物聯(lián)網(wǎng)技術與應用第3版武奇生課后參考答案

物聯(lián)網(wǎng)技術及應用第3版習題答案第1章物聯(lián)網(wǎng)及體系結構1、簡述物聯(lián)網(wǎng)的概念。答：世界上所有的人和物在任何時間、任何地點，都可以方便地實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的信息交互。2、簡述物聯(lián)網(wǎng)的定義。答：通過射頻識別（RFID）卡、無線傳感器等信息傳感設備，按傳輸協(xié)議，以有線和無線的方式把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，運用人工智能、“云計算”等數(shù)據(jù)處理技術，進行信息交換、通信等處理，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能的一種網(wǎng)絡。3、簡述互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關系。答：互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎和推動力，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)更全面、廣泛的網(wǎng)絡應用及融合。4、常見的物聯(lián)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)和技術。答：移動4G和5G、中國北斗、藍牙系統(tǒng)、專用短程通信協(xié)議DSRC、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等系統(tǒng)和技術。5、簡述物聯(lián)網(wǎng)的體系結構.答：物聯(lián)網(wǎng)大致被認為有三個層次：感知層、網(wǎng)絡層、，應用層?；蛘呶锫?lián)網(wǎng)的體系結構可以分為三個層次：泛在化末端感知網(wǎng)絡（對應感知層）、融合化網(wǎng)絡通信基礎設施（對應網(wǎng)絡層）、普適化應用服務支撐體系（對應應用層）。6、簡述物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢。答：物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀：全球物聯(lián)網(wǎng)核心技術持續(xù)發(fā)展，標準體系正在構建，產業(yè)體系處于建立和完善過程中，全球物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)處于高速發(fā)展階段。在國家政策與技術的支持下，中國物聯(lián)網(wǎng)市場蓬勃發(fā)展。截至2020年底，中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模達到16600億元，較上年增加1600億元，同比增長10.67%；預計2021年物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到18400億元。未來趨勢：物聯(lián)網(wǎng)被稱為世界信息產業(yè)第三次浪潮，代表了下一代信息發(fā)展技術，物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應用與技術提升，如圖1-24所示，將各種感知技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和人工智能與自動化技術聚合與集成應用，使人與物智慧對話，創(chuàng)造一個智慧的世界。第2章無線射頻技術1.按照標簽獲取電能方式的不同，電子標簽可以分為哪幾類？各自有什么特點？答：按照標簽獲取電能方式的不同，可以把標簽分成有源標簽、無源標簽和半有源標簽。(1)有源標簽。有源標簽內部自帶電池進行供電，它的電能充足，工作可靠性高，信號傳送距離遠。另外，有源標簽可以通過設計電池的不同壽命對標簽的使用時間或使用次數(shù)進行限制，也可以用在需要限制數(shù)據(jù)傳輸量或者使用數(shù)據(jù)有限制的地方，比如，一年內標簽只允許讀寫有限次。有源標簽的缺點主要是標簽的使用壽命受到限制，而且隨著標簽內電池電力的消耗，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x會越來越小，從而影響系統(tǒng)的正常工作。(2)無源標簽。無源標簽內部不帶電池，要靠外界提供能量才能正常工作。無源標簽典型的產生電能的裝置是天線與線圈，當標簽進入系統(tǒng)的工作區(qū)域時，天線接收到特定的電磁波，線圈就會產生感應電流，再經過整流電路給標簽供電。無源標簽具有永久的使用期，常常用在標簽信息需要每天讀寫或頻繁讀寫多次的地方，而且無源標簽支持長時間的數(shù)據(jù)傳輸和永久性的數(shù)據(jù)存儲。