物联网技术与应用第3版武奇生课后参考答案

物联网技术及应用第3版习题答案第1章物联网及体系结构1、简述物联网的概念。答：世界上所有的人和物在任何时间、任何地点，都可以方便地实现人与人、人与物、物与物之间的信息交互。2、简述物联网的定义。答：通过射频识别（RFID）卡、无线传感器等信息传感设备，按传输协议，以有线和无线的方式把任何物品与互联网相连接，运用人工智能、“云计算”等数据处理技术，进行信息交换、通信等处理，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的一种网络。3、简述互联网与物联网的关系。答：互联网是物联网发展的基础和推动力，物联网是互联网更全面、广泛的网络应用及融合。4、常见的物联网传输系统和技术。答：移动4G和5G、中国北斗、蓝牙系统、专用短程通信协议DSRC、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等系统和技术。5、简述物联网的体系结构.答：物联网大致被认为有三个层次：感知层、网络层、，应用层。或者物联网的体系结构可以分为三个层次：泛在化末端感知网络（对应感知层）、融合化网络通信基础设施（对应网络层）、普适化应用服务支撑体系（对应应用层）。6、简述物联网的发展趋势。答：物联网发展现状：全球物联网核心技术持续发展，标准体系正在构建，产业体系处于建立和完善过程中，全球物联网行业处于高速发展阶段。在国家政策与技术的支持下，中国物联网市场蓬勃发展。截至2020年底，中国物联网市场规模达到16600亿元，较上年增加1600亿元，同比增长10.67%；预计2021年物联网市场规模将达到18400亿元。未来趋势：物联网被称为世界信息产业第三次浪潮，代表了下一代信息发展技术，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，如图1-24所示，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。第2章无线射频技术1.按照标签获取电能方式的不同，电子标签可以分为哪几类？各自有什么特点？答：按照标签获取电能方式的不同，可以把标签分成有源标签、无源标签和半有源标签。(1)有源标签。有源标签内部自带电池进行供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传送距离远。另外，有源标签可以通过设计电池的不同寿命对标签的使用时间或使用次数进行限制，也可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方，比如，一年内标签只允许读写有限次。有源标签的缺点主要是标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内电池电力的消耗，其数据传输的距离会越来越小，从而影响系统的正常工作。(2)无源标签。无源标签内部不带电池，要靠外界提供能量才能正常工作。无源标签典型的产生电能的装置是天线与线圈，当标签进入系统的工作区域时，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，再经过整流电路给标签供电。无源标签具有永久的使用期，常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方，而且无源标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。无源标签的缺点主要是数据传输的距离要比有源标签短。无源标签依靠外部的电磁感应供电，它的电能就比较弱，因此数据传输的距离和信号强度就受到限制，需要灵敏度比较高的信号接收器（阅读器）才能可靠识读。(3)半有源标签。半有源系统介于两者之间，虽然带有电池，但是电池的能量只激活系统，系统激活后无需电池供电，直接进入无源标签工作模式。2.根据无线射频技术特点，设想一下可以将其应用到生活中的哪些方面？答：根据无线射频技术特点，无线射频技术可以应用于物流、交通、身份识别、防伪、资产管理、食品、信息统计、查阅应用、安全控制等方面。(1)物流。物流仓储是RFID最有潜力的应用领域之一，UPS、DHL、Fedex等国际物流巨头都在积极实验RFID技术，以期在将来大规模应用于提升其物流能力。可应用的过程包括：物流过程中的货物追踪、信息自动采集、仓储管理应用、港口应用、邮政包裹、快递等。(2)交通。