《物联网导论》习题解答

《物联网导论》习题解答

2016年4月

第1章 概 述

一、本章学习目标 本章主要了解物联网的起源、物联网关键技术及其应用进展；掌握物联网的概念与定义、物联网的特征、信息处理流程与物联网框架结构、物联网的基本结构、物联网的层次框架。

二、本章知识点

? 物联网的概念与定义 ? 物联网的特征

? 信息处理流程与物联网框架结构

? 物联网的基本结构、物联网的层次框架 三、习题及解答

1. 物联网的含义包含哪些方面？

答：“物联网”或“The Internet of Things”具有以下含义：

（1）“物联网”依然是一个网，是一个在现有互联网基础上的网，应具有互联网的共性，这些共性应包括信息传输、信息交换、信息存储与信息的应用。 （2）物联网中的“物”应具有英特网中的终端或端点的特性，即“物”可以被寻址，“物”可以“产生”信息、交换信息。

（3）物联网中的“物”“所产生”的信息可以加以应用，或者说，人们可以应用“物”的信息。 （4）物联网应为人服务，能满足人的某些方面的需求，如果不能为人服务，它是没有意义的。

2. 学术界、我国及国际组织对物联网是如何定义的？ 答：学术界对物联网的定义有以下几个：

（1）面向互联网的定义：“全球化的基础设施，连接物理与虚拟的对象，以应用其捕获的数据和通信功能。这个基础设施包括了现存的和演进的英特网和网络，它将提供特殊的对象识别、感知和连接能力，以作为开发独立的、协作的、服务和应用基础。这些将是由高度自治的数据捕获、事件传输、网络互联和交互为特征的”。该定义是由CASAGRAS(Coordination and Support Action for Global RFID-related Activities and Standardisation，全球RFID运作及标准化协调支持行动)提出的。

（2）面向物的定义：在智能空间，被辨识的、拟人化操作的物，通过界面连接，与社区、环境和用户进行交互。

（3）面向语义的定义：“利用适当的建模解决方案，对物体进行描述、对物联网产生的数据进行推理、适应物联网需求的语义执行环境和架构、 可扩展性存储和通信基础设施。”。面向语义的定义来源于IPSO (IP for Smart Objects)联盟。

我国及国际组织对物联网的定义为：

（1）我国的定义：物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。

（2）欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。 （3）国际电信联盟(ITU)的定义：物联网主要解决物品到物品( Thing to Thing, T2T)，人到物品(Human to Thing，H2T)，人到人(Human to Human，H2H)之间的

互连。

3. 物联网的主要特征有哪些？试简要给以说明。 答：感知、交互和信息处理特征。

（1）物联网的感知特征，感知是物联网的基本特征之一。“物”的描述以及运动状态是通过感知得到的。感知的手段是采用监测的方法，即通过传感器、射频识别等设备对“物”的物理参数、化学参数、生物参数、空间参数等进行实时采集，所采集的这些参数表征了“物”的属性及运动状态，能客观、完整地描述“物”。

（2） 物联网的交互特征。“物”的感知信息需要与特定的应用相联系，也就是需要与相关的人或“物”进行交互，以达到信息共享或信息处理的目的。

（3）物联网的信息处理特征。物联网不但应具有信息传送与存储能力，而且更重要的是具有信息处理能力。物联网感知的“物”是具有全局性，而全局性意味着信息的多样性和海量性，这些多样性、海量性的数据必须通过信息处理来为某个特定的应用服务。

基于以上特征，物联网中的“物”已不是简单的物，它应是装备某种特殊性能的“物”，因此“物”应具有信息通信与处理能力，信息的通信与处理应符合一定的规范和标准，按照一定的通信协议和规范进行通信，并且“物”要有能被全局识别或定位的唯一标识和编码。

4. 一般的信息处理系统主要由哪些部分构成？其主要作用如何？ 答：一个信息处理系统一般由源信息采集与源信息处理（或源信息预处理）、信息传送和信息处理及应用三部分构成。

源信息采集就是采用各种传感器获取监测对象的物理的、化学的、生物的信息，或采集监测对象的图形图像信息。源信息采集首先需要有监测对象，该对象可是物、人、或者是其他实体；其次，源信息的采集需要传感器，包括摄影摄像等方面的设备，因此，源信息采集所用的传感器的种类非常多；第三，源信息的采集不仅仅只采集监测对象的一种信息，可以同时采集多种信息。

一般来说采集的源信息需要经过一定的处理才能通过通信系统的传输传送出去。这是因为传感器采集的信息一般是一个电压或电流信号，而这样一个信号不能直接由通信系统传送，需经过一定的处理、编码、变换才能传送。

信息传送就是将经过处理的源信息通过通信系统传送到信息处理与应用部分。它主要由通信系统组成，包括有线与无线通信系统。最简单的传输系统是两根导线。

经过传输到达的源信息需要进一步处理，将该信息处理为人或机器能理解的信息，如采集的温度信息，需要将它转换为具有物理含义的摄氏或华氏温度表示。处理后的源信息需要加以应用为人们提供各种服务。

5. 物联网的系统结构主要由哪些部分构成？其主要作用是什么？

答：物联网是全球性的信息系统，它是由众多的、完成不同任务的子信息系统组成的，因此，物联网不但具有信息系统的一般结构，而且也有其特殊性。物联网的主要由感知控制系统、短距离汇聚通信系统、网络通信系统以及信息处理与应用系统组成。

感知控制系统一般由多个感知控制器构成。感知控制器一般由传感器、射频识别设备、图像图形获取设备（摄像、摄影机）等，以及控制装置组成。主要完成信息的获取，或完成某种控制。感知控制系统一般感知某一区域的信息，或在该区域实施某种控制。

