2025年智能制造工程(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與智能制造工程)試卷及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在OPCUA信息模型中，用于描述“設備能力”的核心節(jié)點類是A.ObjectNode??B.VariableNode??C.MethodNode??D.ViewNode答案：A解析：ObjectNode可聚合組件、功能與能力，VariableNode僅承載數(shù)據(jù)值，MethodNode表示可調(diào)用方法，ViewNode提供視圖篩選，故選A。2.IEC6178433對PROFINETIRT的抖動指標規(guī)定，在100Mbit/s全雙工鏈路上，節(jié)點間時鐘同步精度應優(yōu)于A.1μs??B.100ns??C.10ns??D.1ms答案：B解析：標準文本第5.2.1條明確“jitter<100ns”，1μs為RT類指標，10ns為802.1AS目標，1ms為普通TCP典型值。3.下列MQTT5.0屬性中，用于實現(xiàn)“消息流控”的是A.TopicAlias??B.MaximumPacketSize??C.ReceiveMaximum??D.SubscriptionIdentifier答案：C解析：ReceiveMaximum限定客戶端未確認發(fā)布數(shù)，實現(xiàn)背壓流控；TopicAlias減少報文長度；MaximumPacketSize限制報文尺寸；SubscriptionIdentifier用于服務端路由優(yōu)化。4.在TSCH（IEEE802.15.4e）網(wǎng)絡中，決定時隙長度的是A.slotFrameSize??B.slotDuration??C.macBeaconOrder??D.macSuperframeOrder答案：B解析：slotDuration為固定10ms或可配置短槽，slotFrameSize僅決定循環(huán)長度，BeaconOrder/SuperframeOrder屬于802.15.42006傳統(tǒng)超幀概念。5.OPCUAPubSub使用UDP多播時，默認的Wellknown端口為A.4840??B.4843??C.1883??D.48410答案：D解析：4840為UATCP默認端口，4843為HTTPS端口，1883為MQTT端口，48410由IANA分配給OPCUAPubSubUDP。6.在ModbusTCP協(xié)議中，功能碼0x18表示A.ReadFIFOQueue??B.Read/WriteMultipleRegisters??C.MaskWriteRegister??D.ReadDeviceIdentification答案：A解析：0x18為讀FIFO隊列，0x17為讀寫多寄存器，0x16為屏蔽寫寄存器，0x2B/0x0E為讀設備標識。7.采用gRPC作為設備服務接口時，為保證確定性傳輸，最適合的底層傳輸方式是A.HTTP/1.1overTCP??B.HTTP/2overQUIC??C.HTTP/2overTSN??D.WebSocketoverUDP答案：C解析：TSN提供有界時延與零擁塞丟失，HTTP/2幀級復用可映射到TSN門控列表，實現(xiàn)gRPC確定性。8.在IEC61499功能塊網(wǎng)絡中，事件輸出與數(shù)據(jù)輸出之間的“保持時間”由下列哪個參數(shù)描述A.DT??B.CDT??C.QI??D.WITH答案：B解析：CDT（ColdDelayTime）定義事件數(shù)據(jù)最大保持時間，防止數(shù)據(jù)失效；DT為算法耗時，QI為質(zhì)量指示，WITH為事件數(shù)據(jù)關聯(lián)語法。9.下列關于DDS域（Domain）描述正確的是A.同一域內(nèi)所有主題必須相同數(shù)據(jù)類型??B.域參與者通過DomainTag區(qū)分??C.域ID為16位無符號整數(shù)??D.域內(nèi)發(fā)現(xiàn)依賴MQTTBroker答案：C解析：DDS規(guī)范規(guī)定域ID0231可用，16位為歷史遺留實現(xiàn)常見長度；同一域可包含多主題多類型；DomainTag為分區(qū)概念；DDS為去中心化，無需Broker。10.