2025年《物联网应用技术》期末试卷及答案

2025年《物联网应用技术》期末试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.2025年某智慧物流项目中，仓储机器人通过（）技术实现毫米级定位，其定位精度主要依赖多基站UWB信号的时间差测量。A.蓝牙5.3B.UWBC.5G-RTTD.北斗三号短报文2.以下不属于物联网边缘计算节点典型功能的是（）A.实时数据过滤B.本地规则决策C.海量数据长期存储D.轻量级AI模型推理3.某工业物联网平台采用OPCUAPub/Sub协议替代传统客户端-服务器模式，主要目的是（）A.提升单点传输速率B.支持大规模设备并发订阅C.降低协议复杂度D.增强端到端加密强度4.2025年新部署的城市环境监测网络中，传感器节点采用（）供电方案，通过振动能量收集模块实现5年以上免维护运行。A.锂亚硫酰氯电池B.超级电容+光伏C.压电陶瓷+储能电容D.微型燃料电池5.在车联网V2X通信中，C-V2X直连通信（PC5接口）的关键优势是（）A.支持全球漫游B.依赖基站覆盖C.低延迟（<5ms）D.高带宽（10Gbps）6.某智慧农业项目中，土壤温湿度传感器通过（）协议与网关通信，该协议采用星型拓扑，工作在868MHz频段，支持AES-128加密。A.Zigbee3.0B.LoRaWANC.6LoWPAND.Z-Wave7.17.关于数字孪生在物联网中的应用，错误的描述是（）A.物理实体与虚拟模型需保持实时数据同步B.主要用于设备故障预测，不涉及生产流程优化C.需结合三维建模、仿真引擎和实时数据接口技术D.可实现远程设备的虚拟调试与参数优化8.2025年某智能电网项目采用（）技术实现电力线载波（PLC）与5GNR的融合通信，解决偏远地区电表数据回传问题。A.正交频分复用（OFDM）B.跳频扩频（FHSS）C.码分多址（CDMA）D.空分多址（SDMA）9.物联网设备身份认证中，基于PUF（物理不可克隆函数）的方案优势是（）A.无需存储密钥B.支持高并发认证C.降低计算复杂度D.兼容所有通信协议10.以下不属于窄带物联网（NB-IoT）典型应用场景的是（）A.智能水表（月传10次）B.车载视频监控（实时1080P）C.消防烟感（年传300次）D.资产追踪（日传20次）11.某医疗物联网系统中，ECG监护仪通过（）协议与医院HIS系统对接，该协议基于DICOM标准扩展，支持医疗数据的语义化传输。A.MQTT-SNB.CoAPC.HL7FHIRD.AMQP12.2025年新型物联网芯片中，（）技术通过近场无线能量传输实现无源标签的厘米级精确定位，突破了传统RFID的定位精度限制。A.反向散射通信B.超宽带（UWB）定位C.射频识别（RFID）D.近场通信（NFC）13.关于物联网数据生命周期管理，正确的流程是（）A.采集→传输→存储→处理→应用→归档/销毁B.传输→采集→处理→存储→应用→归档/销毁C.采集→处理→传输→存储→应用→归档/销毁D.存储→采集→传输→处理→应用→归档/销毁14.在工业物联网（IIoT）中，时间敏感网络（TSN）的核心作用是（）A.提升网络带宽利用率B.实现确定性低延迟传输C.简化设备接入流程D.增强网络抗干扰能力15.某智能家居系统中，空调、灯光、窗帘通过（）技术实现本地协同控制，该技术基于IEEE802.15.4标准，支持多设备自组织网络和OTA升级。A.ThreadB.Wi-Fi6C.蓝牙MeshD.紫蜂（Zigbee）Pro二、填空题（每空1分，共20分）1.物联网体系架构中，连接层的核心功能是解决（）与（）之间的通信问题，典型技术包括LPWAN、短距无线和有线传输。2.2025年主流的物联网操作系统需具备（）、（）和（）三大特性，以支持低功耗、高并发和边缘智能需求。3.卫星物联网的典型应用场景包括（）、（）和（），其优势在于覆盖无地面网络的偏远区域。4.工业物联网中，数字孪生体的构建需整合（）数据、（）数据和（）数据，形成物理实体的虚拟映射。5.物联网安全防护的"三要素"是（）、（）和（），需贯穿设备端、网络层和平台层。6.MQTT协议的QoS等级包括（）、（）和（），其中（）等级保证消息至少送达一次。7.2025年新型传感器技术发展方向包括（）、（）和（），例如柔性电子传感器、量子传感器等。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述2025年物联网边缘计算与AI融合的典型应用场景，并说明其技术优势。2.比较LoRaWAN与NB-IoT在覆盖范围、功耗、数据速率和适用场景上的差异。3.