#物联网原理课后习题答案

1 E PC系统的实质是:把所有物品通过射频识别等信息传感设备和互联网连接起来，实现智能化识别和管理。

2 ITU对物联网的描述是：危险品运输中为了保证物品在运输过程中的安全，可以利用物联网实施对物品状态的实时监控，
这时通过分布在危险品周围的温度、湿度、气压、振动等传感探头和GPS定位模块等，定期或不定期地采集危险品温度、湿度、气压、振动、位置等信息，然后通过信息网络将信息发送到远程的
集中监控处理系统，由该系统进行信息处理，并根据处理结果实施相应的控制处理。

3 物联网：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，
按约定的协议，把任何物品和物联网连接起来，进行信息交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪、
监控和管理的一种网络。

4 从ITU、ISO等国际标准组织对传感器网络、物联网定义和标准化范围来看，传感器网络和物联网其实是
一个概念的两种不同的表述，其实质都是依托于各种信息设备实现物理设备和信息世界的无缝融合。

“物联网”和“传感网”都是以传感器、RFID等客观世界标识和感知技术，借助于无线传感器网络、互联网、
移动网等实现人和物理世界的信息交互。

泛在网是面向泛在使用的各种异构网络的集合，更强调跨网之间的互联互通和信息聚合和使用。

5 物联网包括三层结构，分别为感知层、物理层（传输层、互联网层）和使用层。

位于底层的是用来感知数据的感知层，中间层是数据传输的网络层，顶层则是内容使用层。

6 物联网技术体系结构可分为五层：感知技术、传输技术、支撑技术、使用技术和公共技术。

·感知技术：能够用于物联网底层感知信息的技术，包括：RFID、传感器网络技术等；
·传输技术：能够汇聚感知数据，并实现物联网数据传输的技术，包括M2M无线接入、Mesh网技术等；
·支撑技术：用于物联网数据处理和利用的技术，包括云计算，公共中间件技术等；
·使用技术：用于直接支持物联网使用系统运行的技术，包括物联网信息共享交互平台技术等；
·公共技术：是感知、传输、支撑和使用四层都需要的技术，包括标示分析、安全技术和使用管理等。

7 物联网的特征：将人、物、机器等通过感知设备和通信网络连接起来形成一个网络。

主要特征：
·信息量：物联信息将达到真正意义上的海量级。

·设备接入：亿万异构设备的泛在接入，异构种类、接入方式应有尽有。

·网络架构：信息和存储的边缘化，分散在机器、设备或物体之中。

·网络管理：网络管理的高度自治化。

·物物互联：物物互动的协同和智能化。

·物理安全：隐私的易泄露，面临更多安全问题。

·设备制造：设备的小型微型化。

·能量获取：能量自取、大容量，设备所取能源多样化。

8 我感兴趣的物联网关键技术是无线传感器网络技术，因为它是计算机硬件--传感器和网络相结合的产物，
让硬件技术和软件技术有机结合，不偏向单一的方向，具有很广阔的使用前景。

9 物联网的使用前景：到2020年，世界上物物互联的业务，跟人和人通信的业务相比，将达到30比1，因此，
“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。

所以，“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息
产业的第三次浪潮。

物联网的使用领域：
·交通领域：通过使用不同的传感器和RFID可以对交通工具进行感知和定位，及时了解车辆的运行状态和路线：
·医疗领域：通过在病人身上放置不同的传感器，对人的健康参数进行监控，及时获知病人的生理特征，提前进行疾病的诊断和预防；
·农业领域：通过使用不同的传感器对农业情况进行探测，帮助人们进行精确管理或精细农业生产。

·零售行业：将所有的物品贴上RFID标签，以替代传统的条形码，促进物流的信息化。

·电力管理：对分布在全国范围内配电压变器安装传感装置，对运行状态进行实时监控。

·数字家庭：以计算机技术和网路技术为基础，通过不同的互联方式进行通信及数据交换，实现家庭网路中各类电子产品之间
的“互联互通”的一种服务。

1 自动识别的功能：提供关于个人、动物和货物等被识别对象的信息。

可分为两大类：数据采集技术和特征提取技术。

数据采集技术：需要被识别的物体具有特定的识别特征载体（标签、磁卡等）；特征提取技术：根据被识别物体本身的行为特征完成数据的自动采集。

2 主要区别：该技术有无写入信息或更新内存的能力，条形码的内存不能修改，射频标签不像条形码，它专有的辨别器不能被复制；
标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是有无线电波传输，而条形码是可视技术，扫描仪在操作人员的指导下工作，只能
接收操作人员视野范围内的条形码。

