2025年8月物联网考试题含参考答案

2025年8月物联网考试题含参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪项技术不属于物联网感知层的关键支撑技术？A.射频识别（RFID）B.窄带物联网（NB-IoT）C.温湿度传感器D.MEMS（微机电系统）2.在物联网体系架构中，负责将感知数据进行本地化预处理、降低传输负载的层次是？A.感知层B.网络层C.边缘计算层D.应用层3.某智慧农业项目需要监测农田土壤湿度、温度及光照强度，要求传感器节点续航3年以上且覆盖半径5公里，最适合的无线传输技术是？A.Wi-FiB.ZigBeeC.LoRaD.蓝牙5.34.以下关于数字孪生（DigitalTwin）的描述，错误的是？A.需基于物理实体的实时数据同步B.仅用于工业设备监控，无法应用于城市管理C.可通过仿真预测物理实体的运行状态D.需结合物联网、大数据与仿真技术5.5G网络中支持低功耗广域网（LPWAN）场景的关键技术是？A.eMBB（增强移动宽带）B.uRLLC（超高可靠低时延通信）C.mMTC（大规模机器类通信）D.边缘计算6.物联网设备身份认证中，采用“设备-网关-平台”三级认证模式时，最核心的安全风险来自？A.设备硬件损坏B.网关与平台间的通信链路被窃听C.设备固件未及时更新D.平台数据库逻辑错误7.某工业物联网系统需要实时采集10万台设备的振动数据（每台设备每秒100个数据点），最适合的数据存储方案是？A.关系型数据库（如MySQL）B.键值存储（如Redis）C.时序数据库（如InfluxDB）D.文档数据库（如MongoDB）8.以下哪项不属于物联网边缘计算的典型应用场景？A.智能摄像头实时人脸识别B.工厂PLC控制器实时调整生产线参数C.车载终端将GPS数据上传至云端分析D.智能家居网关本地控制家电联动9.在LoRaWAN协议中，终端设备与网关的通信模式不包括？A.ClassA（双向通信，终端触发）B.ClassB（定时接收，网关同步）C.ClassC（持续接收，低功耗）D.ClassD（动态时隙分配）10.物联网数据清洗的主要目的是？A.增加数据量以提升分析准确性B.去除重复、错误或冗余的数据C.将非结构化数据转换为结构化数据D.加密敏感数据防止泄露二、填空题（每空1分，共15分）1.物联网三层架构通常指感知层、__________和应用层。2.LPWAN技术中，__________（技术名称）基于授权频谱，由3GPP标准定义；__________（技术名称）基于非授权频谱，采用扩频调制。3.传感器按输出信号类型可分为模拟传感器和__________传感器；按测量原理可分为物理传感器、化学传感器和__________传感器。4.物联网安全的“三元组”防护目标是机密性、__________和可用性。5.MQTT协议的核心机制是__________，支持“发布-订阅”模式，适用于低带宽、高延迟的物联网场景。6.工业物联网（IIoT）中，OPCUA协议的主要作用是解决__________问题，实现不同厂商设备的互操作性。7.5G的“切片技术”通过__________隔离不同物联网业务的网络资源，满足差异化服务需求。8.数字孪生系统的核心组成包括物理实体、__________、连接交互与服务应用。9.物联网设备固件升级（FOTA）的关键挑战是__________（至少答一点）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述NB-IoT与LoRa技术的主要差异（从频谱、标准、覆盖、功耗角度对比）。2.说明边缘计算在物联网中的核心价值，并列举2个具体应用场景。3.物联网数据建模时，为何需要考虑“时间戳”和“设备标识”字段？请结合实际场景解释。4.分析物联网设备大规模接入时，传统云计算架构的局限性，并提出改进方向。5.列举3种物联网设备身份认证技术（如基于证书、基于密钥等），并说明各自适用场景。四、综合题（共35分）（一）某城市拟建设“智能地下管廊监控系统”，需监测管廊内温湿度、有害气体（如甲烷、硫化氢）浓度、水位及设备运行状态（如水泵、通风机）。要求：（1）设计系统架构，画出分层示意图（文字描述即可）；（8分）（2）选择感知层传感器类型及无线传输技术，并说明理由；（7分）（3）分析网络层可能面临的安全风险及防护措施；（6分）（二）某制造企业计划部署“基于数字孪生的生产线优化系统”，要求：（1）阐述系统需采集的关键数据（至少5类）；（5分）（2）说明数字孪生模型的构建步骤（从数据采集到仿真优化）；（6分）（3）列举2个可通过该系统实现的具体优化目标。