第一章 物联网习题及答案

第一章习题及答案1、 中国对物联网是怎样定义的？答：我国信息技术标准化技术委员会所属传感器网络标准工作组的2009年9月的工作文件，对传感器网络的定义是：传感器网络(Sensor Network)以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人、人与物之间信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。我国工信部和江苏省联合向国务院上报的关于支持无锡建设国家传感网创新示范区(国家传感信息中心)情况的报告中传感网的定义是：传感网(Sensing Network)，是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。2、 说明物联网、传感网与泛在网之间的关系。答：传感网是物联网的组成部分，物联网是互联网的延伸，泛在网是物联网发展的愿景。传感器网络、物联网和泛在网之间的关系如图所示。物联/泛在传感器网络传感器网络泛在网络3、 说明物联网的体系架构及各层次的功能。答：物联网通常被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层。物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集；网络层主要完成信息传递和处理；应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合。4、 说明物联网的技术体系架构及各层次的关键技术。答：物联网的技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。 感知层是物联网发展和应用的基础，包括传感器等数据采集设备，是数据接入到网关前的传感器网络RFID技术、传感控制技术、短距离无线通讯技术是感知层涉及的主要技术。 物联网的网络层一般建立在现有的移动通讯网或互联网的基础之上。实现更加广泛的互联功能。关键技术：包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网（PSTN）技术、Wi-Fi通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。 应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。主要是基于软件的各种数据处理技术，此外云计算技术作为海量数据的存储、分析平台，也将是物联网应用层的重要组成部分。5、说明物联网的主要应用领域及应用前景。答：物联网有着巨大的应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。物联网从最初的军事侦察等无线传感器网络，逐渐发展到环境监测、医疗卫生、智能交通、智能电网、建筑物监测等应用领域。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种物联网将遍布我们的生活中。第二章习题及答案1、 嵌入式系统的定义是什么？有哪三个基本要素？答：嵌入式系统的定义是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 三个基本要素： 嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。 计算机：实现对象的智能化功能。 专用性：软、硬件按对象要求裁减。 2、 嵌入式系统的特点是什么？有哪些应用？答：特点： 系统内核小。 专用性强。 系统精简。 高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。 嵌入式系统开发需要开发工具和环境。应用：1）工业控制。2）交通管理。 3）信息家电。 4）家庭智能管理系统。 5）POS网络及电子商务。6）环境工程与自然。 7）机器人。3、 说明嵌入式系统的组成及嵌入式计算机系统的组成。答：嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，如图所示。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。4、 简述嵌入式系统的主要应用。答：嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括： 1）工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等。2）交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。 3）信息家电：信息家电是嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。 4）家庭智能管理系统：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。 5）POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard，CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。 6）环境工程与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。 7）机器人：嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。5、 什么是传感器？传感器是由哪几部分组成？说明各部分的作用。