不停车电子收费系统（ETC）、出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别等。(3)身份识别。RFID技术由于具有快速读取与难伪造性，所以被广泛应用于个人的身份识别证件中。如开展的电子护照项目、我国的第二代身份证、学生证等其他各种电子证件。(4)防伪。RFID具有很难伪造的特性，但是如何应用于防伪还需要政府和企业的积极推广。可以应用的领域包括贵重物品（烟、酒、药品）的防伪和票证的防伪等。(5)资产管理。可应用于各类资产的管理，包括贵重物品、数量大相似性高的物品或危险品等。随着标签价格的降低，RFID几乎可以管理所有的物品。(6)食品。可应用于水果、蔬菜、生鲜、食品等管理。该领域的应用需要在标签的设计及应用模式上有所创新。(7)信息统计。射频识别技术的运用，信息统计就变成了一件既简单又快速的工作。由档案信息化管理平台的查询软件传出统计清查信号，阅读器迅速读取馆藏档案的数据信息和相关储位信息，并智能返回所获取的信息和中心信息库内的信息进行校对。如针对无法匹配的档案，由管理者用阅读器展开现场核实，调整系统信息和现场信息，进而完成信息统计工作。(8)查阅应用。在查询档案信息时，档案管理者借助查询管理平台找出档号，系统按照档号在中心信息库内读取数据资料，核实后，传出档案出库信号，储位管理平台的档案智能识别功能模块会结合档号对应相关储位编号，找出该档案保存的具体部位。管理者传出档案出库信号后，储位点上的指示灯立即亮起。资料出库时，射频识别阅读器将获取的信息反馈至管理平台，管理者再次核实，对出库档案和所查档案核查相同后出库。而且，系统将记录信息出库时间。若反馈档案和查询档案不相符，安全管理平台内的警报模块就会传输异常预警。(9)安全控制。安全控制系统能实现对档案馆的及时监控和异常报警等功能，以避免档案被毁、失窃等。档案在被借阅归还时，特别是实物档案，常常用作展览、评价检查等，管理者对归还的档案仔细检查，并和档案借出以前的信息核实，能及时发现档案是否受损、缺失等。3.请简述RFID应用系统的组成及工作原理。答：RFID应用系统由阅读器、应答器和高层等部分组成。最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作。更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接。RFID的基本工作原理：应答器为集成电路芯片，它的工作需要由阅读器提供能量，阅读器产生的射频载波用于为应答器提供能量。阅读器和应答器之间的信息交互通常是采用询问—应答的方式进行，因此必须有严格的时序关系，时序由阅读器提供。应答器和阅读器之间可以实现双向数据交换，应答器存储的数据信息采用对载波的负载调制方式向阅读器传送，阅读器给应答器的命令和数据通常采用载波间隙、脉冲位置调制、编码调制等方法实现传送。4.请简述应答器的分类及其特点。答：根据应答器是否需要加装电池及电池供电的作用，可将应答器分为无源（被动式）、半无源（半被动式）和有源（主动式）应答器三种类型。(1)无源应答器。不附带电池。在阅读器的阅读范围之外，应答器于无源状态；在阅读器的阅读范围之内，应答器从阅读器发出的射频能量中提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的应答器多为无源应答器。(2)半无源应答器。半无源应答器内装有电池，但电池仅起辅助作用，它对维持数据的电路供电或对应答器芯片工作所需的电压作辅助支持。应答器电路本身耗能很少，平时处于休眠状态。当应答器进入阅读器的阅读范围时，受阅读器发出的射频能量的激励而进入工作状态，它与无源应答器一样，用于传输通信的射频能量源自阅读器。(3)有源应答器。有源应答器的工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。5.试回答应答器电路的基本结构和作用。答：应答器电路的基本结构下图所示。它由天线、编/解码器、电源、解调器、存储器、控制器和负载调制电路组成。应答器电路的作用：(1)能量获取。天线电路用于获取射频能量，由电源电路整流稳压后为应答器电路提供直流工作电压。(2)时钟。天线电路获取的载波信号的频率经分频后，分频信号可作为应答器的控制器、存储器、编/解码器等电路工作时所需的时钟信号。(3)数据的输入/输出。从阅读器送来的命令，通过解调、解码电路送到控制器，控制器实现命令所规定的操作；从阅读器送来的数据，经解调、解码后在控制器的管理下写入存储器。