2025年《物联网技术与应用》习题及答案

2025年《物联网技术与应用》习题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.物联网感知层的核心功能是（）。A.数据传输B.信息采集C.数据处理D.应用服务答案：B2.以下属于低功耗广域网（LPWAN）技术的是（）。A.Wi-Fi6B.ZigBeeC.NB-IoTD.蓝牙5.3答案：C3.物联网平台层的主要作用是（）。A.实现设备与网络的连接B.提供行业应用接口C.完成数据的实时采集D.执行具体业务逻辑答案：B4.边缘计算在物联网中的典型应用场景是（）。A.海量历史数据存储B.实时视频分析C.跨地域数据汇总D.全局业务决策答案：B5.物联网设备身份认证的轻量级加密算法通常不包括（）。A.AES-128B.RSA-2048C.ChaCha20D.SM4答案：B6.5G网络中支持物联网大连接特性的关键技术是（）。A.eMBB（增强移动宽带）B.uRLLC（超可靠低时延）C.mMTC（海量机器类通信）D.切片技术答案：C7.数字孪生在智能制造中的核心价值是（）。A.降低设备制造成本B.实现物理实体与虚拟模型的实时交互C.替代人工操作D.简化生产流程答案：B8.区块链技术在物联网中的主要应用方向是（）。A.提升数据传输速率B.实现去中心化的设备信任管理C.降低传感器功耗D.优化网络拓扑结构答案：B9.MEMS传感器区别于传统传感器的主要特点是（）。A.高精度B.微型化与低功耗C.抗干扰能力强D.支持无线通信答案：B10.雾计算与云计算的主要区别是（）。A.雾计算更靠近终端设备B.雾计算存储能力更强C.云计算延迟更低D.雾计算仅用于工业场景答案：A二、判断题（每题1分，共10分。正确填“√”，错误填“×”）1.物联网必须依赖公共互联网实现设备连接。（）答案：×（注：物联网可通过私有网络、局域网等实现连接）2.RFID技术属于短距离无线通信技术。（）答案：√3.边缘计算的核心是在云端完成数据处理。（）答案：×（注：边缘计算在靠近终端的边缘节点处理数据）4.CoAP协议是HTTP协议的轻量化版本，适用于资源受限设备。（）答案：√5.数字孪生仅用于物理实体的静态仿真，无需实时数据交互。（）答案：×（注：数字孪生需实时同步物理实体状态）6.LoRa技术支持高带宽、低延迟的物联网应用。（）答案：×（注：LoRa是低带宽、长距离、低功耗技术）7.M2M（机器对机器通信）等同于物联网。（）答案：×（注：物联网是M2M的扩展，涵盖更广泛的应用场景）8.TLS协议适用于资源受限的物联网设备。（）答案：×（注：DTLS（数据报传输层安全）更适合低功耗设备）9.蜂窝网络（如4G/5G）是物联网设备唯一的接入方式。（）答案：×（注：还可通过非蜂窝LPWAN、Wi-Fi等接入）10.区块链技术会增加物联网系统的通信延迟。（）答案：√（注：区块链的共识机制会引入额外延迟）三、简答题（每题5分，共50分）1.简述物联网三层架构的组成及各层的关键技术。答案：物联网三层架构包括感知层、网络层和应用层。感知层负责信息采集，关键技术有传感器（如温湿度传感器、图像传感器）、RFID（射频识别）、二维码、MEMS（微机电系统）等；网络层负责数据传输，关键技术包括LPWAN（如LoRa、NB-IoT）、5G、Wi-Fi6、ZigBee等；应用层负责数据处理与业务实现，关键技术包括物联网平台（如华为IoT平台、AWSIoT）、大数据分析、人工智能（如机器学习模型）、行业应用开发（如智慧农业、智能交通）等。2.边缘计算与云计算如何协同支持物联网应用？答案：边缘计算在靠近终端设备的边缘节点（如网关、路由器）处理实时性要求高、数据量小的任务（如设备状态实时监控、本地异常报警），减少数据传输延迟和网络带宽消耗；云计算则处理全局化、数据量大、计算复杂度高的任务（如历史数据建模分析、跨区域业务协同），提供强大的存储和计算资源。