2025年高职工业互联网(数据传输)中期测试卷及答案

2025年高职工业互联网(数据传输)中期测试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，错选、多选均不得分）1.在工业互联网现场，采用TSN（时间敏感网络）技术的主要目的是A.提高无线信道利用率B.降低以太网帧长度C.实现确定性低时延传输D.替代TCP/IP协议栈答案：C解析：TSN通过时间同步与调度机制，为工业控制流量提供微秒级确定性时延，解决传统以太网“尽力而为”带来的不确定性问题。2.下列关于MQTT协议“遗嘱消息”机制的描述，正确的是A.遗嘱消息由服务器在客户端正常断开时下发B.遗嘱消息QoS等级必须等于客户端订阅该主题的最高QoSC.遗嘱消息在客户端设置CONNECT报文时一次性指定D.遗嘱消息可携带超过256MB的载荷答案：C解析：遗嘱消息（LastWill）在CONNECT报文中指定，仅当服务器检测到客户端异常断开时才发布，与正常断开无关；其QoS由客户端在CONNECT中独立指定，与订阅QoS无关；MQTT5.0规定载荷上限为256MB，但遗嘱通常只传少量关键数据。3.工业现场使用5GuRLLC切片承载运动控制闭环，空口时延要求≤1ms。下列哪项技术对降低空口时延贡献最小A.自包含子帧（Selfcontainedsubframe）B.迷你时隙（Minislot）调度C.256QAM高阶调制D.预调度授权（Grantfree）答案：C解析：256QAM主要提升频谱效率，对时延无直接改善；其余三项均通过缩短调度周期或减少信令交互来降低时延。4.OPCUAPubSuboverUDP在二层网络中采用多播地址范围是A.224.0.0.0/24B.239.255.0.0/16C.239.192.0.0/14D.224.0.1.0/24答案：C解析：OPCUAPubSub推荐采用IPv4组织本地多播范围239.192.0.0/14（即239.192.0.0–239.195.255.255），避免与路由协议多播冲突。5.在ModbusTCP中，若服务器返回异常码0x02，其含义为A.非法功能码B.非法数据地址C.非法数据值D.服务器故障答案：B解析：ModbusTCP异常码0x02表示“IllegalDataAddress”，即客户端访问了不存在的寄存器地址。6.某工厂采用EtherCAT网络，周期时间为250μs。若每个从站引入1μs的转发延迟，则最多可级联多少台从站且总转发延迟不超过10%周期时间A.20B.25C.30D.35答案：B解析：10%×250μs=25μs；25μs÷1μs/站=25站。7.在IEEE802.1AS2020中，最佳主时钟（BMCA）选举时，优先级1（Priority1）字段数值越小表示A.优先级越低B.优先级越高C.与优先级无关D.仅用于企业网，不用于工业网答案：B解析：Priority1为8位无符号整数，数值越小优先级越高，最先参与选举。8.下列关于CoAP协议块传输（BlockWiseTransfer）的描述，错误的是A.支持服务器驱动的流控B.块大小由SZX字段指示，最大1024BC.块序号从0开始D.仅支持GET方法答案：D解析：CoAP块传输可用于GET、PUT、POST、FETCH等多种方法，不仅限于GET。9.在OPCUA客户端会话生命周期中，若服务器返回Bad_SessionClosed，客户端下一步应A.直接重新激活原会话B.调用CloseSession并释放通道C.忽略错误继续发布请求D.重新建立SecureChannel并创建新会话答案：D解析：Bad_SessionClosed表明会话已失效，需重建SecureChannel并重新CreateSession。10.某车间采用PROFINETIRT，预留带宽为20%用于TCP/IP最佳effort流量。若总带宽为100Mbps，则IRT帧最大可用带宽为A.80MbpsB.20MbpsC.100MbpsD.视拓扑动态变化答案：A解析：PROFINETIRT通过带宽预留机制，将周期IRT帧与TCP/IP流量严格隔离，20%预留即TCP/IP最多占20Mbps，IRT可用80Mbps。二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）11.下列哪些技术可同时实现时间同步与频率同步A.IEEE1588v2（PTP）B.SyncEC.1588ATR（AdaptiveTimeRecovery）D.NTPv4答案：A、C解析：PTP通过主从时钟报文交换实现时间同步，同时可恢复频率；1588ATR在包网络中自适应恢复频率；SyncE仅频率同步；NTPv4精度不足，难以同时实现高频稳相。12.在5GR16中，用于工业场景的双冗余传输机制包括A.URSPB.PDCP重复（PDCPDuplication）C.双活UPFD.帧复制与消除（FrameReplicationandElimination，FRER）答案：B、C解析：PDCPDuplication在空口复制包；双活UPF在核心网侧冗余；URSP为策略框架；FRER属于TSN技术，非3GPP原生。