利浦Hue、小米）互聯(lián)互通。-安全機(jī)制：采用AES-128加密（網(wǎng)絡(luò)密鑰和應(yīng)用密鑰），支持設(shè)備加入時(shí)的信任中心認(rèn)證（TrustCenter），防止非法節(jié)點(diǎn)接入。-場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)：通過Zigbee的場(chǎng)景（Scene）功能，預(yù)設(shè)“回家模式”（打開客廳燈、調(diào)至暖光），由傳感器（如門磁）觸發(fā)執(zhí)行。四、綜合應(yīng)用題（共25分）某園區(qū)需建設(shè)智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求監(jiān)測(cè)溫度、濕度、PM2.5、CO2濃度4類參數(shù)，覆蓋面積10萬平方米（包含辦公樓、廠房、綠化帶），設(shè)備數(shù)量約500臺(tái)，電池供電（續(xù)航≥2年），數(shù)據(jù)需實(shí)時(shí)上傳至云端平臺(tái)（延遲≤5秒），并支持異常報(bào)警（如溫度>35℃觸發(fā)短信通知）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該系統(tǒng)的技術(shù)方案，包括：（1）傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸方案；（3）云端平臺(tái)功能；（4）低功耗與可靠性保障措施。答：（1）傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)-硬件選型：主控芯片采用低功耗MCU（如NordicnRF5340，支持藍(lán)牙5.3和Thread），傳感器選擇高精度、低功耗型號(hào)（如SHT30溫濕度傳感器，平均功耗<1μA；SGP40空氣質(zhì)量傳感器，支持PM2.5/CO2檢測(cè)）。-電路設(shè)計(jì)：采用電源管理模塊（如TITPS62740，轉(zhuǎn)換效率>90%），傳感器僅在采樣時(shí)供電（占空比<1%），休眠時(shí)MCU進(jìn)入深度睡眠（功耗<0.5μA）。-數(shù)據(jù)采集：采樣頻率設(shè)置為5分鐘/次（平衡實(shí)時(shí)性與功耗），每次采集后進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)（CRC16），確保原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸方案-廣域網(wǎng)：采用NB-IoT（覆蓋廣、功耗低），單節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率<23dBm，支持深度覆蓋（穿透3-4層樓），滿足園區(qū)復(fù)雜環(huán)境需求。-短距離補(bǔ)充：廠房?jī)?nèi)若NB-IoT信號(hào)弱，部署LoRa網(wǎng)關(guān)（470MHz頻段），傳感器節(jié)點(diǎn)通過LoRa（擴(kuò)頻增益12）與網(wǎng)關(guān)通信，再由網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)/4G上傳云端。-協(xié)議選擇：應(yīng)用層采用MQTT-SN（MQTT的傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化版），減少報(bào)頭開銷（固定報(bào)頭2字節(jié)）；傳輸層使用DTLS1.3加密（橢圓曲線算法ECDH，降低計(jì)算量）。（3）云端平臺(tái)功能-數(shù)據(jù)接入：支持NB-IoT/LoRa多協(xié)議接入，使用消息隊(duì)列（Kafka）緩沖高并發(fā)數(shù)據(jù)（500節(jié)點(diǎn)×5分鐘/次≈167條/秒），確保不丟包。-數(shù)據(jù)處理：實(shí)時(shí)計(jì)算（Flink）完成數(shù)據(jù)清洗（剔除超出量程值）、歸一化（統(tǒng)一單位），存儲(chǔ)至?xí)r序數(shù)據(jù)庫（InfluxDB，支持高效時(shí)間序列查詢）。-智能分析：基于歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練異常檢測(cè)模型（如IsolationForest），識(shí)別溫度/濕度突變（如30秒內(nèi)溫度上升5℃）；設(shè)置閾值規(guī)則（如溫度>35℃、CO2>1500ppm），觸發(fā)報(bào)警。-可視化與交互：提供Web端/APP界面，展示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線、設(shè)備狀態(tài)（電池電量、信號(hào)強(qiáng)度），支持用戶自定義報(bào)警規(guī)則（如特定區(qū)域的PM2.5閾值）。-設(shè)備管理：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置（修改采樣頻率）、固件升級(jí)（FOTA，差分升級(jí)減少流量）、故障診斷（通過心跳包缺失判斷離線）。（4）低功耗與可靠性保障措施-低功耗：-硬件：采用低功耗MCU和傳感器，關(guān)閉非必要外設(shè)（如ADC僅在采樣時(shí)啟用）。-軟件：優(yōu)化喚醒機(jī)制（如RTC定時(shí)喚醒，誤差<0.5%），減少無線模塊工作時(shí)間（NB-IoT每次傳輸耗時(shí)<200ms，占空比<0.1%）。-能量采集：在綠化帶等戶外區(qū)域，為