《物联网工程实训教程》习题与思考题答案DOC.docx
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《物联网工程实训教程》习题与思考题答案DOC
《物联网工程实训教程》习题与思考题答案
第1章答案1
第2章答案3
第3章答案5
第4章答案5
第5章答案7
第6章答案9
第7章答案10
第8章答案11
第9章答案13
第10章答案15
第11章答案18
第12章答案20
第13章答案23
第14章答案24
第1章答案
1-1无线传感器网络的定义和作用是什么？
答：
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是由密集部署于监控区域内的微型传感器节点组成的一种无中心节点的全分布系统。
这些低成本、低功耗、具有感知、数据处理和通信能力的节点通过无线信道相连，自组织构成了网络系统。
传感器节点借助于其内置的形式多样的传感器，探测包括温度、湿度、噪声、光强度、等众多人们感兴趣的物理现象。
1-2典型的无线传感器网络节点分为哪几种节点？
答：
一般包括传感器节点（Sensornode）、汇聚节点（Sinknode）和任务管理节点。
1-3画出TinyOS的层次结构图。
答：
TinyOS的组件层次结构就如同一个网络协议栈，底层的组件负责接收和发送最原始的数据位，而高层的组件对这些位数据进行编码、解码，更高层的组件则负责数据打包、路由和传输数据。
1-4画出NesC的调用关系。
答：
NesC的调用关系如下图：
1-5NesC的应用程序分几类？
答：
NesC的应用程序概括为以下三种类型：
1）接口定义文件—app.ncc；2）模块文件—app_P.nc或app_M.nc；3）配置文件—appC.nc。
1-6Telosb节点由哪些部件组成？
答：
Telosb节点包括串口转USB编程和数据接口，一个基于IEEE802.15.4/ZigBee协议，工作在2.4G频段的收发芯片，一个内置的射频天线，一个带有扩展内存的低功耗微处理器以及一些可以选择的传感器等。
1-7查阅资料理解无线传感器的串口通信方法。
答：
略。
1-8AODV路由的原理是什么？
答：
AODV是一种按需单路径路由协议。
它借用了按需路由协议DSR中的路由发现和路由维护过程，以表驱动路由协议DSDV的逐跳（Hop-by-Hop）路由、顺序编号和路由维护的周期更新机制。
只有在需要时才去寻找路由，只有当源节点需要一条通往目的节点的路径时，它才在网络中发起一次路径发现过程。
路径建立以后由维护程序进行维护。
第2章答案
2-1什么是NS2？
NS2能实现哪些功能？
答：
（1）NS2的英文全称是NetworkSimulatorversion2，它是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器。
它本身有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。
（2）NS2能实现的功能
网络拓扑的动画演示，对有线和无线网络多种协议的仿真，对丢包率、吞吐量、抖动率、端到端时延等网络性能参数的记录和分析、绘图等。
2-2NS2有哪些功能模块和仿真元素？
答：
（1）NS2的功能模块
事件调度器、节点、链路、代理、分组、应用层、数据记录、动画演示、数据分析、绘图工具。
（2）NS2的仿真元素
网络拓扑：
①链路：
连接器、分类器；②节点：
TCP代理，发送代理有：
TCP，TCP/Reno，TCP/Vegas，TCP/Sackl，TCP/FACK，TCP/FULLTCP等；接收代理有：
TCPSINK，TCPSINK/DELACK，TCPSINK/SACK1，TCPSINK/SACKl/DELACK等。
此外，还提供有UDP代理及接收代理Null、LossMonitor。
路由协议：
静态、动态和会话三种单播路由策略。
链路的带宽、时延和丢弃模型：
Drop-tail（FIFO）队列、RED缓冲管和CBO。
各种公平队列如FQ、SFQ和DRR等。
通信量的仿真：
FTP；Telnet。
此外，NS2提供了EXPOO、POO、CBR和TrafficTrace四种不同类型的通信量产生器。
2-3NS2的仿真流程是什么？
涉及哪两个层次？
答：
（1）NS2的仿真流程
（2）NS2的仿真层次
NS2仿真分两个层次：
①基于OTcl编程的层次，利用NS2已有的网络元素实现仿真，无需修改NS2本身，只需编写OTcl脚本；②基于C++和OTcl编程的层次，如果NS2中没有所需的网络元素，则需要对NS2进行扩展，添加所需网络元素，即添加新的C++和OTcl类，编写新的OTcl脚本。