二者协同可实现“边缘实时处理+云端全局优化”的分层架构，提升物联网系统的效率和可靠性。3.对比LoRa与NB-IoT技术的主要差异（至少列出4点）。答案：①覆盖范围：LoRa理论覆盖15-20公里（郊区），NB-IoT覆盖10-15公里；②功耗：LoRa节点续航可达5-10年（视使用频率），NB-IoT节点续航约2-5年；③带宽：LoRa带宽0.3-50kHz（低带宽），NB-IoT带宽180kHz（较LoRa宽）；④标准归属：LoRa基于私有协议（LoRa联盟），NB-IoT基于3GPP标准（蜂窝网络）；⑤适用场景：LoRa适合分散、低速率、长距离的场景（如野外环境监测），NB-IoT适合城市内、需要运营商网络支持的场景（如智能水表）。4.物联网安全面临的主要威胁及应对措施有哪些？答案：主要威胁包括：①设备伪造（非法设备接入系统）；②数据泄露（传输或存储过程中敏感信息被窃取）；③拒绝服务攻击（DDOS攻击导致网络瘫痪）；④固件漏洞（恶意代码篡改设备功能）。应对措施：①设备认证（如基于PKI的双向认证、轻量级认证协议）；②数据加密（传输层用DTLS，存储层用AES-128）；③网络防护（部署入侵检测系统、流量监控）；④固件安全（定期更新补丁、安全启动机制）；⑤安全协议适配（如使用MQTT-SN替代MQTT，降低资源消耗）。5.数字孪生技术在智慧工厂中的具体应用场景有哪些？答案：①生产流程仿真：通过虚拟模型模拟生产线运行，优化设备布局和工艺参数；②设备健康监控：实时同步物理设备的运行数据（如温度、振动），预测故障并触发维护；③远程调试：在虚拟环境中调试控制策略，减少物理设备停机时间；④产能预测：结合历史数据和实时订单，模拟不同生产方案的产能，辅助决策；⑤人员培训：通过虚拟工厂进行操作培训，降低实际操作风险。6.CoAP协议与HTTP协议的主要区别是什么？答案：①传输层：CoAP基于UDP（无连接），HTTP基于TCP（面向连接）；②消息格式：CoAP消息更轻量化（头部仅4字节），HTTP消息头部复杂；③功能简化：CoAP仅支持GET、POST、PUT、DELETE等基本方法，HTTP支持更多方法；④适配场景：CoAP适用于资源受限的物联网设备（如传感器），HTTP适用于计算能力强的终端（如手机、服务器）；⑤支持机制：CoAP内置观察（Observe）机制，支持设备主动向服务器推送数据（类似发布-订阅），HTTP需轮询或长连接实现。7.举例说明MEMS传感器在消费电子中的典型应用。答案：①智能手机：加速度计（MEMS）用于屏幕自动旋转、计步功能；陀螺仪（MEMS）用于游戏操控、AR场景定位；气压计（MEMS）用于海拔测量、室内定位辅助；②智能手表：心率传感器（MEMS光电容积脉搏波传感器）实时监测心率；三轴加速度计结合算法实现运动类型识别（如跑步、游泳）；③无线耳机：MEMS麦克风降低设备体积，同时提升降噪性能；惯性传感器（MEMS）实现佩戴检测和触控操作。8.5G的mMTC（海量机器类通信）特性如何支持物联网大规模设备接入？答案：mMTC通过以下技术实现：①大连接数：5G理论支持100万台/平方公里的设备连接（4G仅10万台），满足智慧城市、工业物联网等海量设备需求；②低功耗优化：引入eDRX（扩展不连续接收）和PSM（省电模式），延长设备续航（如智能水表电池可使用10年以上）；③覆盖增强：通过重复传输、功率提升等技术，解决深层覆盖问题（如下水道、地下车库的设备连接）；④切片隔离：通过网络切片为mMTC分配专用资源，避免与eMBB、uRLLC业务冲突，保障接入可靠性。9.区块链技术如何解决物联网设备的身份管理问题？