答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器通常是由敏感元件、转换元件和转换电路组成，如图所示。1） 敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量。2） 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量。3） 转换电路：上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。6、 传感器分类的哪几种？各有什么特点？答：1）根据传感器工作原理，传感器可以分为物理传感器和化学传感器两大类。物理传感器是应用了物理效应，诸如压电效应、磁致伸缩现象、离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号的微小变化都将转换成电信号。2）按照传感器的作用，可以分为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器等。3）按照传感器的工作原理，可分为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空传感器、生物传感器等。4）按输出信号标准可以将传感器分为：模拟传感器（将被测量的非电学量转换成模拟电信号）、数字传感器（将被测量的非电学量转换成数字信号输出，包括直接和间接转换）、膺数字传感器（将被测量的信号转换成频率信号或短周期信号输出，包括直接和间接转换）、开关传感器（当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定低电平或高电平信号）。5）按传感器制造工艺可以分为：集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器等。集成传感器是用标准的生产半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。 薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。 厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。 陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。7、 简述电容式传感器、电感式传感器、霍尔传感器、光纤传感器的工作原理。答：1）电容式传感器的工作原理由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 当被测参数变化使得S、d或发生变化时，电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。2）电感式传感器的工作原理是基于电磁感应原理，它把被测量转化为电感量变化的一种装置。 3）霍尔传感器是一种磁电式传感器。霍尔元件赖以工作的物理基础是霍尔效应。霍尔效应是半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁感应强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可表示为：EH=KH IB，kH为灵敏度系数，与载流材料的物理性质和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电势的大小。 4）光纤传感器原理是研究光在调制区内，外界信号（温度、压力、应变、位移、 振动、电场等）与光的相互作用，即研究光被外界参数的调制原理。外界信号可能引起光的强度、 波长、频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而形成不同的调制。8、 说明无线传感器的定义，无线传感器网络的组成部分。答：无线传感器网络集中了传感器技术、嵌入式计算技术和无线通信技术，能协作地感知、收集和测控各种环境下的感知对象，通过对感知信息的协作式数据处理，获得感知对象的准确信息，然后通过Ad Hoc方式传送给需要这些信息的用户。协作地感知、采集、处理、发布感知信息是无线传感器网络的基本功能。无线传感器网络是由大量具有无线通信和数据处理能力的传感器节点组成的。传感器节点一般由传感器、处理器、无线收发器和电源组成，有的还包括定位装置和移动装置。9、 无线传感器网络有哪些特点？答：无线传感器网络具有许多显著的特点：1）传感器节点数量大，密度高，采用空间位置寻址。2）传感器节点的能量、计算能力和存储容量有限。3）传感器的拓扑结构易变化，具有自组织能力。4）无线传感网具有自动管理和高度协作性。5）无线传感器节点具有数据融合能力6）传感肉是以数据为中心的网络。7）无线传感网存在诸多安全威胁。10、传感器节点由哪些部分组成？答：无线传感器网络节点主要完成信息采集、数据处理以及数据回传等功能，其硬件平台主要包括微控制器、通信模块、传感器和供电单元等几部分。其节点硬件系统框图如图所示。11、什么是RFID？RFID的技术组成。答：RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，可快速地进行物品追踪和数据交换。 最基本的RFID系统由三部分组成：电子标签(Tag) 也就是应答器(TransPonder，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。阅读器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。天线：在标签和阅读器间传递射频信号。RFID系统组成如图所示。12、说明RFID基本工作原理及工作频率。