2025年物联网试题含参考答案

2025年物联网试题含参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪类传感器不属于物联网感知层常用的环境监测传感器？A.温湿度传感器B.加速度计C.二氧化碳传感器D.光照强度传感器2.LPWAN（低功耗广域网）技术中，采用非授权频段且基于扩频调制的是？A.NB-IoTB.5GRedCapC.LoRaD.SigFox3.物联网应用中，针对海量设备小数据量、低频次上报场景，最适合的通信协议是？A.HTTP/3B.MQTTC.CoAPD.WebSocket4.某智能农业项目需实时监控500亩农田的土壤墒情，要求单节点续航3年以上，网络覆盖半径10公里，优先选择的接入技术是？A.ZigBeeB.Wi-Fi6C.蓝牙MeshD.卫星物联网（低轨）5.以下物联网安全防护措施中，属于“端-边-云”协同防御的是？A.设备固件定期升级B.边缘节点部署入侵检测系统（IDS）C.云端数据加密存储D.网络层部署防火墙6.数字孪生技术在工业物联网中的核心作用是？A.替代物理设备运行B.实现虚实数据实时映射与优化C.降低传感器部署成本D.简化通信协议配置7.某城市交通物联网系统需支持百万级路侧设备（如摄像头、雷达）的毫秒级低时延数据回传，最关键的网络技术是？A.5GURLLC（超可靠低时延通信）B.4GCat.1C.窄带物联网（NB-IoT）D.卫星通信8.物联网边缘计算节点的主要功能不包括？A.本地数据预处理与过滤B.实时控制决策C.海量数据长期存储D.设备状态实时监控9.以下哪项是物联网“泛在连接”特性的典型体现？A.智能家居设备通过Wi-Fi连接互联网B.工业机器人通过5G与云端协同控制C.偏远山区的气象站通过LoRa与基站通信D.所有类型的物理设备均可按需接入网络10.2025年新型物联网终端设计中，为降低功耗最关键的技术改进是？A.采用低功耗蓝牙5.4协议B.集成能量harvesting（能量收集）模块C.优化操作系统内核D.使用更小尺寸的芯片封装二、填空题（每空1分，共15分）1.物联网三层架构中，______层负责信息的采集与感知，______层负责信息的传输与网络连接，______层负责信息的处理与应用。2.RFID系统通常由______、______和______三部分组成。3.LoRa技术采用______扩频调制方式，其通信距离可达______公里（郊区环境）。4.MQTT协议的QoS等级包括______、______和______三级，其中______等级可保证消息“至少一次”到达。5.工业物联网中，OPCUA协议的核心优势是实现了______与______的解耦，支持跨平台、跨协议的数据交互。6.物联网安全的“三要素”是______、______和______。三、简答题（每题8分，共40分）1.对比NB-IoT与LoRa技术的适用场景，分析两者在覆盖范围、功耗、部署成本上的差异。2.简述边缘计算在物联网中的核心价值，并举例说明其在智能电网中的具体应用。3.物联网设备身份认证面临哪些挑战？请列举3种常用的认证技术并说明其原理。4.数字孪生在智慧城市中的应用需满足哪些关键技术需求？请从数据同步、模型构建、实时交互三个方面展开。5.2025年物联网“云-边-端”协同架构中，边缘节点与云端的分工发生了哪些变化？这种变化对系统性能有何提升？四、综合分析题（共25分）某制造企业计划建设“智能工厂物联网系统”，目标包括：（1）实现2000台生产设备（如数控机床、机械臂）的实时状态监测（数据包括温度、振动、转速，采样频率10Hz）；（2）支持设备间的协同控制（如A设备完成工序后触发B设备启动，响应时延≤100ms）；（3）通过数据分析优化生产流程（需存储3年历史数据，支持实时查询与预测性维护）；（4）系统需具备高安全性，防止设备被非法控制或数据泄露。请设计该系统的技术架构，要求：（1）明确感知层、网络层、平台层、应用层的关键技术选型；（2）说明各层间数据流动的逻辑与通信协议；（3）提出针对设备控制时延和系统安全的具体优化措施。