答案：①去中心化存储：设备身份信息（如公钥、证书）存储在区块链分布式账本中，避免中心化服务器被攻击导致的身份数据泄露；②不可篡改：设备身份的注册、变更、注销操作通过智能合约执行，所有记录上链后无法篡改，确保身份的真实性；③自动认证：当设备接入网络时，通过区块链上的身份信息自动完成双向认证（无需中心化认证服务器），降低单点故障风险；④跨平台互认：不同物联网平台可通过区块链共享设备身份信息，解决“孤岛”问题（如工业设备在不同工厂间移动时无需重新注册）。10.简述物联网数据处理的关键步骤及各步骤的核心任务。答案：①数据采集：通过传感器、RFID等设备获取原始数据（如温度、位置、图像），需确保采集频率、精度符合需求；②数据传输：通过LPWAN、5G等网络将数据传输至边缘节点或云端，需处理丢包、延迟问题（如采用ARQ重传、QoS优先级）；③数据预处理：在边缘节点或云端清洗数据（剔除异常值）、脱敏（模糊处理敏感信息）、格式转换（如将二进制数据转为JSON）；④数据存储：将处理后的数据存入数据库（如时序数据库InfluxDB）或数据湖（如HadoopHDFS），支持高效查询和长期保存；⑤数据分析：通过实时分析（如Flink流处理）或离线分析（如Spark机器学习）提取价值（如设备异常检测、用户行为预测）；⑥数据应用：将分析结果反馈至业务系统（如自动调节设备参数、提供决策报告），实现数据驱动的智能控制。四、案例分析题（20分）某智慧农业项目需实现温室大棚的环境监控与自动调控，要求监测温度、湿度、光照强度、CO₂浓度4类参数，并根据预设阈值自动控制通风扇、滴灌系统、补光灯。请结合物联网技术回答以下问题：（1）感知层应选择哪些类型的传感器？需考虑哪些关键指标？（2）网络层选择LoRa还是NB-IoT更合适？说明理由。（3）平台层需要实现哪些核心功能？（4）如何保障数据在传输和存储过程中的安全性？答案：（1）传感器类型及指标：温度传感器：选择数字式传感器（如DS18B20），精度±0.5℃，支持宽温范围（-40℃~85℃）；湿度传感器：电容式传感器（如SHT30），精度±2%RH，抗冷凝能力强；光照传感器：光电二极管型（如TSL2591），量程0~188000lux，支持可见光与红外光区分；CO₂传感器：NDIR（非分散红外）型（如SCD41），量程400~5000ppm，精度±30ppm+5%读数。关键指标：低功耗（大棚可能无持续供电）、防水防尘（IP65等级）、长期稳定性（避免频繁校准）、接口兼容性（支持UART或I2C协议，便于与网关连接）。（2）网络层选择：选择LoRa更合适。理由：①温室大棚通常位于郊区或农村，运营商基站覆盖可能不足，LoRa自组网能力强（可部署私有网关）；②传感器数据传输频率低（每10分钟~1小时上传一次），LoRa的低带宽（0.3~50kHz）足够满足需求；③LoRa节点功耗更低（AA电池可续航2~5年），适合分散部署的大棚环境；④成本方面，LoRa终端和网关设备价格低于NB-IoT（无需支付运营商流量费）。（3）平台层核心功能：①设备管理：实时监控传感器、控制器的在线状态，支持远程配置（如调整数据采集频率）；②数据可视化：通过仪表盘展示温湿度、光照等参数的实时曲线和历史趋势；③规则引擎：设置阈值触发条件（如温度>30℃启动通风扇），支持逻辑判断（如同时满足湿度<60%时关闭滴灌）；④远程控制：提供手动/自动控制接口，支持通过APP或PC端远程操作通风扇、补光灯；⑤数据分析：基于历史数据提供种植建议（如某作物在光照10000lux、湿度70%时产量最高）；⑥告警管理：异常数据（如CO₂浓度>4000ppm）通过短信、APP推送告警信息。（4）数据安全保障措施：①传输安全：采用LoRa的AES-128加密（空中接口加密），或通过