一. 知識點-基本概念 (五個概念題,共10分)
物聯網傳感網絡
答：無線傳感器網絡（wireless sensor network, WSN）是由部署在監測區域內大量的成本很低、微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一種多跳自組織的網絡系統。
現場總線
答：現場總線是用於現場電器、現場儀表及現場設備與控制室主機系統之間的一種開放的、全數字化、雙向、多站的通信系統。
藍牙
答：藍牙是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等衆多設備之間進行無線信息交換。
物聯網
答:物聯網是一種通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定協議，使物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的網絡。
什麼是ZigBee
答：ZigBee是IEEE 802.15.4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。
ZigBee技術是一種面向自動化和無線控制的低速率、低功耗、低價格的無線網絡方案。
智能空間
答:智能空間是“一個嵌入了計算、信息設備和多模態的傳感器的工作空間，其目的是使用戶能非常方便地在其中訪問信息和獲得計算機的服務來高效地進行單獨工作和與他人的協同工作”。
雲計算
答：雲計算（cloud computing）是基於互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。
美國國家標準與技術研究院（NIST）的定義：
雲計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問， 進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。
數據挖掘
答：
數據挖掘是從海量數據中提取隱含在其中的、事先未知的、但又是潛在有用的信息和知識的非平凡過程。
① 技術上的定義
數據挖掘就是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的實際應用數據中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程。
科學的定義：一種透過數理模式來分析企業內儲存的大量資料，以找出不同的客戶或市場劃分，分析出消費者喜好和行爲的方法。
② 商業角度的定義
數據挖掘是一種新的商業信息處理技術，其主要特點是對商業數據庫中的大量業務數據進行抽取、轉換、分析和其他模型化處理，從中提取輔助商業決策的關鍵性數據。
二. 基本知識點 (四個簡答題,共20分)
1、物聯網的本質體現
答:
1) 互聯網特徵，即對需要聯網的物一定要能夠實現互聯互通的互聯網絡；
2) 識別與通信特徵，即納入物聯網的“物”一定要具備自動識別、物物通信的功能；
3) 智能化特徵，即網絡系統應具有自動化、自我反饋與智能控制的特點。
物聯網4大支撐技術
答:
1) RFID技術
2) WSN/ZigBee技術
3) 傳感器技術
4) 智能服務技術
物聯網標準體系組成
答:
1) 應用服務層標準
a. 行業應用類標準
智能交通、智能電力、智能環境等相關係列標準
b. 公衆應用類標準
智能家居總體技術標準、智能家居聯網技術標準、智能家居設備控制協議技術標準等
c. 應用中間件平臺標準
物聯網信息開放控制平臺基本能力標準、物聯網信息開放控制平臺總體功能架構標準、信息服務發現平臺標準、信息處理和策略平臺標準等
2) 網絡傳輸層標準
a. 物物通信無線接入標準
面向物物通信增強系統設備和接口的技術和測試標準等
b. 電信網增強標準
面向物物通信針對移動核心網絡增強的技術標準等
c. 網絡資源虛擬化標準
網絡資源虛擬化調用技術標準、網絡資源虛擬化的管理技術標準、網絡虛擬化核心設備技術和測試標準等
d. 環境感知標準
認知無線電系統的技術標準，包括關鍵技術、未來應用、頻譜管理的標準等
e. 異構網融合標準
不同無線接入網層面融合標準、不同無線接入技術在覈心網層面融合標準等
3) 感知控制層標準
a. 短距離無線通信相關標準
基於NFC技術的接口和協議標準、低速物理層和MAC層增強技術標準，基於ZigBee的網絡層和應用層標準等
b. RFID相關標準
空中接口技術標準、數據結構技術標準、一致性測試標準等
c. 無線傳感網相關標準
傳感器到通信模塊接口技術標準，節點設備技術標準等
無線傳感器網絡體系結構
答：無線傳感器網絡（wireless sensor network, WSN）是由部署在監測區域內大量的成本很低、微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一種多跳自組織的網絡系統。
其目的是協作地感知、採集和處理網絡覆蓋範圍內感知對象的信息，併發送給觀察者或者用戶。
WSN通常包括傳感器節點、匯聚節點、網關節點和基站。
節點隨機或有規律地部署在監測區域內部或附近，通過無線多跳自組織方式構成網絡。
監測的數據通過無線信道進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多節點處理，經過多跳後路由到匯聚節點，由匯聚節點將數據傳送到網關節點，再由網關通過外部網絡傳輸給管理基站、遠程機器或用戶終端。
