2025年物联网基础理论与技术入门试卷含答案

2025年物联网基础理论与技术入门试卷含答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪项不属于物联网三层架构中的核心层级？A.感知层B.网络层C.应用层D.处理层答案：D2.低功耗广域网（LPWAN）中，LoRa技术采用的核心调制方式是？A.正交频分复用（OFDM）B.扩频（SS）C.高斯频移键控（GFSK）D.二进制相移键控（BPSK）答案：B3.以下哪种物联网协议更适用于资源受限的低功耗设备，支持发布/订阅模式？A.HTTPB.MQTTC.CoAPD.WebSocket答案：B4.RFID系统中，被动式标签的工作能量来源是？A.内置电池B.读写器射频能量C.太阳能D.电磁感应答案：B5.5G物联网场景中，uRLLC（超可靠低延迟通信）的典型延迟要求是？A.100msB.10msC.1msD.100μs答案：C6.物联网边缘计算的核心优势是？A.降低云端计算压力B.提升数据本地处理效率C.减少网络传输延迟D.以上均是答案：D7.以下哪种传感器技术可用于非接触式测量物体温度？A.热电偶B.红外传感器C.压阻式传感器D.电容式传感器答案：B8.NB-IoT（窄带物联网）的上行峰值速率约为？A.100kbpsB.250kbpsC.500kbpsD.1Mbps答案：B9.物联网安全中，“端到端加密”主要解决的是？A.设备物理损坏B.数据传输过程中的窃听C.设备身份伪造D.软件漏洞攻击答案：B10.以下哪项属于物联网应用层的典型技术？A.蓝牙Mesh组网B.传感器数据融合C.智慧城市管理平台D.LoRa基站部署答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1.物联网的“物物相连”包含两层含义：一是物联网的核心和基础仍是______；二是其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间进行信息交换和通信。答案：互联网2.ZigBee技术通常工作在______GHz（2.4GHz/915MHz/868MHz）的免授权频段，支持星型、树型和______网络拓扑。答案：2.4；网状（Mesh）3.MQTT协议的服务质量（QoS）等级包括0（最多一次）、1（至少一次）和______（恰好一次）。答案：24.传感器的基本组成包括敏感元件、______元件和转换电路，其中敏感元件负责将______信号转换为非电信号。答案：转换；非电5.LPWAN技术中，SigFox采用______（超窄带/扩频）调制，主要优势是______（长距离/高速率）通信。答案：超窄带；长距离6.物联网数据处理的典型模式包括集中式（云端）处理和______处理，后者可降低数据传输量并提升响应速度。答案：边缘7.RFID系统的三个基本组件是______、标签和______。答案：读写器；天线8.工业物联网（IIoT）中，OPCUA协议的主要作用是实现不同厂商设备间的______，解决工业设备______问题。答案：互操作性；异构9.物联网终端设备的低功耗设计通常采用______（休眠/全功率）模式，结合______（动态电压调整/固定电压）技术降低能耗。答案：休眠；动态电压调整10.5G的物联网应用场景主要包括eMBB（增强移动宽带）、uRLLC（超可靠低延迟）和______（大规模机器类通信）。答案：mMTC三、简答题（每题8分，共40分）1.简述物联网感知层的主要功能及关键技术。答案：感知层是物联网获取物理世界信息的核心层，主要功能是通过各类传感器、RFID、二维码等设备采集环境或物体的状态数据（如温度、湿度、位置、运动等），并将数据转换为可传输的电信号或数字信号。关键技术包括：（1）传感器技术（如MEMS传感器、生物传感器）；（2）RFID技术（被动/主动标签、读写器设计）；（3）二维码/条形码识别；（4）传感器网络技术（如ZigBee、蓝牙Mesh）；（5）数据采集与预处理（如模数转换、噪声过滤）。2.比较LoRa和NB-IoT在物联网中的适用场景及技术差异。答案：适用场景：LoRa适用于覆盖范围广、节点密度较低、对成本敏感的场景（如农业环境监测、偏远地区设备监控）；NB-IoT适用于运营商网络覆盖区域内、需要与现有移动网络融合的场景（如智能水表/电表、城市路灯监控）。技术差异：（1）网络架构：LoRa通常为私有或局域网络，NB-IoT基于运营商蜂窝网络；（2）传输距离：LoRa在郊区可达15-20km，NB-IoT约10km；（3）功耗：两者均低功耗，但LoRa终端续航可达5-10年，NB-IoT约3-8年；（4）数据速率：LoRa最高约50kbps，NB-IoT上行约250kbps；（5）部署成本：LoRa需自建基站，NB-IoT依赖运营商基础设施。3.说明MQTT协议的“发布/订阅”模式与传统“客户端/服务器”模式的区别及优势。