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2012年郑州大学信息工程学院研究生物联网考题


2012 年郑州大学信息工程学院研究生 《物联网技术导论》课程试题
注:全是凭记忆,只不过题目叙述有点偏差,但是考点没有问题 试卷最后附上了考试重点汇总 1、自动识别技术:——、——、——、—— 2、位置信息三个要素:——、——、—— 3、RFID 三大组件:——、——、 4、物联网的定义: 5、传感器的定义: 6、云计算的定义: 7、写出下面概念的英文全拼: 人工智能: 数据仓库: 数据挖掘: IOT: 8、数据库的 4 个发展阶段 9、常见的关系数据库有? 10、RFID 的工作原理、 并写出 LF、 HF、 UHF 频段的典型工作频率? 11、写出 CSMA 的英文全拼,并解释其工作原理? 12、画出物联网的四层技术体系结构,并解释各层的功能? 13、解释 TOA、TDOA 的概念,并阐述其工作原理? 14、画出 OSI 的七层结构模型图,TCP/IP 的五层结构模型图?

15、物联网中间件的作用? 16、TCP 与 UDP 协议的区别? 17、数据融合的几种分类? 18、时间同步算法 TPSN 的工作原理?

1、物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体,让所有能被独立寻址的普通物理对 象实现互联互通的网络。 普通对象设备化, 自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要 特征。主要特点:感知识别普适化、异构设备互联化、联网终端规模化、管理调控智能化、 应用服务链条化、经济发展跨越化。 物联网四层体系结构模型: 感知层:解决人类世界和物理世界的数据获取问题。A、数据采集:传感器,二维条码, RFID,多媒体信息等。B、传感器网络组网和协同信息处理:低速和中高速短距离数据 传输技术,自组织组网技术,协同信息处理技术,传感器中间件技术。 网络层:解决感知层所获得的数据在一定范围内,通常是长距离的传输问题。包括:移 动通信网、互联网和其他专网。 应用层:解决的是信息处理和人机界面的问题。主要完成数据的管理和处理。包括物联 网应用和物联网中间件。 2、自动识别技术(四种) :光符号识别、语音识别、虹膜识别、指纹识别。 3、(了解)IC 卡分类:按芯片分:存储器卡,CPU 卡,逻辑加密卡。 一维条形码特点: 4、一维和二维条码的特点: 可直接显示内容为英文、数字、简单符号;贮存数据不多,主要依靠计算机中的关联数据 答: 库:保密性能不高;损污后可读性差。 二维条形码特点: 可直接显示英文、中文、数字、符号、图型;贮存数据量大,可存放 1K 字符,可用扫描仪 直接读取内容,无需另接数据库;保密性高(可加密) ,安全级别最高时,损污 50%仍可读 取完整信息。

5、RFID 射频识别技术(Radio Frequency Identification)英文的缩写, a.工作原理:利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并 通过所传递的信息达到识别的目的。 b.系统组成:RFID 系统由五个组件构成,包括:传送器,接收器,微处理器,天线,标

