物聯(lián)網(wǎng)概論 韓毅剛 第3版 習(xí)題答案

《物聯(lián)網(wǎng)概論（第3版）》習(xí)題參考答案第1章物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)習(xí)題答案1．參考答案：物聯(lián)網(wǎng)就是實(shí)現(xiàn)物-物通信的互聯(lián)網(wǎng)，通過物聯(lián)網(wǎng)，能夠更加有效地管理社會(huì)活動(dòng)，使人類的日常生活更加舒適。物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)并沒有一個(gè)明確的定義，存在各種定義正好說明了物聯(lián)網(wǎng)處于發(fā)展初期，發(fā)展也比較迅速。實(shí)際上，定義明確也常常意味著發(fā)展停滯。物聯(lián)網(wǎng)側(cè)重物與物、人與物的通信，互聯(lián)網(wǎng)側(cè)重人與人的通信。互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用延伸?；ヂ?lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)全球性，物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)區(qū)域性或行業(yè)性?；ヂ?lián)網(wǎng)連接的是人，網(wǎng)絡(luò)中的一切信息都是由人數(shù)字化后提供的，這些信息構(gòu)成一個(gè)虛擬信息空間。物聯(lián)網(wǎng)連接的是物理的、真實(shí)的世界，由傳感器等設(shè)備給出物體和環(huán)境的真實(shí)信息，這些信息反應(yīng)的是物理世界當(dāng)時(shí)所處的真實(shí)情況。以網(wǎng)購為例，互聯(lián)網(wǎng)是由人手動(dòng)輸入商品的信息，存在虛假信息的情況，物聯(lián)網(wǎng)則是由商品自己自動(dòng)發(fā)布信息，防止了假貨。2．參考答案：標(biāo)識(shí)環(huán)節(jié)的具體產(chǎn)品有接觸式的水電卡、非接觸式的一卡通等，具體技術(shù)有RFID等。感知環(huán)節(jié)的具體產(chǎn)品有電子秤傳感器等，具體技術(shù)有MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）等。處理環(huán)節(jié)的具體產(chǎn)品有手機(jī)智能芯片等，具體技術(shù)有Android嵌入式操作系統(tǒng)等。信息傳輸環(huán)節(jié)的具體產(chǎn)品例子有無線路由器，具體技術(shù)例子有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)等。3．答案提示：物聯(lián)網(wǎng)目前處于發(fā)展初期，沒有一個(gè)明確的階段劃分。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征就是人們通過互聯(lián)網(wǎng)無意識(shí)地享受真實(shí)世界提供的一切服務(wù)。具體來說，物聯(lián)網(wǎng)的特征有信息采集的自動(dòng)化、基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換的智能化，即全面感知、可靠傳輸、智能處理。也有人認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的特征是對(duì)外部世界的關(guān)注、內(nèi)容的不確定性、感知目標(biāo)的不可復(fù)現(xiàn)以及對(duì)外部事件的驅(qū)動(dòng)性。4．答案要點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型和域模型沒有本質(zhì)區(qū)別，都是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所實(shí)現(xiàn)的整體功能進(jìn)行分割，以便人們可以專注于自己所擅長的領(lǐng)域。不同行業(yè)和角度會(huì)有不同的劃分方法，也就有不同的體系結(jié)構(gòu)。通信網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)一般采用分層思想來劃分，上層是用戶，調(diào)用下層提供的服務(wù)，相鄰層次之間通過層間接口傳遞數(shù)據(jù)和控制參數(shù)。5．答案提示：ITU-T把物聯(lián)網(wǎng)分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、支撐層和應(yīng)用層4層，各層功能分別對(duì)應(yīng)書中的感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層。設(shè)備層的設(shè)備有傳感器、RFID讀寫器等。網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備有交換機(jī)、路由器等。支撐層的設(shè)備有服務(wù)器集群等。應(yīng)用層的設(shè)備有監(jiān)控屏幕、操作控制臺(tái)等。6．答案要點(diǎn)：位于感知層的感知技術(shù)、識(shí)別技術(shù)等，位于傳輸層的接入技術(shù)、承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，位于處理層的支撐技術(shù)等?；蛘邔?duì)應(yīng)的具體技術(shù)WSN、RFID、FTTH、IP、云計(jì)算等。7．答案提示：基于ZigBee技術(shù)的物流實(shí)時(shí)跟蹤控制管理系統(tǒng)、基于傳感技術(shù)的智能監(jiān)獄人員定位系統(tǒng)、智能無線抄表系統(tǒng)、肉品質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)、工地噪音遠(yuǎn)端無線監(jiān)控系統(tǒng)等。8．答案提示：物體智能化主要是通過嵌入式技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，利用嵌入技術(shù)在物體中植入智能系統(tǒng)，使物體具有一定的智能數(shù)據(jù)處理能力，能夠主動(dòng)或被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)物體與用戶的溝通。9．答案要點(diǎn)：被感知的物體一般數(shù)量較多；實(shí)際環(huán)境較復(fù)雜，不宜布線；需要靈活地部署在各種地理位置上；物體是移動(dòng)的。10．答案提示：《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》給出了一個(gè)例子，生動(dòng)地說明了物聯(lián)網(wǎng)對(duì)生活方式的影響，其中諸多場(chǎng)合自動(dòng)發(fā)生了物體之間的數(shù)據(jù)通信。該例子的具體內(nèi)容如下?！跋胂笠幌?020年一位居住在西班牙的23歲學(xué)生羅莎一天的生活。羅莎剛剛和男友吵完架，想自己靜一靜。她打算開車到法國阿爾卑斯山的一個(gè)滑雪勝地過周末，但是車上安裝的RFID傳感器發(fā)出警告，指出輪胎出現(xiàn)故障。當(dāng)她來到汽修廠入口時(shí)，廠里的診斷工具利用無線傳感技術(shù)和無線傳輸技術(shù)對(duì)她的汽車進(jìn)行了檢查，并要求其駛向指定的維修臺(tái)。這個(gè)維修臺(tái)是由全自動(dòng)的機(jī)器臂裝備的。羅莎離開自己的愛車去喝咖啡。飲料機(jī)知道羅莎喜歡加冰咖啡，當(dāng)她利用自己的互聯(lián)網(wǎng)手表安全付款后，飲料機(jī)立刻倒出飲料。等她喝完咖啡回來，一對(duì)新的輪胎已經(jīng)安裝完畢，并且集成了RFID標(biāo)簽，以便檢測(cè)壓力、溫度和形變。這時(shí)機(jī)器向?qū)嵝蚜_莎設(shè)置輪胎的隱私選項(xiàng)。汽車控制系統(tǒng)里存儲(chǔ)的信息本來是為汽車維護(hù)準(zhǔn)備的，但是在有RFID閱讀器的地方，旅程的線路也能被閱讀。因?yàn)榱_莎不希望任何人（尤其是男友）知道自己的動(dòng)向，所以她選擇隱私保護(hù)來防止未授權(quán)的追蹤。然后羅莎去了最近的購物中心購物。她想買一款新的嵌入式媒體播放器和具有氣溫校正功能的新滑雪衫。那個(gè)滑雪勝地使用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控雪崩發(fā)生的可能性，這樣就能保證羅莎的舒適安全。在法國與西班牙邊境，羅莎沒有停車，因?yàn)樗钠嚴(yán)锇怂鸟{照信息和護(hù)照信息，已經(jīng)自動(dòng)傳送到邊檢相關(guān)系統(tǒng)了。忽然羅莎的太陽鏡接到一個(gè)視頻電話的請(qǐng)求。她選擇了接聽，看到她男友正在請(qǐng)求她的原諒，詢問她是否愿意共度周末。她喜從心來，用語音命令導(dǎo)航系統(tǒng)禁用隱私保護(hù)，這樣男友的車就能直接開到她身邊了?？v然萬物相連，人還是主宰”第2章物品信息編碼習(xí)題答案1．答案提示：物品編碼按編碼的作用可分為物品分類編碼、物品標(biāo)識(shí)編碼和物品屬性編碼。物品分類編碼用于信息處理和信息交換，是指從宏觀上根據(jù)物品的特性在整體中的地位和作用對(duì)物品進(jìn)行分層劃分；物品標(biāo)識(shí)編碼一般作為查詢或索引中的數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵字，是指對(duì)某一個(gè)、某一批次或某一品類物品分配的唯一性的編碼；物品屬性編碼可分為固有屬性編碼和可變屬性編碼。2．參考答案：代碼分為無含義代碼和有含義代碼兩大類。無含義代碼又分為順序碼和無序碼兩類。有含義代碼又分為縮寫碼、層次碼、矩陣碼、特征碼、組合碼、復(fù)合碼和鑲嵌組合碼等。順序碼是一種最簡(jiǎn)單、最常見的無含義代碼，順序碼從一個(gè)有序的字符集中順序地取出字符分配給各個(gè)編碼對(duì)象，這些字符通常是字母或自然數(shù)，如國家標(biāo)準(zhǔn)《人的性別代碼》中規(guī)定1為男性，2為女性。順序碼的代碼簡(jiǎn)短，使用方便，但是其本身沒有給出編碼對(duì)象的任何其他信息，不便于記憶。順序碼有遞增順序碼、分組順序碼和約定順序碼三種類型，遞增順序碼是指代碼值可由預(yù)定的數(shù)據(jù)遞增決定；系列順序碼在編碼時(shí)要先確定編碼對(duì)象的類別，按各個(gè)類別確定它們的代碼取值范圍，然后在各類別代碼取值范圍內(nèi)對(duì)編碼對(duì)象順序地賦予代碼值；約定順序碼不是一種純順序碼，其只能在全部編碼對(duì)象都預(yù)先知道，且編碼對(duì)象集合將不會(huì)擴(kuò)展的條件下才能順利使用。無序碼是將無序的自然數(shù)或字母賦予編碼對(duì)象，其無任何編寫規(guī)律。有含義代碼當(dāng)中的縮寫碼是將取自編碼對(duì)象中的一個(gè)或多個(gè)字符賦值成編碼表示；層次碼是將分類對(duì)象的從屬關(guān)系和層次關(guān)系作為排列順序的一種代碼；矩陣碼是一種建立在多維空間坐標(biāo)位置基礎(chǔ)上的代碼；特征組合碼是由一些代碼段組成的復(fù)合代碼，提供了編碼對(duì)象的特征，其特征相互獨(dú)立；組合碼是由一些代碼段組合的復(fù)合代碼，提供了編碼對(duì)象的不同特征，其特征相互依賴；復(fù)合碼通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上完整、獨(dú)立的代碼組成；鑲嵌式組合碼是由相互獨(dú)立的兩部分代碼鑲嵌組合而成，每一部分的代碼長度都是變化的。3．答案提示：EAN.UCC編碼體系包含了對(duì)流通領(lǐng)域的所有產(chǎn)品與服務(wù)的標(biāo)識(shí)代碼及附加屬性代碼，其中附加屬性代碼不能脫離標(biāo)識(shí)代碼而獨(dú)立存在。標(biāo)識(shí)代碼主要包括GTIN、SSCC、GLN、GRAI、GIAI和GSRN等，用于條碼系統(tǒng)。４．答案提示：日本UID標(biāo)準(zhǔn)和歐美的EPC標(biāo)準(zhǔn)都是唯一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及產(chǎn)品電子編碼、射頻識(shí)別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)部分，其思路在大多層面上都是一致的，但是二者在使用的無線頻段、信息位數(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等方面有所不同。５．參考答案：在網(wǎng)上查出SSCC的編碼結(jié)構(gòu)，再根據(jù)SSCC標(biāo)識(shí)符格式轉(zhuǎn)換成EPC，步驟為：標(biāo)頭00110001；需要濾值，用位表示，比如說用000；去掉擴(kuò)展位0；因?yàn)閺S商識(shí)別代碼是7位（0614141），使用分區(qū)值5，用位表示為101；0614141進(jìn)入EPC管理者分區(qū)中，在24位分區(qū)中，表示為000010010101111011111101；000999777是系列號(hào)，用位表示為0000000000000000000000000000000000000011110100000101100001，去掉校驗(yàn)位1。６．答案提示：EPC標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（TDT）標(biāo)準(zhǔn)：是關(guān)于EPC標(biāo)簽數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可機(jī)讀版本，可以用來確認(rèn)EPC格式以及不同級(jí)別數(shù)據(jù)表示間的轉(zhuǎn)換。EPC標(biāo)簽數(shù)據(jù)（TDS）標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)定了EPC體系下通用識(shí)別符（GID）、全球貿(mào)易項(xiàng)目代碼（GTIN）、系列貨運(yùn)集裝箱代碼（SSCC）、全球位置編碼（GLN）、全球可回收資產(chǎn)代碼（GRAI）、全球個(gè)別資產(chǎn)代碼（GIAI）的代碼結(jié)構(gòu)和編碼方法。識(shí)讀器協(xié)議（RP）標(biāo)準(zhǔn)：是一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)說明了在一臺(tái)具備讀寫標(biāo)簽?zāi)芰Φ脑O(shè)備和應(yīng)用軟件之間的交互作用。EPCglobal認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)定義的內(nèi)容基于互聯(lián)網(wǎng)工程特別工作組（IETF）中關(guān)鍵公共基礎(chǔ)設(shè)施（PKIX）工作組制定的兩個(gè)Internet標(biāo)準(zhǔn)。７．