3 RFID基本功能是实现数据的精准快速采集，是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的空间耦合（电磁感应或电磁传播）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。

4 RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和使用系统软件4部分组成。

阅读器：主要负责和电子标签的双向通信，同时接受来自主机系统的控制指令。

电子标签：射频识别系统真正的数据载体，根据其使用场合的不同表现为不同的使用形态。

中间件：四大功能a)阅读器协调控制b)数据过滤和处理c）数据路由和集成d）
进程管理
使用系统软件：针对不同行业的特定需求开发的使用软件，它可以有效地控制阅读器对电子标签
信息进行读写，并且对收集到的目标信息进行集中的统计和处理。

5 中间件的作用：a）一种独立的系统软件或服务程序，分布式使用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源；
b）扮演着电子标签和使用程序之间的中介角色。

功能a)阅读器协调控制b)数据过滤和处理c）数据路由和集成d）进程管理
6 RFID组网技术：大规模的读写器的现场使用组网和广域网的系统组网技术。

也就是读写器网路系统和数据网络系统，
其中读写器网络系统一般为本地网络系统，而数据网络系统经常是远程网络系统。

7 RFID的标准体系：
·RFID技术标准:定义了不同频段的空中接口及相关参数；
·RFID使用标准：主要设计特定使用领域或环境中RFID构建规则；
·RFID数据内容标准：主要涉及数据协议，数据编码规则及语法；
·RFID一致性标准：主要涉及设备性能及一致性测试方法，尤其是数据结构和
数据内容。

8 五大标准组织：EPCglobal、泛在识别中心、IOS/IEC、AIM和IP—X
WiFi、WiMAX、蓝牙、Zigbee和专用短程通信协议。

9 EPCglobal体系框架包含三个主要的活动：
1）EPC物理对象交换：用户和带有EPC编码的物理对象进行交互；
2）EPC基础设备：为达成EPC数据共享，每个用户开展活动时将为新生的对象
进行EPC编码；
3）EPC数据交换：用户通过相互交换数据，来提高自身拥有的运动物品的可见性。

10 三大体系的区别：
ISO标准可以分为以下四大类：技术标准、数据内容和编码标准、性能和一致性标准和使用标准。

EPCglobal提出的物联网体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、Savant管理软件、ONS服务器和PML服务器等部分构成。

UID中心的泛在标识技术体系架构由泛在识别码、信息系统服务器、泛在通信器和Ucode分析服务器四大部分构成。

1 总的来说，传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成，有时还要加上辅助电源。

a:敏感元件
直接感受被测量的变化，并输出和被测量有确定关系的某一物理量的元件。

b:转换元件
将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号的部件
c:测量电路
将转换元件输出的电信号作进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，便于后续
电路实现显示、记录、处理及控制等功能。

2 按照传感器工作原理的不同，传感器可分电参数传感器（包括电阻式、电感式和电容式传感器）、
电压式传感器、光电式传感器、热电式传感器、半导体式传感器、波式和辐射式传感器。

3 磁敏传感器根据不同的工作原理有不同类型：利用磁感应的电流互感器和转速传感器，利用
电流磁效应的霍尔元件和磁敏二极管，利用磁作用的舌簧继电器和磁性流体，利用超导效应的
量子扰动超导探测器，利用核磁共振的传感器，利用磁光效应的不可逆倒相器，利用磁热效应
的热敏继电器和热铁氧体等。

4 蓝牙技术是一种支持设备短距离通信的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、
笔记本计算机、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。