無源標簽的缺點主要是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要比有源標簽短。無源標簽依靠外部的電磁感應供電，它的電能就比較弱，因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和信號強度就受到限制，需要靈敏度比較高的信號接收器（閱讀器）才能可靠識讀。(3)半有源標簽。半有源系統(tǒng)介于兩者之間，雖然帶有電池，但是電池的能量只激活系統(tǒng)，系統(tǒng)激活后無需電池供電，直接進入無源標簽工作模式。2.根據(jù)無線射頻技術特點，設想一下可以將其應用到生活中的哪些方面？答：根據(jù)無線射頻技術特點，無線射頻技術可以應用于物流、交通、身份識別、防偽、資產管理、食品、信息統(tǒng)計、查閱應用、安全控制等方面。(1)物流。物流倉儲是RFID最有潛力的應用領域之一，UPS、DHL、Fedex等國際物流巨頭都在積極實驗RFID技術，以期在將來大規(guī)模應用于提升其物流能力?？蓱玫倪^程包括：物流過程中的貨物追蹤、信息自動采集、倉儲管理應用、港口應用、郵政包裹、快遞等。(2)交通。不停車電子收費系統(tǒng)（ETC）、出租車管理、公交車樞紐管理、鐵路機車識別等。(3)身份識別。RFID技術由于具有快速讀取與難偽造性，所以被廣泛應用于個人的身份識別證件中。如開展的電子護照項目、我國的第二代身份證、學生證等其他各種電子證件。(4)防偽。RFID具有很難偽造的特性，但是如何應用于防偽還需要政府和企業(yè)的積極推廣?？梢詰玫念I域包括貴重物品（煙、酒、藥品）的防偽和票證的防偽等。(5)資產管理?？蓱糜诟黝愘Y產的管理，包括貴重物品、數(shù)量大相似性高的物品或危險品等。隨著標簽價格的降低，RFID幾乎可以管理所有的物品。(6)食品?？蓱糜谒⑹卟?、生鮮、食品等管理。該領域的應用需要在標簽的設計及應用模式上有所創(chuàng)新。(7)信息統(tǒng)計。射頻識別技術的運用，信息統(tǒng)計就變成了一件既簡單又快速的工作。由檔案信息化管理平臺的查詢軟件傳出統(tǒng)計清查信號，閱讀器迅速讀取館藏檔案的數(shù)據(jù)信息和相關儲位信息，并智能返回所獲取的信息和中心信息庫內的信息進行校對。如針對無法匹配的檔案，由管理者用閱讀器展開現(xiàn)場核實，調整系統(tǒng)信息和現(xiàn)場信息，進而完成信息統(tǒng)計工作。(8)查閱應用。在查詢檔案信息時，檔案管理者借助查詢管理平臺找出檔號，系統(tǒng)按照檔號在中心信息庫內讀取數(shù)據(jù)資料，核實后，傳出檔案出庫信號，儲位管理平臺的檔案智能識別功能模塊會結合檔號對應相關儲位編號，找出該檔案保存的具體部位。管理者傳出檔案出庫信號后，儲位點上的指示燈立即亮起。資料出庫時，射頻識別閱讀器將獲取的信息反饋至管理平臺，管理者再次核實，對出庫檔案和所查檔案核查相同后出庫。而且，系統(tǒng)將記錄信息出庫時間。若反饋檔案和查詢檔案不相符，安全管理平臺內的警報模塊就會傳輸異常預警。(9)安全控制。安全控制系統(tǒng)能實現(xiàn)對檔案館的及時監(jiān)控和異常報警等功能，以避免檔案被毀、失竊等。檔案在被借閱歸還時，特別是實物檔案，常常用作展覽、評價檢查等，管理者對歸還的檔案仔細檢查，并和檔案借出以前的信息核實，能及時發(fā)現(xiàn)檔案是否受損、缺失等。3.請簡述RFID應用系統(tǒng)的組成及工作原理。答：RFID應用系統(tǒng)由閱讀器、應答器和高層等部分組成。最簡單的應用系統(tǒng)只有單個閱讀器，它一次對一個應答器進行操作。更復雜的應用系統(tǒng)要解決閱讀器的高層處理問題，包括多閱讀器的網(wǎng)絡連接。RFID的基本工作原理：應答器為集成電路芯片，它的工作需要由閱讀器提供能量，閱讀器產生的射頻載波用于為應答器提供能量。閱讀器和應答器之間的信息交互通常是采用詢問—應答的方式進行，因此必須有嚴格的時序關系，時序由閱讀器提供。應答器和閱讀器之間可以實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，應答器存儲的數(shù)據(jù)信息采用對載波的負載調制方式向閱讀器傳送，閱讀器給應答器的命令和數(shù)據(jù)通常采用載波間隙、脈沖位置調制、編碼調制等方法實現(xiàn)傳送。4.請簡述應答器的分類及其特點。答：根據(jù)應答器是否需要加裝電池及電池供電的作用，可將應答器分為無源（被動式）、半無源（半被動式）和有源（主動式）應答器三種類型。(1)無源應答器。不附帶電池。在閱讀器的閱讀范圍之外，應答器于無源狀態(tài)；在閱讀器的閱讀范圍之內，應答器從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取工作所需的電能。采用電感耦合方式的應答器多為無源應答器。(2)半無源應答器。半無源應答器內裝有電池，但電池僅起輔助作用，它對維持數(shù)據(jù)的電路供電或對應答器芯片工作所需的電壓作輔助支持。應答器電路本身耗能很少，平時處于休眠狀態(tài)。