物联网技术导论A卷答案-2012

试题编号：
重庆邮电大学2011-2012学年第一学期
物联网技术导论试卷（期末）（A卷）（闭卷）
一、填空题（本大题共10小题，每空1分，共16分）
1.物联网的三个重要特征是普通对象__设备化____、自治终端__互联化____和普适服
务智能化。

2.RFID标签根据是否内置电源，可分为三种类型，分别是被动式标签、_主动式标签
和___半主动式标签____。

3.关于RFID标签防冲突算法，分时隙ALOHA算法的信道利用率是纯ALOHA的
___2_______倍，阅读器在每一个时隙开始时广播二进制前缀的算法是_查询__二进制树算法。

4.与传统的传感器不同，无线传感器节点不仅包括了传感器部件，而且集成了___微
型处理器_________和__无线通信芯片____等。

5.IEEE 802.11协议典型使用的频段有两个，其一是2.4GHz频段，其二是5GHz频段。

6.无线网络技术在物联网中占有重要地位。

按照传输范围由大到小的顺序，可将无线
网络分为无线广域网、无线城域网、_无线局域_网和___无线个域____网。

7.IEEE 802.15.4网络中的每个设备都具有一个全球唯一的MAC扩展地址，该地址长
度为__64_____位；当设备成功入网后，将会被协调器分配一个短地址，该地址长度为___16____位。

8.ISA100.11a、Wireless Hart和WIA-PA这三种工业物联网标准中，由我国主导制定
的是___WIA-PA_________标准。

三个标准的物理层都是直接采用IEEE_802.15.4_______标准。

物联网技术导论试卷（A卷）第1页（共8页）
二、简答题（本大题共8小题，第1小题6分，第2-7小题各8分，共54分）
1.根据信息生成、传输、处理和应用的原则，可以把物联网分为哪四层，请画出各层
的关系？
由下至上分别是：感知识别层，网络建构层，管理服务层和综合应用层
答对一个得1分，画出关系得2分，共6分
2.教育考试招生领域一直困扰的试卷安全问题, 研究引入物联网技术, 实现试卷动态
流转过程中的安全监控。

首先要给每个试卷袋建立电子标签, 同时建立电子标签信息、试卷袋的一一对应关系，这个工作主要在考场编制完成后，开始卷袋封装的时候进行。

对于一个卷袋,最终要落实具体信息为某某市州、某某县市区、某某考点、某某考场, 以及该考场对应的考生号段。

因而将这些信息统一进行编码, 并与射频标签信息进行映射。

通过这种映射，既能很快地根据试卷考号信息，定位到该卷袋目前所在的位置，也能根据射频信息，定位到卷袋的内容。

1）以上所述的是哪一种技术？
2）请简述该系统应该由哪些组件构成？
3）与条形码相比，该系统有哪些优势？
1）RFID技术（1分）
2）天线，标签，阅读器（3分）
3）体积小且形状多样；耐环境性；可重复利用；穿透性强；数据安全性。

（答对1点给1分，答对4点及4点以上给4分）
3.简述介质访问控制协议CSMA/CA的基本原理？IEEE 802.11标准为什么使用
CSMA/CA而不使用CSMA/CD？
CSMA/CD在发送的同时检测是否冲突，一旦发生冲突则立刻停止发送并执行回退；
CSMA/CA则在发送前便执行回退，以避免可能的冲突。

（4分）
在IEEE 802.11网络中，采用CSMA/CA的原因有两点：
（1）冲突检测需要全双工；（2分）
（2）无线信号的衰减特性和隐藏终端问题使冲突很难被检测。

（2分）
4.请画出IEEE 802.1
5.4标准中的超帧结构，一个超帧周期被划分为哪几个时段？各
个时段的功能分别是什么？
物联网技术导论试卷（A卷）第2页（共8页）
1）能够画出超帧结构（2分）
2）一个超帧周期被划分为两个阶段：不活跃时段和活跃时段，（1分）其中活跃时段又被划分为CAP时段和CFP时段。