在5GACIA定義的“工業(yè)5G設備類型”中，支持TSN轉(zhuǎn)換功能且時鐘精度<500ns的類別為A.RedCap??B.DTURLLC??C.ITSNBridge??D.eRedCap答案：C解析：ITSNBridge明確要求支持802.1AS與802.1Qbv轉(zhuǎn)換，RedCap為輕量級終端，DTURLLC為下行大帶寬，eRedCap為增強型RedCap，無TSN橋接要求。二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列哪些機制可用于OPCUA安全的多路復用會話？A.SecureChannel??B.Session??C.Token??D.PubSubSecurityKeyService??E.ReverseConnect答案：A、B、D解析：SecureChannel提供加密隧道，Session在其上復用，PubSubSKS負責密鑰分發(fā)；Token為認證載體，ReverseConnect為穿越NAT機制，均不直接提供多路復用。12.關于IEEE802.1Qcc增強型SRP，以下說法正確的是A.支持集中式配置模型??B.引入MSRP流增強TLV??C.支持IPv6層流識別??D.保持與802.1Qav完全向后兼容??E.支持周期小于31.25μs的TSN流答案：A、B、C、E解析：Qcc新增CentralizedUserConfiguration(CUC)實體，MSRP增強TLV擴展流參數(shù)，支持IP元組識別；31.25μs為Qbv最小周期；Qcc修改了部分Qav行為，非完全兼容。13.在MQTTSparkplugB規(guī)范中，用于“設備生命周期管理”的報文類型包括A.NBIRTH??B.NDEATH??C.DBIRTH??D.DDEATH??E.STATE答案：A、B、C、D解析：NBIRTH/NDEATH為節(jié)點級，DBIRTH/DDEATH為設備級，STATE為邊緣節(jié)點與主應用間心跳，不直接管理設備生命周期。14.下列哪些字段屬于PROFINETIODD文件中的ProcessData描述段？A.RecordData??B.Slot??C.Subslot??D.DataType??E.AllowedValues答案：B、C、D解析：IODD用Slot/Subslot定位，DataType描述格式；RecordData為參數(shù)段，AllowedValues為參數(shù)約束，非過程數(shù)據(jù)。15.在IEC622643企業(yè)控制系統(tǒng)集成模型中，Level3活動包括A.生產(chǎn)調(diào)度??B.質(zhì)量管理??C.維護管理??D.過程監(jiān)控??E.物料管理答案：A、B、C、E解析：Level3為制造運行管理，過程監(jiān)控屬Level2；標準定義MOM含生產(chǎn)、質(zhì)量、維護、庫存四域。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.CoAP協(xié)議中，Token字段用于端到端異步匹配請求與響應，長度可擴展至8B。答案：√解析：RFC7252第3.1節(jié)，Token長度08B，由TKL字段指示。17.在OPCUA中，HasProperty引用的TargetNode不能是ObjectNode。答案：√解析：HasProperty指向VariableNode，ObjectNode需用HasComponent。18.DDS的QoS策略LatencyBudget決定數(shù)據(jù)寫入到接收通知的最大允許延遲，若超期樣本會被自動丟棄。答案：×解析：LatencyBudget為提示性策略，不強制丟棄，由實現(xiàn)決定是否優(yōu)化路徑。19.ModbusRTU幀中，功能碼0x08子功能0x0004表示“清除計數(shù)器”。答案：√解析：Modbus應用協(xié)議規(guī)范V1.1b第6.8條，子功能0x0004為清除通信事件計數(shù)器。20.TSN802.1Qbv門控列表在每周期內(nèi)只能切換一次門狀態(tài)。答案：×解析：門控列表支持每時隙切換，允許多次開關。21.gRPC使用protobuf時，字段編號1900019999保留給Google內(nèi)部實現(xiàn)。答案：√解析：proto3語言指南明確保留該范圍。22.IEC61499基本功能塊ECC中，同一狀態(tài)內(nèi)不允許出現(xiàn)多個動作算法。答案：×解析：標準允許一個狀態(tài)綁定多個算法，按順序執(zhí)行。