當應答器進入閱讀器的閱讀范圍時，受閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵而進入工作狀態(tài)，它與無源應答器一樣，用于傳輸通信的射頻能量源自閱讀器。(3)有源應答器。有源應答器的工作電源完全由內部電池供給，同時內部電池能量也部分地轉換為應答器與閱讀器通信所需的射頻能量。5.試回答應答器電路的基本結構和作用。答：應答器電路的基本結構下圖所示。它由天線、編/解碼器、電源、解調器、存儲器、控制器和負載調制電路組成。應答器電路的作用：(1)能量獲取。天線電路用于獲取射頻能量，由電源電路整流穩(wěn)壓后為應答器電路提供直流工作電壓。(2)時鐘。天線電路獲取的載波信號的頻率經分頻后，分頻信號可作為應答器的控制器、存儲器、編/解碼器等電路工作時所需的時鐘信號。(3)數(shù)據(jù)的輸入/輸出。從閱讀器送來的命令，通過解調、解碼電路送到控制器，控制器實現(xiàn)命令所規(guī)定的操作；從閱讀器送來的數(shù)據(jù)，經解調、解碼后在控制器的管理下寫入存儲器。應答器送至閱讀器的數(shù)據(jù)，在控制器的管理下從存儲器輸出，經編碼器、負載調制電路輸出。(4)存儲器。RFID應答器的存儲數(shù)據(jù)量通常在幾字節(jié)到幾千字節(jié)之間，但有一個例外，就是前面介紹的用于電子防盜系統(tǒng)（EAS）的1比特應答器。(5)控制器?？刂破魇菓鹌餍酒行蚬ぷ鞯闹笓]器。只讀應答器的控制器電路比較簡單。對于可讀/寫和具有密碼功能的應答器，必須有內部邏輯控制對存儲器的讀/寫操作和對讀/寫授權請求的處理，該項工作通常由一臺狀態(tài)機來完成。6.試回答閱讀器電路的基本結構和功能。答：閱讀器電路的組成框圖如下圖所示閱讀器通常都應具有下述功能：(1)以射頻方式向應答器傳輸能量；(2)從應答器中讀出數(shù)據(jù)或向應答器寫入數(shù)據(jù)；(3)完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理并實現(xiàn)應用操作；(4)若有需要，應能和高層處理單元交互信息。7.RFID數(shù)據(jù)傳輸中常用的數(shù)據(jù)編碼方式有哪些？答：數(shù)據(jù)編碼一般又稱為基帶數(shù)據(jù)編碼，一方面便于數(shù)據(jù)傳輸，另一方面可以對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密。常用的數(shù)據(jù)編碼方式有反向不歸零碼（NRZ）、曼徹斯特編碼（Manchester）、單極性歸零編碼（UnipolarRZ）、差動雙相編碼（DBP）、米勒編碼（Miller）、差動編碼、脈沖寬度編碼（PulseWidthModulation，PWM）、脈沖位置編碼（PulsePositionModulation，PPM）等方式。8.簡述射頻識別系統(tǒng)常用的系統(tǒng)安全手段有哪幾種，基本原理是什么？答：射頻識別系統(tǒng)常用的系統(tǒng)安全手段有相互對稱的鑒別、利用導出密鑰的鑒別、加密的數(shù)據(jù)傳輸這三種手段。(1)相互對稱的鑒別。讀寫器和標簽之間的相互鑒別是建立在國際標準ISO9798—2“三通相互鑒別”的基礎上。雙方在通信中互相檢測另一方的密碼。在這個過程中，所有標簽和讀寫器構成了某項應用的一部分，具有相同的密鑰K（對稱加密過程）。當某個標簽首先進入閱讀器的詢問范圍時，它無法斷定參與通信的對方是否屬于同一個應用。從讀寫器來看，需要防止假冒的偽造數(shù)據(jù)。另一方面，標簽同樣需要防止未經認可的數(shù)據(jù)讀取或重寫。相互鑒別的過程從讀寫器發(fā)送“查詢”命令給射頻標簽開始。(2)利用導出密鑰的鑒別。每個標簽采用不同的密鑰來保護。為此，在射頻標簽生產過程中讀出它的序列號，用加密算法和主控密鑰KM計算密鑰KX，而標簽就這樣被初始化。每個標簽因此接受了一個與自己識別號和主控密鑰KM相關的密鑰。利用導出密鑰的相互鑒別過程如下：首先由讀寫器讀取射頻標簽的ID號，然后用讀寫器通過安全模塊（SecurityAuthenticationModule，SAM），使用主控密鑰KM計算出標簽的專用密鑰，以便啟動鑒別過程。(3)加密的數(shù)據(jù)傳輸。加密過程可以用來防止主動攻擊和被動攻擊，為此傳輸數(shù)據(jù)（明文）可以在傳輸前改變（加密），使隱藏的攻擊者不能推斷出信息的真實內容（明文）。加密的數(shù)據(jù)傳輸總是按相同的模式進行：傳輸數(shù)據(jù)（明文）被密鑰K和加密算法變換（密碼術）為秘密數(shù)據(jù)（密文）。如果不了解加密算法和加密密鑰K，則隱藏的攻擊者將無法解釋所記錄的數(shù)據(jù)，即從密文不可能重現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)。在接收器中，使用解密密鑰和加密算法把加密數(shù)據(jù)變換回原來的形式（解密）。9.RFID數(shù)據(jù)傳輸中常用的數(shù)據(jù)校驗方法有哪幾種？答：數(shù)據(jù)傳輸中常用的數(shù)據(jù)校驗方法有差錯與差錯控制、奇偶校驗法、冗余校驗法等。