答案提示：EPC系統(tǒng)由EPC編碼體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，EPC編碼體系用于標(biāo)識(shí)物品，EPC射頻識(shí)別系統(tǒng)用于識(shí)別EPC標(biāo)簽，EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要有中間件、ONS和EPCIS等。信息有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種類型。GDSN和EPCglobal網(wǎng)絡(luò)是專門針對(duì)這兩種類型信息的各種需求建立起來的，GDSN確保相關(guān)方和產(chǎn)品群體的靜態(tài)信息質(zhì)量，促進(jìn)交易的協(xié)作性，EPCglobal網(wǎng)絡(luò)則主要用于收集和交流移動(dòng)物品的動(dòng)態(tài)信息。雖然EPCglobal網(wǎng)絡(luò)和GDSN旨在滿足不同的信息需求，但是二者仍然存在一定的關(guān)聯(lián)。目前，EPCglobal網(wǎng)絡(luò)和GDSN不維護(hù)重復(fù)的信息，GS1系統(tǒng)提供了一個(gè)從EPCglobal網(wǎng)絡(luò)到GDSN的信息鏈，使得用戶可同時(shí)訪問二者的信息。８．ONS用于定位特定EPC對(duì)應(yīng)的EPC信息服務(wù)，是聯(lián)系前臺(tái)EPC中間件和后臺(tái)EPC信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)樞紐，其設(shè)計(jì)與架構(gòu)都基于互聯(lián)網(wǎng)的域名解析服務(wù)DNS。換言之，ONS能夠給出EPC代碼對(duì)應(yīng)的統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI），如SGTIN的純標(biāo)識(shí)URI表示為“urn:epc:id:sgtin:廠商識(shí)別代碼.項(xiàng)目參考代碼.序列號(hào)”，再利用DNS找出存放該EPC代碼相關(guān)信息的EPCIS服務(wù)器的網(wǎng)址（URL），之后，用戶就可以利用URL訪問EPCIS服務(wù)器。ONS與DNS的主要區(qū)別在于其輸入和輸出的內(nèi)容不同，ONS的輸入端為EPC編碼，輸出為DNS系統(tǒng)中的NAPTR格式；而DNS輸入為域名，輸出為IP地址。進(jìn)行ONS查詢時(shí)，先進(jìn)行運(yùn)算，將EPC編碼由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成URI格式，然后刪除前端“urn：epc”字段，再刪除序列號(hào)字段，接下來反向排列其余字段，添加ONS全球根域，如“.”，最后做一次關(guān)于此地址對(duì)應(yīng)typecode35（NAPTR）記錄之DNS查詢，從而完成ONS查詢過程。附圖2-1中給出了ONS查詢的實(shí)例。附圖2-1ONS查詢實(shí)例９．答案提示：EPC二進(jìn)制碼序列對(duì)應(yīng)十進(jìn)制為：1.1554.37401.2272661；轉(zhuǎn)換為EPCURI為：urn:epc:1.1554.37401.2272661；去掉前端和序列號(hào)：1.1554.37401；顛倒數(shù)列，添加“.”得：37401.1554.1.。10．PML主要是在XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語言）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此只要是支持XML的應(yīng)用系統(tǒng)都可以支持PML。XML是用來傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，關(guān)注的是數(shù)據(jù)的內(nèi)容；而HTML是用來顯示數(shù)據(jù)的，關(guān)注的是數(shù)據(jù)的外觀格式。因此，PML只是一種在信息發(fā)送時(shí)用于信息區(qū)分的方法，實(shí)際的內(nèi)容可以用任意格式存放在服務(wù)器中（例如一個(gè)SQL數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表或一個(gè)平面文件等），也就是說企業(yè)不必以PML格式來存儲(chǔ)信息，只需以現(xiàn)有的格式和現(xiàn)有的程序來維護(hù)數(shù)據(jù)即可，例如，可以使用瀏覽器以HTML格式顯示PML數(shù)據(jù)。11．EPCIS的目的在于通過EPC相關(guān)數(shù)據(jù)的共享來平衡企業(yè)內(nèi)外不同的應(yīng)用，其在整個(gè)EPC網(wǎng)絡(luò)中的主要作用是提供一個(gè)接口去存儲(chǔ)、管理與EPC相關(guān)的信息，如EPC的觀測(cè)值（觀測(cè)對(duì)象、時(shí)間、地點(diǎn)以及原因）、物品包裝狀態(tài)和信息源等。EPCIS執(zhí)行的任務(wù)有標(biāo)簽授權(quán)、牽制策略、觀測(cè)和反觀測(cè)等，標(biāo)簽授權(quán)就是將必須的信息寫入標(biāo)簽，牽制策略即進(jìn)行包裝和解析數(shù)據(jù)，觀測(cè)指觀測(cè)標(biāo)簽對(duì)象的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，而反觀測(cè)則是記錄下那些被刪除或者不再有效的數(shù)據(jù)。EPCIS本質(zhì)上是一個(gè)分布式信息管理系統(tǒng)，由客戶端模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊3部分組成?？蛻舳四K實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽信息向EPCIS服務(wù)器的傳輸。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，在產(chǎn)品信息初始化的過程中調(diào)用通用數(shù)據(jù)生成針對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品的EPC信息，并將其存儲(chǔ)在PML文檔中。數(shù)據(jù)查詢模塊根據(jù)客戶端的查詢要求和權(quán)限，利用ONS訪問相應(yīng)的PML文檔，按HTML格式返回給客戶端。第3章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)習(xí)題答案1．答案提示：自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心技術(shù)之一，它既有自動(dòng)性，也有主動(dòng)性，既能獲取物的信息，也能獲取人的信息，從而把真實(shí)世界的萬事萬物與虛擬世界的信息處理系統(tǒng)連接起來。2．參考提示：模式識(shí)別是讓機(jī)器具有人一樣的對(duì)事物的辨別能力，在已知某類事物有若干標(biāo)準(zhǔn)類別（模式）的基礎(chǔ)上，判斷某一具體對(duì)象屬于哪一個(gè)模式。模式識(shí)別是人工智能的研究領(lǐng)域，模式識(shí)別的方法大致可以分為4類：統(tǒng)計(jì)決策法、結(jié)構(gòu)模式識(shí)別方法、模糊模式識(shí)別方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法?；谔卣魈崛〉淖詣?dòng)識(shí)別技術(shù)其實(shí)就是模式識(shí)別技術(shù)在自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域的應(yīng)用，一些基于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)實(shí)際上也應(yīng)用了模式識(shí)別技術(shù)，如條碼識(shí)別、二維碼識(shí)別等。3．參考答案：條碼識(shí)別系統(tǒng)是以條碼技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。條碼系統(tǒng)由條碼生成軟件、條碼印刷設(shè)備、掃描識(shí)讀設(shè)備組成。GS1與ISBN中心達(dá)成一致協(xié)議，把EAN.UCC編碼體系中的前綴碼978作為ISBN系統(tǒng)的前綴碼，從而可以使用同一個(gè)條碼編碼體系來表示ISBN書號(hào)。一維碼用于自動(dòng)銷售系統(tǒng)、物流、交通、圖書館管理等。二維碼用于電子憑證、表單、證照、存貨盤點(diǎn)、資料備援等。4．答案提示：二維碼通常用黑白塊表示1，空白塊表示0，因此，可以從二維碼的圖形中直接讀取出二維碼表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，但是，由于二維碼的碼制、版本、掩模、讀取順序、加密等原因，通常不能把這些二進(jìn)制數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成字符。圖像預(yù)處理是為了實(shí)現(xiàn)更好的識(shí)別效果，通過攝像頭采集的二維碼圖像可能會(huì)有光照不均、圖像模糊扭曲等問題，通過圖像預(yù)處理可以使這些問題得到矯正，提高識(shí)別效率。圖像預(yù)處理主要包括對(duì)圖像的灰度化、二值化、圖像濾波、定位和校正等處理5．參考要點(diǎn)：RFID由電子標(biāo)簽、讀寫器、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)等組成。電子標(biāo)簽的功能有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、通過天線與讀寫器進(jìn)行無線通信；讀寫器的功能有通過天線與電子標(biāo)簽進(jìn)行無線通信、實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫與識(shí)別；應(yīng)用系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)各種基于RFID的實(shí)際應(yīng)用。6．答案提示：有電感耦合及電磁反向散射耦合兩種方式。在電感耦合中，其工作能量要通過電感耦合的方式從讀寫器電感線圈的輻射場(chǎng)獲得，電子標(biāo)簽與讀寫器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，需要位于讀寫器天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入系統(tǒng)的工作區(qū)域時(shí)，標(biāo)簽天線接收到讀寫器發(fā)送的電磁波，此時(shí)天線線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，再經(jīng)過整流電路給標(biāo)簽供電，也就是說在讀寫器線圈和電子標(biāo)簽的線圈間存在著變壓器耦合作用。7.參考答案：低頻、高頻、超高頻和微波RFID系統(tǒng)的特點(diǎn)比較參見附表3-1，從傳輸距離和傳輸速率上看，超高頻和微波RFID系統(tǒng)都具有優(yōu)勢(shì)。附表3-1低頻、高頻、超高頻和微波RFID系統(tǒng)的特點(diǎn)比較低頻高頻超高頻和微波頻率范圍30kHz~300kHz，典型工作頻率有125KHz和133KHz3MHz~30MHz，典型工作頻率為13.56MHz和27.12MHz典型工作頻率為：433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。433.92MHz，862(902)~928MHz工作方式電感耦合，電子標(biāo)簽需要位于閱讀器天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)電感耦合，電子標(biāo)簽需要位于閱讀器天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)電磁耦合，電子標(biāo)簽位于閱讀器天線的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)讀寫距離小于0.1m小于1m大于1m，最大可達(dá)10m以上數(shù)據(jù)傳輸?shù)退?，?shù)據(jù)少中速數(shù)據(jù)傳輸高速應(yīng)用低端應(yīng)用，動(dòng)物識(shí)別等門禁、身份證、電子車票等車輛識(shí)別、倉儲(chǔ)物流、海量物品識(shí)別8.答案提示：NFC由RFID及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合演變而來，但RFID在作用距離和工作頻段與NFC都有較大的差異。NFC目前來看更多的是針對(duì)于消費(fèi)類電子設(shè)備相互通信，有源RFID則更擅長在長距離識(shí)別。9.參考提示：兩種IC卡都由讀寫器提供工作電壓。對(duì)于接觸式IC卡，卡片表面的金屬觸點(diǎn)與讀寫設(shè)備上的卡座相接觸。對(duì)于非接觸式IC卡，則接收讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號(hào)，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等過程提供工作電壓。非接觸IC卡識(shí)別與RFID沒有本質(zhì)區(qū)別，從RFID技術(shù)的角度出發(fā)，可以認(rèn)為非接觸式IC卡是一種特殊的無源電子標(biāo)簽，其讀寫設(shè)備就是RFID讀寫器，由非接觸式IC卡組成的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)就是一個(gè)特殊的RFID系統(tǒng)。而從IC卡的角度出發(fā)，非接觸式IC卡又滿足了“卡”的需求，其無接觸的工作方式有效地避免了接觸式IC卡讀寫故障高的缺點(diǎn)。10.參考答案：語音識(shí)別系統(tǒng)中常用的特征參數(shù)提取技術(shù)有線性預(yù)測(cè)分析技術(shù)、Mel參數(shù)和基于感知線性預(yù)測(cè)分析提取的感知線性預(yù)測(cè)倒譜，小波分析技術(shù)等。常見的聲紋識(shí)別的模式匹配方法包括動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整方法、矢量量化方法、隱馬爾可夫模型方法、高斯混合模型方法等。11.答案提示：除了本章介紹的條碼、二維碼、RFID、NFC、磁卡識(shí)別、IC卡識(shí)別、語音識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別和生物識(shí)別外，還有圖形圖像識(shí)別、生物識(shí)別如步態(tài)識(shí)別等其它自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。這些自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的性能、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合如附表3-2所示。