2025年(工业互联网)设备互联技术试题及答案

2025年(工业互联网)设备互联技术试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在TSN（TimeSensitiveNetworking）协议族中，负责实现时间同步的协议是A.IEEE802.1QbvB.IEEE802.1AS2020C.IEEE802.1CBD.IEEE802.1Qcc答案：B解析：IEEE802.1AS2020基于IEEE15882019，定义了gPTP（generalizedPrecisionTimeProtocol），用于TSN网络中全局时间同步，其余选项分别对应调度、冗余与集中配置。2.OPCUAPubSuboverMQTT在传输层默认使用的端口是A.1883B.4840C.8883D.443答案：A解析：MQTT非加密端口1883为缺省值；4840是OPCUATCP默认端口；8883为MQTT/TLS；443为HTTPS。3.在ModbusTCP中，事务标识符（TransactionIdentifier）字段长度为A.1ByteB.2BytesC.4BytesD.8Bytes答案：B解析：MBAP头中前两个字节为TransactionIdentifier，用于匹配请求与响应。4.下列哪一项不是5GuRLLC场景的关键KPI？A.空口时延≤1msB.可靠性≥99.999%C.频谱效率≥10bit/s/HzD.定位精度≤0.2m答案：C解析：频谱效率属于eMBB指标，uRLLC核心指标为时延与可靠性。5.在EtherCAT网络中，分布式时钟（DC）漂移补偿算法通常采用A.PIDB.Kalman滤波C.最小二乘D.指数平滑答案：B解析：Kalman滤波对时钟漂移与抖动具有最优估计特性，被EtherCAT主站广泛采用。6.当使用gRPC进行设备远程调用时，默认序列化机制为A.JSONB.XMLC.ProtocolBuffersD.MessagePack答案：C解析：gRPC基于HTTP/2且强制使用ProtocolBuffersv3。7.在MQTT5.0中，用于实现“请求响应”模式的属性是A.TopicAliasB.ResponseTopicC.SubscriptionIdentifierD.CorrelationData答案：B解析：ResponseTopic携带响应主题名，CorrelationData用于匹配，但题眼为“模式”定义。8.下列哪条YANG模型用于描述工业网络拓扑？A.ietfinterfacesB.ietfyangtypesC.ietfnetworktopologyD.openconfiginterfaces答案：C解析：ietfnetworktopology提供节点、链路与拓扑关系，是SDN控制器常用模型。9.在CANFD中，数据段最大字节数为A.8B.32C.64D.128答案：C解析：CANFD将数据场扩展至64字节，同时提升位速率。10.工业边缘计算参考架构IECTR63188中，将边缘节点分为几层？A.2B.3C.4D.5答案：B解析：边缘设备层、边缘网关层、边缘云层共三层。二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列哪些机制可用于TSN网络中的流量整形？A.CreditBasedShaperB.TimeAwareShaperC.AsynchronousTrafficShaperD.BurstLimitingShaper答案：A、B、C解析：802.1Qav(CBS)、802.1Qbv(TAS)、802.1Qcr(ATSS)均为标准整形机制；D为干扰项。12.关于OPCUASecurity，下列说法正确的是A.支持用户令牌签名B.支持TLS1.3C.支持PerfectForwardSecrecyD.支持ECC加密答案：A、B、C、D解析：OPCUA1.04及以上已全面支持TLS1.3、ECDHE、PFS与多种用户令牌。13.在工业WiFi6（802.11ax）场景下，可降低时延的技术包括A.OFDMAB.TWTC.BSSColoringD.MUMIMO答案：A、B、D解析：OFDMA与MUMIMO提升并行度；TWT减少空口竞争；BSSColoring主要抗干扰，对时延改善间接。14.以下哪些协议运行在UDP之上？