10.在射頻識別系統(tǒng)中采用的多路存取方法有哪些？有什么特點？答：在射頻識別系統(tǒng)中采用的多路存取方法有空分多路法(SCDMA)、時分多路法(TDMA)、頻分多路法(FDMA)。(1)空分多路法(SCDMA)。分離的空間范圍內進行多個目標識別的技術。缺點是復雜的天線系統(tǒng)和相當高的實施費用。(2)時分多路法(TDMA)。把整個可供使用的通道容量按時間分配給多個用戶的技術。又可以分為標簽控制法和讀頭控制法。讀頭控制法的缺點是標簽的識別碼的識別速度低。(3)頻分多路法(FDMA)。提供若干個不同載波率的傳輸通路同時給通信用戶使用的技術。缺點是閱讀器的成本高，因為每個接收通路必須有自己的獨立接收器，頻射標簽的差異更為麻煩。11.射頻識別系統(tǒng)的工作頻率是什么？答：從應用概念來說，電子標簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻率，是其最重要的特點之一。電子標簽的工作頻率不僅決定著射頻識別系統(tǒng)的工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著電子標簽及讀寫器實現(xiàn)的難易程度和設備的成本。12.無線視頻識別應用于動物識別的標準是什么？答：無線視頻識別應用于動物識別的標準是：ISO11784:1996動物無線射頻識別編碼結構；ISO11785:1996動物無線射頻識別技術概念；ISO14223:2000動物無線射頻識別高級標簽第一部分：非接觸接口。13.無線視頻識別應用于道路交通信息學的標準是什么？答：無線視頻識別應用于道路交通信息學的標準是：ISO/DTR14813-1運輸信息與控制系統(tǒng)TICS部門的參考模型構造第一部分：TICS基礎服務；ISO/DTR14813-2參考模型，TICS部分的構造第二部分：核心參考模型；ISO/DTR14813-3參考模型，TICS部分的構造第三部分：案例細節(jié)；ISO/DTR14813-4參考模型，TICS部分的構造第四部分：參考模型指南；ISO/DTR14813-5運輸信息與控制系統(tǒng)TICS部分的參考模型構造第五部分：在TICS標準中對構造描述的要求；ISO/DTR14813-6參考模型，TICS部分的構造第六部分：ASN.1中的數(shù)據(jù)描述；ISO/DTR14816一般AVI/AEI的數(shù)字配置；ISO/DTR14819-1交通和旅游信息（TTI）TTI信息通過交通信息編碼第一部分：無線數(shù)字系統(tǒng)的代碼協(xié)議交通信息通道（RDS-TMC）采用C警報；ISO/TR14825：1996地理數(shù)據(jù)文件（GDF）；(10)ISO/TR14904：1997道路運輸和交通信息通信自動收費系統(tǒng)（AFC）交換機之間的清空界面規(guī)范；(11)ISO/TR14906：1998道路運輸和交通信息通信(R1flrr)電子收費系統(tǒng)（EFC）專用的近距離通信的應用界面定義。14.無線射頻識別在自動識別應用方面的標準是什么？答：無線射頻識別在自動識別應用方面的標準是：ISO/IEC15434信息技術高品質ADC介質的傳輸規(guī)則；ISO/IEC15459-1傳輸單元的惟一識別第一部分：技術標準；ISO/IEC15459-2傳輸單元的惟一識別第二部分：程序標準；ISO/IEC15418EAN/UCC應用標志符和實際數(shù)據(jù)標志符；ISO/IECl5424數(shù)據(jù)載體/象征標志符；ISO/IEC18001項目管理無線射頻識別應用需求概要；ISO/IEC15962數(shù)據(jù)符號；ISO/IEC15963射頻標簽的唯一識別和管理惟一性的注冊職權；ISO/IEC15961項目管理無線射頻識別數(shù)據(jù)對象。15.非接觸識別卡的主要參數(shù)有哪幾個？答：非接觸識別卡的主要性能參數(shù)有工作頻率、讀/寫能力、編碼調制方式、數(shù)據(jù)傳輸速率、信息數(shù)據(jù)存儲容量、工作距離、多應答器識讀能力（也稱為防碰撞或者防沖突能力）、安全性能（密鑰、認證）等。第3章無線傳感器網(wǎng)絡概述1.無線傳感器網(wǎng)絡主要特點有哪些？主要應用領域有哪些？答：無線傳感器網(wǎng)絡的特點主要有以下幾點：1、分布式；2、自組織；3、拓撲變化；4、多跳路由；5、安全性差等特點。應用于軍事、環(huán)境監(jiān)測、智能家居、空間探測、交通安全管理、礦山安全監(jiān)測、大型倉儲系統(tǒng)管理等領域。2.無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構包括什么？答：無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構由分層的網(wǎng)絡通信協(xié)議、網(wǎng)絡管理平臺以及應用支撐平臺這三個部分組成。3.無線傳感器網(wǎng)絡的路由過程主要包括哪幾個步驟？