附表3-2各種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的比較條碼光學(xué)字符識(shí)別語音識(shí)別生物識(shí)別IC卡NFCRFID數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量1~100字節(jié)1~100字節(jié)————16~64k字節(jié)2k字節(jié)16~64k字節(jié)機(jī)器可讀性好好耗時(shí)耗時(shí)好好好受污染影響很嚴(yán)重很嚴(yán)重————可能沒影響沒影響光遮影響嚴(yán)重失效——可能沒影響沒影響沒影響方位影響很小很小————需插入（接觸式）沒影響沒影響耐磨損度易磨損有條件————不易磨損不易磨損不易磨損設(shè)備成本低一般很高很高一般低一般閱讀速度低，4s低，4s很低，>5s很低，5~10s低，4s很快，<0.1s很快，0.5s作用距離0~50cm<1cm0~50cm直接接觸（指紋識(shí)別等）直接接觸<=10c0~10m安全性差一般一般較高較高很高很高通過比較可以發(fā)現(xiàn)，RFID技術(shù)不論在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、機(jī)器可讀性、環(huán)境敏感度、設(shè)備成本、閱讀速度、作用距離和安全性等方面都具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。因此，RFID技術(shù)作為一種優(yōu)勢(shì)較大的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，成為物聯(lián)網(wǎng)最重要的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。第4章嵌入式系統(tǒng)習(xí)題答案1．參考答案：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)，其技術(shù)要求是高速、海量的信息處理，技術(shù)發(fā)展方向是處理速度、總線寬度、存儲(chǔ)容量的無限提升。而嵌入式系統(tǒng)則采用針對(duì)性較強(qiáng)的專業(yè)化設(shè)計(jì)，技術(shù)要求是滿足具體應(yīng)用，技術(shù)發(fā)展方向是在保證應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)要求和可靠性的前提下，盡可能減小成本、體積和功耗。2．參考答案：簡(jiǎn)單劃為四個(gè)階段，第一階段是無操作系統(tǒng)的嵌入算法階段；第二階段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)；第三階段是通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段，是以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)；第四階段是以基于Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段。3．參考答案：嵌入式處理器是為完成特殊的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的特殊目的的處理器。嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP處理器、嵌入式片上系統(tǒng)。4．參考答案：?jiǎn)纹瑱C(jī)一般是4位、8位或16位的數(shù)據(jù)總線，一般內(nèi)置存儲(chǔ)器，不運(yùn)行操作系統(tǒng)，側(cè)重于低成本，主要應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域。ARM嵌入式系統(tǒng)是32位的數(shù)據(jù)總線，運(yùn)算速度快，外接大容量存儲(chǔ)器，能運(yùn)行操作系統(tǒng)以適合多種應(yīng)用。5．參考答案：嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件。嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片中，其中初始化和引導(dǎo)程序存放在存儲(chǔ)器的特殊位置，用戶一般不能更改。嵌入式操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件也以固件的方式存儲(chǔ)，開機(jī)后再引導(dǎo)到RAM中執(zhí)行。通常所謂的“重啟”就是重新引導(dǎo)嵌入式操作系統(tǒng)，所謂的“刷機(jī)”就是更改或重裝閃存中的嵌入式操作系統(tǒng)固件，所謂的“root”就是獲取操作系統(tǒng)管理員的權(quán)限。嵌入式軟件中最關(guān)鍵的是引導(dǎo)程序，引導(dǎo)程序出現(xiàn)問題，設(shè)備就真正變成了“磚頭”。6．參考答案：結(jié)合軟件和硬件下，嵌入式系統(tǒng)組成框架如附圖4-1所示。附圖4-1嵌入式系統(tǒng)組成框架7．參考答案：是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的系統(tǒng)程序，為用戶應(yīng)用軟件與硬件之間的提供接口并進(jìn)行軟硬件資源管理。嵌入式操作系統(tǒng)用于管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等功能。使用嵌入式操作系統(tǒng)，可以大大提高嵌入式系統(tǒng)的硬件工作效率，并為應(yīng)用軟件開發(fā)提供了極大的便利。首先，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。其次，提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。再次，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了CPU的多任務(wù)潛力。8．答案提示：可以從目前比較流行的智能手機(jī)操作系統(tǒng)上來對(duì)比分析。比如，Android、WindowsPhone7和iOS等。9．參考答案：Android系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖4-2所示。系統(tǒng)運(yùn)行在Linux內(nèi)核之上。附圖4-2Android系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)10．答案提示：可從物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)以及設(shè)備的功能特點(diǎn)上回答。11．答案提示：數(shù)碼相機(jī)、辦公類產(chǎn)品、工業(yè)控制類產(chǎn)品的例子等。第5章通信技術(shù)習(xí)題答案1.答案提示：任何通信網(wǎng)絡(luò)都離不開通信技術(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)的一個(gè)重要分支。物聯(lián)網(wǎng)中的通信技術(shù)可以分為兩大類，一類是借助現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另一類是采用點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)。目前有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的資料實(shí)際上都是圍繞通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)講述的。2．參考答案：紅綠燈、鬧鈴、電視視頻等。3．參考答案：相比模擬信號(hào)處理系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理因?yàn)椴捎昧藬?shù)值運(yùn)算的方式，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的能力大大增強(qiáng)，主要表現(xiàn)在以下一些優(yōu)勢(shì)上。1）靈活性好，模擬系統(tǒng)功能和性能改變一般需要對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新改動(dòng)，而數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)很多時(shí)候只需改變存儲(chǔ)器中的參數(shù)就可以很容易地進(jìn)行調(diào)整。2）穩(wěn)定性高，模擬電路中很多器件的特性都會(huì)隨著環(huán)境和時(shí)間而改變，而數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)一般不存在這樣的問題，同樣的信號(hào)處理是可重復(fù)的，結(jié)果一致。3）性能強(qiáng)大，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)許多單純模擬信號(hào)處理系統(tǒng)無法完成的功能。4）抗干擾性強(qiáng)，模擬信號(hào)由于噪聲的存在，是很難做到無失真抗干擾的，而數(shù)字信號(hào)由0和1組成，只要能夠正確識(shí)別即可完全消除噪聲的干擾。5）處理精度高，數(shù)字信號(hào)的處理精度由數(shù)字信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)決定，在噪聲影響的可控范圍內(nèi)選取更長的位數(shù)即可達(dá)到很高的精度。6）安全性強(qiáng)，數(shù)字信號(hào)可以很好地通過加解密算法提升安全性，而這一點(diǎn)是模擬信號(hào)無法實(shí)現(xiàn)的。7）可集成性好，數(shù)字電路可以很容易地做到大規(guī)模集成并且做小體積，基于超大規(guī)模集成線路的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)具備輕便、低成本、可靠等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。4．答案提示：除了語音增強(qiáng)、圖像降噪、微弱信號(hào)前端處理外，還有軍事領(lǐng)域的雷達(dá)信號(hào)處理，地質(zhì)領(lǐng)域的地震監(jiān)測(cè)，音樂領(lǐng)域的調(diào)音，通信領(lǐng)域的數(shù)字調(diào)制等。5．參考答案：模擬通信就是利用模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，例如，收音機(jī)的廣播通信。數(shù)字通信就是利用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，例如計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、數(shù)字電視等。值得注意的是，即使是使用模擬載波傳輸，只要使用的是數(shù)字調(diào)制技術(shù)，則也屬于數(shù)字通信，如數(shù)字微波通信系統(tǒng)、WiFi無線局域網(wǎng)等。6．答案要點(diǎn)：信源編碼就是用盡可能少的0、1比特串來表示所要傳輸?shù)男畔?。信道編碼就是通過增加一些冗余位來提高信息傳輸?shù)目煽啃?。信?hào)編碼就是用特定的脈沖波形來表示數(shù)據(jù)并盡可能提供同步時(shí)鐘信號(hào)。信源編碼通常也包括信號(hào)編碼。由于視頻壓縮等信源編碼多為計(jì)算機(jī)行業(yè)在研究，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)表示層的內(nèi)容。信號(hào)編碼則是通信行業(yè)在研究，屬于物理層的內(nèi)容，因此，把二者分開有利于網(wǎng)絡(luò)層次體系結(jié)構(gòu)的劃分。7．答案提示：物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸技術(shù)可以分為廣域無線通信和短距離無線通信兩種。廣域無線通信有時(shí)延，實(shí)時(shí)性較差，另外由于帶寬的限制其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，但是通信距離遠(yuǎn)；短距離無線通信的發(fā)射功率低，但是通信距離短（覆蓋距離通常為幾十米）。8．答案要點(diǎn)：無線電波有四種傳播方式，天波傳播、地波傳播、散射傳播和視距傳播。地波傳播主要針對(duì)波長較長的無線電波，使其沿地面繞過障礙物進(jìn)行傳播；天波傳播方式適用于高頻無線電波，其主要利用空中電離層對(duì)無線電波的反射來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信；散射傳播主要適用于微波頻段的無線電波，主要利用物體尤其是對(duì)流層對(duì)電磁波的散射（對(duì)流層是指大氣層中距離地面8~18km范圍內(nèi)的部分）；視距傳播適用于各個(gè)頻段的無線電波，就是指在可以相互“看見”的兩個(gè)天線之間進(jìn)行無線傳輸。9．答案要點(diǎn)：陰影效應(yīng)、遠(yuǎn)近效應(yīng)、多普勒效應(yīng)和多徑效應(yīng)。這些效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生路徑損耗、陰影衰落和多徑衰落等問題。路徑損耗受輻射擴(kuò)散和無線信道特性等因素影響。陰影衰落主要受陰影效應(yīng)影響。多徑衰落主要受多徑效應(yīng)影響。每種效應(yīng)產(chǎn)生的問題都有具體的方法取解決，分集技術(shù)可以解決大部分問題。10．答案要點(diǎn)：相比較電纜傳輸，光纖通信有許多優(yōu)勢(shì)。首先，傳輸頻帶寬，通信容量大。光纖低損耗頻段為0.8-1.65μm，單根光纖的可用頻帶幾乎達(dá)到200THz。第二，傳輸距離長，傳輸損耗低。1.55μm波段的損耗已降至0.2dB/km以下。第三，抗電磁干擾。電纜中的金屬導(dǎo)體會(huì)向外泄漏電磁波，引起相互靠近的電纜間的電磁干擾。而光纖的材料是玻璃或塑料，不會(huì)導(dǎo)電，因此不會(huì)產(chǎn)生電磁波的外漏，也就不存在電磁干擾。第四，重量輕，易鋪設(shè)。光纖材料相比金屬電纜體積小，重量輕，運(yùn)輸和架設(shè)也方便。第五，壽命長。光纜具有更強(qiáng)的抗腐蝕和適應(yīng)環(huán)境變化的能力。11．參考答案：光纖連接器、光纖定向耦合器、光調(diào)制器、光開關(guān)、光隔離器、波分復(fù)用及解復(fù)用器等。12．答案要點(diǎn)：無線激光通信技術(shù)按傳輸媒介可以分為大氣激光通信技術(shù)、衛(wèi)星間激光通信技術(shù)、藍(lán)綠激光水下通信技術(shù)。影響大氣激光通信傳輸質(zhì)量的因素包括建筑物擺動(dòng)、大氣效應(yīng)以及傳輸距離等。13．答案提示：通常把LiFi等同于VLC，嚴(yán)格來講，LiFi是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，盡管目前還沒有統(tǒng)一的協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)，就如同無線電通信與WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系一樣。