签。传送器,接收器和微处理器通常封装在一起,又统称为阅读器(Reader) ,工业界经常 将 RFID 系统分为阅读器、天线和标签三大组件。 c.RFID 常见频率及优缺点 低频(LF)范围为 30kHz-300kHz,RFID 典型低频工作频率有 125kHz 和 133kHz 两个。 通信范围一般小于 1 米。 低频标签一般都为无源标签, 其工作能量通过电感耦合的方式从阅 读器耦合线圈的辐射场中获得。工作频率低。 高频(HF)范围为 3 MHz -30 MHz,RFID 典型工作频率为 13.56MHz。通信范围也一般 小于 1 米。 该频率的标签不再需要线圈绕制, 可以通过腐蚀活着印刷的方式制作标签内的天 线,采用电感耦合的方式从阅读器辐射场获取能量。 超高频(UHF)范围为 300MHz-3GHz,典型的工作频率为:433MHz,860-960MHz, 2.45GHz,5.8GHz。通信距离一般大于 1 米,典型情况为 4-6 米,最大可超过 10 米。超高 频标签可以是有源标签与无源标签两种,通过电磁耦合方式同阅读器通信。 d.RFID 常用协议: CSMA/CD 协议: (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)载波监听多路访问/ 冲突检测。 ”边听边说“,即一边发送数据,一边检测是否产生冲突。 1、载波监听:指每一个站发送数据前先要检测一下总线上是否忙,如果忙则暂时不发 送数据,以免发生碰撞。 2、碰撞检测:也指冲突检测) ( 就是计算机边发送数据边检测信道上的电压信号的大小。 (基本原理要讲清楚)RFID 中不用 CSMA 协议(在 CSMA 基础上,为提高工作效率)提 出了 基于帧的分时隙:ALOHA 协议,Q 协议、随机二进制树协议和查询二叉树协议。 二、定位和位置服务 位置信息三要素(填空) :空间、时间、身份信息。 四种定位系统: 1 卫星定位 2、蜂窝基站定位 3、无线室内环境定位技术 4、新兴定位系统,AGPS,网络 定位 1、卫星定位: GPS 全球定位系统(Global Positioning System,GPS) 。 其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务,并用 于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。 GPS 系统组成:空间部分、地面控制部分和用户终端。 GPS 工作原理。 (P223)GPS 接收机如果能够稳定地接收到 3 颗以上卫星的信号,根据 立体几何的知识,就可以计算出自己的经纬度。 典型应用:陆地应用:车辆导航,工程测量,突发事件应急指挥等。海洋应用:海洋救 援,海平面升降检测等。航空航天应用:飞机导航,航空遥感姿态控制等。 优缺点: 优点:精度高、全球覆盖,可用于险恶环境 缺点:启动时间长、室内信号差、需要 GPS 接收机 3、无线室内环境定位技术 室内环境的复杂性:多径效应(障碍物反射电磁波,反射波和原始波在接收端混叠;室内障 碍物众多,多径效应明显) ;对电磁波的阻碍作用(长波信号(GPS)传播能力强,穿透能 力弱;室内应选用短波信号来进行定位) 基于距离(差)的定位距离测量的两种方法 ToA, TDoA 的原理和优缺点

TOA:要求节点有非常精确的时钟。TOA 技术典型的定位系统是 GPS,GPS 系统需要昂 贵高能耗的电子设备来精确同步卫星时钟。在无线传感器网络中,节点间的距离较小,采用 TOA 测距难度较大。 TDOA:实际应用中是在节点上安装超声波接收器和 RF 收发器,测距精度较 RSSI 高, 可达厘米级, 但受限于超声波传播距离有限和非视距问题对超声波信号的传播影响, 对计时 功能要求较高。 . 测量信号到达时间(TOA. Time of Arrival) 已知信号的传播速度,根据传播时间来计算距离,得到的结果 精度高,但要求节点保 持精确时间同步,对节点硬件和功耗提出了较高要求。 测量不同信号到达时间差(TDOA. Time Difference of Arrival) 由两节点同时发送信号,待定位节点根据两信号的到达时间差来计算距离。 这种技术对硬 件的要求较高,但是测距误差小。 使用 TDOA 方法发送信号易受干扰,不适合于大规模的传感 器网络。

测量接收信号到达角(AOA. Angle of Arrival) 通过天线阵列或多个超声波接收器感知发射节点信号的到达方向,由此获得接收节点和发射 节点之间的相对方位或角度。这种技术对接收硬件要求较高。 基于信号特征的定位 RSSI: 该技术主要使用 RF 信号,因传感器节点本身具有无线通信能力,故其是一种低功率、廉价 的测距技术。ToA 和 TDoA 都需要接收端特殊装置。基于信号特征的定位直接利用无线通 2 ? ? 信的射频信号定位,不需要额外设备 d ? ? Pr t ? ? PGt Gr 原理:信号强度随传播距离衰减 ? 4? d ?