答：RFID系统的工作原理如下：阅读器将要发送的信息，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，逻辑控制模块则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理，若为修改信息的写命令，有关逻辑控制引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。其原理框图如图所示。RFID系统发送的载波频率基本上划分为三个范围：低频段：30KHz- 300KHz；中高频段：3MHz-30MHz:；超高频段或微波：433.05MHz-434.79MHz或850MHz一910MHz或2.45GHz。13、简述RFID的分类。答：RFID系统可以从多种角度进行分类，主要包括按载波频率划分、按电子标签供电形式划分、按电子标签可读写性划分和按数据通信方式划分。1）按载波频率划分：低频段：30KHz- 300KHz；中高频段：3MHz-30MHz:；超高频段或微波：433.05MHz-434.79MHz或850MHz一910MHz或2.45GHz。2）按电子标签工作所需能量的供给方式分：无源、有源以及半无源系统。3）按电子标签内部使用的存储器类型分：为可读写(RW)标签、一次写入多次读出 (WORM)标签和只读(RO)标签三种。4）按数据在RFID系统中阅读器与电子标签之间的通信方式分：半双工(HDX)系统、全双工(FDX)系统、时序(SEQ)系统。14、说明在RFID系统中电子标签的组成及工作流程。答：电子标签的组成：电子标签的工作流程图：15、说明在RFID系统中阅读器的组成及工作流程。答：阅读器的组成：阅读器的工作流程：16、什么是条形码技术？其核心是什么？答：条形码技术是在计算机技术与信息技术基础上发展起来的一门集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新兴技术。其核心内容是利用光电扫描设备识读条码符号，从而实现机器的自动识别，并快速准确地将信息录入到计算机进行数据处理。17、说明一维条形码和二维条形码的组成及特点。答：一维条形码由一组按一定编码规则排列的条、空符号组成，表示一定的字符、数字及符号信息。一维条形码的特点：（1）一维条形码技术相对成熟；（2）信息容量比较小；（3） 一维条形码无法表示汉字或者图像信息。 二维条形码可以从水平、垂直两个方向来获取信息。二维条形码具有以下几个特点：（1）存储量大。（2）抗损性强。（3）安全性高。（4）可传真和影印。（5）印刷多样性。（6）抗干扰能力强。（7）码制更加丰富。18、说明二维条形码的发展趋势。答：二维条形码技术的发展主要表现为三方面的趋势：一是出现了信息密集度更高的编码方案，增强了条码技术信息输入的功能；二是发展了小型、微型、高质量的硬件和软件，使条码技术实用性更强，扩大了应用领域：三是与其他技术相互渗透、相互促进，这将改变传统产品的结构和性能，扩展条码系统的功能。第三章习题及答案1、简述数据通信系统的任务及组成部分。答：数据通信系统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统，一般有以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。如图所示。2、数据通信网有哪几种组网形式？答：数据通信网组网形式有多种：3、什么是并行通信和串行通信方式？答：并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有儿位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并一串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。4、数据通信系统有哪些主要质量指标？答：数据通信的指标是围绕传输的有效性和可靠性来制定的，有如下主要质量指标。 传输速率 (a) 码元传输速率 RB 它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特 ( Baud )，记为 B。(b) 比特率 Rb 表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特秒，可记为 bit / s ( b / s , bps)。 频带利用率：单位频带内的码元传输速率，即每赫的波特数=RB/B（B/Hz） 可靠性：常用误码率和误信率表示。误码率（码元差错率）Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例。更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即错误码元数传输总码元数5、数据在信道中的传输形式有哪几种？答：数据在信道中的传输形式有：1） 基带传输：电信号所固有的基本频带，简称基带。当利用数据传输系统直接传送基带信号，不经频谱搬移时，则称之为基带传输。基带传输多用在距离比较短的数据传输中。2）频带传输是把二进制信号（数字信号）进行调制交换，成为能在公用电话网中传输的音频信号（模拟信号），将音频信号在传输介质中传送到接收端后，再由调制解调器将该音频信号解调变换成原来的二进制电信号。3）宽带传输：宽带是指比音频带宽更宽的频带。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输。宽带传输系统多是模拟信号传输系统。6、在数据通信网中，数据交换方式有哪几种？答：1) 电路交换（Circuit Switching）要求输入线与输出线建立一条物理通道。电路交换原理是直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。