答案：区别：传统C/S模式中，客户端直接向特定服务器发送请求并接收响应，通信是点到点的；MQTT的发布/订阅模式中，客户端（发布者）将消息发送到中间代理（Broker），订阅者向Broker注册感兴趣的主题（Topic），Broker负责将消息转发给所有订阅该主题的客户端，通信是一对多或多对多的。优势：（1）解耦性：发布者与订阅者无需知道彼此存在，降低系统耦合；（2）灵活性：支持动态加入/退出订阅，适应物联网设备的动态性；（3）低开销：MQTT报头最小仅2字节，适合低带宽、高延迟的物联网场景；（4）支持QoS等级，确保消息传输的可靠性。4.分析物联网边缘计算的必要性，并举例说明其典型应用。答案：必要性：（1）降低网络延迟：部分物联网应用（如工业机器人控制、自动驾驶）需毫秒级响应，云端处理无法满足；（2）减少带宽压力：大量传感器实时上传数据会导致网络拥堵，边缘计算可本地过滤、聚合数据；（3）提升隐私安全：敏感数据（如医疗设备、工业工艺数据）本地处理可避免云端泄露风险；（4）离线可用：网络中断时，边缘节点仍可维持基本功能。典型应用：智慧工厂中，产线传感器数据通过边缘网关实时分析，检测设备异常并触发本地报警，仅关键结果上传云端；智能摄像头通过边缘计算实现实时人脸识别，避免将高清视频流全部传至云端。5.列举物联网终端设备常见的安全威胁，并提出至少两种防护措施。答案：常见威胁：（1）设备身份伪造：攻击者伪造合法设备接入网络；（2）数据窃听：传输过程中敏感数据被截获；（3）拒绝服务（DoS）攻击：通过大量无效请求耗尽设备资源；（4）固件篡改：恶意软件植入设备固件，控制设备行为。防护措施：（1）强身份认证：采用基于证书的双向认证（如X.509证书）或动态密钥（如DTLS协议）；（2）数据加密：传输层使用AES-128/256加密，存储层采用硬件安全模块（HSM）保护密钥；（3）固件安全升级：通过安全引导（SecureBoot）防止非法固件加载，采用差分升级减少传输量；（4）资源限制：设置设备最大连接数、请求频率，防止DoS攻击。四、综合分析题（每题10分，共20分）1.设计一个智慧农业大棚的物联网解决方案，要求覆盖感知、传输、处理、应用全流程，并说明各环节的关键技术选择及原因。答案：（1）感知层：部署温湿度传感器（如SHT30，高精度、低功耗）、光照传感器（如BH1750，数字输出）、土壤墒情传感器（如YL-69，电阻式测量）、CO₂传感器（如MH-Z19B，红外原理）。选择原因：农业环境对精度要求适中（温度±0.5℃，湿度±2%RH），低功耗传感器可延长电池寿命（续航1年以上）。（2）传输层：采用LoRaWAN协议，部署LoRa网关。原因：大棚通常位于郊区，蜂窝网络覆盖可能不足；LoRa传输距离远（3-5km），支持多节点接入（单网关可连接数千节点），适合分散的传感器部署；相比ZigBee，LoRa抗干扰能力更强（扩频调制）。（3）处理层：边缘侧部署小型边缘计算网关（如树莓派+边缘计算模块），云端采用阿里云物联网平台。边缘侧处理：实时过滤异常数据（如温湿度超过阈值），本地存储7天历史数据；云端处理：通过机器学习模型分析长期数据，预测作物生长趋势。原因：边缘计算降低实时控制延迟（如自动开窗需<1s响应），云端支持大规模数据建模。（4）应用层：开发手机APP/WEB平台，功能包括：①实时监控（温湿度、光照等数据可视化）；②自动控制（触发灌溉系统、补光灯）；③预警通知（通过短信/APP推送异常警报）。技术选择：前端使用ReactNative跨平台开发，后端基于SpringBoot，数据库采用MySQL（存储结构化数据）+InfluxDB（存储时序传感器数据）。原因：跨平台APP提升用户体验，时序数据库优化传感器数据查询效率。2.某工厂部署了1000台工业传感器，通过4G网络上传数据至云端，但近期出现通信延迟过高（平均延迟>500ms）、部分设备离线的问题。请分析可能原因，并提出至少3种优化策略及技术依据。答案：可能原因：（1）4G网络拥塞：工厂区域4G基站容量不足，大量传感器同时上传数据导致带宽竞争；（2）设备功耗策略不当：部分设备为降低功耗采用长周期休眠（如每小时唤醒一次），但唤醒后集中上传数据，造成突发流量；（3）数据冗余：传感器上传频率过高（如每秒1次），但实际业务需求仅需每分钟1次；（4）设备故障：部分传感器模块（如4G通信模组）老化，导致连接不稳定；（5）云端处理能力不足：云端服务器并发处理能力有限，数据接收后处理延迟高。优化策略及依据：（1）切换LPWAN技术（如NB-IoT）：NB-IoT基于运营商授权频段，抗干扰能力强，支持海量连接（单小区可连接10万个设备），且理论延迟低于4G（约100-200ms），适合工业传感器的低速率、大规模连接需求。（2）调整设备上传策略：采用动态数据上传频率，正常状态下每分钟上传1次，检测到异常（如温度骤升）时提升至每秒1次。依据：减少正常状态下的冗余数据，降低网络负载；异常时高频上传确保及时响