13.关于MQTT5.0的“用户属性”（UserProperties），下列说法正确的是A.可携带于PUBLISH、CONNECT、SUBSCRIBE等报文B.属于可变头部分C.键值对数量上限为65535D.服务器必须原样转发至订阅端答案：A、C、D解析：用户属性位于可变头，但键值对数量上限65535；服务器转发PUBLISH时必须保持用户属性不变；CONNECT/SUBSCRIBE亦支持。14.下列哪些字段出现在ModbusTCP协议数据单元（PDU）中A.事务标识符（TransactionIdentifier）B.协议标识符（ProtocolIdentifier）C.功能码（FunctionCode）D.数据（Data）答案：C、D解析：MBAP头包含事务、协议、长度、单元标识符；PDU仅功能码+数据。15.在TSN标准族中，与流量整形相关的子标准包括A.IEEE802.1QavB.IEEE802.1QbvC.IEEE802.1QccD.IEEE802.1Qch答案：A、B、D解析：Qav定义CreditBasedShaper；Qbv定义TimeAwareShaper；Qch定义CyclicQueuingandForwarding；Qcc为配置管理，不直接塑形。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）16.OPCUA内置的“订阅通知”机制采用轮询方式，服务器周期检查变量变化后再下发。答案：×解析：OPCUA订阅基于发布/推送模式，服务器在检测到变量变化或刷新周期到达时主动通知客户端，非轮询。17.EtherCAT从站控制器（ESC）在硬件中完成FCS校验，无需软件干预。答案：√解析：ESC在硬件中自动计算并验证帧校验序列（FCS），确保实时性。18.在5GNSA组网中，uRLLC切片可通过ENDC双连接实现1ms空口时延。答案：×解析：NSA架构受限于LTE锚点，难以稳定满足1ms；SA架构方可通过R16uRLLC完整特性实现。19.CoAP协议Observe选项允许客户端持续接收资源变化通知，无需重复轮询。答案：√解析：Observe扩展使CoAP具备类似MQTT的推送能力，减少轮询开销。20.PROFINETDCP协议可动态修改设备名称与IP，无需重启从站。答案：√解析：DCP（DiscoveryandConfigurationProtocol）支持在线写NameOfStation与IP，即时生效。21.IEEE802.1CBFRER要求全网交换机支持1588时间同步，否则无法消除重复帧。答案：×解析：FRER通过序列号与算法消除重复，可不依赖时间同步，但同步后可优化缓冲。22.ModbusTCP单元标识符（UnitIdentifier）用于区分串行子网中的设备，在纯以太网环境中可填0xFF。答案：√解析：单元标识符在ModbusTCP/RTN网关场景有效；纯以太网无子网时可任意，常用0xFF。23.TSN网络中，Talker与Listener的注册过程由IEEE802.1QatSRP协议完成。答案：√解析：Qat（StreamReservationProtocol）负责端到端带宽预留与注册。24.MQTT5.0的“共享订阅”（SharedSubscription）允许多个客户端以负载均衡方式消费同一主题。答案：√解析：$share/{ShareName}/topic格式，服务器随机分发至组内某一客户端。25.OPCUA的Alarm&Condition模型中，EnabledState为False时，条件实例不会生成通知，但可正常刷新。答案：√解析：EnabledState关闭后，条件变化不触发通知，变量值仍可读。四、填空题（每空2分，共20分）26.在IEEE1588v2中，Sync报文与Follow_Up报文之间的时间差称为________。答案：residencetime（驻留时间）解析：驻留时间=Follow_Up携带的精确发送时间–Sync报文实际发送时间，用于补偿交换机内部处理延迟。27.EtherCAT分布时钟（DC）同步精度通常可达________ns以内。答案：100解析：采用硬件锁相环与补偿算法，典型抖动<100ns。28.5GR16规定uRLLC用户面端到端时延指标为________ms，可靠性为________%。答案：1；99.999解析：1ms内传送32字节包，可靠性99.999%。29.MQTT5.0的“请求/响应”机制中，客户端在PUBLISH报文中携带________属性，用于服务端返回响应主题。答案：ResponseTopic解析：ResponseTopic属性指示服务端应发布响应的主题名。30.OPCUA内置的________编码方式，可在同等信息量下比XML编码减少约80%字节数。答案：Binary（或OPCUABinaryEncoding）解析：Binary编码采用小端、紧凑格式，显著降低带宽。