答：無線傳感器網(wǎng)絡的路由過程主要分為以下4個步驟：1）某一個設備發(fā)出路由請求命令幀，啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。2）對應的接收設備收到該命令后，回復應答命令幀。3）對潛在的各條路徑開銷（跳轉次數(shù)、延遲時間），進行評估比較。4）將評估確定之后的最佳路由記錄添加到此路徑上各個設備的路由表中。4.在設計無線傳感器網(wǎng)絡的MAC協(xié)議時需要考慮哪幾個方面？答：需要考慮以下三點：1）節(jié)省能量。傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，而且電池能量通常難以進行補充，為了長時間保證傳感器網(wǎng)絡的有效工作，MAC協(xié)議在滿足應用要求的前提下，應盡量節(jié)省使用節(jié)點的能量。2）可擴展性。由于傳感器節(jié)點數(shù)目、節(jié)點分布密度等在傳感器網(wǎng)絡生存過程中不斷變化，節(jié)點位置也可能移動，還有新節(jié)點加入網(wǎng)絡的問題，所以無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構具有動態(tài)性。MAC協(xié)議也應具有可擴展性，以適應這種動態(tài)變化的拓撲結構。3）網(wǎng)絡效率。網(wǎng)絡效率包括網(wǎng)絡的公平性、實時性、網(wǎng)絡吞吐量以及帶寬利用率等。5.簡述無線傳感器網(wǎng)絡有哪些關鍵技術？答：關鍵技術主要包括：QoS保證、數(shù)據(jù)融合技術、網(wǎng)絡安全機制、定位技術、同步管理機制、無線通信網(wǎng)絡技術、嵌入式實時系統(tǒng)軟件技術。第4章無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議規(guī)范與應用開發(fā)技術1.IEEE802.15.4標準主要特點有哪些？其和ZigBee協(xié)議結構上有哪些不同？答：IEEE802.15.4標準主要特點有：1、在不同的載波頻率下實現(xiàn)了20Kbps、40Kbps和250Kbps三種不同傳輸速率；2、支持星形和點對點兩種網(wǎng)絡拓撲結構；3、有16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球唯一的擴展地址；4、支持沖突避免的載波多路偵聽技術(CSMA/CA)；5、支持確認(ACK)機制，保證傳輸可靠性。IEEE802.15.4主要制定協(xié)議中的物理層和MAC層；ZigBee聯(lián)盟則制定協(xié)議中的網(wǎng)絡層和應用層，主要負責實現(xiàn)組網(wǎng)、安全服務等功能以及一系列無線家庭、建筑等解決方案，負責提供兼容性認證，市場運作以及協(xié)議的發(fā)展延伸。2.無線傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)方式有哪幾種？主要特點有哪些？答：ZigBee網(wǎng)絡的拓撲主要有星狀、網(wǎng)狀和混合狀。星狀拓撲具有組網(wǎng)簡單、成本低和電池壽命長的優(yōu)點；但網(wǎng)絡覆蓋范圍有限，可靠性不及網(wǎng)狀拓撲結構，一旦中心節(jié)點發(fā)生故障，所有與之相連的網(wǎng)絡節(jié)點的通信都將中斷。網(wǎng)狀拓撲具有可靠性高、覆蓋范圍大的優(yōu)點；缺點是電池使用壽命短、管理復雜?；旌蠣钔負渚C合了以上兩種拓撲的特點，這種組網(wǎng)通常會使ZigBee網(wǎng)絡更加靈活、高效、可靠。3.無線傳感器網(wǎng)絡仿真需要解決哪些問題？答：需要解決的問題主要有：1）可擴展性與仿真效率。無線傳感器網(wǎng)絡超大規(guī)模和拓撲結構動態(tài)變化的特點要求仿真系統(tǒng)在支持網(wǎng)絡規(guī)模動態(tài)變化的同時，保持高仿真效率。2）分布與異步特性。由于無線傳感器網(wǎng)絡是以數(shù)據(jù)為中心的全分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)，單個傳感器節(jié)點一般只能擁有局部信息，并且不具備全局唯一標志，與傳統(tǒng)無線節(jié)點有較明顯的差別；同時，節(jié)點間通信的異步特性增加了仿真系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的難度。3）動態(tài)性。在實際應用環(huán)境中，由于無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點可能移動或者失效，網(wǎng)絡拓撲會經常變化；在能量管理機制的作用下，節(jié)點的狀態(tài)也會不斷變化。因此，準確建立無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的動態(tài)性模型，對于提高仿真實驗結果的可信度至關重要。4）綜合仿真平臺。