在可見光通信系統(tǒng)中，通常采用強(qiáng)度調(diào)制的方法，通過控制LED燈的強(qiáng)度變化來編碼信息，調(diào)制后的光信號(hào)由LED發(fā)出后被接收端的光敏傳感器捕獲，并重新轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。14．參考答案：量子通信的理論基礎(chǔ)在于量子不可克隆原理，這個(gè)原理從根本上保證了量子通信信道是無法被竊聽的：通信雙方通過公開的交換一些信息，就可以確認(rèn)是否有人竊聽。量子通信的絕對(duì)安全性體現(xiàn)在兩個(gè)方面。其一，量子加密的密鑰是隨機(jī)的，即便被竊取者截獲，也無法得到真正的密鑰；其二，通信雙方手中具有糾纏態(tài)的2個(gè)粒子，其中一個(gè)粒子的量子態(tài)發(fā)生變化，另外一方的量子態(tài)就會(huì)隨之立刻變化，并且，由量子理論可知，宏觀的任何觀察和干擾，都會(huì)使得量子態(tài)發(fā)生改變，因此竊聽者所得到的信息也就會(huì)被破壞，并非原有信息。故而理論上來講量子通信是絕對(duì)安全的。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于設(shè)備的不理想、技術(shù)水平的限制、人為等因素，并不能保證其絕對(duì)安全性。15．參考答案：量子通信理論上沒有最大通信距離限制。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于在量子通信通道中存在種種不可避免的環(huán)境噪聲，“量子糾纏態(tài)”的品質(zhì)會(huì)隨著傳送距離的增加而逐漸降低，也就是說，兩個(gè)粒子之間的糾纏會(huì)因傳播距離的增大而不斷退化，這是導(dǎo)致量子通信手段目前只能停留在短距離應(yīng)用上的根本原因。16．答案提示：在“量子密鑰分發(fā)”時(shí)，即只是起到加密作用時(shí)，需要光纖信道等輔助信道來傳輸二進(jìn)制數(shù)字序列，來達(dá)到信息加密的目的；在“量子隱形傳態(tài)”過程中，需要對(duì)發(fā)送方的兩個(gè)粒子進(jìn)行聯(lián)合貝爾基測(cè)量，測(cè)量結(jié)果會(huì)有四種可能，只有一種情況是不需要輔助信道，接收方就可準(zhǔn)確接收到信息?？傮w來說，無論測(cè)到哪種結(jié)果，接收方都需要通過發(fā)送方由輔助信道傳來的經(jīng)典信息對(duì)自己手中的粒子進(jìn)行逆轉(zhuǎn)變換，獲取原量子態(tài)信息。17．答案要點(diǎn)：深空通信的基本任務(wù)是在地面站與航天器之間傳輸指令、跟蹤和遙測(cè)信息。深空通信不能使用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議傳輸文件，因?yàn)闀r(shí)延大，現(xiàn)有的文件傳輸協(xié)議在傳輸層所采用的出錯(cuò)超時(shí)重發(fā)機(jī)制效率太低。18．答案提示：綠色通信就是以人為本建設(shè)環(huán)保型的通信環(huán)境。通信行業(yè)的能耗主要集中在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)傳輸和基站三個(gè)方面，節(jié)能減排方法如數(shù)據(jù)中心采用虛擬化技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用SDN技術(shù)，基站采用高效功放、多載波、分布式、智能溫控技術(shù)等。綠色通信技術(shù)必須與綠色I(xiàn)T技術(shù)相結(jié)合，共同打造綠色I(xiàn)CT生態(tài)環(huán)境。第6章傳感器習(xí)題答案1．參考答案：傳感器是指能夠感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)的器件和裝置。傳感器對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)相當(dāng)于人體五官的存在，被譽(yù)為物聯(lián)網(wǎng)的“電五官”，作為物聯(lián)網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)以及數(shù)據(jù)采集入口，它能夠持續(xù)不斷的收集外部環(huán)境變量，并將其傳輸給數(shù)據(jù)計(jì)算處理模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的感知和控制。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。敏感元件：是指能夠直接感受被測(cè)量，并直接對(duì)被測(cè)量產(chǎn)生響應(yīng)輸出的部分。轉(zhuǎn)換元件：是指將敏感元件的輸出信息再轉(zhuǎn)換成適合于傳輸或后續(xù)電路處理使用的電信號(hào)的部分。轉(zhuǎn)換電路：是指將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量的部分。2．參考答案：自源型、輔助能源型和外源型。3．參考答案：傳感器的靜態(tài)特性有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。4．參考答案：阻抗型傳感器是利用電子元件的電阻、電容或電感作為感知環(huán)境變化的被測(cè)量，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)效果的一類傳感器。按照敏感元件的不同可分為電阻式傳感器、電容式傳感器和電感式傳感器。5．參考答案：電阻式傳感器主要分為電位器式傳感器和電阻應(yīng)變式傳感器。6．參考答案：應(yīng)變電阻效應(yīng)指的是導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力（壓力或拉力）作用時(shí)產(chǎn)生機(jī)械形變，從而導(dǎo)致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。由金屬或半導(dǎo)體制成的應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換元件稱為電阻應(yīng)變片，簡(jiǎn)稱應(yīng)變片，它是電阻應(yīng)變式傳感器中的傳感元件。7．參考答案：壓電效應(yīng)指的是某些電介質(zhì)當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘油饬Χ蛊渥冃螘r(shí)，介質(zhì)內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)面上產(chǎn)生相反符號(hào)的電荷，當(dāng)去掉外力后又重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之相應(yīng)的改變的現(xiàn)象。常見的壓電材料可以分為三種類型：一是壓電晶體（單晶），二是壓電陶瓷（多晶半導(dǎo)瓷），三是新型壓電材料。8．答案提示：熱電效應(yīng)就是兩種導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B的兩端分別焊接或絞接在一起，形成一個(gè)閉合的回路，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處于不同的溫度，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（也稱為熱電勢(shì)），因而在回路中形成電流，通過電流表A可以測(cè)得的現(xiàn)象。9．參考答案：光電效應(yīng)指的是物質(zhì)由于吸收光子而產(chǎn)生電的現(xiàn)象，在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會(huì)被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電。常見的光電傳感器的類型主要包含有透射式、反射式、輻射式、遮擋式以及開關(guān)式等類型。10．參考答案：霍爾效應(yīng)指的是，將半導(dǎo)體薄片放置在磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。基于霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的傳感器的應(yīng)用很多，比較常見的主要有霍爾電流傳感器、霍爾位移傳感器和霍爾位置傳感器等。11．答案要點(diǎn)：磁光效應(yīng)是指具有固有磁矩的物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下電磁特性發(fā)生變化，從而使光波在其內(nèi)部的傳輸特性也發(fā)生變化的現(xiàn)象。磁光傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量范圍廣和體積小的優(yōu)點(diǎn)，適用于大型電路電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)。12．參考答案：磁電傳感器又稱為磁電感應(yīng)式傳感器，它是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量，如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。磁電傳感器可主要被設(shè)計(jì)成兩種結(jié)構(gòu)模式：變磁通式和恒磁通式傳感器。13．答案要點(diǎn)：濕度有絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種表示法，絕對(duì)濕度是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，每單位體積混合氣體中水蒸氣的質(zhì)量；相對(duì)濕度是指氣體中水汽壓與飽和水汽壓之比，即相同溫度下氣體的絕對(duì)濕度與可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度之比。半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻分為負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷和正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷兩種，其中正特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的電阻率隨濕度的增加而上升，負(fù)特性濕敏半導(dǎo)體陶瓷的電阻率隨濕度的增加而下降。14．參考答案：氣體傳感器的主要特點(diǎn)有響應(yīng)速度比較慢、具有交叉靈敏性等，并且在其應(yīng)用環(huán)境中，只有當(dāng)被測(cè)氣體濃度達(dá)到一定的條件下，傳感器的輸出才能達(dá)到比較好的平穩(wěn)狀態(tài)。15．參考答案：多功能傳感器是指能夠感受兩個(gè)或兩個(gè)以上被測(cè)物理量，并將其轉(zhuǎn)換成可以用來輸出的電信號(hào)的傳感器。傳統(tǒng)傳感器只能檢測(cè)某一種特定的物理量，多功能傳感器可檢測(cè)兩種以上的物理量，并且能夠?qū)⒍喾N檢測(cè)量信號(hào)區(qū)分出來。16．參考答案：MEMS是以微電子、微機(jī)械及材料科學(xué)為基礎(chǔ)，研究、設(shè)計(jì)、制造具有特定功能的微型裝置，包括微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等，也被稱作微機(jī)械、微構(gòu)造或微電子機(jī)械系統(tǒng)。MEMS的主要特點(diǎn)有微型化、批量生產(chǎn)、集成化、方便擴(kuò)展和多學(xué)科交叉五個(gè)方面。17．答案要點(diǎn)：MEMS傳感器是MEMS技術(shù)應(yīng)用于多功能傳感器的結(jié)果，是將多功能傳感器刻制在硅片上實(shí)現(xiàn)的體積微小、高度集成的傳感器，同時(shí)增加了微執(zhí)行器和微系統(tǒng)電路部分。18．參考答案：智能傳感器是一種把傳統(tǒng)傳感器與微處理器集成在單一芯片上的傳感器。實(shí)際上，一個(gè)真正的智能傳感器必須具備學(xué)習(xí)、推理、感知、通信和管理功能。智能傳感器的主要特點(diǎn)如下。1）具有模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的A/D模塊，能在程序控制下設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換的精度。2）具有數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、邏輯判斷功能，并具有自己的指令系統(tǒng)。3）具有自我診斷功能。4）具有自己的數(shù)據(jù)總線和雙向數(shù)據(jù)通信功能。5）具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能。6）有些智能傳感器還帶有自動(dòng)補(bǔ)償功能。7）有些智能傳感器還帶有自校準(zhǔn)功能。8）一些新型的智能傳感器還帶有安全識(shí)別功能和超限報(bào)警功能。MEMS傳感器是指采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來的、特征尺寸至微米/納米級(jí)、具有將感受量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件和系統(tǒng)。智能傳感器同MEMS傳感器相比具有微處理器的數(shù)據(jù)計(jì)算處理、存儲(chǔ)功能，以及各種總線所提供的多種協(xié)議支持的通信功能等。MEMS傳感器往往做成單一物理量的感測(cè)器件，而智能傳感器不僅具有多種外界物理量同時(shí)感測(cè)的功能，而且，在結(jié)構(gòu)中增加了智能微處理器模塊以及存儲(chǔ)器和各種總線模塊等部分，相當(dāng)于為MEMS傳感器增加了用于數(shù)據(jù)處理大腦，此外智能傳感器還具有支持用戶編程的能力。智能傳感器吸收了MEMS技術(shù)，但不一定是MEMS，智能傳感器得益于MEMS技術(shù)的應(yīng)用，吸收了MEMS技術(shù)的高度集成化（IC，集成電路）制作模式以及體積微小、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)上還繼承了MEMS結(jié)構(gòu)中的微傳感器、微執(zhí)行器和信號(hào)處理電路等部分，同時(shí)智能傳感器還滿足了多種外界物理量同時(shí)感測(cè)的需求，在性能上更加穩(wěn)定、可靠，具有很高的綜合精度和響應(yīng)速度。更重要的是，智能傳感器增加了智能微處理模塊，以及存儲(chǔ)器和各種總線模塊等部分，使得智能傳感器除具有一般的MEMS功能之外還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和處理，以及支持用戶編程控制，實(shí)現(xiàn)同單片機(jī)、DSP等信息處理平臺(tái)協(xié)同工作等功能。