2-4生成Tcl脚本的方式有哪两种？
答：
①使用脚本编辑器（如PSPad）手工输入进行编写；②使用网络脚本生成器（如NSG）自动生成Tcl脚本，若需要进一步调整，再进行手工修改。
2-5什么是NSG？
如何使用NSG2进行仿真？
答：
（1）NSG是一个专为NS2所设计的网络脚本生成器。
（2）使用NSG2进行仿真的方法，见具体实验内容。
2-6NS2仿真后会产生哪些档案？
这些档案有什么作用？
该如何进行分析？
答：
NS2仿真后主要产生nam文件和trace文件：
nam文件：
使用nam工具对仿真结果进行动画演示，主要观察网络的拓扑结构、网络的组网过程、节点加入网络的过程。
trace文件：
使用gawk工具对仿真所得的trace文件进行分析，计算并分析丢包率、吞吐量、抖动率、端到端时延等网络性能参数。
使用gnuplot工具将仿真所得到的参数绘制成图形，更加直观地进行分析。
2-7在物联网的理论研究和实际应用中，NS2能起到什么样的作用？
答：
此题无标准答案，可从以下方面思考：
（1）理论研究：
物联网建模，物联网环境下新的网络模型、网络协议的模拟仿真。
（2）实际应用：
物联网感知环境下的网络设计。
第3章答案
3-1.WindowsAzure提供了哪几种存储方式？
本实验中使用了哪种方式？
为什么选择这种存储方式？
答：
WindowsAzure主要提供了四种数据存储方式以满足应用程序的不同需求，这四种存储方式分别为Blob、Table、Queue和Drive（是WindowsAzure为了提升兼容性而提供的一种存储方式，其底层实现实际上就是Blob的一种）。
本实验使用了Blob，因为Blob方式是专门为存储大型的二进制对象而设计，如图片、视频和音乐文件等。
3-2．WindowsAzure提供的存储服务和数据库系统提供的存储服务有何不同？
答：
WindowsAzure提供的存储不是一个关系型数据系统，并且它的查询语言也不是SQL，它主要被设计用来支持建于WindowsAzure上的应用，它提供更简单容易扩展的存储。
第4章答案
4-1射频识别（RFID）系统由哪些组成？
答：
射频识别（RFID）系统是把内置微芯片的标签（Tag）、标记（Label）、卡（Card）等中储存的数据（UID=UniqueIdentification唯一标识），通过无线电频率，在阅读器中自动识别。
RFID系统的基本目的是通过阅读器（Reader）识别存储在标签中的ID，利用各种方法，把获取的ID使用在适当的目标对象上。
基本工作原理是通过标签天线与阅读器天线，利用无线电波进行通信和接收数据。
标签内置的天线接收阅读器发送的电波，标签内置的标签芯片利用接收到的电波（wave）获得驱动电源。
获得驱动电源的标签IC对芯片内的信息进行编码，通过标签的天线发送信号。
4-2简述HBE-RFID-REX系统功能？
答：
HBE-RFID-REX的原理部分是基于无线通信方式，学习RFID的标签与阅读器之间的空中接口工作原理。
原理部分由编码（Encoding）模块和解码（Decoding）模块，以及3个调制解调模块构成。
耦合到具备电源及其他IO的基础板上。
4-3HBE-RFID-REX有哪些模块？
答：
HBE-RFID-REX系统由编码模块、解码模块、ASK（AmplitudeShiftKeying）模块、FSK（FrequencyShiftKeying）模块、PSK（PhaseShiftKeying）模块、阅读器、LCD模块、X-模块、基础板。
4-4HBE-RFID-REX系统工作流程是什么？
答：
HBE-RFID-REX原理部分是实现RFID阅读器与标签之间无线通信技术的部分。
解码模块和解调模块实现了阅读器的功能，编码模块和调制模块实现了标签功能。
载波信号通过代替了天线功能的变压器，传送到标签的调制部分后，进行调制过程。
此时，可以通过各端的测试点（TestPoint），对调制部分结构的信号变化进行确认。
被调制的信号在解调部分将经过增幅、滤波和再现等模块。
此时，通过各端的测试点，可以确认信号的变化过程。
被传送的信号在解码模块中确认为最终数据。
4-5HBE-RFID-REX编码原理是什么？
答：
编码部分对数据进行编码，解码部分由编码模块和解码模块构成。
编码部分生成数据，能够生成用于RIFD的编码（Coding）信号的部分。
用户直接操作的部分是设置开关（SettingSwitch）和指针开关（CursorSwitch）的开关。
4-6HBE-RFID-REX解码步骤有哪些？