电路交换是最早出现的一种交换方式。2) 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。3) 分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。7、Internet的主要功能有哪些？答：Intemet 的功能包括：(a)信息的获取和发布；(b)电子邮件（E - mail )；(c)电子商务；(d)网络电话；(e)Internet的其他应用。8、简述移动通信的特点是及工作方式。答：移动通信属于无线通信，有以下特点： 电磁波传播的路径比较复杂。 移动通信是在强干扰环境下工作。 移动通信具有多普勒效应。 用户在经常地移动 移动通信的工作方式：按照通话的状态和频率的使用方法可分为三种工作方式：单工、半双工和全双工。 单工通信方式。单工又可分为同频单工和双频单工。 半双工是指通信双方中有一方（如 A 方）使用双工方式，即收发信机同时工作，而且使用两个不同的频率 fl 和f2，而另一方（如 B 力）则采用双频单工方式，即收发信机交替工作。 全双工是指通信双方的收发信机均同时工作，任何一方（ A方或B 方）在发话的同时都能听到对方的发话音，无需按“按-讲”开关。9、GSM移动电话由哪些部分组成？答：GSM 移动电话系统由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护中心（OM C）和移动台（MS）等四大部分组成，如图所示。10、CDMA移动通信的主要特点是什么？答：CDMA 移动通信主要有以下特点： 系统容量高。 越区软切换，切换的成功率高。 CDMA 的保密性好。 CDMA 手机符合环保的要求。 覆盖范围大。 CDMA 的话音音质好。 可提供数据业务。 CDMA 系统可以实现向第三代移动通信系统平滑过渡。11、什么是蓝牙技术？蓝牙技术有什么特点？答：蓝牙是一种短距离的无线连接技术标准的代称，蓝牙的实质内容就是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准。蓝才技术的特点：(a) 采用跳频技术，抗信号衰落；(b) 采用快跳频和短分组技术，减少同频干扰，保证传输的可靠性；(c) 采用前向纠错（FEC）编码技术，减少远距离传输时的随机噪声影响；(d) 使用 2. 4GHz 的 ISM （即工业、科学、医学）频段，无需中请许可证；(e) 采用 FM 调制方式，降低设备的复杂性。12、简述蓝牙技术的系统架构及蓝牙系统的功能单元。答：蓝牙技术的系统结构分为三大部分：底层硬件模块、中间协议层和高层应用。蓝牙系统一般有四个功能单元组成： 无线射频单元：蓝牙系统的天线发射功率符合 FCC 关于 ISM 波段的要求。由于采用扩频技术，发射功率可增加到 100mW。系统的最大跳频速率为 1600 跳秒，在 2. 402GHz2. 480GHz 之间，采用 79 个 1MHz 带宽的频点。系统的设计通信距离为 0. 110m，如果增加发射功率，这一距离也可以达到 100m 。 连接控制单元：连接控制单元（即基带）描述了数字信号处理的硬件部分-链路控制器，它实现了基带协议和其他的底层连接规程。 链路管理：链路管理器（LM）软件实现链路的建立、认证及链路配置等。链路管理器可发现其他的链路管理器，并通过连接管理协议（LMP）建立通信联系，LM 利用链路控制器（LC）提供的服务实现上述功能。 软件结构：蓝牙的软件体系是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑；适用于几种不同商用操作系统的蓝牙规范正在完善中。13、ZigBee研究的内容和实现的关键技术是什么？答：采用Atmel公司的2.4GHz的ZigBee收发芯片AT86RF230和AVR单片机Mega1281来构建无线通信功能模块，期望对ZigBee系统的工作原理、基本协议有深入的分析和应用创新。所要实现的关键技术有：低功耗、高性能的模块电路设计。ZigBee协议栈的设计。CSMA/CA算法的实现。网络路由算法的实现。14、简述ZigBee技术体系结构及ZigBee网络拓扑结构。答：在ZigBee技术主要分为以下四层:应用层、网络层，媒体接入控制层、物理层组成，如图所示。更高层（网络层，应用层） IEEE802.2 typeel类型的LLC标准业务相关汇聚子层 （SSCS）其他LLC IEEE802.15.4 MAC层IEEE802.15.42400MHz物理层IEEE802.15.4869/915MHz物理层ZigBee联盟v1.0协议IEEE802.15.4ZigBee平台的基本架构ZigBee网络拓扑结构分星型网络拓扑结构和对等网络拓扑结构。15、UWB的技术有什么特点？答：UWB的技术特点： 传输速率高，空间容量大。 适合短距离通信。 具有良好的共存性和保密性。 多径分辨能力强，定位精度高。 体积小、功耗低。16、UWB的调制技术有哪些？答：UWB调制技术：(a) 脉位调制 (PPM)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。(b)脉幅调制有两种方式：开关键控(OOK)和二进制相移键控(BPSK)。前者可以采用非相干检测降低接收机复杂度，而后者采用相干检测可以更好地保证传输可靠性。(c)波形调制是结合Hermite脉冲等多正交波形提出的调制方式。在这种调制方式中，采用M个相互正交的等能量脉冲波形携带数据信息，每个脉冲波形与一个M进制数据符号对应。在接收端，利用M个并行的相关器进行信号接收，利用最大似然检测完成数据恢复。(d)正交多载波调制，在OFDM系统中，数据符号被调制在并行的多个正交子载波上传输，数据调制/解调采用快速傅里叶变换/逆快速傅里叶变换(FFT/IFFT)实现。