应答器送至阅读器的数据，在控制器的管理下从存储器输出，经编码器、负载调制电路输出。(4)存储器。RFID应答器的存储数据量通常在几字节到几千字节之间，但有一个例外，就是前面介绍的用于电子防盗系统（EAS）的1比特应答器。(5)控制器。控制器是应答器芯片有序工作的指挥器。只读应答器的控制器电路比较简单。对于可读/写和具有密码功能的应答器，必须有内部逻辑控制对存储器的读/写操作和对读/写授权请求的处理，该项工作通常由一台状态机来完成。6.试回答阅读器电路的基本结构和功能。答：阅读器电路的组成框图如下图所示阅读器通常都应具有下述功能：(1)以射频方式向应答器传输能量；(2)从应答器中读出数据或向应答器写入数据；(3)完成对读取数据的信息处理并实现应用操作；(4)若有需要，应能和高层处理单元交互信息。7.RFID数据传输中常用的数据编码方式有哪些？答：数据编码一般又称为基带数据编码，一方面便于数据传输，另一方面可以对传输的数据进行加密。常用的数据编码方式有反向不归零码（NRZ）、曼彻斯特编码（Manchester）、单极性归零编码（UnipolarRZ）、差动双相编码（DBP）、米勒编码（Miller）、差动编码、脉冲宽度编码（PulseWidthModulation，PWM）、脉冲位置编码（PulsePositionModulation，PPM）等方式。8.简述射频识别系统常用的系统安全手段有哪几种，基本原理是什么？答：射频识别系统常用的系统安全手段有相互对称的鉴别、利用导出密钥的鉴别、加密的数据传输这三种手段。(1)相互对称的鉴别。读写器和标签之间的相互鉴别是建立在国际标准ISO9798—2“三通相互鉴别”的基础上。双方在通信中互相检测另一方的密码。在这个过程中，所有标签和读写器构成了某项应用的一部分，具有相同的密钥K（对称加密过程）。当某个标签首先进入阅读器的询问范围时，它无法断定参与通信的对方是否属于同一个应用。从读写器来看，需要防止假冒的伪造数据。另一方面，标签同样需要防止未经认可的数据读取或重写。相互鉴别的过程从读写器发送“查询”命令给射频标签开始。(2)利用导出密钥的鉴别。每个标签采用不同的密钥来保护。为此，在射频标签生产过程中读出它的序列号，用加密算法和主控密钥KM计算密钥KX，而标签就这样被初始化。每个标签因此接受了一个与自己识别号和主控密钥KM相关的密钥。利用导出密钥的相互鉴别过程如下：首先由读写器读取射频标签的ID号，然后用读写器通过安全模块（SecurityAuthenticationModule，SAM），使用主控密钥KM计算出标签的专用密钥，以便启动鉴别过程。(3)加密的数据传输。加密过程可以用来防止主动攻击和被动攻击，为此传输数据（明文）可以在传输前改变（加密），使隐藏的攻击者不能推断出信息的真实内容（明文）。加密的数据传输总是按相同的模式进行：传输数据（明文）被密钥K和加密算法变换（密码术）为秘密数据（密文）。如果不了解加密算法和加密密钥K，则隐藏的攻击者将无法解释所记录的数据，即从密文不可能重现传输数据。在接收器中，使用解密密钥和加密算法把加密数据变换回原来的形式（解密）。9.RFID数据传输中常用的数据校验方法有哪几种？答：数据传输中常用的数据校验方法有差错与差错控制、奇偶校验法、冗余校验法等。10.在射频识别系统中采用的多路存取方法有哪些？有什么特点？答：在射频识别系统中采用的多路存取方法有空分多路法(SCDMA)、时分多路法(TDMA)、频分多路法(FDMA)。(1)空分多路法(SCDMA)。分离的空间范围内进行多个目标识别的技术。缺点是复杂的天线系统和相当高的实施费用。(2)时分多路法(TDMA)。把整个可供使用的通道容量按时间分配给多个用户的技术。又可以分为标签控制法和读头控制法。读头控制法的缺点是标签的识别码的识别速度低。(3)频分多路法(FDMA)。提供若干个不同载波率的传输通路同时给通信用户使用的技术。缺点是阅读器的成本高，因为每个接收通路必须有自己的独立接收器，频射标签的差异更为麻烦。11.射频识别系统的工作频率是什么？答：从应用概念来说，电子标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，是其最重要的特点之一。电子标签的工作频率不仅决定着射频识别系统的工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着电子标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。