主要使用：手机，手机控制家中
任何电器，工业控制、家庭自动化以及物联网等领域近距离数据通信的有效工具。

5 技术名称基本原理用途
------------------------- -------------------------
----------------------
Generic Alternate MAC/PHY 能够通过交替使用不同的无线，能够通过交替使用不同的
(AMP) 技术达到更高的传输速率利用无线技术 --------------------------802.11Protocol Adaptation 使Generic AMP 能够在802.11 高速文件传输，同步和视频
Layer(PAL)802.11协议适应层技术下工作分享
--------------------------
通过消除L2CAP的配置步骤，减少那些需要快速连接和发送 Unicast Connection Data 数据的使用，减少反应时间和功率消耗
(UCD)单向广播无连接数据数据使用的，能够使某些设备更多的保持断开状态以减少功率消耗
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Enhanced Power Control(EPC) 改进的功率控制支持多种调制模式传输距离最大化
增强型功率控制
--------------------------
Read Encryption Key Size 主机能够读取密钥大小以判定加密增强安全性
读取密钥大小要求
6 蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（硬件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元三个功能单元组成。

a：天线单元
接收无线信号
b：链路控制（硬件）单元
和天线连接，完成信号的调制、解调外，相应的芯片中的还应固化基带协议和其他一些低层
常规协议
c：软件（协议栈）单元
独立于操作系统，不和任何操作系统捆绑，同时必须符合已经制定好的蓝牙规范
7 蓝牙设备之间的连接可分为查询、寻呼、服务搜索和连接到服务四个主要的步骤
a：查询
所有蓝牙设备在其他设备发起到它的连接之前，都必须被发现。

发现设备的过程称为查询。

b：寻呼
一旦通过查询发现了一台设备，所收集到的信息就可以用于建立设备之间的蓝牙连接。

用来
连接设备的过程称为寻呼。

c：服务搜索
一旦建立了蓝牙连接，则通过SDP协议搜索该设备支持什么服务。

d：连接到服务
一旦远程设备连接到本地设备并且服务数据库中发现了它想要连接的服务，那么服务记录中
的属性就会向该设备提供要使用该服务所需的上层的信息，以及如何连接到该服务的信息。

8 在建立微网后，一旦微网内有8个激活从设备，主控设备必须把其中一个从设备强制置为旁观侦听模式。

在旁观侦听模式下，此设备仍然存在于微网中，但是它释放了AMA地址，得到一个8位的被动成员地址（PMA）。

允许有256个设备同时存在，但1个主设备最多只能和7个从设备进行通信。

在激活状态时，每个蓝牙设备都
被分配一个激活成员地址AMA，主设备的地址总是默认为0，从设备的地址为1--7。

9 和集散型控制系统不同的是，现场总线系统中一般是智能仪表或I/O模块得到现场信号，经过需要的变换后
直接在仪表上运算得出结果，通过现场总线（串行通信）发给执行器或上位机；而DCS系统中所有I/O信号都是
接到了控制柜的控制卡上，由控制卡来处理这些信号。

10
现场总线的特点：
1.数字化
2.分布式
3.开放性
4.双向串行传输
5.互操作性
6.节省布线空间
7.智能自诊断性
11 （1）DeviceNet使用的数据帧格式为11b标志符，所有I/O信息有自己的11b 标志符ID，标志符ID分为4个信息组，
各有不同的用途。

（2）DeviceNet上的每个设备都可以随时连接和断开，当一个节点发生严重错误时具有自动关闭输出的功能，
以使总线上的其他节点的操作不受影响。

（3）逐位仲裁模式的优先对等通信建立了用于数据传输的“生产者--消费者”传输模式，任一设备网产品均
可产生和使用报文，网络上的节点信息分为不同的优先级，可满足不同的实时要求。

（4）DeviceNet的直接通信距离最远为500m，通信速率最高可达500kb/s。

（5）DeviceNet上可以容纳多达64个节点地址，每个节点支持的I/O数量没有限制。

（6）DeviceNet的通信介质为独立双绞总线，信号和电源承载于同一电缆。

（7）DeviceNet支持设备的热插拔，无需网络断电。

（8）DeviceNet的接入设备可选择关隔离设计，由外部供电的设备和由总线供电的设备共享总线电缆。

12
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IOS第七层:使用层 | 使用层 | DeviceNet使用层协议规范
--------------------------------
IOS第二层:数据链路层 | 逻辑链路控制（LLC） |----
--------------------------------- | CAN协议规范
----| 媒体访问控制（MAC） |----
--------------------------------------
----| 物理层信号（PLS） |----
----------------------------------
IOS第一层：物理层 ----| 媒体访问单元(PAU)|---- | DeviceNet物理层和介质层
IOS第零层：介质层 | 传输介质 |-
-------------------
----------------
13 | 网络层 | 蓝牙技术
----------------
| 传输层 | 现场总线技术
----------------
| 采集层 | 无线传感器网络技术
----------------
9-01．无线局域网分为有固定基础设施和无固定基础设施两类。