第四章习题及答案1、什么是中间件？中间件有什么特点？答：中间件是位于平台和应用之间的具有标准程序接口和协议的通信服务。他们可以有符合接口和协议规范的多种实现来满足不同操作系统和硬件平台需求。中间件有如下特点：标准的协议和接口。分布计算，提供网络、硬件和操作系统的透明性。满足大量的应用需要。能运行于多种硬件和操作系统平台上。2、简述中间件的工作原理及分类。答：中间件的工作原理：应用程序需要从网络中的某地获取数据服务，而这些数据服务则可能处于任何可能的数据库中，且操作系统有不确定性。中间件则负责接收应用程序指令，完成在网络中的数据服务搜寻过程，查询完成后将结果传输回应用程序。中间件大致分为以下几类。 数据访问中间件 (Data Aeeess Middleware)数据访问中间件在系统中建立数据应用资源互操作模式，能够实现异构环境下的数据连接或者文件系统连接，方便了网络中的虚拟缓存提取、解压、格式转换。 远程过程调用中间件(RPC)是通过发送命令到远程的应用程序，待完成远程处理后，将信息返回的中间件，它在C/S计算方面比数据访问中间件更进一步。 面向消息中间件 (Message Oriented Middleware，MoM)是指利用高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数据交流，并给予数据通信进行分布式的集成。通过提供消息排队和消息传递模型，它可在分布式环境下扩展进程间的通信，并支持多通信协议、应用程序、语言、硬件和软件平台。目前比较流行的MoM产品有Oracle的 BEAMessageQ，IBM公司的MQSeries等。 面向对象中间件 (Object Oriented Middleware)提供一种通信机制，透明地在异构的分布式计算环境中传递对象请求，这些对象可以位于本地或者远程机器上，它是对象技术和分布式计算发展的产物。 事务处理中间件(TPM)是针对复杂环境下分布式应用的速度和可靠性要求而实现的，是在分布、异构环境下提供保证交易完整性和数据完整性的一种环境平台。程序员可以使用它提供的一个事务处理的API编写高速可靠的分布式应用程序和基于事务处理的应用程序。 网络中间件是当前研究的热点，包括网管、网络测试、虚拟缓冲、虚拟社区等。 终端仿真-屏幕转换中间件实现了客户机图形用户接口与己有的字符接口方式的服务器应用程序间的互操作。3、简述RFID中间件的功能和作用。答：RFID中间件应功能和作用： 数据的读出和写入。RFID中间件应提供统一的API，完成数据的读出和写入工作。数据的过滤和聚合。阅读器不断从标签读取大量未经处理的数据，一般来说，应用系统并不需要大量重复的数据，因此数据必须经过去重和过滤。 RFID数据的分发。RFID设备读取的数据，并不一定只由某一应用程序使用，每个应用系统可能需要数据的不同聚合，中间件应能够将数据整理后发送到相关的应用系统。数据分发还应支持分发时间的定制。 数据安全。因为电子标签上存储着商品信息，RFID中间件应考虑到保护商业信息的必要性，依法安全的进行数据收集和处理。4、简述狭义的云计算和广义的云计算。答：狭义的云计算指的是厂商通过分布式计算和虚拟化技术搭建数据中心或超级计算机，以免费或按需租用方式向技术开发者或者企业客户提供数据存储、分析以及科学计算等服务，比如亚马逊数据仓库出租生意。广义的云计算指厂商通过建立网络服务器集群，向各种不同类型客户提供在线软件服务、硬件租借、数据存储、计算分析等不同类型的服务。广义的云计算包括了更多的厂商和服务类型，例如国内用友、金蝶等管理软件厂商推出的在线财务软件，谷歌发布的Google应用程序套装等。5、简述云计算的核心技术。答：云计算的核心技术。（1）编程模型：云计算中的编程模型对编程人员来说非常重要，为了能让用户轻松的使用云计算带来的服务和利用编程模型可以轻松的编写可以并发执行的程序。云计算系统的编程模型应尽量简单，而且保证后台复杂的并发执行和任务调度对编程人员透明。（2）数据存储技术：云计算采用了分布式存储的方式来存储数据，同时也保证了数据的高可用性、高伸缩性。通过采用冗余存储的方式来保证数据的可靠性，即同一份数据会在多个节点保存副本。另外，为了保证大量用户并行的使用云计算服务，同时满足大量的用户需求，云计算中的存储技术必须具有高吞吐率和高传输率的特点。（3）数据管理技术：云计算系统是针对超大数据量进行处理、分析，从而为用户提供高效的服务。因此，系统中的数据管理技术必须能够高效的管理这些大数据集，并且能够在这些超大规模数据中查询特定的数据，也是数据管理技术所必须解决的问题。（4）虚拟化技术：云计算平台利用软件来实现硬件资源的虚拟化管理、调度以及应用。虚拟化技术是指实现虚拟化的具体的技术性手段和方法的集合性概念。在云计算中利用虚拟化技术可以大大降低维护成本和提高资源的利用率。（5）云计算平台管理技术： 云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。6、简述几种典型云计算平台。答：（1）微软的云计算平台。2008年10月，微软推出了名为“Azure Services Platform”的云计算平台。如图4.6所示，微软的Azure Services Platform由2个层次组成。底层是 Windows Azure， Windows Azure的主要目标是为开发者提供一个平台，帮助开发可运行在云服务器、数据中心、Web和PC上的应用程序。上层Azure Services Platform包括了以下主要组件：windows Azure；Microsoft SQL数据库服务，Microsoft.Net服务；用于分享、储存和同步文件的Live服务；针对商业应用的 Microsoft share Point和Microsoft Dynamics CRM服务。