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互联网: OSI 七层结构模型:物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,网络层。 TCP/IP 五层模型:物理层,链路层,网络层,传输层,应用层。 TCP/IP 和 UDP 区别:TCP/IP 可靠传输协议;UDP 不需要确认。 数据库发展阶段大致划分为如下几个时间阶段: a.人工管理阶段 b.文件系统阶段 c.数据库系统阶段(数据模型是数据库系统的核心和基础) d.高级数据库阶段

数据库技术从开始到现在一共经历了三个发展阶段: 第一代是网状、层次数据库系统 第二代是关系数据库系统, 第三代是以面向对象数据模型为主要特征的数据库系统。 什么是云?云基于因特网的并行计算。云计算是一种商业计算模型。它将计算任务分布在 大量计算机构成的资源池上, 使各种应用系统能够根据需要获取计算力、 存储空间和信息服 务。组成:云平台、云安全、云存储、云终端。 狭义云计算是指 IT 基础设施的交付和使用模式,指通过网络网络以按需、易扩展的方式获 得所需的资源;广义云计算是指服务的交付和使用模式,指通过网络以按需、易扩展的方式 获得所需的服务。 物联网中间件: 是介于前端读写器硬件模块与后端应用软件之间的重要环节, 是物联网应用 运作的中枢。起到一个中介的作用,它屏蔽了前端硬件的复杂性,并将采集的数据发送到后 端的网络,分为硬件+ 软件。 关键技术: 1,网关。2,两个重要的嵌入式中间件平台 :嵌入式 Web(CGI 是通用网关接口(Common Gateway Interface) 的缩写。 它是 Web 服务器主机与外部扩展应用程序交互的一种标准接口。 它提供了将参数传递给程序并将结果返回给浏览器的一种机制。;Java VM(有良好的跨平 ) 台特性).3,数据库中间件, 就是指连接应用程序和数据库的软件。 物联网信息安全中的四个重要关系问题 物联网信息安全与现实社会的关系、与互联网信息安全的关系、与密码学的关系、与国家信 息安全战略的关系 时间同步算法:TPSN(Timing-sync Protocol for Sensor Networks)采用发送者与接收者之间 进行成对同步的工作方式,提供全网范围内节点的时间同步

位置服务:LBS 能够支持需要动态地理空间信息的应用,通过和移动互联网的结合,可以 提供从寻找旅馆、急救服务到导航等的服务。 (信息查询、人员跟踪等) 重要概念: MIMO (Multiple-Input Multiple-Out-put) 多入多出。 有效地利用了多天线所提供的空间维 数,在天线数目很多时,可使信道容量随信噪比的增加呈线性增长。 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 正交频分复用。 OFDM 技术的特点:网络 结构高度可扩展, 良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力, 可以提供比目前无线数据技术质 量更高的服务和更好的性能价格比,能为 4G 无线网提供更好的方案。 OFDM 的主要优点:各个信号间不会相互干扰;对多径衰落和多普勒频移不敏感;用户间 和相邻小区间无干扰;可实现低成本的单波段接收机等。