23.5GR16定義的NRU操作在5GHz免許可頻段，支持20MHz子載波間隔。答案：×解析：NRU子載波間隔15/30/60kHz，20MHz為信道帶寬，非子載波間隔。24.SparkplugB規(guī)定邊緣節(jié)點重新上線時必須重新發(fā)布NBIRTH，且保持相同GroupID。答案：√解析：規(guī)范2.2版第5.2.1條，GroupID為持久拓撲標識。25.IEEE802.1AS2020支持對IPv6多播路徑的時鐘同步。答案：√解析：新增對Layer3多播的支持，擴展gPTP。四、填空題（每空2分，共20分）26.OPCUA二進制編碼中，ExpandedNodeId的三元組為NamespaceIndex,Identifier,________。答案：ServerIndex解析：用于跨服務器引用。27.PROFINET的MRP（MediaRedundancyProtocol）環(huán)網(wǎng)恢復時間典型值為________ms。答案：200解析：IEC624392定義環(huán)上200ms內(nèi)恢復。28.MQTT5.0中，用于指示“消息為遺囑消息”的標志位位于________報文固定頭。答案：CONNACK解析：CONNACK會話存在標志第0位。29.在IEEE802.1Qbv中，GuardBand最小長度應大于最大幀傳輸時間加________。答案：傳播延遲+同步誤差解析：防止幀切斷，需覆蓋鏈路傳播與同步抖動。30.IEC61499功能塊類型中，________功能塊用于封裝C++算法。答案：ServiceSequence解析：SS功能塊允許綁定外部語言實現(xiàn)。31.DDS發(fā)現(xiàn)協(xié)議中，SPDP的默認端口為________。答案：7400解析：RTPS規(guī)范定義wellknown端口74007409。32.ModbusTCP單元標識符用于在________網(wǎng)絡中路由請求。答案：串行橋接解析：橋接ModbusRTU設備時標識子站地址。33.5GNR的SSB突發(fā)周期在工廠場景推薦設置為________ms以降低初始接入延遲。答案：5解析：3GPPR16工廠自動化測試集采用5ms。34.gRPC的________流模式允許客戶端單次請求、服務端持續(xù)推送。答案：Serverstreaming解析：proto定義stream關鍵字置于響應前。35.IEC62264中，Level4的企業(yè)物流指________管理。答案：產(chǎn)品定義與生產(chǎn)資源解析：Level4為業(yè)務計劃與物流，含產(chǎn)品定義、資源、物料。五、簡答題（每題8分，共40分）36.說明OPCUAPubSubUDP多播中，如何基于ETW進行實時性能追蹤，并給出關鍵事件ID。答案：1.在Windows環(huán)境啟用MicrosoftOPCUAPubSubProvider，GUID{A3D9F3D712344C568E901234567890AB}。2.關鍵事件ID：101發(fā)送數(shù)據(jù)集報文，含PublisherId、GroupId、NetworkMessageNumber；102接收數(shù)據(jù)集報文，含接收時間戳、接口索引；103加密失敗，含StatusCode0x80xxxxxx；104丟包檢測，含PreviousSequenceNumber、CurrentSequenceNumber。3.使用tracelogstartPubSubTraceguid上述GUIDlevel5，實時寫入.etl，通過WPA加載解析，可計算端到端延遲、丟包率。解析：ETW提供內(nèi)核級時間戳，精度100ns，適合亞毫秒級診斷。37.比較PROFINETIRT與TSN802.1Qbv在“周期長度配置”上的差異，并給出工程換算公式。答案：1.IRT周期由IODD中SlotTime×ReductionRatio決定，最小31.25μs，ReductionRatio取值2^n，n=0…10。2.Qbv周期為GateControlList循環(huán)時間，可任意設定，最小受限于最大幀長+GuardBand，典型125μs。3.換算：當IRT周期T_irt=125μs，ReductionRatio=4，則SlotTime=125/4=31.25μs；若遷移到TSN，需保持相同帶寬，則Qbv周期T_tsn≥T_irt，GuardBand≥MaxFrameTime+PropagationDelay。解析：TSN提供更細粒度，但需重新計算門控表，保證同周期內(nèi)原有IRT帶寬不變。