（2）IBM“蓝云”计算平台：2007年，IBM在中国上海推出了“蓝云 (Blue Cloud)”计划。IBM发布的“蓝云”计划，能够帮助用户进行云计算环境的搭建。对企业现有的基础架构进行整合，通过虚拟化技术和自动化技术，构建企业自己拥有的云计算中心，实现企业硬件资源和软件资源的统一管理、统一分配、统一部署、统一监控和统一备份，打破应用对资源的独占，从而帮助企业实现云计算理念。（3）Amazon的弹性计算云：Amazon是互联网上最大的在线零售商，为了应付交易高峰，不得不购买了大量的服务器。而在大多数时间，大部分服务器闲置，造成了很大的浪费，为了合理利用空闲服务器，Amazon建立了自己的云计算平台弹性计算云EC2（elastic compute cloud），并且是第一家将基础设施作为服务出售的公司。（4）百度的框计算：2009年8月18日，主题为“从你开始，创新世界”的百度技术创新大会上，百度发布了“框计算 (BoxComputing)”平台的理念和构想。框计算为用户提供基于互联网的一站式服务，是一种简单的互联网需求交互模式。你往框里输入你想要什么，框就会自动识别你的需求，然后在互联网可选范围内自动匹配满足你相关需求的最佳应用和服务。7、云计算的主要服务形式有哪些？答：云计算的主要服务形式有：（1）软件即服务(SaaS)：SaaS服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务，服务提供商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素收费，并且通过浏览器向客户提供软件的模式。 （2）平台即服务(PaaS)：把开发环境作为一种服务来提供。这是一种分布式平台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给客户，用户在其平台基础上定制开发自己的应用程序并通过其服务器和互联网传递给其他客户。PaaS能够给企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验、托管及应用服务。（3）基础设施服务(IaaS)：IaaS即把厂商的由多台服务器组成的“云端”基础设施，作为计量服务提供给客户。它将内存、I/O设备、存储和计算能力整合成一个虚拟的资源池为整个业界提供所需要的存储资源和虚拟化服务器等服务。这是一种托管型硬件方式，用户付费使用厂商的硬件设施。例如Amazon Web服务（AWS）， IBM的Blue Cloud等均是将基础设施作为服务出租。8、说明M2M的广义和狭义两种定义。答：广义上包括Machine.to.Machine、Man.to.Machine以及Machine.to.Man。总之，是人与各种远程设备之间的无线数据通信。狭义上的M2M是Machine.to.Machine的简称指一方或双方是机器且机器通过程序控制，能自动完成整个通信过程的通信形式。9、M2M的哪些特点？答：M2M的特点。(a)M2M仍处于起步阶段：全球M2M虽已有一定的发展但从整体发展来看，目前仍处于导入期的后期，商业模式处于摸索阶段，产业关注的焦点是行业市场的开拓，在M2M推进中传统运营商占据主导地位是主要推动者。(b)欧美地区产业成熟，日韩市场应用较好。(c)车辆信息通信和自动抄表是主要业务。M2M在美洲地区最主要的应用是汽车信息通信、远程自动抄表。(d)商业模式集中。商业模式基本集中在4种方式，通道型、合作型、自营型、定制型。通道型只是单纯的网络连接服务；合作型是运营商在一些应用领域挑选系统集成商的合作伙伴，由系统集成商开发业务和售后服务，而电信运营商负责检验业务在网络上的运行情况，并且代表系统集成商进行业务推广以及计费收费；自营型是运营商自行开发业务，直接提供给客户的方式；定制型运营商根据客户的具体需求而特殊制定M2M业务。10、简述M2M的系统架构。答：M2M体系主要包括M2M终端、承载网络、运营系统和应用系统四个部分。11、简述M2M的支撑技术。答：M2M涉及到5个重要的技术部分：机器、M2M硬件、通信网络、中间件、应用。1）智能化机器。实现M2M的第一步就是从机器/设备中获得数据，然后把它们通过网络发送出去。使机器“开口说话”（talk），让机器具备信息感知、信息加工（计算能力）、无线通信能力。使机器具备“说话”能力的基本方法有两种：生产设备的时候嵌入M2M 硬件；对已有机器进行改装，使其具备通信/联网能力。 2）M2M硬件。M2M硬件是使机器获得远程通信和联网能力的部件。主要进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，并传送到通信网络。现在的M2M硬件共分为五种：（a）嵌入式硬件；（b）可组装硬件；（c）调制解调器（Modem）；（d）传感器 ；（e）识别标识（Location Tags）。3）通信网络。通信网络在整个M2M技术框架中处于核心地位，包括：广域网（无线移动通信网络、卫星通信网络、Internet、公众电话网）、局域网（以太网、无线局域网WLAN、Bluetooth）、个域网（ZigBee、传感器网络）。在M2M技术框架中的通信网络中，有两个主要参与者，他们是网络运营商和网络集成商。4）中间件。中间件包括两部分：M2M 网关、数据收集/集成部件。网关是M2M系统中的“翻译员”，它获取来自通信网络的数据，将数据传送给信息处理系统。主要的功能是完成不同通信协议之间的转换。典型产品如Nokia的M2M网关。数据收集/集成部件是为了将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。5）应用。数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括：数据分析和商业智能部件，异常情况报告和工作流程部件，数据仓库和存储部件等。