作為一種測控網(wǎng)絡，無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)集傳感、通信和協(xié)同信息處理于一身。另外，由于節(jié)能是無線傳感器網(wǎng)絡的主要目標，無線傳感器網(wǎng)絡引入了與能耗相關的性能評價指標。所以，無線傳感器網(wǎng)絡需要一個完整、綜合的仿真平臺。4.無線傳感器網(wǎng)絡軟件開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)有哪些？硬件設計分哪些部分及其挑戰(zhàn)是什么？答：軟件開發(fā)的挑戰(zhàn)主要有：1）安全問題；2）可控的QoS操作；3）中間件系統(tǒng)。硬件設計包括數(shù)據(jù)處理模塊、換能器模塊、無線通信模塊、電源模塊和其他外圍模塊。其中，數(shù)據(jù)處理模塊是節(jié)點的核心模塊，用于完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、執(zhí)行通信協(xié)議和節(jié)點調度管理等工作；換能器模塊包括各種傳感器和執(zhí)行器，用于感知數(shù)據(jù)和執(zhí)行各種控制動作；無線通信模塊用于完成無線通信任務；電源模塊是所有電子系統(tǒng)的基礎，電源模塊的設計直接關系到節(jié)點的壽命；其他外圍模塊包括看門狗電路、電池電量檢測模塊等，也是傳感器節(jié)點不可缺少的組成部分。硬件設計的挑戰(zhàn)主要有：1）多種應用需求之間的矛盾和權衡；2）高能量密度電池和能量收集技術；3）硬件的可擴展性設計。第5章無線傳感器網(wǎng)絡SoC系統(tǒng)及其應用1.CC2530芯片有哪些特點？答：CC2530采用增強型8051MCU，具有32/64/128/256KB內存，和8KBSRAM等高性能模塊，并內置了ZigBee協(xié)議棧。加上超低功耗，使得它可以用很低的費用構成ZigBee節(jié)點，具有很強的市場競爭力。CC2530能夠提高系統(tǒng)性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4GHzISM波段應用對低成本、低功耗的要求。它結合了一個高性能2.4GHzDSSS核心射頻收發(fā)器和工業(yè)級的8051控制器。2.CC2530芯片硬件結構分為哪幾部分？主要外設有哪些？答：CC2530硬件結構分為ZigBee射頻（RF）前端、內存和微控制器三部分。它使用一個8位增強型8051MCU，具有32/64/128/256KB可編程閃存和8KB的SRAM，還包含了模擬數(shù)字轉換器（ADC）、4個定時器（Timer）、AES加密解密內核、看門狗定時器（WatchDogTimer）、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路（PowerOnReset）以及21個可編程I/O引腳。3.CC2530有幾個數(shù)據(jù)指針？分別用于干什么？答：CC2530有兩個數(shù)據(jù)指針（DPTR0和DPTR1），主要用于代碼和外部數(shù)據(jù)的存取。第6章藍牙技術1.藍牙的特點有哪些？答：1）全球范圍適用：藍牙工作在2.4GHz的ISM頻段，全球大多數(shù)國家ISM頻段的范圍是2.4GHz～2.4835GHz，使用該頻段無須向各國的無線電資源管理部門申請許可證。2）同時傳輸語音和數(shù)據(jù)：藍牙采用電路交換和分組交換技術，支持異步數(shù)據(jù)通道、三路語音信道以及一部數(shù)據(jù)與同步語音同時傳輸?shù)男诺馈?）可以建立臨時性的對等連接（Ad-HocConnection）：根據(jù)藍牙設備在網(wǎng)絡中的角色，可分為主設備（Master）與從設備（Slave）。主設備是組網(wǎng)連接主動發(fā)起連接請求的藍牙設備，而連接響應方則為從設備。4）具有很好的抗干擾能力：藍牙采取了跳頻（FrequencyHopping）方式來擴展頻譜（SpreadSpectrum）。5）藍牙模塊體積很小，可以方便地繼承到各種設備中。6）低功耗：藍牙設備在通信連接狀態(tài)下，有四種工作模式，即激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。7）開放的接口標準：SIG為了推廣藍牙技術的應用，將藍牙的技術標準全部公開，全世界方位內的任何單位和個人都可以進行藍牙產品的開發(fā)。8）成本低，集成藍牙技術的產品成本增加很少。2.藍牙體系結構包括哪幾部分？各個部分又是如何定義的？答：藍牙的體系結構分為三個基本部分：控制器、主機和應用程序?？刂破魍ǔＪ且粋€物理設備，她能夠發(fā)送和接收無線電信號，并懂得如何將這些信號翻譯成攜帶信息的數(shù)據(jù)包。主機通常是一個軟件棧，管理兩臺或多臺設備間如何通信以及如何利用無線電同時提供幾種不同的服務。應用程序則使用軟件棧，進而使控制器來實現(xiàn)用戶實例。3.CC2640芯片所攜帶的獨特超低功耗傳感器控制器的作用是什么？