38.描述MQTTSparkplugB中“PrimaryHost”失效切換流程，并指出狀態(tài)機關鍵變量。答案：1.邊緣節(jié)點維護PrimaryHostOnline布爾變量，初始False。2.節(jié)點上電發(fā)布NBIRTH，攜帶bdSeq=0，等待主應用回復STATE報文，payload中包含“online=true”。3.若30s內(nèi)未收到STATE，則進入Holdoff狀態(tài)，重試計數(shù)器phRetryCnt++，指數(shù)退避重發(fā)NBIRTH。4.收到online=true后設置PrimaryHostOnline=True，開始周期性發(fā)布數(shù)據(jù)。5.主應用宕機時，TCP斷開觸發(fā)WillMessage，邊緣節(jié)點收到NDEATH或心跳超時，置PrimaryHostOnline=False，停止數(shù)據(jù)發(fā)布，進入StoreandForward，緩存數(shù)據(jù)至本地環(huán)形緩沖區(qū)。6.主應用恢復后，重新收到online=true，邊緣節(jié)點發(fā)布NBIRTH（bdSeq自增），繼續(xù)上傳緩存數(shù)據(jù)。解析：狀態(tài)機變量PrimaryHostOnline、bdSeq、phRetryCnt決定切換行為，保證“exactlyonce”語義。39.解釋IEC61499復合功能塊“事件鏈”死鎖條件，并給出檢測算法。答案：1.死鎖條件：復合功能塊內(nèi)部存在循環(huán)事件路徑，且所有路徑均依賴同一資源令牌，令牌不可重入。2.檢測算法：a.將復合塊展開為事件圖G=(E,V)，節(jié)點為基本FB事件接口，邊為連接。b.采用Tarjan算法找強連通分量SCC。c.對每一SCC，檢查是否存在資源等待邊，即事件輸入需等待輸出釋放資源。d.若存在則報告死鎖風險，并給出最小回環(huán)路徑。3.解決：引入緩沖功能塊或拆分資源，打破循環(huán)等待。解析：算法復雜度O(V+E)，已在開源4DIAC實現(xiàn)。40.說明如何利用5GNRURLLC的“ConfiguredGrant”實現(xiàn)PLC循環(huán)通信，并給出時隙配比示例。答案：1.網(wǎng)絡側(cè)通過RRCReconfiguration下發(fā)ConfiguredGrantConfig，包含cgPeriodicity=2ms，cgRetransmission=0，調(diào)制階數(shù)QPSK，資源塊10RB。2.PLC應用層周期2ms，映射到CG周期，無需上行授權(quán)請求，減少8ms調(diào)度延遲。3.時隙配比：采用30kHzSCS，每時隙0.5ms，4時隙構(gòu)成2msCG周期；配置Slot0/2為上行CG，Slot1/3為下行反饋，使用DCI0_0指示ACK/NACK。4.可靠性：啟用重復傳輸K=2，兩次冗余版本RV0/RV2，BLER目標10^5。解析：ConfiguredGrant將授權(quán)延遲降至0，滿足PLC循環(huán)<4ms需求。六、計算與綜合題（共35分）41.（10分）某TSN網(wǎng)絡拓撲為線形5跳，鏈路速率1Gbps，最大幀1538B，傳播延遲5μs/跳，同步誤差200ns，求802.1Qbv最小GuardBand長度（μs），并計算若周期125μs時可承載的最大I幀數(shù)量。答案：傳輸時間T_tx=(1538×8)/10^9=12.304μsGuardBand≥T_tx+傳播延遲×跳數(shù)+同步誤差=12.304+5×5+0.2=37.504μs每周期可用時間12537.504=87.496μs最大I幀數(shù)量n=?87.496/12.304?=7解析：向下取整，留1μs余量防止累積誤差。42.（10分）某工廠采用MQTTSparkplugB采集2000個溫度傳感器，采樣周期1s，數(shù)據(jù)payload每包20B，網(wǎng)絡層額外開銷TCP+MQTT+Sparkplug=54B，計算在4G鏈路（MTU1500B）上，每小時上行流量，并評估若啟用MQTT5.0TopicAlias可節(jié)省的百分比。答案：每包總長度=20+54=74B每小時包數(shù)=2000×3600=7.2×10^6總流量=7.2×10^6×74×8=4.2752×10^9bit≈4.28GbTopicAlias節(jié)?。涸黝}名“spBv1.0/Group1/DBIR