12、M2M有哪些应用？答：按功能类别分可以分为定位服务、无线POS、智能测量、资产管理和智能服务5类。1）定位服务。定位服务主要应用于车辆管理、导航、运输管理与人员跟踪方面，并可广泛应用于公交、长途巴士、货运车辆、出租车、巡查人员的管理。2）无线POS。无线POS主要用于无线收款机、专用型付费终端，如公用事业支付终端、彩票机等。3）智能测量。这是M2M比较典型的应用，主要用于公用设施监测、安全管理与油田的遥测、远程抄表等。4）资产管理。资产管理主要用于集装箱跟踪、物流管理、自动售货机管理、重型机械管理等。5）智能服务。智能服务包括远程维护服务、远程医疗等。中国移动是中国最大的移动运营商。在M2M领域是国内的领头羊。目前，中国移动的M2M业务产品有神州车管家、电梯运营管理系统、企业安防监控管理系统、航标遥测遥控管理系统、路灯监控系统、危险源集中监控系统等，主要业务集中在电力、交通、制造、金融等行业。中国电信自2008年底获得C网牌照，在M2M领域后来居上，充分利用即有资源，目前在全国开始向车辆监控、水电抄表、无线POS、远程无人彩票销售、油田监控等行业推广业务。第五章习题及答案1、什么是智能电网？智能电网的核心是什么？答：智能电网(smart grid)就是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。智能电网主要是通过终端传感器在客户之间、客户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，实现数据读取的实时、高速、双向的效果，从而整体提高电网的综合效率。智能电网的核心在于，构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与客户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运行的可靠性和能源利用效率。2、简述智能电网的基本架构。答：智能电网主要包括感知层、网络层和应用服务层。物联网技术在于智能电网的主要应用如图所示。应用系统化管理平台电力光纤网，电力线载波通信网，无线宽带网智能电网信息采集与汇集3、简述物联网在智能电网中的应用模型。答：1） 电力设备状态监测。利用物联网技术在常规机组内部安置一定数量的传感监测点，于是可以实时了解机组运行情况，这包括它的各种技术指标与参数，从而提高常规机组状态监测水平。物联网技术也可以对风能、太阳能等新能源发电进行在线监测、控制以及功率预测等。利用物联网技术，可以大幅提高一次设备的感知能力，使其能与二次设备很好地结合，从而实现联合处理、数据传输、综合判断等功能，极大地提高电网的技术水平和智能化程度。输电线路状态在线监测是物联网的重要应用，它也可以提高对输电线路运行状况的感知能力，包括气象条件、覆冰、导地线微风振动、导线温度与弧垂、输电线路风偏、杆塔倾斜等内容的监测。根据物联网对电力设备的环境状态信息、机械状态信息、运行状态信息进行的实时监测和预警诊断，提前做好相应的故障预判、设备检修等工作，从而提高了设备检修、自动诊断和安全运行水平。2） 电力生产管理。通过物联网技术进行身份识别、电子工作票管理、环境信息监测、远程监控等，方便地实现了调度指挥中心与现场作业人员的实时互动。而在电力巡检管理上，利用射频识别（RFID）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统以及无线通信网，对设备的运行环境及其运行状态进行监控，并根据识别标签辅助设备定位，实现了人员的到岗监督，从而监督工作人员参照标准化和规范化的工作流程，进行辅助状态检修和标准化作业。在塔基下、杆塔上及输电线路上安装地埋振动传感器、壁挂振动传感器、倾斜传感器、距离传感器、防拆螺栓等设备，并结合输电线路状态的在线监测系统，实现对重要杆塔较好的实时监测和防护。3） 电力资产全寿命周期管理。在电力设备中应用射频识别和标识编码系统，对资产进行身份管理、状态监测、全寿命周期管理，自动识别目标对象并获取数据，从而在技术上为实现电力资产全寿命周期管理、提高运转效率、提升管理水平提供了更好的支撑。4）智能用电。物联网技术有利于智能用电双向交互服务、用电信息采集、家居智能化、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电的实现，同时也是实现用户与电网的双向互动、提高供电可靠性与用电效率以及节能减排的技术保障。4、什么是智能交通？答：智能交通是将传感器技术、RFID技术、无线通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、视频检测识别技术、GPS、信息发布技术等运用于整个交通运输管理体系中，从而建立起实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。5、简述智能交通实现的方式。答：智能交通实现方式是：该系统采集到的各种道路交通及各种服务信息，经过交通管理中心集中处理后，传送到公路交通系统的各个用户，出行者可以进行实时的交通方式和交通路线的选择；交通管理部门可以自动进行交通疏导、控制和事故处理；运输部门可以随时掌握所属车辆的动态情况，进行合理调度。这样，路网上的交通经常处于最佳状态，能够改善交通拥挤，最大限度地提高路网的通行能力及机动性、安全性和生产效率。6、简述智能交通服务领域架构。答：智能交通服务领域可划分交通管理、交通信息、车辆系统、商用车辆、公共交通、应急管理、电子支付和安全管理等服务领域，如图所示。出行前信息个性化信息路径导航途中驾驶员信息途中公共交通信息视野扩展纵向防撞安全预警车辆自动驾驶横向防撞碰撞前人保护商用车辆运营商用车辆管理路旁安全监测商用车辆安全状况自身检测交通规则支付事故管理警力巡逻执法交通控制区需求管理设施维护管理公交管理需求响应管理共乘交通管理紧急情况通告及个人安全紧急车辆管理危险器及事故报告公共出行安全易受伤害道路使用者的安全智能交叉口交通服务领域交通管理交通信息车辆系统商用车辆公共交通应急管理电子支付安全管理7、简述智能交通中的关键技术。