说明物联网设备身份认证中"预共享密钥（PSK）"与"证书认证（PKI）"的优缺点，并举出典型应用场景。4.分析5GRedCap（轻量级5G）技术对物联网发展的推动作用，列举至少3个受益场景。5.设计一个基于物联网的智慧校园能耗监测系统，需说明核心组成模块（至少5个）及各模块功能。四、综合应用题（20分）某制造企业计划建设智能工厂，要求实现：①生产设备（如CNC机床、工业机器人）的实时状态监测（采样频率100Hz，数据类型：电压、电流、振动频率）；②设备异常预警（基于历史数据训练的AI模型）；③产线产能优化（根据订单需求动态调整设备运行参数）。请设计该物联网系统的整体架构，要求：（1）画出层次化架构示意图（文字描述即可）；（2）说明各层次的关键技术选型及理由；（3）分析数据从设备端到应用层的完整流动过程；（4）提出至少3项需重点考虑的安全措施。答案一、单项选择题1.B2.C3.B4.C5.C6.B7.B8.A9.A10.B11.C12.A13.A14.B15.A二、填空题1.感知层设备；网络层2.低资源占用；实时性；安全增强3.海洋监测；极地科考；远洋物流追踪4.实时感知；历史运维；设计工艺5.机密性；完整性；可用性6.QoS0（最多一次）；QoS1（至少一次）；QoS2（恰好一次）；QoS17.微型化；柔性化；智能化（或多模态、低功耗等）三、简答题1.典型场景：工业设备预测性维护（通过边缘侧部署的轻量级AI模型实时分析振动数据）、智能交通信号控制（边缘节点融合摄像头和雷达数据进行实时决策）、智慧农业病虫害识别（边缘端处理图像数据并输出预警）。技术优势：降低云端计算压力（减少50%-70%数据上传量）、缩短响应时间（延迟从500ms降至50ms内）、提升数据隐私（敏感数据本地处理不上传）。2.覆盖范围：LoRaWAN（郊区20km，城区5km）>NB-IoT（郊区10km，城区3km）；功耗：LoRaWAN（深度睡眠电流<1μA）≈NB-IoT（eDRX模式下<2μA）；数据速率：LoRaWAN（0.3-50kbps）<NB-IoT（10-250kbps）；适用场景：LoRaWAN适合低速率、广覆盖、分散设备（如环境监测）；NB-IoT适合中等速率、运营商网络覆盖区域（如智能水表）。3.PSK优点：实现简单、计算开销小；缺点：密钥泄露风险高、无法动态更新。场景：小型私有物联网系统（如家庭智能设备）。PKI优点：支持双向认证、密钥可动态管理；缺点：计算复杂度高、需CA基础设施。场景：工业物联网（如设备与云平台的安全通信）。4.推动作用：降低终端成本（芯片成本较传统5G降低60%）、减少功耗（待机时间延长30%）、支持中速率连接（1-10Mbps）。受益场景：智能摄像头（4K实时监控）、车载T-BOX（车载信息终端）、远程医疗监护（实时生理数据传输）。5.核心模块：①感知层（智能电表/水表/气表，采集能耗数据，支持ModbusRTU协议）；②网络层（Lora网关，汇聚300米内设备数据，通过4G/5G回传）；③边缘计算层（部署在校园机房的边缘服务器，过滤无效数据，执行峰谷电价计算）；④平台层（物联网云平台，存储历史数据，提供可视化界面）；⑤应用层（能耗分析系统，提供日报/周报，提供设备节能建议）。四、综合应用题（1）架构层次：设备感知层→边缘计算层→工业互联网平台层→应用服务层。（2）关键技术选型：设备感知层：采用工业级传感器（如振动传感器选用IEPE型，精度±0.5%FS），通信协议选择OPCUA（支持实时数据传输和语义互操作）；边缘计算层：部署边缘网关（如研华UNO-2272G，支持Docker容器化部署），内置轻量级AI推理引擎（TensorFlowLiteforMicrocontrollers）；平台层：选择华为MindSphere或西门子MindSphere，支持时序数据库（InfluxDB）存储高频数据，提供模型训练模块（支持PyTorch）；应用层：开发Web端和移动端应用（基于React框架），集成BI工具（PowerBI）实现可视化。（3）数据流动过程：设备传感器以100Hz频率采集电压（mV级）、电流（mA级）、振动频率（Hz级）数据→通过OPCUA协议传输至边缘网关→边缘网关过滤异常值（如电压超过额定值±20%），调用本地AI模型（如LSTM神经网络）进行异常检测→检测到异常时提供预警信息（包含设备ID、异常类型、时间戳）→原始数据（每小时汇总一次）和预警信息通过MQTT协议（QoS1等级）上传至工业互联网平台→平台存储原始数据至时序数据库，利用历史数据训练新的AI模型（每日凌晨执行）→应用层从平台获取实时数据和模型输出，提供设备状态