有固定基础设
施的无线局域网由一个基站和若干移动站组成，无固定基础设施的无线局域网由若干处于平等状态的移动站相互通信组成。

当管理员安装AP时，必须为AP
分配一个信道。

当两个以上的这样的无线AP设备的Channel设置相同时，就会造成WLAN信道拥塞问题，如网速下降、掉线、网络工作不正常等等。

不是。

无线局域网中的固定基础设施是指AP连同互联AP和路由器的有线以太网。

9-03. 所谓SSID最多可以有32个字符，用来标示接入点AP，区分不同的无线网络；而BSSID的48bit数值，用来对BSS区域内的主机进行标识，每个主机在
这个较小的区域里进行通信。

9-04．使得某个移动站加入到选定的AP所属的子网中，并和这个接入点AP
之间建立一个虚拟线路，实现移动站和AP之间，以及不同AP站点之间的数据帧传送。

9-07．无线局域网设计了独特的MAC层，MAC层在物理层的上面，包括有两个子层，分别是分步协调功能PCF。

通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站
发送数据或者接收数据的时间。

为了避免碰撞，规定所有的站在完成发送后，必须再等待一段时间才能发送下一帧。

CSMA/CD不能用于无线局域网，主要有下列原因：第一，CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断的检测信道，以及发现是否有
其他的站也在发送数据，这样才能实现“碰撞检测”的功能，但在无线局域网中的设备要实现这种功能花费过大。

第二，即使能够实现碰撞检测的功能，且
当发送数据的时候检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发送碰撞，表明碰撞检测对于无线局域网没有发挥作用。

第三，无线信道还由于传输条件特殊，
造成信号强度的动态范围非常大，使发送站无法使用碰撞检测的方法确定是否发生了碰撞。

所以在无线局域网中不能使用CSMA/CD 协议而必须使用CSMA/CA 协议。

9-11．SIFS：时间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。

PIFS：点协调功能帧间间隔，是为了在开始使用PCF方式时（在PCF方式下
使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。

DIFS：分布协调功能帧间间隔，在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。

9-15．----------------------------------------------------------------
地址1 | 地址2 | 地址3 | 地址4
----------------------------------------------------------------
目的地址| AP地址| 源地址|(自组织网络）
----------------------------------------------------------------
因为无线局域网除有源、目的地址以外，还包括区分不同无线网络的接入点AP 地址和用于自组织网络的地址。

例：由站点A把数据帧发送到接入点AP1，然后再由AP1把数据帧发送给站点B。

当站点A把数据帧发送到接入点AP1时，帧控制字段中的“到DS=1”而“从DS=0"。

因此地址1是AP1的MC地址（接收地址），
地址2是A的MAC地址（源地址），地址3是B的MAC地址（目的地址）。

请注意，”接收地址“和”目的地址“并不等同。

当AP1把数据帧发送给站点B时，帧控制字段中的“到DS=0”而“从DS=1"。

因此地址1是B的MC地址（目的地址），
地址2是AP1的MAC地址（发送地址），地址3是A的MAC地址（源地址）。

请注意，”接收地址“和”目的地址“并不等同。

1 Wi-Fi是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号，
是一种可以将个人计算机、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。

2 IEEE 802.11n主要的物理层技术涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、ShortGI 等技术；对MAC采用了
Block确认、帧聚合等技术，大大提高MAC层的效率；在接收端采用MRC技术，对多个天线收到信号进行
处理，明显改善接收端的SNR。