31.PROFINETRT帧的EtherType值为________。答案：0x8892解析：PROFINETRT与IRT均使用0x8892，与标准以太网区分。32.TSN标准IEEE802.1Qbu定义了________机制，可中断低优先级帧发送高优先级帧。答案：FramePreemption（帧抢占）解析：通过MAC合并子层实现，高优先级帧可打断低优先级帧，降低时延。33.ModbusTCP报文头中“长度”字段指示其后跟随的________与________总字节数。答案：单元标识符；PDU解析：长度=单元标识符(1)+PDU(功能码+数据)字节数。34.CoAP协议Observe选项值采用________位无符号整数，服务器可将其作为序列号。答案：24解析：Observe值24位，循环计数，客户端检测不连续即知丢包。35.在5G核心网，________网络功能负责动态选择UPF并生成分流规则，以满足TSN边缘部署需求。答案：SMF（SessionManagementFunction）解析：SMF基于URSP与本地配置选择UPF，并下发ULCL/BP规则。五、简答题（每题8分，共24分）36.简述TSN网络中IEEE802.1QbvTimeAwareShaper的工作原理，并说明其对工业运动控制的具体价值。答案：TimeAwareShaper（TAS）将出口队列划分为时间片，通过GateControlList（GCL）周期性开关队列门。高优先级流量在独占时间片内发送，避免低优先级流量干扰。价值：1.提供确定性时延与抖动，满足运动控制<1μs抖动要求；2.与IEEE802.1AS时间同步配合，实现全网同步调度；3.兼容标准以太网，保护既有投资；4.支持多协议共存，实时与非实时流量在同一物理网络中分段传输，降低布线成本。37.某企业采用MQTT5.0构建设备云，需实现“云端下发配方→设备执行→设备回传结果→云端确认”的可靠闭环。请设计报文交互流程，并说明如何利用MQTT5.0特性保证端到端可靠性与可追溯性。答案：流程：1.云端发布配方：PUBLISHtopic=cmd/device123/recipe,QoS=1,retain=0,携带correlationdata=UUID1,responsetopic=device123/result,userproperties:batchNo=20250601；2.设备订阅cmd/device123/，收到后执行；3.设备回传结果：PUBLISHtopic=device123/result,QoS=1,correlationdata=UUID1,payload={status:OK,params…}；4.云端订阅device123/result，收到后比对correlationdata，确认闭环。可靠性：QoS1确保至少一次；correlationdata实现请求响应匹配；userproperties携带批次号，便于MES追溯；若设备离线，云端可重试并查看会话状态（SessionExpiryInterval）。38.对比EtherCAT与PROFINETIRT在“分布式时钟同步”与“带宽预留”两方面的技术差异，并给出选型建议。答案：分布式时钟：EtherCAT采用硬件ESC，在每一从站测量并补偿传播延迟，同步精度<100ns；PROFINETIRT依赖IEEE1588+硬件时间戳，精度约1μs，需交换机支持。带宽预留：EtherCAT利用主站调度表，在报文经过时隙插入RT帧，无需额外协议；PROFINETIRT通过规划带宽时隙表（IRTSchedule），需全网支持IRT交换机，配置复杂。选型：超高速伺服联动（<1μs抖动）选EtherCAT；多厂商互操作、大型拓扑、IT融合需求高选PROFINETIRT。六、计算与综合题（共31分）39.（10分）某TSN网络拓扑含1Talker、3Bridge、1Listener，链路速率1Gbps。Talker每125μs发送一个大小为500B的周期性流。若采用IEEE802.1Qbv，GateControlList周期设为125μs，求：(1)该流占用带宽百分比；(2)若Bridge出口队列门开启时长需额外预留20%保护带，求最小开启时长（ns）；(3)若同时存在BestEffort流，其最大可分配开启时长（ns）。答案：(1)500B×8bit/B=4000bit；周期125μs；带宽占比=4000bit/(1×10^9bit/s×125×10^6s)=3.2%。(2)帧发送时间=4000bit/1Gbps=4000ns；保护带20%→4000×1.2=4800ns。(3)周期125000ns−4800ns=120200ns。40.（10分）某5GSA网络为100台AGV提供uRLLC切片，参数：包长256B，周期5ms，可靠性99.999%，空口时延预算≤4ms。若采用PDCPDuplication，主链路BLER=1%，分链路BLER=2%，独立误码，求：(1)单链路传输失败概率；(2)双冗余后传输失败概率；(3)是否满