嵌入式系統(tǒng)是一種實(shí)施控制、監(jiān)視以及對(duì)機(jī)器或者工廠運(yùn)作進(jìn)行輔助的設(shè)備。它通常執(zhí)行特定的功能，以微處理器與周邊構(gòu)成核心，具有嚴(yán)格的時(shí)序和穩(wěn)定度的要求，可以自行運(yùn)行并循環(huán)操作。智能傳感器是由一般的傳感器敏感元件、信號(hào)處理模塊、微處理器模塊、輸出接口電路等部分組成，智能傳感器屬于嵌入式系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)子集。19．答案提示：納米技術(shù)是指在單個(gè)原子或者分子上進(jìn)行操作的科學(xué)技術(shù)，研究尺寸范圍通常在1~100nm之間。GMR生物傳感器和SPR（表面等離子共振）傳感器都是納米傳感器。GMR生物傳感器可應(yīng)用于免疫學(xué)檢測(cè)、細(xì)胞分離、蛋白質(zhì)純化等方面。SPR傳感器是一種新型的光學(xué)傳感器，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、環(huán)境保護(hù)、食品工業(yè)等領(lǐng)域中。第7章傳感器網(wǎng)絡(luò)習(xí)題答案1．參考答案：物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)是分不開的，這包含兩個(gè)層面的含義：首先，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展；其次，物聯(lián)網(wǎng)是比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)連接延伸到了任意的物品和物品之間，這些物品可以通過信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進(jìn)行更為復(fù)雜的信息交換和通信。從技術(shù)上看，物聯(lián)網(wǎng)是各類傳感器和現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)相互銜接的一種新技術(shù)，它現(xiàn)在不僅僅只與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)有關(guān)，同時(shí)還涉及了現(xiàn)代控制領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成融合了網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)、傳感器、控制技術(shù)等各個(gè)方面的知識(shí)和應(yīng)用。在一定程度上，可以認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)最大特點(diǎn)就是引入了各種各樣的傳感器，在已有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)成了一個(gè)龐大的傳感網(wǎng)。2．答案提示：現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。目前國際上流行且較有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線有FF、LonWorks、Profibus、HART和CAN等。3．答案提示：CAN總線的分層可以分為兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層（包括邏輯鏈路控制子層LLC和媒介訪問控制子層MAC）。CAN總線是一種共享傳輸媒介，因此需要MAC方法，對(duì)總線來說，就是總線仲裁方法。CAN總線采用CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè)）的總線仲裁方式訪問總線。當(dāng)總線上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送時(shí)，必須通過“無損的逐位仲裁”方法來使用最高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報(bào)文都具有唯一的一個(gè)11位或29位數(shù)字的ID。CAN總線狀態(tài)取決于二進(jìn)制數(shù)“0”而不是“1”，所以ID號(hào)越小，則該報(bào)文具有越高的優(yōu)先權(quán)。因此一個(gè)為全“0”標(biāo)識(shí)符的報(bào)文具有總線上的最高級(jí)優(yōu)先權(quán)。這樣，在消息沖突的位置，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送0而另外的節(jié)點(diǎn)發(fā)送1，那么發(fā)送0的節(jié)點(diǎn)將取得總線的控制權(quán)，并且能夠成功的發(fā)送出它的消息。實(shí)際上，CAN總線的CSMA/CD與以太網(wǎng)的CSMA/CD還是稍有區(qū)別的。以太網(wǎng)不采用優(yōu)先權(quán)方式，而是采用二進(jìn)制退避算法，即沖突后，隨機(jī)回退若干時(shí)隙再試，退避時(shí)隙數(shù)按二進(jìn)制指數(shù)增加。4．答案要點(diǎn)：采用主叫/應(yīng)答的方式通信，即只有處于中心地位的主站發(fā)出詢問后，從站才能向主站傳輸數(shù)據(jù)，這種方式也稱為輪詢。5．參考答案：無線寬帶網(wǎng)絡(luò)包括GPRS、CDMA-1x、3G、4G、WLAN（Wi-Fi）等分別從傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)衍生發(fā)展出來的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這些網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、部署、配置、管理、維護(hù)和運(yùn)營一般需要管理員干預(yù)來完成。WSN是一種Adhoc網(wǎng)絡(luò)，即自組織網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)快捷靈活，基本不需要人的干預(yù)，大部分工作是以自組織的方式完成的。也有研究者認(rèn)為WSN有不同于Adhoc網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求和特征，這種不同不僅表現(xiàn)在應(yīng)用相關(guān)的表面層次上，而且涉及內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)。這方面最具代表性的論據(jù)是關(guān)于“以數(shù)據(jù)為中心”的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議研究必要性的闡述。以數(shù)據(jù)屬性作為節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)提出了“定向擴(kuò)散”路由協(xié)議，雖然協(xié)議本身沒有在WSN中得以廣泛應(yīng)用，但其學(xué)術(shù)價(jià)值和影響卻是深遠(yuǎn)的。無線寬帶網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要技術(shù)指標(biāo)是帶寬，盡管能耗也相當(dāng)重要，但只能是次要目標(biāo)。在WSN和Adhoc中，因?yàn)樾枰W(wǎng)絡(luò)長時(shí)間工作在特殊環(huán)境下，替換電池不可能，可再生能源技術(shù)又不成熟，因此通過優(yōu)化系統(tǒng)能耗來延長網(wǎng)絡(luò)生命周期是唯一可行的技術(shù)途徑。另外，大多數(shù)自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用偏重于文件或數(shù)據(jù)的交換，沒有廣泛涉及音頻視頻等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，因此，對(duì)于高帶寬的需求不如無線帶寬網(wǎng)絡(luò)那么強(qiáng)烈。所以，追求低功耗的自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，而非單純地提高網(wǎng)絡(luò)帶寬是WSN和Adhoc研究的共同點(diǎn)。事實(shí)上，早期的WSN研究也確實(shí)借用了Adhoc網(wǎng)絡(luò)中較成熟的自組織路由協(xié)議，但隨著研究的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到：WSN與Adhoc雖同屬自組織網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作模式卻各不相同。一般而言，Adhoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有強(qiáng)烈的移動(dòng)性，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自然是動(dòng)態(tài)變化，這無疑給路由技術(shù)帶來了很大的障礙。在這點(diǎn)上，Adhoc網(wǎng)絡(luò)與某些無線寬帶網(wǎng)絡(luò)（如GSM和CDMA等）有相似性。而WSN中的節(jié)點(diǎn)在部署完成后大部分不會(huì)再移動(dòng)，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是靜態(tài)的，雖然部分節(jié)點(diǎn)會(huì)因調(diào)度機(jī)制、失效等原因改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但依然可以認(rèn)為WSN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是準(zhǔn)靜態(tài)的，因?yàn)樯鲜鲈驅(qū)е碌淖兓哂忻黠@的周期性和間歇性。所以，WSN和Adhoc網(wǎng)絡(luò)中路由技術(shù)的難易程度不言而喻。WSN的一般工作模式是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯聚到Sink節(jié)點(diǎn)，即多對(duì)一通信，節(jié)點(diǎn)之間幾乎不會(huì)發(fā)生消息交換。對(duì)于Adhoc網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都有通信的可能。因此，相應(yīng)的路由技術(shù)自然要比WSN復(fù)雜。所以，在WSN中使用Adhoc路由技術(shù)并非最佳選擇，WSN需要尋找適合其自身工作模式的低開銷低功耗路由協(xié)議。從本質(zhì)上講，Adhoc網(wǎng)絡(luò)和某些無線寬帶網(wǎng)絡(luò)（如Wi-Fi和WiMax）繼承了Internet體系結(jié)構(gòu)的核心思想，網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)不實(shí)現(xiàn)任何與分組內(nèi)容相關(guān)的功能，只是簡(jiǎn)單地采用存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)的模式為用戶傳送分組。對(duì)于WSN而言，在多數(shù)應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)僅僅實(shí)現(xiàn)分組傳輸功能是不夠的，有時(shí)特別需要“網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理”的支持，比如：多個(gè)節(jié)點(diǎn)可能同時(shí)觀測(cè)到了同一事件的發(fā)生，它們分別產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組并向Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送。Sink節(jié)點(diǎn)只需收到它們中的一個(gè)分組即可，其余分組的傳輸完全是多余的。如果能在中間節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行一定的聚合、過濾或壓縮，會(huì)有效減小頻繁傳送分組造成的能量開銷。WSN的這種工作模式與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的組播正好相反。組播是將源產(chǎn)生的分組在中間節(jié)點(diǎn)上簡(jiǎn)單復(fù)制多份后轉(zhuǎn)發(fā)到多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)上，而WSN的分組過濾技術(shù)需要將多個(gè)源產(chǎn)生的表示同一事件的多個(gè)數(shù)據(jù)分組聚合為單個(gè)分組傳送給Sink節(jié)點(diǎn)。因?yàn)檫^濾是要基于分組內(nèi)容進(jìn)行的，也就意味著中間節(jié)點(diǎn)需要實(shí)現(xiàn)一定的與內(nèi)容相關(guān)的功能。6．答案提示：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧可分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。物理層負(fù)責(zé)信號(hào)的調(diào)制和數(shù)據(jù)的收發(fā)。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀、幀監(jiān)測(cè)、媒介訪問和差錯(cuò)控制。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)。傳輸層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，主要通過匯聚節(jié)點(diǎn)采集傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)，并使用衛(wèi)星、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、Internet或者其他的鏈路與外部網(wǎng)絡(luò)通信，是保證通信服務(wù)質(zhì)量的重要部分。應(yīng)用層則是包括一系列基于監(jiān)測(cè)任務(wù)的應(yīng)用層軟件。7．答案提示：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層上的協(xié)議。物理層的研究主要涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的物理媒介、頻段選擇以及調(diào)制方式。