答：
与编码模块有相同的结构。
在设置开关中，只有如下的SW被激活，其他处于非激活状态。
SW①：
选择编码种类
SW②：
选择调制种类
SW④：
编码系统重置
把SW⑤设定为8bit时，利用指针开关的数据变更只能为下位的8bit。
只有设定为64bit，才可以对全部64bit数据进行变更。
4-7HBE-RFID-REX调制解调由哪些部分组成？
答：
HBE-RFID-REX调制解调部分由ASK、FSK、PSK调制信号模块，确认标签背散射和电感耦合的数据传输。
调制解调的基本模块由时钟发生器生成的时钟，经过增幅、变压器（Transformer），传送到在第二阶段生成标签电源的指示器（Indicator）部分。
同时，与从编码模块传送的信号一起被调制。
然后，再次传送到变压器第一阶段的调制信号，将进行解调过程。
调制和解调过程的方式各由ASK、FSK和PSK构成。
4-8HBE-RFID-REX嵌入式系统由哪些部分组成？
答：
HBE-RFID-REX为了实现RFID的扩展概念手持阅读器，采用以PXA255处理器为基础的嵌入式系统模块。
IntelPXA255处理器由高性能和低功耗的微架构组成。
X-Module根据该处理器的应用规格支持系统开发的练习专用（开发用）模块，HBE-RFID-REX整体结构中右侧下端的两个模块，为了使手持阅读器能够实现嵌入式系统，由X-模块和4”LCD模块构成。
第5章答案
5-1IEEE802.15.4技术中物理层和MAC层的作用是什么？
答：
根据标准的定义，物理层实现了如下功能：
信道进行能量检测（EnergyDetected）、对收到的包进行链路质量指示（LinkQualityIndication，LQI）、接收发送数据、空闲信道评估（ClearChannelAssessment，CCA）等。
MAC层的完成如下六个方面的功能：
协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步；支持PAN网络的关联（Association）和取消关联（Disassociation）操作；支持无线信道通信安全；使用CSMA-CA机制共享物理信道；支持时隙保障（GuaranteedTimeSlot，GTS）与机制；为两个对等的MAC实体提供可靠的数据链路。
5-2ZigBee技术中网络层和应用层的作用是什么？
答：
ZigBee的网络层基于IEEE802.15.4标准负责ZigBee网络的维持及管理，路由路径搜索及设定以及提供上层与下层间的通信接口等作用。
ZigBee标准化文件中，新定义了可以在网络层和应用层间起接口作用的ApplicationSupportSub-layer（APS）层。
对于ZigBee设备提供的服务，APS管理记述信息的Bindingtable，肩负最终应用层间数据接收发送的作用。
5-3RSSI定位的原理是什么？
答：
所谓RSSI（ReceivedSignalStrengthIndicator），指对周围节点将传输的数据的电波强度进行测定的值。
依据节点间的坐标和信号强度及以下公式可以计算出实际距离。
RSSI=−（10nlgd+A）上式中：
RSSI值为在工作信道上开始接收数据包后，8个符号周期（symbolperiod）中测得的信号能量平均值，它被转换为一个8bit二进制数添加到数据包中向上层传输；d为发射节点与接收节点之间的距离，单位为m；n反映了在具体的传播环境下信号能量随收发器间距离增加而衰减的速率，为了简化运算，实际写入定位引擎的n值是通过查表得到的整数索引值，具体可参考数据手册；A为天线全向模式下距发射节点1m处接收信号的RSSI绝对值，与信号发射强度有关。
A值和n值在程序中采用默认设置。
盲节点首先向射频范围内的参考节点广播一系列（程序中为5次）信息（ClusterID:
0x0019），等待一定时间后，盲节点在一跳范围内广播位置请求信息（ClusterID:
0x0011），参考节点收到一系列的ClusterID为0x0019的消息后将计算RSSI的平均值，然后将自己的坐标和计算的RSSI平均值回复给盲节点（ClusterID:
0x0012）。
第6章答案
6-1、什么是M2M？
M2M架构包含哪五个重要技术部分？
答：
M2M（Machine/Man-to-Machine/Man）是一种以机器智能交互为核心的、网络化的应用与服务。
简单地说，M2M是指机器之间的互联互通。
广义上来说，M2M可代表机器对机器、人对机器、机器对人、移动网络对机器之间的连接与通信，它涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。