12.无线视频识别应用于动物识别的标准是什么？答：无线视频识别应用于动物识别的标准是：ISO11784:1996动物无线射频识别编码结构；ISO11785:1996动物无线射频识别技术概念；ISO14223:2000动物无线射频识别高级标签第一部分：非接触接口。13.无线视频识别应用于道路交通信息学的标准是什么？答：无线视频识别应用于道路交通信息学的标准是：ISO/DTR14813-1运输信息与控制系统TICS部门的参考模型构造第一部分：TICS基础服务；ISO/DTR14813-2参考模型，TICS部分的构造第二部分：核心参考模型；ISO/DTR14813-3参考模型，TICS部分的构造第三部分：案例细节；ISO/DTR14813-4参考模型，TICS部分的构造第四部分：参考模型指南；ISO/DTR14813-5运输信息与控制系统TICS部分的参考模型构造第五部分：在TICS标准中对构造描述的要求；ISO/DTR14813-6参考模型，TICS部分的构造第六部分：ASN.1中的数据描述；ISO/DTR14816一般AVI/AEI的数字配置；ISO/DTR14819-1交通和旅游信息（TTI）TTI信息通过交通信息编码第一部分：无线数字系统的代码协议交通信息通道（RDS-TMC）采用C警报；ISO/TR14825：1996地理数据文件（GDF）；(10)ISO/TR14904：1997道路运输和交通信息通信自动收费系统（AFC）交换机之间的清空界面规范；(11)ISO/TR14906：1998道路运输和交通信息通信(R1flrr)电子收费系统（EFC）专用的近距离通信的应用界面定义。14.无线射频识别在自动识别应用方面的标准是什么？答：无线射频识别在自动识别应用方面的标准是：ISO/IEC15434信息技术高品质ADC介质的传输规则；ISO/IEC15459-1传输单元的惟一识别第一部分：技术标准；ISO/IEC15459-2传输单元的惟一识别第二部分：程序标准；ISO/IEC15418EAN/UCC应用标志符和实际数据标志符；ISO/IECl5424数据载体/象征标志符；ISO/IEC18001项目管理无线射频识别应用需求概要；ISO/IEC15962数据符号；ISO/IEC15963射频标签的唯一识别和管理惟一性的注册职权；ISO/IEC15961项目管理无线射频识别数据对象。15.非接触识别卡的主要参数有哪几个？答：非接触识别卡的主要性能参数有工作频率、读/写能力、编码调制方式、数据传输速率、信息数据存储容量、工作距离、多应答器识读能力（也称为防碰撞或者防冲突能力）、安全性能（密钥、认证）等。第3章无线传感器网络概述1.无线传感器网络主要特点有哪些？主要应用领域有哪些？答：无线传感器网络的特点主要有以下几点：1、分布式；2、自组织；3、拓扑变化；4、多跳路由；5、安全性差等特点。应用于军事、环境监测、智能家居、空间探测、交通安全管理、矿山安全监测、大型仓储系统管理等领域。2.无线传感器网络的体系结构包括什么？答：无线传感器网络的体系结构由分层的网络通信协议、网络管理平台以及应用支撑平台这三个部分组成。3.无线传感器网络的路由过程主要包括哪几个步骤？答：无线传感器网络的路由过程主要分为以下4个步骤：1）某一个设备发出路由请求命令帧，启动路由发现过程。2）对应的接收设备收到该命令后，回复应答命令帧。3）对潜在的各条路径开销（跳转次数、延迟时间），进行评估比较。4）将评估确定之后的最佳路由记录添加到此路径上各个设备的路由表中。4.在设计无线传感器网络的MAC协议时需要考虑哪几个方面？答：需要考虑以下三点：1）节省能量。传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量，而且电池能量通常难以进行补充，为了长时间保证传感器网络的有效工作，MAC协议在满足应用要求的前提下，应尽量节省使用节点的能量。2）可扩展性。由于传感器节点数目、节点分布密度等在传感器网络生存过程中不断变化，节点位置也可能移动，还有新节点加入网络的问题，所以无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。MAC协议也应具有可扩展性，以适应这种动态变化的拓扑结构。3）网络效率。网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。5.简述无线传感器网络有哪些关键技术？