數(shù)據(jù)鏈路層用于建立可靠的點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的通信鏈路，主要涉及媒介訪問控制（MAC）協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議負(fù)責(zé)使各個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)收集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)技術(shù)研究的同時(shí)，經(jīng)常將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議結(jié)合起來考慮進(jìn)行研究。傳輸層中的傳輸控制研究主要集中于錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制，如何在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信道質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化的條件下，為上層應(yīng)用提供節(jié)能、可靠、實(shí)時(shí)性高的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)是研究的重點(diǎn)。應(yīng)用層與具體應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境密切相關(guān)，必須針對(duì)具體應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。而應(yīng)用層的主要任務(wù)是獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行初步處理。8．答案提示：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)用需求需要考慮一下網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)：能量有效性、可擴(kuò)展性、沖突避免、信道利用率、延遲、吞吐量、公平性。根據(jù)MAC協(xié)議分配信道的方式可以將MAC協(xié)議分為競(jìng)爭(zhēng)型、調(diào)度型以及混合型?；诟?jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議的基本思想是：當(dāng)無線節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過競(jìng)爭(zhēng)方式使用無線信道，若發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突，就需要按照某種策略重發(fā)數(shù)據(jù)，直到發(fā)送成功或放棄發(fā)送為止。調(diào)度型協(xié)議的基本思想是：采用某種調(diào)度算法將時(shí)槽/頻率/正交碼映射為節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致一個(gè)調(diào)度決定一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能使用其特定的時(shí)槽/頻率/正交碼無沖突訪問信道。競(jìng)爭(zhēng)型MAC協(xié)議能很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的變化，能靈活地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，無需精確的時(shí)鐘同步機(jī)制，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是能量效率較低。而調(diào)度型MAC協(xié)議將信道資源按時(shí)隙、頻段或碼段分為多個(gè)子信道，信道之間無沖突無干擾，所以數(shù)據(jù)傳輸過程中不存在沖突重傳，能量效率相對(duì)較高，但是需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)形成簇，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的適應(yīng)能力不強(qiáng)。混合型協(xié)議包含了以上兩類協(xié)議的設(shè)計(jì)要素，取長避短。當(dāng)時(shí)空域或某種網(wǎng)絡(luò)條件改變時(shí)，混合型協(xié)議仍表現(xiàn)以某類協(xié)議為主，其他協(xié)議為輔的特性。9．答案提示：傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議涉及的首要目標(biāo)是高效節(jié)能，延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。路由協(xié)議的任務(wù)是在傳感器節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)之間建立路由，從而為用戶可靠地傳遞數(shù)據(jù)。無線傳感器路由協(xié)議可以分為四類：1）以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，對(duì)感知到的數(shù)據(jù)按照屬性命名，對(duì)相同屬性的數(shù)據(jù)在傳輸過程中進(jìn)行融合操作，減少網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)的傳輸；2）基于集群結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議，重點(diǎn)考慮路由算法的可擴(kuò)展性，將傳感器節(jié)點(diǎn)按照特定規(guī)則劃分為多個(gè)集群，通過該集群的頭節(jié)點(diǎn)匯集集群內(nèi)感知數(shù)據(jù)或者轉(zhuǎn)發(fā)其他集群頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；3）基于地理信息的路由協(xié)議，傳感器節(jié)點(diǎn)能夠知道自身地理位置或者通過基于部分標(biāo)定的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息計(jì)算自身地理位置。4）基于QoS的路由協(xié)議，是線路有發(fā)現(xiàn)和維護(hù)的同時(shí)，力求滿足網(wǎng)絡(luò)的QoS需求，一些協(xié)議在建立路由路徑的同時(shí)，還考慮節(jié)點(diǎn)的剩余電量、每個(gè)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)、估計(jì)端到端的時(shí)延，從而為數(shù)據(jù)包選擇一條最合適的發(fā)送路線。10．答案提示：除了書中的ZigBee協(xié)議棧圖外，ZigBee協(xié)議框架圖也可參考附圖7-1。附圖7-1ZigBee協(xié)議框架圖物理層采用直接序列擴(kuò)頻（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）技術(shù)，定義了三種能量等級(jí)。數(shù)據(jù)鏈路層分為媒介訪問控制子層（MAC）以及邏輯鏈路控制子層（LLC）。其中，MAC子層通過SSCS（Service-SpecificConvergenceSublayer）協(xié)議可以支持LLC標(biāo)準(zhǔn)，建立、維護(hù)和拆除設(shè)備間的無線鏈路，確認(rèn)模式的幀傳送與接收，信道接入控制、幀校驗(yàn)、預(yù)留時(shí)隙管理以及廣播信息管理；而LLC子層的功能則是保障傳輸可靠性、數(shù)據(jù)包的分段與重組、數(shù)據(jù)包的順序傳輸。網(wǎng)絡(luò)層的功能有拓?fù)涔芾?、MAC管理、路由管理和安全管理。應(yīng)用匯聚層是把不同的應(yīng)用映射到ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層上，包括安全與鑒權(quán)、多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)與業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)，是協(xié)議棧的最上層。11．答案提示：IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)制定了物理層和MAC子層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，而ZigBee規(guī)范建立在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer，NWK）和應(yīng)用層框架，其中包括應(yīng)用支持子層（ApplicationSupportSub-layer，APS）、ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZigBeeDeviceObject，ZDO）以及設(shè)備商自定義的應(yīng)用組件。12．答案提示：Z-WAVE的特點(diǎn)有低成本、低功耗、高可靠性、全網(wǎng)覆蓋、管理便捷、用途廣泛等。Z-WAVE是雙向傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)，運(yùn)用此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在遙控器上顯示操作信息與狀態(tài)信息，而傳統(tǒng)的單向紅外線遙控器就難以實(shí)現(xiàn)此種設(shè)計(jì)。同時(shí)Z-WAVE網(wǎng)絡(luò)是一種以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)為主的通信網(wǎng)絡(luò)，它不會(huì)由于一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障而影響到其他節(jié)點(diǎn)的工作。另外該技術(shù)不像其他的射頻技術(shù)一樣，使用公共頻帶進(jìn)行傳輸，而是采用雙向應(yīng)答式的傳輸機(jī)制、壓縮數(shù)據(jù)包格式、隨機(jī)式的逆演算法減少失真和干擾。13．參考答案：與該領(lǐng)域的其他技術(shù)相比，EnOcean技術(shù)的特點(diǎn)是無需電池。比方說，50～60層的高層大廈的管理系統(tǒng)有時(shí)會(huì)使用4000-6000個(gè)傳感器單元。如果各傳感器單元使用以電池為驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，電池的更換和管理將成為巨大的負(fù)擔(dān)，令大廈管理公司無所適從。Zigbee等技術(shù)的弱點(diǎn)是以電池驅(qū)動(dòng)裝置，而EnOcean技術(shù)能夠保證在照明關(guān)閉5天的情況下仍然可以工作。EnOcean技術(shù)是作為非常簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，無線信號(hào)所需的電力是ZigBee的1/30～1/100。14．答案提示：在保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度和連通性的前提下，設(shè)置或調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，并按照一定的原則選擇合適的節(jié)點(diǎn)作為骨干節(jié)點(diǎn)參與網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的處理和傳輸，達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的目的是拓?fù)淇刂蒲芯康闹饕獑栴}。15．答案提示：功率控制機(jī)制調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，保證網(wǎng)絡(luò)連通，均衡節(jié)點(diǎn)的直接鄰居數(shù)目的同時(shí)，降低節(jié)點(diǎn)之間的通信干擾。層次拓?fù)淇刂剖抢梅执厮枷耄罁?jù)一定的原則使網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點(diǎn)處于激活狀態(tài)，稱為簇頭節(jié)點(diǎn)，由這些簇頭節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)來處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)；其他節(jié)點(diǎn)均處于非激活狀態(tài)，關(guān)閉其通信模塊以降低能量消耗，并且定期或不定期地重新選擇簇頭節(jié)點(diǎn)以均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的的能量消耗。16．答案提示：時(shí)間同步消息從發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接收節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)鍵路徑上的傳輸延遲可以分為四個(gè)部分：發(fā)送時(shí)間，發(fā)送節(jié)點(diǎn)用來構(gòu)造時(shí)間同步信息所用的時(shí)間；訪問時(shí)間，發(fā)送節(jié)點(diǎn)等待占用傳輸信道的時(shí)間；傳播時(shí)間，時(shí)間同步消息在離開發(fā)送節(jié)點(diǎn)那一刻起，從發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)浇邮展?jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間；接收時(shí)間，接收節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口從新到接收消息和通知主機(jī)消息到達(dá)事件所需要的時(shí)間。其中，訪問時(shí)間和傳播時(shí)間變化相對(duì)較大，對(duì)時(shí)間同步的影響也最大。17．