短距离汇聚通信系统的作用是将感知区域内的各个感知控制器所获取的信息进行汇聚，以适合传送通信系统的方式。另外，还接收信息处理与应用系统的信息或命令完成感知和控制。目前应用短距离有线、无线通信技术实现。

网络通信系统完成全球性的感知信息的传送与交换与共享。由各种无线、有线通信系统组成通信网，在通信网上由各种主机（计算机）、网络交换机、路由器等组成数据通信网络，以实现互联网功能，进而实现物联网的信息传送、交互与共享。

信息处理与应用是将管辖区域内感知获取的信息进行处理与应用，它还可以处理应用其他非管辖区感知到信息，同时也可与其他的信息处理与应用系统的信息共享与交互。

6. 物联网框架主要由哪些层次构成？

答：物联网的层次框架由三个层次构成，即由信息的感知控制层、信息的传送网络层和信息的综合应用层构成。

感知控制层包含三个子层次，即数据采集子层、短距离通信传输子层和协同信息处理子层次。

传输网络层是将来自感知控制层的信息通过网络通信系统传送到综合应用层。网络通信系统包括了现有的各种公用通信网络、专业通信网络，目前这些通信网主要有移动通信网、固定通信网、互联网、广播电视网、卫星网等。

综合应用层是将物联网框架结构的最高层次，是“物”的信息综合应用的最终体现。“物”的信息综合应用与行业有密切的关系，依据行业的不同而不同。 综合应用层主要分为两个子层次，即服务支撑层和行业应用层。服务支撑层主要用于各种行业应用的信息协同、信息处理、信息共享、信息存储等，是一个公用的信息服务平台；行业应用层主要面向诸如环境、电力、智能、工业、农业、家居等方面的应用。

另外，物联网框架还应有公共支撑层，其作用是保障整个物联网安全、有效地运行，主要包括了网络管理、QoS管理、信息安全和标识解析等运行管理系统。 7. 物联网的关键技术主要有哪些？

答：物联网的关键技术主要有：RFID与EPC技术、感知控制技术、无线网络技术、中间件技术和智能处理技术等。

8. 物联网主要应用在哪些领域？试举出几个应用场景。

答：物联网主要应用在以下10大领域，它们是物流、交通、家居、环境监测、金融与服务业、医疗健康、农业、工业、电网和国防军事。 应用场景（略）

9. 能否举出一些你身边物联网应用的例子？这些例子都应用了物联网哪些技术？

答：二代身份证，应用了RFID技术。智能停车场，应用了无线传感器技术和RFID技术等。其他略。

第2章 RFID与EPC编码

一、本章学习目标

了解RFID、EPC编码和条码的发展过程，掌握FRID的基本构成与基本原理、参数与应用场合；掌握EPC编码的标准结构与各字段的含义与应用；掌握一维与二维条码的特性。

二、本章知识点

? RFID的构成与特点

? 标签的分类与主要技术参数、应用领域

? GSI编码体系、SSCC编码结构、GLN编码结构 ? EPC编码规则及标准 ? 条码技术 三、习题及解答

1. 什么是RFID？试简述RFID发展历程。 答：RFID是英语Radio Frequency Identification 射频识别的缩写。RFID技术是利用射频信号实现无接触自动识别的技术。

1941-1950年，雷达技术催生了RFID技术，1948年奠定了RFID的理论基础；1951-1960年，早期RFID技术的探索阶段，处于实验室研究阶段；1961-1970年，RFID技术的理论得到进一步发展，人们开始尝试一些新应用；1971-1980年，RFID技术与产品研发处于高潮期，各种RFID技术测试加速，出现了早期应用；1981-1990年，RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现；1991-2000年，RFID标准化问题日趋得到重视，RFID应用更加丰富，已成为人们生活中的一部分；2000年-至今，RFID产品种类更加丰富，各类标签得到大力发展，标签的成本也不断降低，规模应用行业开始扩张。 2. RFID系统主要由哪些部分构成？

答：RFID系统由电子标签、阅读器和主机系统构成。

3. RFID标签主要由哪些部分构成？试简述其的工作原理。

答：RFID标签由天线、射频电路、控制电路、存储器和电源等组成。 标签的基本工作原理：从读写器发送的射频信号经过标签的天线接收后，由射频电路进行解调和解码，获得数据、时钟和能量（电能），时钟信号供标签系统进行同步工作，能量用于无源标签的电源。获得的数据送给控制电路用于控制存储器的读写操作。相反，如果从标签向读写器传送数据时，存储中存储的数据在控制电路(CPU)的控制下，传送到射频电路，经过编码、调制后经天线以射频信号的方式发送给读写器。

4. RFID标签是如何分类的？各类的特点如何？

答：根据标签是否有内置电源，可将其分为被动式、主动式和半主动式三类。 被动式标签的工作电源由接收的射频信号的能量获得。被动式标签采用高频(HF)或超高频(UHF)通信频率。第一代被动式标签采用采用高频通信，通信中心频率为13.56MHz，通信距离较短，最长仅为1m左右，主要用于非接触式标识。第二代被动式标签采用超高频通信，通信频段为860~960MHz，通信距离较长，可达到3~5m，并支持多标签识别。目前，第二代被动式标签是应用最广的，主要用于工业自动化、资产管理、物品监控、个人标识等领域。

主动式标签内部具有电源，因此又称为有源标签。因其内部自带电源，所有它的体积比无源标签大，价格也昂贵。主动式标签的通信距离较远，可达百米以上。主动式标签有主动式和唤醒式两种工作模式。

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