答：1）智能化交通管理系统。智能化交通信号控制系统和智能化交通监控系统，集成起来就构成了先进的交通管理系统的主要部分。2）电子不停车收费技术的应用。电子不停车收费系统(简称ETC)是智能交通系统中最先投入应用的系统之一，主要应用技术是自动车辆识别技术(英文简称AVI)。3）自动公路和智能汽车。4）基于GPS+GIS的车辆定位与导航技术GPS(Global Positioning System)技术，即全球卫星定位系统技术，是利用分布在高空的多颗人造卫星对地面.上的目标进行测定并进行定位和导航，它用于对船舶和飞机及其它飞行物的导航、对地面目标的精确定时和定位、地面和空中的交通管制以及空间和地面的灾害监测等。5）模拟仿真系统。仿真(Simulation)，是指为了求解问题而人为地模拟真实系统的部分或整个运行过程。计算机仿真是上世纪60年代逐步发展起来的新兴学科，最早的通用仿真器GPSS(General Purpose Simulation System)是由IBM公司的Gffery Gordon研制的，1967年更名为通用仿真系统GPSS(General Purpose Simulation System)，并增加了许多功能，直至后来发展成应用最广的一种离散系统仿真语言。6）基于VICS的车载多媒体信息终端技术。车辆信息和通信系统VICS（Vehiele Information And Communication System)是一种通过路旁微波天线及FM多路广播等，为车辆提供宽带数字数据的先进信息通信系统，所提供的信息包括实时的道路状况和交通情况、优化路径选择、预期旅行时间、交通流分配信息、停车区域信息、休息服务区信息、高速公路沿线服务设施信息、交通管制信息等等，它通常与带有GIS和GPS的车辆导航系统一起使用。8、什么是智能家居？智能家居有什么特征？答：智能家居在英文中常用Smart Home、Intelligent Home，是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化等，是集系统、结构、服务、管理、控制于一体，来创造一个优质、舒适、安全、便利、节能、环保的居住生活环境空间。智能家居系统的特征：1) 安全性。智能家居的安全包括两个层面，一是安全的智能家电设备，当传统的家电设备被赋予智能化我们必需保障它们安全可控；二是安全的网络和控制系统，需要有足够安全的网络来防止他人的入侵。2) 易用性。智能家居系统是一个综合性的系统，如何做到系统的完美，能为最终用户提供良好的舒适度，就需要在易用性方面下功夫。这就要求智能家居系统在功能上人性化、个性化。设计时考虑到不同层次人群的需求，让最终用户真正体会到智慧化“个性”服务。3) 稳定性。系统的稳定性是为家庭生活更舒适的前提保障，如果安装了智能家居，经常出现各种不稳定的因素，这样不是带来了方便，而是麻烦。4) 扩展性。智能家居系统必需具有良好的兼容性和扩展性，能够保证各种设施的“即插即用”，网络组建的便捷性。9、智能家居主要有哪些组成部分？答：家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成，框图如图所示。10、什么是智能物流？答：智能物流基于传感、RFID、声、光、机、电、移动计算等各项先进技术，建立全自动化的物流配送中心，建立物流作业的智能控制、自动化操作的网络，可实现物流与生产联动，实现商流、物流、信息流、资金流的全面协同。11、简述物流园区供应链管理平台概念模型。答：基于物联网技术的物流园区供应链管理平台是指通过传感器等终端数据采集设备、无线传感网络等各类物联网技术应用，实现对车辆、货物、集装箱、仓储等物流资源状态的全程监控，建立统一的园区多元数据集成中间件。在此基础上，采用SOA平台架构建立园区供应链集成管理平台，支持平台以SaaS软件方式为园区内外各类物流服务主体提供应用软件系统服务，以PaaS平台服务方式为园区内外用户提供各类Web服务。进而建立园区供应链“云计算”公共服务中心，通过园区供应链的数据挖掘，实现园区物流资源的优化配置。该平台的概念模型包括物流资源层、数据采集层、网络通信层、供应链数据层、供应链应用层、供应链服务层、供应链决策层等7大层次。12、简述商业卷烟物流配送中心物联网总体架构。答：烟草商业卷烟物流配送中心物联网的总体架构应该包括：1）感知层。2）网络层。3）应用层。 工商信息共享平台智能配送传感网智能仓储传感网智能园区传感网互联互通智能处理卷烟物流物联网运营中心智能处理决策系统智能园区管理系统仓储智能监控系统配送监控系统智能优化调度系统订单跟踪系统服务保障管理系统全面感知设备：分捡设备、RFID标签、立库、智能消防客户：条码识别、服务调查、工商在途、批零在途仓库：智能安防、温湿度传感、摄像头、RFID识别配送：条码识别、摄像头、RFID识别、车载终端第六章习题及答案1、信息安全的内容是什么？答：国际标准化组织（ISO）对信息安全的定义是：在技术上和管理上为数据处理系统建立的安全保护，保护计算机硬件、软件和数据不因偶然和恶意的原因而遭到破坏、更改和泄露。信息安全包括以下几方面的内容：保密性：防止系统内信息的非法泄漏；完整性：防止系统内软件（程序）与数据被非法删改和破坏； 有效性；要求信息和系统资源可以持续有效，而且授权用户可以随时随地以他所喜爱的格式存取资源。 2、信息安全基本属性是什么？答：信息安全包含了保密性、完整性、可用性、可控性、不可否认性等基本属性。 保密性：保证信息不泄露给未经授权的人。 完整性：防止信息被未经授权的人（实体）篡改，保证真实的信息从真实的信源无失真地到