答案提示：數(shù)據(jù)融合是指將多份數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行處理，組合出更有效、更符合用戶需求的數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)融合的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：節(jié)省能量，數(shù)據(jù)融合對(duì)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)處理，即中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)傳感器數(shù)據(jù)前，先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，去掉冗余信息，在滿足應(yīng)用需求的前提下將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量最小化；獲得更準(zhǔn)確的信息，通過對(duì)監(jiān)測(cè)同一對(duì)象的多個(gè)傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，來有效地提高所獲得信息的精度和可信度；提高數(shù)據(jù)收集效率，數(shù)據(jù)融合減少了需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，可以減輕網(wǎng)絡(luò)的傳輸擁塞，降低數(shù)據(jù)的傳輸延遲；即使有效數(shù)據(jù)量并未減少，但通過對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行合并減少了數(shù)據(jù)分組個(gè)數(shù)，可以減少傳輸中的沖突碰撞現(xiàn)象，也能提高無線信道的利用率。18．答案提示：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)是運(yùn)行在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上的基礎(chǔ)核心軟件，它能夠有效地管理硬件資源和任務(wù)的執(zhí)行，并且使應(yīng)用程序的開發(fā)更為方便，它必須對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境中發(fā)生的事件快速實(shí)時(shí)地進(jìn)行響應(yīng)，并迅速執(zhí)行相關(guān)的處理任務(wù)；必須有效地管理能量資源、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、通信資源，并且高效地管理多個(gè)并發(fā)任務(wù)的執(zhí)行，從而使應(yīng)用程序能夠快速地切換并執(zhí)行頻繁發(fā)生的多個(gè)并發(fā)任務(wù)；必須能夠使多個(gè)節(jié)點(diǎn)高效地協(xié)作完成監(jiān)測(cè)任務(wù)；應(yīng)該提供方便編程方法；必須通過可靠傳輸技術(shù)對(duì)大量的節(jié)點(diǎn)發(fā)布代碼，而且能夠?qū)Υ罅康墓?jié)點(diǎn)進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)重新編程。第8章互聯(lián)網(wǎng)習(xí)題答案1.參考答案：目前所采用的是TCP/IP協(xié)議模型，可分為四層，分別為網(wǎng)絡(luò)接入層、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層、傳輸層和應(yīng)用層。各層協(xié)議遵循因特網(wǎng)工程工作組（IETF）制定的標(biāo)準(zhǔn)。2.參考答案：IPv6協(xié)議并不是作為IPv4協(xié)議的簡(jiǎn)單演進(jìn)，IPv6的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在具有新的協(xié)議報(bào)頭格式、改進(jìn)的擴(kuò)展報(bào)頭、巨大的地址空間、全新的地址管理方案、有效分級(jí)的尋址和路由結(jié)構(gòu)、內(nèi)置的安全特性、對(duì)移動(dòng)性的支持以及對(duì)Qos的改進(jìn)。IPv6協(xié)議報(bào)頭在IPv4的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化，最大程度地減少開銷，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬，將非根本或選擇性的字段移動(dòng)到了IPv6的擴(kuò)展報(bào)頭，使得基本報(bào)頭為40個(gè)字節(jié)，在中間路由器處理時(shí)速度更快，效率更高。同時(shí)報(bào)頭中的流標(biāo)號(hào)字段區(qū)分不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，使路由器通過流標(biāo)號(hào)可以對(duì)屬于一個(gè)流的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和提供特殊處理，因而對(duì)Qos提供更好的支持。3.參考答案：ICMPv6報(bào)文的控制類型主要?jiǎng)澐譃閮煞N：差錯(cuò)報(bào)文與信息報(bào)文。差錯(cuò)報(bào)文主要用于報(bào)告IPv6分組在傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，常用的類型有：目的不可達(dá)、分組過大、超時(shí)與參數(shù)問題。信息報(bào)文主要用于提供網(wǎng)絡(luò)診斷功能與附加的主機(jī)功能，主要類型有組播監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)和鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)兩種。4.參考答案：三次握手中通信雙方主要完成兩個(gè)工作。一是使每一方都確認(rèn)對(duì)方的存在，通知對(duì)方準(zhǔn)備就緒。二是要確認(rèn)雙方的初始傳輸序號(hào)，以進(jìn)行同步，同步序號(hào)需要在握手過程中被發(fā)送與確認(rèn)。5.參考要點(diǎn)：DNS用于域名解析，從網(wǎng)址得到IP地址。ONS用于EPC系統(tǒng)的對(duì)象名解析，從電子標(biāo)簽的EPC編碼得到存放物品信息的網(wǎng)址。6.答案要點(diǎn)：不一樣?；ヂ?lián)網(wǎng)的傳輸層解決的是端到端的通信問題，應(yīng)用層為應(yīng)用程序提供支持。物聯(lián)網(wǎng)的傳輸層包括整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)層次，應(yīng)用層相當(dāng)于應(yīng)用程序，只不過更關(guān)注應(yīng)用系統(tǒng)。7.參考答案：不重傳。路由器發(fā)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)出錯(cuò)后，就直接丟棄，發(fā)送方的IP協(xié)議實(shí)體實(shí)際上根本就不知道IP數(shù)據(jù)報(bào)已經(jīng)出錯(cuò)了，這也是IP協(xié)議不可靠、無連接、盡力而為服務(wù)的特征。差錯(cuò)問題是由TCP或應(yīng)用程序解決的。8.答案要點(diǎn)：FTP協(xié)議使用TCP傳輸文件，但由于TCP的效率遠(yuǎn)不如UDP，目前很多下載軟件用的是UDP，文件的可靠性由下載軟件自己來解決，一般采用MD5方法對(duì)文件的完整性進(jìn)行校驗(yàn)。鑒于目前很多應(yīng)用關(guān)乎多媒體，UDP大有取代TCP的趨勢(shì)。9.答案提示：發(fā)包速率是每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。傳輸速率是每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。在一條鏈路上，傳輸速率是固定的，而發(fā)包速率則是隨機(jī)過程。TCP根據(jù)重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)、收到重復(fù)確認(rèn)等判斷網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞。10.答案提示：都是基于802.15.4的兩種WSN組網(wǎng)技術(shù)。11.答案提示：移動(dòng)IP技術(shù)既可以用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，也可以用于固定互聯(lián)網(wǎng)。在移動(dòng)IP中，為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定義了兩種地址，分別為家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)在互聯(lián)網(wǎng)上移動(dòng)時(shí)，家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)均分配一個(gè)長期有效的IP地址，并在通信過程中保持不變。轉(zhuǎn)交地址是移動(dòng)主機(jī)接入到一個(gè)外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，被分配的一個(gè)臨時(shí)的IP地址，在主機(jī)移動(dòng)到不同網(wǎng)絡(luò)中時(shí)可以發(fā)生改變。12.答案提示：HTTP對(duì)應(yīng)于WAP的會(huì)話層和事務(wù)層。WAP協(xié)議?？煽醋魇且环N輕量級(jí)的TCP/IP協(xié)議棧，是為處理能力低下的手機(jī)而定制的。隨著手機(jī)性能和無線鏈路帶寬的提高，目前手機(jī)已經(jīng)可以運(yùn)行TCP/IP協(xié)議，而WAP2.0僅僅是在TCP/IP協(xié)議棧上加了一些移動(dòng)特性而已，完全可以被WJMS（無線Java信息服務(wù)）等所取代。13．答案提示：登錄網(wǎng)站后服務(wù)器會(huì)通過SetCookie設(shè)置用戶的Cookie數(shù)據(jù)，例如設(shè)置一個(gè)用戶標(biāo)識(shí)符，保存在用戶本地。后續(xù)用戶每次與網(wǎng)站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)都會(huì)發(fā)送Cookie信息，包括添加購物車等操作。網(wǎng)站服務(wù)器接收到添加的商品信息，可以將其根據(jù)附帶Cookie中的用戶標(biāo)識(shí)符儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中。用戶在查看購物車時(shí)，服務(wù)器將會(huì)查詢用戶標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的購物車商品信息返回給用戶。由于Cookie儲(chǔ)存在本地，可能會(huì)被黑客篡改利用，具有安全隱患；每次數(shù)據(jù)交互都附帶全部Cookie信息，造成了額外的網(wǎng)絡(luò)開銷；Cookie數(shù)量和長度都受限制，可擴(kuò)展性差。14．答案提示：線頭阻塞，一個(gè)TCP連接被阻塞后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸都無法進(jìn)行，HTTP/2引入了多路復(fù)用技術(shù)提升了性能；數(shù)據(jù)冗余，消息首部重復(fù)發(fā)送相同信息，HTTP/2引入了首部壓縮技術(shù)減少資源浪費(fèi)；難以進(jìn)行服務(wù)器推送，只能由客戶端首先發(fā)起請(qǐng)求服務(wù)器才能響應(yīng)，HTTP/2引入了服務(wù)器推技術(shù)；解析復(fù)雜，文本協(xié)議具有很好的可讀性，但是也降低了計(jì)算機(jī)的解析效率，HTTP/2采用二進(jìn)制方式交互數(shù)據(jù)更易于處理等。15．參考答案：內(nèi)容分享模式：實(shí)現(xiàn)連接難度低，協(xié)議輕量，硬件要求低，易于普及，但對(duì)于媒體文件格式支持困難，可拓展性差；屏幕分享模式：完全同步屏幕可以實(shí)現(xiàn)功能最強(qiáng)的實(shí)時(shí)交互性，但技術(shù)難度也大大提升，對(duì)硬件設(shè)備要求高；遠(yuǎn)程控制模式：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但功能受限，不能很好地實(shí)現(xiàn)多媒體互動(dòng)的各項(xiàng)需求。16．參考答案：Web2.0的核心是用戶參與。互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容不再是少數(shù)人制定，而是每個(gè)用戶都可以成為內(nèi)容的生產(chǎn)者，顛覆了原有的互聯(lián)網(wǎng)模式。17．答案提示：網(wǎng)約車、移動(dòng)支付、在線教育、在線醫(yī)療、新媒體等。第9章物聯(lián)網(wǎng)的接入和承載習(xí)題答案1.參考答案：WSN網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信互聯(lián)。網(wǎng)關(guān)具體分為兩個(gè)模塊，即網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)通信模塊和網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)通信模塊。網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信主要是讀取匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)通信主要是指將WSN網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的過程。2.參考答案：CAN與以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換的原理是對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。如果發(fā)送TCP數(shù)據(jù)，微控制器取出真正的數(shù)據(jù)后，需要對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)分析，并按照CAN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送模式進(jìn)行發(fā)送。反過來微控制器將收到的CAN數(shù)據(jù)存入另一數(shù)據(jù)緩存區(qū)，去掉不必要的字段后按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行封裝發(fā)送。3.參考答案：UWB協(xié)議的分層模型從下到上分為物理層、MAC層、協(xié)議適配層和多媒體協(xié)議層。4.參考答案：藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無線通信技術(shù)。利用藍(lán)牙技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍(lán)牙協(xié)議棧中常用的協(xié)議有射頻RF、基帶層BB、鏈路管理層LM、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP、串口仿真協(xié)議RFCOMM和電話通信協(xié)議TCS。5.