--参考答案一、单项选择题1.B（加速度计多用于运动监测，非环境监测）2.C（LoRa使用非授权频段，采用扩频调制）3.B（MQTT适合小数据量、低频次的设备上报）4.D（卫星物联网覆盖广，适合偏远地区长续航需求）5.B（边缘节点部署IDS属于端边云协同防御）6.B（数字孪生核心是虚实映射与优化）7.A（5GURLLC满足毫秒级低时延需求）8.C（长期存储由云端负责，边缘节点侧重实时处理）9.D（泛在连接强调所有设备按需接入）10.B（能量收集技术可大幅降低外部供电依赖）二、填空题1.感知；网络；应用2.电子标签（标签）；读写器；后端系统3.Chirp（线性调频）；15-304.QoS0（最多一次）；QoS1（至少一次）；QoS2（恰好一次）；QoS15.信息模型；传输协议6.机密性；完整性；可用性三、简答题1.适用场景：NB-IoT适用于运营商主导的广覆盖、低功耗场景（如智能水表）；LoRa适用于企业自建的局域或广域私有网络（如园区监测）。差异：覆盖范围：NB-IoT依赖运营商基站，覆盖半径5-15公里；LoRa自建基站覆盖可达15-30公里（郊区）。功耗：两者均低功耗，但LoRa因非授权频段可自定义参数，极端场景下功耗更低。部署成本：NB-IoT需支付运营商流量费，适合大规模分散设备；LoRa需自建基站，初期硬件成本高，长期使用成本低。2.核心价值：减少数据传输量（本地过滤）、降低云端压力、满足实时性需求（本地决策）。智能电网应用：配电站边缘节点实时采集电表、变压器数据，本地计算负载均衡策略（如调整分布式电源输出），仅将关键异常数据上传云端，避免海量数据传输时延，提升电网响应速度。3.挑战：设备数量大（亿级）、资源受限（低算力）、网络环境复杂（异构网络）。常用技术：预共享密钥（PSK）：设备出厂时与平台共享密钥，认证时通过加密握手验证，适合低算力设备。数字证书（X.509）：设备持有CA颁发的证书，平台验证证书有效性，安全性高但计算开销大。轻量级认证协议（如EAP-TLS简化版）：通过椭圆曲线加密（ECC）降低计算量，兼顾安全与效率。4.关键技术需求：数据同步：需支持多源异构数据（如摄像头、传感器、GIS）的实时采集与融合，采用时间戳对齐、协议转换（如MQTT转OPCUA）技术。模型构建：基于BIM（建筑信息模型）、GIS构建城市三维模型，结合机器学习训练动态仿真模型（如交通流量预测模型）。实时交互：通过5GURLLC或边缘计算实现虚实双向控制（如虚拟模型调整后，物理设备同步执行策略），时延需≤200ms。5.分工变化：边缘节点：从“数据转发”升级为“本地智能处理中心”，承担更多计算任务（如图像识别、设备控制逻辑），仅上传决策结果或异常数据。云端：聚焦全局优化（如跨区域资源调度）、长期数据存储与深度分析（如AI模型训练）。性能提升：降低网络带宽需求（减少90%以上非必要数据传输）、缩短业务响应时间（本地决策时延从秒级降至毫秒级）、提升系统可靠性（边缘节点可离线运行）。四、综合分析题技术架构设计：1.各层关键技术选型：感知层：设备内置工业级传感器（如振动传感器采用MEMS技术，温度传感器精度±0.5℃）；边缘计算网关（支持多协议接入：ModbusRTU、Profinet、CAN总线）。网络层：设备与网关通过工业以太网（IEEE802.3）或5GURLLC（低时延场景）连接；网关与平台层通过5GSA（独立组网）或专线（确保可靠性）传输。平台层：物联网操作系统（如华为欧拉IoT版）；时序数据库（InfluxDB）存储设备历史数据；AI引擎（TensorFlowLite边缘版+云端TensorFlow）支持预测性维护。应用层：生产监控系统（实时看板）、协同控制系统（基于规则引擎）、优化分析系统（基于机器学习的OEE[设备综合效率]预测）。2.数据流动逻辑与协议：设备→网关：通过ModbusTCP（数控机床）、Profinet（机械臂）上传状态数据，周期100ms（满足10Hz采样）。网关→平台：实时控制指令（如协同启动）通过5GURLLC（QoS等级1）传输，时延≤100ms；状态数据通过MQTT（QoS1）批量上传（每5秒一次），减少信令开销。平台→应用：分析结果通过HTTP/2推送给监控界面，预测模型更新通过OTA（空中下载）发送至边缘网关。3.时延与安全优化措施：时延优化：控制指令在边缘网关本地处理（如A设备触发B设备启动的逻辑由网关执行，无需上云）；