答：关键技术主要包括：QoS保证、数据融合技术、网络安全机制、定位技术、同步管理机制、无线通信网络技术、嵌入式实时系统软件技术。第4章无线传感器网络通信协议规范与应用开发技术1.IEEE802.15.4标准主要特点有哪些？其和ZigBee协议结构上有哪些不同？答：IEEE802.15.4标准主要特点有：1、在不同的载波频率下实现了20Kbps、40Kbps和250Kbps三种不同传输速率；2、支持星形和点对点两种网络拓扑结构；3、有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址；4、支持冲突避免的载波多路侦听技术(CSMA/CA)；5、支持确认(ACK)机制，保证传输可靠性。IEEE802.15.4主要制定协议中的物理层和MAC层；ZigBee联盟则制定协议中的网络层和应用层，主要负责实现组网、安全服务等功能以及一系列无线家庭、建筑等解决方案，负责提供兼容性认证，市场运作以及协议的发展延伸。2.无线传感器网络组网方式有哪几种？主要特点有哪些？答：ZigBee网络的拓扑主要有星状、网状和混合状。星状拓扑具有组网简单、成本低和电池寿命长的优点；但网络覆盖范围有限，可靠性不及网状拓扑结构，一旦中心节点发生故障，所有与之相连的网络节点的通信都将中断。网状拓扑具有可靠性高、覆盖范围大的优点；缺点是电池使用寿命短、管理复杂。混合状拓扑综合了以上两种拓扑的特点，这种组网通常会使ZigBee网络更加灵活、高效、可靠。3.无线传感器网络仿真需要解决哪些问题？答：需要解决的问题主要有：1）可扩展性与仿真效率。无线传感器网络超大规模和拓扑结构动态变化的特点要求仿真系统在支持网络规模动态变化的同时，保持高仿真效率。2）分布与异步特性。由于无线传感器网络是以数据为中心的全分布式网络系统，单个传感器节点一般只能拥有局部信息，并且不具备全局唯一标志，与传统无线节点有较明显的差别；同时，节点间通信的异步特性增加了仿真系统设计与实现的难度。3）动态性。在实际应用环境中，由于无线传感器网络中的节点可能移动或者失效，网络拓扑会经常变化；在能量管理机制的作用下，节点的状态也会不断变化。因此，准确建立无线传感器网络系统的动态性模型，对于提高仿真实验结果的可信度至关重要。4）综合仿真平台。作为一种测控网络，无线传感器网络系统集传感、通信和协同信息处理于一身。另外，由于节能是无线传感器网络的主要目标，无线传感器网络引入了与能耗相关的性能评价指标。所以，无线传感器网络需要一个完整、综合的仿真平台。4.无线传感器网络软件开发面临的挑战有哪些？硬件设计分哪些部分及其挑战是什么？答：软件开发的挑战主要有：1）安全问题；2）可控的QoS操作；3）中间件系统。硬件设计包括数据处理模块、换能器模块、无线通信模块、电源模块和其他外围模块。其中，数据处理模块是节点的核心模块，用于完成数据处理、数据存储、执行通信协议和节点调度管理等工作；换能器模块包括各种传感器和执行器，用于感知数据和执行各种控制动作；无线通信模块用于完成无线通信任务；电源模块是所有电子系统的基础，电源模块的设计直接关系到节点的寿命；其他外围模块包括看门狗电路、电池电量检测模块等，也是传感器节点不可缺少的组成部分。硬件设计的挑战主要有：1）多种应用需求之间的矛盾和权衡；2）高能量密度电池和能量收集技术；3）硬件的可扩展性设计。第5章无线传感器网络SoC系统及其应用1.CC2530芯片有哪些特点？答：CC2530采用增强型8051MCU，具有32/64/128/256KB内存，和8KBSRAM等高性能模块，并内置了ZigBee协议栈。加上超低功耗，使得它可以用很低的费用构成ZigBee节点，具有很强的市场竞争力。CC2530能够提高系统性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHzISM波段应用对低成本、低功耗的要求。它结合了一个高性能2.4GHzDSSS核心射频收发器和工业级的8051控制器。2.CC2530芯片硬件结构分为哪几部分？主要外设有哪些？答：CC2530硬件结构分为ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器三部分。它使用一个8位增强型8051MCU，具有32/64/128/256KB可编程闪存和8KB的SRAM，还包含了模拟数字转换器（ADC）、4个定时器（Timer）、AES加密解密内核、看门狗定时器（WatchDogTimer）、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路（PowerOnReset）以及21个可编程I/O引脚。