（3分）参考答案一、单项选择题1.B2.C3.C4.B5.C6.B7.C8.C9.D10.B二、填空题1.网络层2.NB-IoT；LoRa3.数字；生物4.完整性5.消息代理（Broker）6.工业设备通信协议异构7.逻辑网络8.虚拟模型（或数字模型）9.低功耗设备续航限制/网络稳定性影响升级成功率/固件回滚风险三、简答题1.差异：频谱：NB-IoT使用授权频谱（如700MHz/800MHz），LoRa使用非授权ISM频段（如433MHz/868MHz）；标准：NB-IoT基于3GPP标准（属于5GmMTC分支），LoRa由LoRaAlliance定义私有协议；覆盖：两者均支持广覆盖（10-15公里），但NB-IoT依赖运营商基站，LoRa需自建或共享网关；功耗：NB-IoT终端平均功耗略高于LoRa（因需定期注册网络），但两者均支持数年续航。2.核心价值：减少数据传输延迟（如工业控制需毫秒级响应）、降低云端计算压力（本地化处理冗余数据）、提升隐私安全（敏感数据不上传）。场景示例：智能工厂：PLC控制器在边缘侧实时调整设备参数，避免云端延迟影响生产；自动驾驶：车载边缘计算单元实时处理摄像头/雷达数据，快速决策避障。3.原因：时间戳：物联网数据具有时序性（如环境监测需分析不同时段的变化趋势），缺失时间戳无法进行时序分析或异常检测（如某时段温度骤升）；设备标识：多设备并行采集时（如1000个传感器），需通过设备ID定位数据来源（如确定是3号传感器的异常值，而非全网问题）。4.局限性：带宽压力：百万级设备同时上传数据，云端入口流量剧增，易拥塞；延迟问题：实时控制类业务（如工业机械臂）需毫秒级响应，云端处理延迟无法满足；成本高：大量原始数据上传增加存储与计算成本。改进方向：边缘计算：本地化预处理（如过滤重复数据、聚合统计值）后仅上传关键数据；分布式云架构：在靠近设备的边缘节点部署小型云服务器，分担中心云压力；数据压缩与智能采样：通过算法减少传输数据量（如仅上传变化超过阈值的数据）。5.认证技术及场景：预共享密钥（PSK）：设备出厂时写入固定密钥，适用于低安全等级、小规模设备（如家用智能灯泡）；X.509数字证书：设备持有CA颁发的证书，适用于高安全要求场景（如医疗设备、工业控制系统）；动态令牌（如TOTP）：每次认证提供随机令牌，适用于需频繁认证且防重放攻击的场景（如物流追踪终端）；SIM卡认证：基于运营商SIM卡的鉴权，适用于依赖蜂窝网络的物联网设备（如车载T-BOX）。四、综合题（一）智能地下管廊监控系统（1）系统架构分层：感知层：部署温湿度传感器、气体浓度传感器（电化学/红外原理）、水位传感器（超声波/投入式）、设备状态传感器（电流/振动传感器）；网络层：传感器通过LoRa/NB-IoT上传至管廊本地网关，网关通过5G/光纤连接至城市物联网平台；平台层：包含数据存储（时序数据库）、算法引擎（如气体泄漏预测模型）、可视化模块（GIS地图展示）；应用层：面向运维人员的监控界面（实时报警、设备远程控制）、面向管理者的分析报表（如故障频率统计）。（2）传感器与传输技术选择：传感器：温湿度选数字式（如SHT30，精度±0.3℃）；气体浓度选电化学传感器（针对硫化氢）和红外传感器（针对甲烷，抗干扰强）；水位选超声波传感器（非接触，避免液体腐蚀）；设备状态选振动传感器（如MEMS加速度计，监测水泵异常振动）。传输技术：优先LoRa（管廊环境复杂，混凝土遮挡多，LoRa长距穿透性强；且管廊通常无运营商基站覆盖，需自建LoRa网关；低功耗满足3-5年续航需求）。（3）网络层安全风险及防护：风险：LoRa通信易被同频段设备干扰或窃听（非授权频谱）；网关与平台间的5G/光纤链路可能被中间人攻击；防护：采用AES-128加密LoRa数据包，设备与网关预共享密钥；网关与平台间使用TLS1.3协议加密传输，定期更换会话密钥；部署入侵检测系统（IDS），监测异常流量（如短时间内大量重复数据包）。（二）数字孪生生产线优化系统（1）需采集的数据：设备运行数据（如温度、电流、转速）；工艺参数（如注塑机注塑压力、焊接温度）；产品质量数据（如尺寸偏差、缺陷类型）；环境数据（如车间温湿度、粉尘浓度）；人员操作记录（如换模时间、参数调整日志）。（2）模型构建步骤：数据采集：通过PLC、传感器、视觉检测设备实时采集生产线数据，存入时序数据库；模型建模：基于物理定律（如热力学方程）和历史数据（如设备磨损曲线），构建设备级数字模型（如电机效率模型）和产线级模型（如工序节拍模型）；模型校准：将实时数据输入模型，通过机器学习（如卡尔曼滤波）修正模型参数，确保虚