答案提示：Wi-Fi無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式有兩種，一種是無需任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的分布式的Adhoc網(wǎng)絡(luò)（自組網(wǎng)絡(luò)），另一種是中心制的接入點(diǎn)（AccessPoint，AP）網(wǎng)絡(luò)。6.參考答案：NFC與紅外、藍(lán)牙、ZigBee、Wi-Fi和UWB等幾種近距離無線通信技術(shù)的性能比較參見附表8-1。附表8-1ZigBee、藍(lán)牙、UWB、Wi-Fi和NFC的性能比較zigbeebluetoothUWBWi-FiNFC價(jià)格芯片組約4美元芯片組約5美元芯片組約20美元芯片組約25美元芯片組約2.4~4美元安全性中等高高低極高傳輸速度10Kbit/s~250Kbit/s1Mbit/s53.3~480Mbit/s54Mbit/s424Kbit/s通信距離10m~75m0~10m0~10m0~100m0~10cm頻段2.4GHz866MHz(歐洲)915MHz（美國）2.4GHz3.1GHz~10.6GHz2.4GHz13.56MHz7.參考答案：在有線接入技術(shù)中，以太網(wǎng)是典型的組網(wǎng)和接入二者兼具的技術(shù)，xDSL、HFC、FTTx是典型的接入技術(shù)，不用于端到端的組網(wǎng)，只用于接入網(wǎng)本身的組網(wǎng)。在無線接入技術(shù)中，通常組網(wǎng)和接入二者兼具，趨勢(shì)是逐漸向IP接入技術(shù)靠攏，原來的計(jì)算機(jī)組網(wǎng)技術(shù)也逐漸用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。IEEE制定的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802.11）和無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802.15.1藍(lán)牙、IEEE802.15.3a超寬帶UWB）更側(cè)重于組網(wǎng)。無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)WiMAX（IEEE802.16）、MBWA（IEEE802.20）更側(cè)重于接入。3G～5G移動(dòng)通信網(wǎng)由無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩部分組成，無線通信部分的作用一目了然，可以說，移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)是更多地作為IP接入技術(shù)，而非承載網(wǎng)絡(luò)。超低功耗場(chǎng)景中，蜂窩移動(dòng)通信、Wi-Fi等技術(shù)發(fā)射功率相對(duì)較高，并不適用，常用的是藍(lán)牙4.0規(guī)范中的BLE（藍(lán)牙低功耗）技術(shù)，采用了許多智能手段最大限度地降低運(yùn)行功耗，例如最大化待機(jī)時(shí)間、快速連接、低功耗發(fā)射/接收技術(shù)等。8.參考答案：移動(dòng)臺(tái)（MS）、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）和操作子系統(tǒng)（OSS）四部分。其中，NSS包含的功能實(shí)體有移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR），BSS包含的功能實(shí)體有基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）和基站控制器（BSC）。在GSM系統(tǒng)中，由若干個(gè)小區(qū)構(gòu)成一個(gè)區(qū)群，區(qū)群內(nèi)不能使用相同的頻道，同頻道距離保持相等，每個(gè)小區(qū)含有多個(gè)載頻，每個(gè)載頻上含有8個(gè)時(shí)隙，即每個(gè)載頻有8個(gè)物理信道，因此，GSM系統(tǒng)是時(shí)分多址的接入方式。GPRS是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)建的分組交換網(wǎng)絡(luò)，并且采用IP協(xié)議，可以直接與互聯(lián)網(wǎng)連接。9.參考答案：3G標(biāo)準(zhǔn)包括：WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMAX（IEEE802.16e）。中國提出的標(biāo)準(zhǔn)是TD-SCDMA。實(shí)際部署3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，中國移動(dòng)的3G網(wǎng)絡(luò)采用TD-SCDMA，中國聯(lián)通采用W-CDMA，中國電信采用CDMA2000。10.答案提示：應(yīng)具有更高的傳輸速率和容量、更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）、更高的安全性、更高的智能性、更高的傳輸質(zhì)量和更高的靈活性；應(yīng)能支持非對(duì)稱性業(yè)務(wù)，并支持多種業(yè)務(wù)；應(yīng)當(dāng)是全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)體現(xiàn)出移動(dòng)與無線接入網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)不斷融合的發(fā)展趨勢(shì)。11．答案提示：NGN包含了4G，只是目前工作組研究的重點(diǎn)不同。4G關(guān)注的是空中接口，NGN關(guān)注的是核心網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)提供。12．答案提示：?jiǎn)纹瑱C(jī)中常說的串口，一般指UART（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter，通用異步收發(fā)器）接口。除此之外還有SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）、IIC（Inter-IntegratedCircuit，集成電路總線）、并行通信等通信方式，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。第10章物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理習(xí)題答案1．答案提示：數(shù)據(jù)中心由支撐系統(tǒng)、計(jì)算設(shè)備和業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)這三個(gè)邏輯部分組成。支撐系統(tǒng)主要包括建筑、電力設(shè)備、環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備、照明設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，是保證上層計(jì)算設(shè)備正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。計(jì)算設(shè)備主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備等，計(jì)算設(shè)備支撐著上層的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)。業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)是為企業(yè)或公眾提供特定信息服務(wù)的軟件系統(tǒng)，信息服務(wù)的質(zhì)量依賴于底層支撐系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)設(shè)備的服務(wù)能力。2．答案提示：美國標(biāo)準(zhǔn)TIA-942《數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》主要是根據(jù)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的“可用性（Availability）”、“穩(wěn)定性（Stability）”和“安全性（Security）”將數(shù)據(jù)中心分為四個(gè)等級(jí)：TierⅠ、TierⅡ、TierⅢ和TierⅣ。3．答案提示：數(shù)據(jù)中心是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)，數(shù)據(jù)中心能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)等。例如很多智能樓宇都要有專門的企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心作為配套工程，同時(shí)數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)上的流通還要依托互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心來處理。4.答案提示：網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、層次數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫三類。5.答案提示：關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合、關(guān)系完整性約束三部分組成。6．答案提示：數(shù)據(jù)挖掘過程中的數(shù)據(jù)處理階段主要完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)變換。數(shù)據(jù)挖掘主要的挖掘算法有統(tǒng)計(jì)分析方法、決策樹法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法、粗糙集法和聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)具備如下特點(diǎn)：能處理異構(gòu)數(shù)據(jù)、能進(jìn)行分布式挖掘。7．參考答案：大數(shù)據(jù)主要特點(diǎn)為數(shù)據(jù)體量巨大；數(shù)據(jù)類型繁多；價(jià)值密度低，總體價(jià)值高；對(duì)數(shù)據(jù)的高速處理要求高。大數(shù)據(jù)“4V”特性為Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價(jià)值）。沃爾瑪超市在對(duì)消費(fèi)者購物行為分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，男性顧客在購買嬰兒尿片時(shí)，常常會(huì)順便搭配幾瓶啤酒，于是將啤酒和尿布擺在一起，大大提升了銷量。Google公司通過分析2009年5000萬條美國人最頻繁檢索的詞匯，將之和美國疾病中心在2003年到2008年間季節(jié)性流感傳播時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，成功預(yù)測(cè)了2009冬季流感的傳播。8．參考答案：物聯(lián)網(wǎng)催生了大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)豐富了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。數(shù)據(jù)量更大；數(shù)據(jù)速率更高；數(shù)據(jù)更加多樣化；物聯(lián)網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)真實(shí)性的要求更高。9．答案提示：在抓取網(wǎng)頁的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)蜘蛛一般有兩種策略：廣度優(yōu)先和深度優(yōu)先。廣度優(yōu)先是指網(wǎng)絡(luò)蜘蛛會(huì)先抓取起始網(wǎng)頁中鏈接的所有網(wǎng)頁，然后再選擇其中的一個(gè)鏈接網(wǎng)頁，繼續(xù)抓取在此網(wǎng)頁中鏈接的所有網(wǎng)頁。這是最常用的方式，因?yàn)檫@個(gè)方法可以讓網(wǎng)絡(luò)蜘蛛并行處理，提高其抓取速度。深度優(yōu)先是指網(wǎng)絡(luò)蜘蛛會(huì)從起始頁開始，一個(gè)鏈接一個(gè)鏈接地跟蹤下去，處理完這條線路之后再轉(zhuǎn)入下一個(gè)起始頁，繼續(xù)跟蹤鏈接。這個(gè)方法有個(gè)優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)蜘蛛在設(shè)計(jì)的時(shí)候比較容易。10．答案提示：覆蓋面太小；檢索功能不完善；檢索效果不理想等。11．答案提示：面向物聯(lián)網(wǎng)搜索的四個(gè)基本要素是：物理世界實(shí)體；與實(shí)體相連感知其狀態(tài)的傳感器；用戶提出的對(duì)實(shí)體狀態(tài)或指定狀態(tài)實(shí)體的查詢；接收查詢、處理并返回查詢狀態(tài)或與查詢相符實(shí)體的搜索引擎。實(shí)現(xiàn)過程：依附于各實(shí)體的傳感器對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、信息收集，當(dāng)用戶向搜索引擎發(fā)出查詢要求后，搜索引擎與傳感器交互，處理收集到的信息，并將結(jié)果返回用戶。12．答案提示：網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的類型根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)不同可分為磁帶存儲(chǔ)技術(shù)、磁盤存儲(chǔ)技術(shù)和光盤存儲(chǔ)技術(shù)，根據(jù)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)不同可分為以服務(wù)器為中心的直連附加存儲(chǔ)技術(shù)、以存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為中心的網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)技術(shù)、以網(wǎng)絡(luò)為中心的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、IP存儲(chǔ)技術(shù)、基于對(duì)象的存儲(chǔ)技術(shù)、存儲(chǔ)集群系統(tǒng)、網(wǎng)格存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)技術(shù)等，根據(jù)存儲(chǔ)接口技術(shù)不同可分為光纖通道FC（FiberChannel）技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、iSCSI和Infiniband技術(shù)等。13．答案提示