OFDM 的主要缺点: 功率效率不高(PAPR 峰值平均功率比,Peak to Average Power Ratio )、 及频偏问题。 LTE(Long Term Evolution)长期演进。 下行有 100M, IP V6, 短距离无线通信技术: 3 种技术特征对比: Wi-Fi Zigbee Bluetooth 速度:54 Mb/s 250 Kb/s 24 Mb/s 传输距离:10 0-1000m 100m 10m 智能决策是应用人工智能(Artificial Intelligence, AI)相关理论方法, 融合传统的决策数学模型 和方法而产生的具有智能化推理和求解的决策方法. 数据仓库 Data Warehouse 是研究如何从面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集 合中进行决策控制的技术 数据挖掘 Data Mining 是通过分析每个数据,从大量数据中寻找其规律的技术 智能电网:智能电网(smart power grids) ,以物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、 通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。 举例:输变电线路检测与监控:选择使用各种传感器,用于检测高压输电线路与杆塔的前驱 期气象条件、振动、风偏,甚至是人为的破坏。传感器将实时感知的信息传送到地面固定或 移动的手持接收装置。 接收装置将接收到的感知信息传送到测控中心, 测控中心通过对各个 位置信息进行综合分析与处理,对输电线路、杆塔与设备信息进行实时监控和预警诊断,对 故障快速定位与维修,提高输电线路、杆塔与设备的自动检测、维护与安全水平。 智能物流: 智能物流是利用集成智能化技术, 使物流系统能模仿人的智能, 具有思维, 感知, 学习,推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。 举例:RFID 技术在商品零售中的应用----未来商店:RFID 系统可以实时提供准确的货物流 通信息, 完善对物流全过程的监控, 降低运营成本。 同时, 通过对市场销售信息的实时处理, 可以及时地了解商品销售的需求,结合历史数据的综合分析,准确地做出市场需求预测,帮 助管理人员及时调整销售策略,以获得更高的经济利益。 智能医疗:智能医疗是将物联网应用于医疗领域,借助数字化、可视化、自动感知、智能处 理技术,实现感知技术、计算机技术、通信技术、智能技术与医疗技术的融合,将有限的医 疗资源提供给更多的人共享。 举例:RFID 电子标签在患者管理中的应用:在对患者的管理中,患者的 RFID 卡记录了患 者姓名、年龄、性别、联系电话等基本信息。患者就诊时只要携带 RFID 卡,所有对医疗有 用的信息就直接显示出来,不需要患者自述,避免了信息的不准确和人为操纵的错误。医护 人员能够随时通过 RFID 读写器了解患者的生理状态的变化信息,为及时治疗创造条件。 智能建筑:智能建筑是集现代科学技术之大成的产物。其技术基础主要由现代建筑技术、现 代电脑技术现代通讯技术和现代控制技术所组成。 举例: RFID会议签到系统——基于在会议室出入口设置RFID识别装置, 对参会人员 派发电子参会证(RFID卡) ,系统会通过RFID读写器进行自动身份识别,可通过网 络在会场显示、座位引导、会后统计参会人员数量和参会人员信息,便于组委会统计分析真 正意义上的智能会议管理。 智能交通:ITS(Intelligent Transportation Systems)是将先进的电子、信息、传感与检测、 自动控制、系统工程等技术综合运用于地面交通,建立起安全、实时、准确、高效的地面运 输系统. 举例: 不停车收费系统: 电子收费系统能够在车辆以正常速度行驶过收费站时自动收取费用。

当安装有车载 RFID 标签的车辆进入车道时,RFID 读写器自动唤醒有源 RFID 标签,并实 时向 RFID 标签写入入口站的位置标识信息。在出站口,车道的 RFID 读写器根据入口站与 出口站的距离,计算出应交费用,并写入 RFID 标签,后台计算机将 RFID 标签中的数据存 储起来,作为不同路段分配的依据, 物联网环境检测应用: 物联网环境监测应用是指通过运用各种物联网技术, 能够对影响环境 质量因素代表值进行实时在线测定,确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势,预警和管 控环境质量的物联网行业应用。 举例:基于物联网的环境监测系统包括天气基本信息监测模块、一氧化碳监测模块、二氧化 碳监测模块、二氧化氮监测模块、臭氧监测模块、有机刺激性气体监测模块等?可以监测影 响人体健康的各种有害气体。 这些监测模块将采集到的数据传输到无线传感器网络节点?网 络节点通过处理模块进行相关处理?最后通过射频模块进行无线传输?将数据汇聚到用户 的互联网手机上?或通过 USB 接口直接传输到电脑上?形成一个完整的网络。


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