3.CC2530有几个数据指针？分别用于干什么？答：CC2530有两个数据指针（DPTR0和DPTR1），主要用于代码和外部数据的存取。第6章蓝牙技术1.蓝牙的特点有哪些？答：1）全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4GHz～2.4835GHz，使用该频段无须向各国的无线电资源管理部门申请许可证。2）同时传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据通道、三路语音信道以及一部数据与同步语音同时传输的信道。3）可以建立临时性的对等连接（Ad-HocConnection）：根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，而连接响应方则为从设备。4）具有很好的抗干扰能力：蓝牙采取了跳频（FrequencyHopping）方式来扩展频谱（SpreadSpectrum）。5）蓝牙模块体积很小，可以方便地继承到各种设备中。6）低功耗：蓝牙设备在通信连接状态下，有四种工作模式，即激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。7）开放的接口标准：SIG为了推广蓝牙技术的应用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界方位内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发。8）成本低，集成蓝牙技术的产品成本增加很少。2.蓝牙体系结构包括哪几部分？各个部分又是如何定义的？答：蓝牙的体系结构分为三个基本部分：控制器、主机和应用程序。控制器通常是一个物理设备，她能够发送和接收无线电信号，并懂得如何将这些信号翻译成携带信息的数据包。主机通常是一个软件栈，管理两台或多台设备间如何通信以及如何利用无线电同时提供几种不同的服务。应用程序则使用软件栈，进而使控制器来实现用户实例。3.CC2640芯片所携带的独特超低功耗传感器控制器的作用是什么？答：此传感器控制器非常适合连接外部传感器，还适合用于在系统其余部分处于睡眠模式的情况下自主收集模拟和数字数据。第7章大数据与云计算1.云计算和大数据产生的基础是什么？什么是云计算？什么是大数据？答：当今时代，随着移动互联网、物联网、5G等技术的高速发展及其在各行各业中的广泛应用，数以亿计的设备接入网络，导致对处理能力、存储空间、数据资源的需求日益强烈，呈现出爆炸式增长的态势。云计算和大数据为代表的数字基础设施的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源。大数据指的是：数据规模庞大，类型复杂，信息全面、维度高，难以基于传统软、硬件工具在有效的时间范围内进行采集、存储、分析、处理和展示的数据集合，对该数据集合进行处理有可能获得高价值处理结果，有助于机构或个人洞察事物真相，预测发展趋势，进行合理的判断和决策。云计算是一种将硬件基础设施、软件系统平台等资源通过互联网以按需使用、按量计费的方式为用户提供动态的、高性价比的、规模可扩展的计算、存储和网络等服务的信息技术。2.如何理解云计算与大数据的关系？答：大数据与云计算是相辅相成的。大数据着眼于“数据”，关注实际业务，提供数据采集分析挖掘，看重的是信息的积淀，即数据存储能力。云计算着眼于“计算”，关注对资源的灵活管理，看重的是计算能力，即数据处理能力。没有大数据的信息积淀，云计算的计算能力再强大，也难以找到用武之地；大数据的信息积淀再丰富，也需要云计算强大的处理能力。3.简要介绍云计算的体系架构与关键技术。答：云计算的体系架构包括物理资源层、虚拟化资源池层、管理中间件层和SOA构建层。物理资源层，最底层的物理资源层由各种软／硬件资源构成，包括计算、网络、存储等各种资源，具体包括服务器集群（计算机）、存储设备、网络设施、数据库和软件等。虚拟化资源池层，云计算普遍利用虚拟化或容器等技术对物理资源进行封装，构建可以共享使用的资源池，从而为上层应用和服务提供支撑。虚拟化资源池层作为实际物理资源的集成，可以更加有效地对资源进行管理和分配。管理中间件层，为了让整个云计算可以有序地运行，还需要管理云计算的中间件，负责对云计算的用户、任务、资源和安全等进行管理。