答：此傳感器控制器非常適合連接外部傳感器，還適合用于在系統(tǒng)其余部分處于睡眠模式的情況下自主收集模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)。第7章大數(shù)據(jù)與云計算1.云計算和大數(shù)據(jù)產生的基礎是什么？什么是云計算？什么是大數(shù)據(jù)？答：當今時代，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術的高速發(fā)展及其在各行各業(yè)中的廣泛應用，數(shù)以億計的設備接入網(wǎng)絡，導致對處理能力、存儲空間、數(shù)據(jù)資源的需求日益強烈，呈現(xiàn)出爆炸式增長的態(tài)勢。云計算和大數(shù)據(jù)為代表的數(shù)字基礎設施的最終目標是將計算、服務和應用作為一種公共設施提供給公眾，使人們能夠像使用水、電、煤氣和電話那樣使用計算機資源。大數(shù)據(jù)指的是：數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，類型復雜，信息全面、維度高，難以基于傳統(tǒng)軟、硬件工具在有效的時間范圍內進行采集、存儲、分析、處理和展示的數(shù)據(jù)集合，對該數(shù)據(jù)集合進行處理有可能獲得高價值處理結果，有助于機構或個人洞察事物真相，預測發(fā)展趨勢，進行合理的判斷和決策。云計算是一種將硬件基礎設施、軟件系統(tǒng)平臺等資源通過互聯(lián)網(wǎng)以按需使用、按量計費的方式為用戶提供動態(tài)的、高性價比的、規(guī)?？蓴U展的計算、存儲和網(wǎng)絡等服務的信息技術。2.如何理解云計算與大數(shù)據(jù)的關系？答：大數(shù)據(jù)與云計算是相輔相成的。大數(shù)據(jù)著眼于“數(shù)據(jù)”，關注實際業(yè)務，提供數(shù)據(jù)采集分析挖掘，看重的是信息的積淀，即數(shù)據(jù)存儲能力。云計算著眼于“計算”，關注對資源的靈活管理，看重的是計算能力，即數(shù)據(jù)處理能力。沒有大數(shù)據(jù)的信息積淀，云計算的計算能力再強大，也難以找到用武之地；大數(shù)據(jù)的信息積淀再豐富，也需要云計算強大的處理能力。3.簡要介紹云計算的體系架構與關鍵技術。答：云計算的體系架構包括物理資源層、虛擬化資源池層、管理中間件層和SOA構建層。物理資源層，最底層的物理資源層由各種軟／硬件資源構成，包括計算、網(wǎng)絡、存儲等各種資源，具體包括服務器集群（計算機）、存儲設備、網(wǎng)絡設施、數(shù)據(jù)庫和軟件等。虛擬化資源池層，云計算普遍利用虛擬化或容器等技術對物理資源進行封裝，構建可以共享使用的資源池，從而為上層應用和服務提供支撐。虛擬化資源池層作為實際物理資源的集成，可以更加有效地對資源進行管理和分配。管理中間件層，為了讓整個云計算可以有序地運行，還需要管理云計算的中間件，負責對云計算的用戶、任務、資源和安全等進行管理。SOA構建層，SOA構建層是一個面向應用和服務的構建層，為各種應用提供各種服務，并且有效地管理各種應用，提供諸如服務注冊、服務工作流等一系列用戶可選擇的操作。SOA構建層將云服務進行封裝并提供服務接口，用戶只需要調用接口就可以方便地使用云服務。云計算的關鍵技術包括虛擬化技術、分布式并行編程模型技術、分布式數(shù)據(jù)存儲技術、分布式任務調度技術、監(jiān)控管理技術、云計算安全保障機制、云計算網(wǎng)絡技術和綠色節(jié)能技術等。4.簡述云計算的三種服務模式和四種部署模型。答：云計算的服務模式可以分為基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）三種。云計算的部署模型包括公共云、私有云、社區(qū)云和混合云。5.簡述大數(shù)據(jù)的關鍵技術?并對每種關鍵技術進行簡單的說明。答：大數(shù)據(jù)關鍵技術主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和結果可視化。數(shù)據(jù)采集技術是指從傳感器、智能設備、企業(yè)信息化系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)平臺等獲取數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)預處理技術指的是在數(shù)據(jù)挖掘分析前對數(shù)據(jù)進行的一些必要的清洗、去噪、去重，以達到去偽存真的目的。數(shù)據(jù)存儲技術綜合利用分布式文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉庫、關系數(shù)據(jù)庫、NoSQL數(shù)據(jù)庫等，對結構化、半結構化和非結構化海量數(shù)據(jù)進行存儲和管理。數(shù)據(jù)處理技術普遍采用以深度學習（DeepLearning,DL）為代表的AI算法等。結果可視化技術是指通過圖形化的方式，以一種直觀、便于理解的形式展示數(shù)據(jù)及分析結果的方法。