A.CoAPB.LwM2MC.MQTTSND.DDSRTPS答案：A、B、C、D解析：CoAP/MQTTSN/DDSRTPS均基于UDP；LwM2M基于CoAP，故也使用UDP。15.在工业现场部署IPv6overTSCH（6TiSCH）时，需使用的关键IETF协议有A.6topB.RPLC.6LoWPAND.MSF答案：A、B、C、D解析：6top为TSCH调度层；RPL构建路由；6LoWPAN压缩；MSF管理调度功能。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）16.OPCUAJSON编码比Binary编码节省带宽。答案：×解析：JSON冗余大，Binary编码紧凑，节省>50%带宽。17.ModbusTCP支持“广播”写单寄存器。答案：×解析：TCP模式下无广播概念，UnitID=0被保留且多数主站忽略。18.5GNR在Release17中引入了RedCap终端，旨在降低工业传感器成本。答案：√解析：RedCap=ReducedCapability，面向中速物联网。19.EtherCAT从站控制器ESC必须使用ASIC实现，不可基于FPGA。答案：×解析：倍福提供IPCore，多家FPGA方案已商用。20.MQTT遗嘱消息（Will）只能在客户端首次CONNECT时设置，运行中不可修改。答案：√解析：遗嘱在CONNECT报文固定，运行中不可更新。21.DDS使用以数据为中心的发布订阅模型，默认采用TCP传输。答案：×解析：DDS默认RTPS/UDP，TCP为可选。22.TSN中，802.1Qci可用于入口policing，防止突发流量破坏整形。答案：√解析：Qci即PerStreamFilteringandPolicing。23.在工业边缘侧运行容器时，KubeEdge与K3s均支持ARM64架构。答案：√解析：二者官方镜像均提供ARM64版本。24.gRPC的流式调用一定比一元调用吞吐低，因为需要维持长连接。答案：×解析：流式可摊销头部、提升吞吐，需视业务场景。25.CANopen与J1939均使用11位标识符，无法共存于同一总线。答案：×解析：二者可共存，通过标识符分配避免冲突。四、填空题（每空2分，共20分）26.在IEEE802.1Qbv时间感知整形中，一个周期内可定义最多________个时间槽。答案：256解析：GateControlList最大支持256条目。27.OPCUAPubSuboverUDP使用________端口作为默认组播端口。答案：4840解析：IANA分配给OPCUAPubSub。28.当5G网络启用uRLLC的“Grantfree”上行时，UE需提前配置________资源。答案：ConfiguredGrantType1解析：3GPP38.214定义。29.EtherCAT帧中，每个从站数据段最大________字节。答案：1486解析：受限于以太网净荷1500减去WKC与头部。30.在ModbusTCP中，功能码0x17对应________操作。答案：Read/WriteMultipleRegisters解析：单请求完成读保持寄存器与写保持寄存器。31.MQTT5.0中，属性标识0x23的十进制值为________。答案：35解析：0x23=35，对应“SessionExpiryInterval”。32.6TiSCH网络中，MSF算法在________子层运行。答案：6top解析：MSF为6top协议子模块。33.在DDS中，用于发现域参与者的内置Topic名称为________。答案：DCPSParticipant解析：DDSIRTPS规范定义。34.OPCUA安全策略“Basic256Sha256”使用________位对称加密。答案：256解析：AES256CBC。35.工业WiFi6中，OFDMA子载波最小单元称为________。答案：RU（ResourceUnit）解析：26/52/106/242子载波粒度。五、简答题（每题6分，共30分）36.描述TSN网络中802.1Qbv与802.1Qav协同工作的流程，并给出一种典型工业运动控制场景的参数配置。答案：1)时间同步：gPTP将网络时钟误差<1μs。2)流量分类：运动控制帧映射到Queue7，TCPBesteffort到Queue0。