3 （1）、对等方式无线网络两个装有无线适配卡的PC放在有效距离内
（2）通过无线网络接入点连接在对等方式无线网络方式的基础上接入无线访问点AP
（3）通过定向天线构建的无线网桥在无线网络接入点连接方式的基础上搭建网桥，在需要增大网络的转接范围时，可装配接力器EP
4 优点：
（1）速部署和易于安装
（2）非视距传输（NLOS）
（3）健壮性
（4）结构灵活
（5）高带宽
不足：
（1）互操作性
（2）通信延迟
（3）安全
5
骨干网Mesh结构由Mesh路由组成，是一个可以自配置和自愈的网络，
通过Mesh路由器的网关功能和因特网连接，普通客户端和已有无线网络
可以通过Mesh路由器的网关或中继功能接入网络。

客户端Mesh结构是由Mesh客户端组成，在用户设备间提供点到点的无线服务。

客户端组成一个能提供路由和配置功能的网络，支持用户的终端使用。

由于组成网络的节点不需要具有网关或中继功能，所以不需要Mesh路由器。

6
（1）移动性
MR一般具有很小的移动性，而MC则为固定节点或者移动节点。

（2）能量约束
MR通常不以电池为动力，所以不需要考虑能量约束，而MC则需要运行一种能量使用
效率较高的路由协议。

（3）业务模式
WMN节点的主要业务是来往于因特网网关的业务，而移动Ad hoc网络的主要业
务是
任意一对节点之间的业务流。

7 多径路由技术可以很好地避免单径路由时的网络震荡的影响，还可以在充分利用宽带等网络资源的
同时实现负载均衡、路由容错等。

在某条链路因为信道质量恶化而不能正常工作时，
其他链路可以继续工作，因此，也可以再路由故障时避免路由重建等操作。

1.（1）控制RFID读写设备按照预定的方式工作，保证不同读写设备能够很好
地配合协调；（2）按照一定的规则筛选过滤数据，筛除冗余数据，将有效的数据传送给后台的使用系统。

2.（1）独立于架构（2）数据流（3）处理流
3.（1）虚拟化技术（2）灵活定制（3）动态可扩展性（4）高可靠性（5）高性价比（6）数据、软件在“云”端（7）超强的计算和存储能力
4.云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。

5.（1）云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口。

（2）服务目录：云用户在取得相应权限后可以选择或定制服务列表。

（3）管
理系统和部署工具：提供管理和服务。

（4）资源监控：监控和计算云系统资源的使用情况，以便作出迅速反应，完成节点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利分配给合适的用户。

（5）服务器集群：虚拟的或物理的服务器，由管理系统管理，负责高并发量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户Web使用服务，云数据存储时采用相应数据切割算法实现并行方式上传和下载大容量数据。

6.（1）使用层对应SaaS软件即服务，如Google APPS（2）平台层对应Paas 平台即服务，如IBM IT Factory（3）基础设施层对应IaaS基础设施即服务，如Amazon EC2（4）虚拟化层对应硬件即服务结合PaaS提供硬件服务，包括服
务器集群及硬件检测等服务
7.地理信息系统GIS是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。

特点：（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；（2）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；（3）计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。

8.（1）位置：即在某个特定的位置有什么，通过各种交互手段确定位置或直接
输入坐标；指定目标或区域的位置后，可以获得预期的结果及其所有或部分特性（2）条件：即什么地方有满足某些条件的东西。

（3）变化趋势：变化趋势类
问题要综合现有数据，以识别已经或正在发生的地理现象。

（4）模式：模式类
问题是分析和已经发生或正在发生事件有关的因素。

（5）模型：某类问题的解决需要建立新的-数据关系以产生解决方案。

9.（1）专题地理信息系统：具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的的服务；（2）区域信息系统：主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统；（3）地理信息系统工具或外壳：地理信息系统工具或外壳是一组具有图形图像数据化、存储管理、查询检索、分析计算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。

10.（1）GPS空间部分：通过测量卫星的到达的时间，用户可以用4颗卫星确定4个导航参数——维度、经度、高度和时间；（2）地基监控站：对空间卫星系统进行监控、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文；（3）GPS用户接收机部分：通过接受多颗卫星的信号来解算自身的位置，以实现定位和导航。