SOA构建层，SOA构建层是一个面向应用和服务的构建层，为各种应用提供各种服务，并且有效地管理各种应用，提供诸如服务注册、服务工作流等一系列用户可选择的操作。SOA构建层将云服务进行封装并提供服务接口，用户只需要调用接口就可以方便地使用云服务。云计算的关键技术包括虚拟化技术、分布式并行编程模型技术、分布式数据存储技术、分布式任务调度技术、监控管理技术、云计算安全保障机制、云计算网络技术和绿色节能技术等。4.简述云计算的三种服务模式和四种部署模型。答：云计算的服务模式可以分为基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）三种。云计算的部署模型包括公共云、私有云、社区云和混合云。5.简述大数据的关键技术?并对每种关键技术进行简单的说明。答：大数据关键技术主要由数据采集、数据预处理、数据存储、数据处理和结果可视化。数据采集技术是指从传感器、智能设备、企业信息化系统、社交网络和互联网平台等获取数据的过程。数据预处理技术指的是在数据挖掘分析前对数据进行的一些必要的清洗、去噪、去重，以达到去伪存真的目的。数据存储技术综合利用分布式文件系统、数据仓库、关系数据库、NoSQL数据库等，对结构化、半结构化和非结构化海量数据进行存储和管理。数据处理技术普遍采用以深度学习（DeepLearning,DL）为代表的AI算法等。结果可视化技术是指通过图形化的方式，以一种直观、便于理解的形式展示数据及分析结果的方法。大数据可视化是指利用图形处理、计算机视觉等对大数据进行可视化展示。6.简单介绍大数据预处理常用的几种方法。答：常用大数据预处理方法主要包括数据清洗、数据集成、数据转换、数据规约等。数据清洗是对数据进行重新审查和校验的过程，目的是删除重复数据、纠正数据中存在的错误，并使数据保持一致性。数据集成是将存储在不同的存储介质中的数据合并到一致的存储介质中。数据集成主要面临字段意义问题、字段结构问题、字段冗余问题、数据重复问题及数据冲突问题等。数据转换是将数据从一种表示形式转换为另一种表现形式。常用的数据转换策略有：平滑处理、合计处理、泛化处理、属性构造、规格化处理及数据离散化处理等。数据规约数据规约的目的是识别数据中存在的重复和冗余属性，在尽量保留原有数据集完整信息的前提下，缩小数据集规模。7.简单说明大数据分析的三种主要任务。答：数据处理的任务主要包含分类、聚类、关联分析等。分类是指根据数据的属性或特征将同一属性或特征的数据归并在一起，同时构造分类函数或分类模型（分类器）。构造分类函数或分类模型的目的是根据数据集的特点把未知类别的样本数据映射到给定类别中。聚类是一种探索性的数据分析任务，是指将数据归类到不同的类或簇中的一个过程。聚类事先不知道数据划分的标准，主要是通过算法判断数据之间的相似性，把相似的数据存放在一起。关联分析是一种在大规模的数据中寻找有价值关系的任务。8.简述虚拟机与容器技术的差异。答：容器技术不需要虚拟化整个操作系统，只需要虚拟化一个小规模的环境，类似于“沙盒”；运行空间，虚拟机一般需要几GB到几十GB的空间，而容器只需要MB甚至KB；与虚拟机相比，容器更轻更快。7.区块链技术架构有哪些层级？以及每一层的作用。答：区块链技术架构包含数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层。数据层将底层数据封装成链式结构，通过哈希算法和Merkle树，将某一时间段内接收到的交易记录打包成一种带有时间戳的数据区块，并链接到区块链网络。网络层封装了区块链系统的P2P组网方式、消息传播协议和数据验证机制等，使区块链网络中每一个节点都能参与区块数据的校验和记账过程，仅当区块数据通过全网大部分节点验证后才能记入区块链。共识层是区块链网络中各个节点达成一致的方法，能够在决策权高度分散的去中心化系统中使得各节点高效地针对区块数据的有效性达成共识。激励层将价值度量、账户等集成到区块链中，建立适合的经济激励机制，以及代币发行与分配机制。合约层集成了各类脚本、算法和智能合约，建立了可监管、可审计的合约形式化规范，是区块链可编程特性的基础。应用层使得区块链可以被应用于金融服务、供应链、物联网、医疗和公共服务等领域。9.简述区块链与大数据的关系。答：大数据，强调无法在一定时间范围内用常用软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。因此，侧重数据概念，一种信息资产。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。因