（2分）CAP时段主要用于竞争数据的接入，CFP 时段用于非竞争数据的接入，不活跃时段用于休眠。

（3分）
5.请写出ZigBee无线传感网支持的网络架构，说明框架中FFD和RFD承担的角色，
请写出FFD和RFD的全称和区别。

1）星型拓扑结构，点到点拓扑结构，混合拓扑结构（2分）
2）FFD能够在网络中承担三种角色普通设备、协调器（或路由器）、PAN协调器，RFD在网络中只能承担一种角色：普通设备2分
a)全功能设备(FFD):可以用来构建任意拓扑结构的网络，能够担任网络协调
器，既能与RFD通信，也能与其它FFD通信
b)简化功能设备(RFD)：只能用来构建星型网络，无法担任网络协调器，只
能与FFD进行通信，实现起来非常简单，适合于能量和资源受限的设备
（4分）
6.请简述RFID标签防冲突算法中F SA算法的原理，在各种RFID标签防冲突算法中，
Q算法相比于FSA算法有哪些优势？
1）在每一帧开始时，阅读器广播帧的长度f。

2）每个标签在收到帧长后，在0-(f-1)之间独立随机的选择一个时隙作为自己的发送时隙。

将该时隙号存储起来。

3）阅读器通过时隙开始命令启动一个新的时隙，标签的时隙号如果为0，则离开发送；如果不为零，则将时隙号减1。

●如果标签发送无冲突，则标签进入休眠状态，之后的时隙不再活动。

●如果标签冲突，则标签进入等待状态，本次帧内不再活动，等待下一帧到来后再选
择发送时隙。

标签在一帧之内不论成功还是失败，都只有一次机会！
4）整个过程一直重复，直到阅读器在某一帧内没有收到任何信号，则认为所有的标签都被识别。

以上答对4分
F SA算法的帧长是固定的（2分），而Q算法能根据前一时隙的反馈动态的调整帧长，能够进一步提高系统的性能。

（2分）
物联网技术导论试卷（A卷）第3页（共8页）
7.请将画出智能家居环境下，如何利用IPAD、手机等智能终端通过家庭网关等设备
控制空调和电视，网络可以如何构建？可采用什么协议？
以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。

IPAD可以采用WIFI与家庭网关相连
家庭网关可以通过IEEE802.15.4，Zigbee，WIFI等协议对空调和冰箱进行控制。

物联网技术导论试卷（A卷）第4页（共8页）
三、综合题（本大题共3小题，其中第1题8分，第2题10分，第3题12分，共30分）
1.在一个启用了RTS/CTS机制的IEEE 80
2.11网络中，节点A向节点B发送数据。

节点A、B、C、D的动作如下图所示。

试回答下列问题：
（1）请简述RTS/CTS机制及其优缺点
为了避免冲突和“隐藏终端”，发送端可以请求预留信道而不是随机访问，通过RTS（Request to Send）和CTS（Clear to Send）实现。

2分
RTS/CTS机制的优点是能够解决802.11中的隐藏终端问题（1分），
缺点是会增加传输延时和信道利用率。

（1分）
（2）节点C和D中，哪一个离节点A更近？为什么？
节点C离A更近。

（2分）
因为C收到了A发出的RTS帧，而D没有收到。

（2分）
物联网技术导论试卷（A卷）第5页（共8页）
2.现有一个Zigbee网络如下图所示。

其中无填充色的圆圈T1-T5表示Zigbee终端节
点，用斜线填充的圆圈R1-R7表示Zigbee路由器，填充色为灰色的圆圈表示Zigbee 协调器。

同一类设备中，序号越小，表明入网越早。

例如R1比R2更早的加入网络，T1比T2更早入网。

系统参数配置如下：一个父节点所能拥有的最大子节点数为5，其中路由器的最大个数为3；网络的最大深度为3。

T5
网络按照Zigbee标准所定义的分布式地址分配算法对各节点赋予地址值。

地址分配参考公式为：
简述Zigbee标准中的分布式地址分配算法的基本原理，并计算协调器、R1、R3、R5、T2这五个节点的地址值，要求写出计算过程。

Zigbee地址分配算法的原理：
如果一个节点的Cskip(d)等于或小于零，则不能再分配地址给其它节点，其本身必须成为终端RFD设备。

（2分）
如果一个节点的Cskip(d)大于零，若其子节点是路由设备，则第一个路由设备子节点的地址等于当前父节点地址加1；之后每增加一个路由设备子节点，对其分配的地址增加Cskip(d)；若其子节点是终端设备，则在路由设备子节点全部分配完毕后依次加1.（3分）
这五个节点的地址值依次为：
0，1，43，29，65
（每答对1个地址值给2分）
物联网技术导论试卷（A卷）第6页（共8页）
3.列举两个物联网的应用案例并从需求分析、技术设计方法、前景等角度阐述各个案
例的主要原理。

（不能列举试卷中已经出现的应用案例）
每个案例需求及现状分析2分设计方案3分，前景1分。

共12分
物联网技术导论试卷（A卷）第7页（共8页）。