M2M技术综合了数据采集、GPS、远程监控、通信、信息等技术，能够实现业务流程的自动化。
M2M技术使所有机器设备都具备连网和通信能力，它让机器、人与系统之间实现超时空的无缝连接。
现有的M2M标准，都涉及5个重要的技术部分：
机器、M2M终端、通信网络、中间件、应用。
机器——机器具备信息感知、信息加工能力，即为M2M（machinetomachine）中的machine。
M2M终端——进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，传送到通信网络，有一部分硬件封装了M2M协议。
通信网络——信息传送的通道，如GPRS，3G网络，因特网。
中间件——在通信网络和应用间起桥接作用。
应用——对获得数据进行加工分析，实现预期的功能。
6-2、串口通信中用到的RS232串口，我们经常使用的是哪几个引脚？
具体作用是什么？
答：
TXD，RXD，GND。
三者组成异步串行通信模式。
TXD:
数据发送口。
RXD:
数据接收口。
GND:
接地。
6-3、什么是AT指令？
常用的AT指令有哪些？
答：
AT命令是用来控制TE（TerminalEquipment）（如PC等用户终端）和MT（MobileTerminal）（如移动台等移动终端）之间交互的规则。
常用的AT指令如下：
功能
AT指令
详细
拨号命令
ATD
后面紧跟拨打电话号码
挂机命令
ATH
挂机
短消息格式
AT+GMGF
选择短消息模式（TEXT或PDU）
读取短消息
AT+CMGR
读取短消息
新消息提示
AT+CNTI
选择新消息到来时的提示方式
发送短消息
AT+CMGS
发送短消息
TCP/UDP连接初始化
AT+CGDCONT
初始化TCP/UDP连接
建立TCP/UDP连接
AT+IPSTART
与设定的IP建立TCP/UDP连接
服务器侦听命令
AT+IPLISTEN
打开服务器侦听功能
TCP/UDP数据发送
AT+IPSEND
选定链路发送数据
TCP/UDP接收数据缓存查询
AT+IPGETDATA
查询某链路是否有数据到达
TCP/UDP数据到达指示
AT+CIPDATA
当有数据到达时可主动上报
关闭TCP/UDP连接
AT+CIPCLOSE
关闭指定的连接
第7章答案
7-1简述智慧城市的起源和发展。
答：
智慧城市起源于数字地球。
“数字地球”是以地球为对象，以地理坐标为依据，具有多源、多尺度海量数据的融合，能用多媒体和虚拟现实技术进行多维的表达，具有数字化、网络化、智能化和可视化特征的虚拟地球。
7-2什么是智慧城市？
答：
智慧城市是以科学发展观为指导，充分发挥城市智慧型产业优势，集成先进技术，推进信息网络综合化、宽带化、物联化、智能化，加快智慧型商务、文化教育、医药卫生、城市建设管理、城市交通、环境监控、公共服务、居家生活等领域建设，全面提高资源利用效率、城市管理水平和市民生活质量，努力改变传统落后的生产方式和生活方式。
7-3简要介绍智慧城市的架构。
答：
智慧城市的构架可以分为四个部分：
感知层、网络层、平台层、应用层。
感知层负责收集各类信息。
网络层主要实现更广泛的互连功能，能够把感知层感知到的信息无障碍、高可要靠性、高安全性地进行传送。
平台层从网络层得到了信息就需要对信息进行智能数据处理，为智慧城市的数据支撑，为业务应用层提供真实的基础数据支持。
业务应用层通过大脑的信息处理和智能分析，形成对智慧城市各领域应用的具体解决方案。
7-4简述物联网与智慧城市的关系。
答：
物联网为智能城市提供了坚实的技术基础。
物联网为智慧城市提供了城市的感知能力，并是得这种感知更加深入、智能。
物联网与智慧城市联系最直观的联系就是M2M。
M2M（Machine/MantoMachine/Man）是一种以机器智能交互为核心的、网络化的应用与服务。
7-5简述数字城管呼叫中心的总体结构。
答：
见书7.2.3节。
第8章答案
8-1地质灾害预警有何意义?
答：
从社会效益看，通过区域地质灾害预警工程的实施，对区域地质灾害演化和发生机制有更为清楚的了解，为减灾防灾预案的编制和实施提供科学合理的依据，以确保人民的正常生活和生产秩序，安居乐业和社会稳定。
从经济效益看，预警工程的实施，将使地质灾害防治规划和实施做到系统合理，有的放矢，将大大地节省治理费用。
从环境效益看，建成现代化的旅游风景区，预警工程的实施，为地质灾害的防治提供了基础，将使地区社会经济开发战略走向可持续发展，地质环境得到合理保护和利用。
8-2野外信息采集和发送系统组成框图?
答：
8-3北斗卫星导航系统有哪些功能?