3)GateControlList：周期1ms，Queue7在0~400μs开放，Queue0在400~1000μs开放。4)802.1Qav对Queue0施加CBS，idleslope=20Mbps，sendslope=100Mbps20Mbps=80Mbps，防止突发抢占。5)结果：运动控制帧确定性时延<50μs，抖动<±5μs；背景流量不破坏时隙。37.说明MQTT5.0“共享订阅”机制如何提升工业SCADA系统可扩展性，并给出Topic设计示例。答案：共享订阅格式$share/{ShareName}/{Topic}，如$share/group1/factory/line1/telemetry。多个SCADA节点订阅同一ShareName，消息轮流分发，实现负载均衡；新增节点无需变更传感器侧Topic，水平扩展能力提高3~5倍；故障转移时，离线节点未ACK的消息重发至剩余节点，保证可靠性。38.比较EtherCAT与PROFINETIRT在硬件同步精度上的差异，列出影响精度的三项关键因素。答案：EtherCAT分布式时钟同步精度<100ns；PROFINETIRT约1μs。关键因素：1)时钟分辨率：ESC64位硬件时钟vs.IRT32位；2)补偿算法：Kalmanvs.线性回归；3)帧转发延迟：EtherCAT“OntheFly”硬件转发延迟<1μs，IRT需交换机存储转发。39.解释“容器化PLC”如何利用Kubernetes的CPUManager与DevicePlugin实现us级实时任务。答案：1)通过CPUManagerstaticpolicy将物理核独占绑定给容器；2)开发DevicePlugin将/dev/rt_gpio、/dev/rtc等实时字符设备注册到Kubelet；3)容器以GuaranteedQoS运行，内核隔离CPU隔离全集，关闭超线程与Cstate；4)使用PREEMPT_RT补丁，调度延迟<10μs，结合XenomaiCobalt内核模块，中断响应<5μs，实现us级循环。40.阐述工业边缘AI推理链路的端到端安全框架，涵盖模型分发、数据输入、结果上报三阶段。答案：模型分发：采用OPCUAFileTransfer+signedfirmware，模型哈希写入TPMPCR，启动时extend度量；数据输入：现场摄像头→边缘网关，使用MACsec802.1AE2018链路层加密，防止中间人注入伪造帧；结果上报：推理结果经MQTToverTLS1.3上传云端，客户端证书由工厂CA签发，云端OCSP实时校验；全程双向身份认证、完整性校验、审计日志写入不可变区块链，满足IEC6244342SL3要求。六、计算与综合题（共35分）41.（10分）某TSN网络拓扑为线形，五台交换机级联，链路速率1Gbps，帧长包括前导码共1250Bytes。若采用802.1Qbv，周期T=2ms，Queue7需传输1000帧，求Queue7所需时隙宽度，并验证是否满足无冲突条件。答案：单帧发送时间=1250×8/10^9=10μs1000帧总时间=10ms所需时隙≥10ms，但周期仅2ms，故必须分5个周期发送，每周期发送200帧，时隙≥2ms。结论：时隙=2ms即可，无冲突。42.（10分）某工厂有2000个ModbusTCP传感器，每10s轮询一次，每次读取4个保持寄存器，TCPMTU=1500Bytes。估算服务器所需最小上行带宽，并给出当RTT=50ms时的并发连接数上限。答案：单请求MBAP+PDU=12+5=17Bytes；响应=12+5+2×4=25Bytes总流量=(17+25)×2000/10=8.4kB/s=67.2kbps并发上限：每连接占用时间≈2×RTT=100ms，10s窗口可复用100次，故并发连接数≤2000/100=20。43.（15分）设计一个基于5GuRLLC的AGV协同系统，要求空口时延≤5ms、可靠性≥99.99%。给出无线侧、核心侧、应用侧的关键参数配置，并计算在20辆AGV、每车上行速率2Mbps、包长300Bytes场景下，所需PRB与CCE资源。答案：无线侧：numerologyμ=3，slot=0.125ms，上行自包含帧；GrantfreeCGType1，周期1ms，MCS=28，256QAM，PRB=52，可承载2.1Mbps；99.99%可靠性采用K=3重复，时延预算3ms。核心侧：UPF下沉至边缘，PDU会话锚点<1km，路径冗余双活；