大數(shù)據(jù)可視化是指利用圖形處理、計算機視覺等對大數(shù)據(jù)進行可視化展示。6.簡單介紹大數(shù)據(jù)預處理常用的幾種方法。答：常用大數(shù)據(jù)預處理方法主要包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)規(guī)約等。數(shù)據(jù)清洗是對數(shù)據(jù)進行重新審查和校驗的過程，目的是刪除重復數(shù)據(jù)、糾正數(shù)據(jù)中存在的錯誤，并使數(shù)據(jù)保持一致性。數(shù)據(jù)集成是將存儲在不同的存儲介質中的數(shù)據(jù)合并到一致的存儲介質中。數(shù)據(jù)集成主要面臨字段意義問題、字段結構問題、字段冗余問題、數(shù)據(jù)重復問題及數(shù)據(jù)沖突問題等。數(shù)據(jù)轉換是將數(shù)據(jù)從一種表示形式轉換為另一種表現(xiàn)形式。常用的數(shù)據(jù)轉換策略有：平滑處理、合計處理、泛化處理、屬性構造、規(guī)格化處理及數(shù)據(jù)離散化處理等。數(shù)據(jù)規(guī)約數(shù)據(jù)規(guī)約的目的是識別數(shù)據(jù)中存在的重復和冗余屬性，在盡量保留原有數(shù)據(jù)集完整信息的前提下，縮小數(shù)據(jù)集規(guī)模。7.簡單說明大數(shù)據(jù)分析的三種主要任務。答：數(shù)據(jù)處理的任務主要包含分類、聚類、關聯(lián)分析等。分類是指根據(jù)數(shù)據(jù)的屬性或特征將同一屬性或特征的數(shù)據(jù)歸并在一起，同時構造分類函數(shù)或分類模型（分類器）。構造分類函數(shù)或分類模型的目的是根據(jù)數(shù)據(jù)集的特點把未知類別的樣本數(shù)據(jù)映射到給定類別中。聚類是一種探索性的數(shù)據(jù)分析任務，是指將數(shù)據(jù)歸類到不同的類或簇中的一個過程。聚類事先不知道數(shù)據(jù)劃分的標準，主要是通過算法判斷數(shù)據(jù)之間的相似性，把相似的數(shù)據(jù)存放在一起。關聯(lián)分析是一種在大規(guī)模的數(shù)據(jù)中尋找有價值關系的任務。8.簡述虛擬機與容器技術的差異。答：容器技術不需要虛擬化整個操作系統(tǒng)，只需要虛擬化一個小規(guī)模的環(huán)境，類似于“沙盒”；運行空間，虛擬機一般需要幾GB到幾十GB的空間，而容器只需要MB甚至KB；與虛擬機相比，容器更輕更快。7.區(qū)塊鏈技術架構有哪些層級？以及每一層的作用。答：區(qū)塊鏈技術架構包含數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、共識層、激勵層、合約層、應用層。數(shù)據(jù)層將底層數(shù)據(jù)封裝成鏈式結構，通過哈希算法和Merkle樹，將某一時間段內接收到的交易記錄打包成一種帶有時間戳的數(shù)據(jù)區(qū)塊，并鏈接到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡。網(wǎng)絡層封裝了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的P2P組網(wǎng)方式、消息傳播協(xié)議和數(shù)據(jù)驗證機制等，使區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中每一個節(jié)點都能參與區(qū)塊數(shù)據(jù)的校驗和記賬過程，僅當區(qū)塊數(shù)據(jù)通過全網(wǎng)大部分節(jié)點驗證后才能記入?yún)^(qū)塊鏈。共識層是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中各個節(jié)點達成一致的方法，能夠在決策權高度分散的去中心化系統(tǒng)中使得各節(jié)點高效地針對區(qū)塊數(shù)據(jù)的有效性達成共識。激勵層將價值度量、賬戶等集成到區(qū)塊鏈中，建立適合的經濟激勵機制，以及代幣發(fā)行與分配機制。合約層集成了各類腳本、算法和智能合約，建立了可監(jiān)管、可審計的合約形式化規(guī)范，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎。應用層使得區(qū)塊鏈可以被應用于金融服務、供應鏈、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療和公共服務等領域。9.簡述區(qū)塊鏈與大數(shù)據(jù)的關系。答：大數(shù)據(jù)，強調無法在一定時間范圍內用常用軟件工具進行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。因此，側重數(shù)據(jù)概念，一種信息資產。區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。因