答：
快速定位：
北斗导航系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务。
简短通信：
北斗系统用户终端具有双向数字报文通信能力，注册用户利用连续传送方式可以传送多达120个汉字的信息。
精密授时：
北斗导航系统具有单向和双向两种授时功能。
根据不同精度要求，利用授时终端，完成与北斗导航系统之间的时间和频率同步，提供100ns（单向授时）和20ns（双向授时）的时间同步精度。
8-4地质灾害软件管理中心组成框图？
答：
8-5滑坡监测数据处理系统各模块的主要功能？
答：
数据录入维护模块：
用于输入或修改各类数据；
数据查询模块：
用于筛选用户需要的数据，生成数据曲线、统计变形量；
数据处理模块：
打印滑坡或监测点信息，分类打印监测数据或监测仪器、人员、仪器生产厂商等辅助性信息，主要是报表和图形的生成与输出，数据的导入与导出；
数据维护模块：
数据库的加密与解密，用户管理等
8-6灾害监测系统存在哪些不足?
应如何改进？
答：
（1）增加传感器的种类与数量，扩大监测内容
滑坡远程监测系统可以进一步引入深部位移计测量深部位移，并且将GPS测量的地表三维位移量通过北斗系统传输，增加滑坡灾害分析的参考数据。
在目前滑坡远程监测系统通过测试的条件下，扩充监测内容在数据传输方面没有太大难度。
（2）扩大监测范围，实现多区域联合测试
在多个区域进行测试，并回传数据。
这种情况下，涉及多套野外信息采集发送系统的时间同步的问题，北斗卫星导航定位系统具备授时功能，随着北斗系统的稳定与完善，时间同步并不难解决。
第9章答案
9-1智能电网的三层体系架构及各层功能分别是什么？
答：
感知层包括感知控制子层和通信延伸子层。
智能电网通过感知控制子层实现各环节电气量、非电气量、微环境等信息的采集，并通过通信延伸子层接入物联网的网络层。
网络层包括接入网和核心网，实现感知层与应用层间的信息传递、路由和控制。
鉴于智能电网对数据安全、传输可靠性及实时性的严格要求，物联网的信息传递、汇聚与控制主要依托电力专用通信网实现，在不具备条件或特殊条件下也可借助公网。
应用层包括应用基础设施/中间件和各种应用。
应用层通过先进的信息分析处理技术实现智能电网智能化的决策、控制和服务。
9-2“统一坚强智能电网”四个体系分别是什么？
答：
“四个体系”指:
电网基础体系，技术支撑体系，智能应用体系和标准规范体系。
电网基础体系是坚强智能电网的物质载体，是实现“坚强”的重要基础;技术支撑
体系是先进的通信、信息、控制等应用技术，是实现“智能”的技术保障;智能应用体
系是保障电网安全、经济、高效运行，提供用户增值服务的具体体现;标准规范体系是
指技术、管理方面的标准、规范，以及试验、认证、评估体系，是建设坚强智能电网的
制度依据。
9-3智能电网用电环节支撑技术有哪些？
答：
1）智能计量：
包括先进的微传感器技术、远程抄表设备、监测系统和负荷管理技术等实现电网故障检测、电力消费预测、电力系统互动自动控制管理等。
2）需求侧管理：
大大地改变用户的用电行为，客户的各种要求也可以通过需求侧管理得到满足，要求电力公司具有各种增值服务能力。
3）智能电器：
智能温度调节器、智能开关、智能用电器等的采用将吸引各种产品制造商参与进来。
9-4简述智能用电系统信息流程
答：
9-5简述微电网定义
答：
微电网是一种由微型电源和负荷共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。
9-6微电网与传统集中式能源系统相比优势有哪些？
答：
1）微电网接近负荷,线损显著减少,建设投资和运行费用较省。
2）分布式能源具备发电、供热、制冷等多种服务功能,可实现更较高的能源综合利用效率。
3）有利于各类可再生能源（太阳能发电、风力发电、生物质发电等）的利用,减少了排放总量、征地、电力线路走廊用地和高压输电线的电磁污染,缓解了环保压力。
4）可以解决部分调峰和备用问题,做到与季节性和地域性的电力需求变化相适应,使得电力系统的经济性和安全性达到最佳平衡。
5）可以提高供电可靠性、供电质量和电网的安全性。
6）发展微电网技术可形成和谐多元化的电网格局。
第10章答案
10-1智能交通系统的简称是什么？
答：
ITS（IntelligentTransportationsystem）
10-2车联网指的是什么？
答：
车联网是物联网的重要应用分支，是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务。
10-3车联网的体系架构是什么？
答：
见表10-1。
结构
硬件
软件
协议
调试
知识点
服务层
车载导航仪、
ETC主控芯片
云计算
嵌入式
网络层
以太网控制芯片
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