網絡管理者可以通過管理基站發送控制指令實現對傳感器網絡的配置和管理，或發佈監測任務並收集傳感器網絡監測到的數據。
ZigBee的技術特點
答：ZigBee技術具有低功耗，低成本，低速率，近距離，短時延，高容量，高安全，免執照頻段等特點。
(1) 數據傳輸速率低：數據率只有10kbps～250kbps，專注於低傳輸應用。
(2) 有效範圍小：有效覆蓋範圍10～75m之間，具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定。
(3) 工作頻段靈活：使用的頻段分別爲2.4GHz、868MHz（歐洲）及915MHz（美國），均爲無需申請的ISM頻段。
(4) 省電：由於工作週期很短，收發信息功耗較低，以及採用了休眠模式，ZigBee可確保兩節五號電池支持長達6個月至2年左右的使用時間，當然不同應用的功耗有所不同。
(5) 可靠：採用碰撞避免機制，避免了發送數據時的競爭和衝突。
(6) 成本低：由於數據傳輸速率低，並且協議簡單，降低了成本，另外使用ZigBee協議可免專利費。
(7) 時延短：設備搜索時延的典型值爲30ms，休眠激活時延的典型值是15ms，活動設備信道接入時延爲15ms。
(8) 網絡容量大：一個ZigBee網絡可容納多達254個從設備和一個主設備，一個區域內可同時佈置多達100個ZigBee網絡。
(9) 安全：ZigBee提供了數據完整性檢查和認證功能，加密算法採用AES-128，應用層安全屬性可根據需求來配置。
物聯網的主要特徵
答:
1) 全面感知
利用射頻識別、二維碼、傳感器等感知、捕獲、測量技術隨時隨地對物體進行信息採集和獲取
2) 可靠傳送
通過將物體接入信息網絡，依託各種通信網絡，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享
3) 智能處理
利用各種智能計算技術，對海量的感知數據和信息進行分析並處理，實現智能化的決策和控制
RFID系統的組成
答:RFID系統主要由應答器、閱讀器和高層組成。
1) 應答器:應答器是由天線、編/解碼器、電源、解調器、存儲器、控制器以及負載電路組成。
2) 閱讀器:典型的閱讀器包含有高頻模塊(發送器和接收器)、控制單元、振盪電路以及閱讀器天線幾部分。
3) 高層軟件:介於前端RFID讀寫器硬件模塊和後端數據庫。
藍牙技術的特點
答：
1) 能傳送語音和數據；
2) 全球範圍適用，使用頻段無需申請；
3) 低成本、低功耗和低輻射；
4) 安全性、抗干擾性和穩定性強；
5) 可以建立臨時性的對等連接，支持點對多的通信方式；
智能網絡空間技術的特點
答：
1) 智能空間是一個龐大的系統工程,涉及的領域甚廣,要解決的問題繁多,須綜合各種技術進行構建；
2) 是一個嵌入性和移動性都很高的計算環境；
3) 用普適網絡聯繫物理世界,是物理世界和信息空間的融合；
4) 可做出實時的、上下文敏感的決策；
5) 系統具有適應性,能提供便捷性的應用；
6) 與智能空間相結合的物理範圍，形成了所謂的“廣域智能空間”。
三. 重要知識點 (六個應用題,共30分)
1、物聯網8層架構結構
答:
1) 傳感器/執行器層（域）
2) 傳感網層（域）
3) 傳感網管層（域）
4) 廣域網絡層（域）
5) 應用網關層（域）
6) 服務平臺層（域）
7) 應用層（域）
8) 分析優化層（域）
物聯網智能空間技術分類
答：
1) 通信介質的選取研究（WIFI,WSN,PLC,232）；
2) 服務中心/網關/控制器的研究；
3) 子網適配器/控制器的研究；
4) 軟件中間件/MULTI-AGENT技術；
5) 智能算法與服務模型；
6) 數據挖掘技術；
7) 雲計算技術；
8) 實時數據庫技術。
物聯網終端基本原理
答：物聯網終端基本由外圍感知（傳感）接口，中央處理模塊和外部通訊接口三部分組成；
通過外圍感知接口與傳感設備連接，將這些傳感設備的數據進行讀取並通過中央處理模塊處理後，按照網絡協議，通過外部通訊接口，發送到以太網的指定中心處理平臺。
物聯網智能終端發展趨勢
答：
1）更深入的智能化
2）更透徹的感知
3）更全面的IP化
4）通過雲計算獲取服務
5）更高效的操作系統
6）新型網絡接入
7）終端技術的融合與互動
食品安全的特性
答：
1) 食品安全的相對性
2) 食品安全的動態性
3) 食品安全的社會性
4) 食品安全的法律性
5) 食品安全的經濟性
我國物聯網發展的推動力
答：
1) 第一大推動力：政府
2) 第二大推動力：企業
3) 第三大推動力：教育界與科技界
物聯網三層架構結構
答：
1) 應用服務層
應用領域：環境檢測、智能電力、智能交通、工業監控、智能家居。
服務支撐：SOA、海量存儲、分佈數據處理、數據挖掘、數據資源。
2) 網絡傳輸層
網絡支撐技術：M2M、異構網、移動通信網、互聯網、專用網絡、業務管理。
3) 感知控制層
短距離通信技術和協同信息處理：低速和中高速短距離傳輸技術、自組織組網技術、協同信息處理技術、傳感器網絡中間件技術。
數據採集：傳感器、二維條碼、RFID、多媒體信息。
（公共技術：標誌解析、安全技術、QoS管理、網絡管理。
RFID技術的優點
答:
1) 非接觸操作，長距離自動識別；
2) 無機械磨損，壽命長；
3) 可識別高速運動物體並可同時識別多個電子標籤；
4) 讀寫器具有不直接對最終用戶開發的物理接口，保障其自身的安全性；
5) 數據安全除電子標籤的密碼包戶外，數據部分可用一些算法實現安全管理；
6) 讀寫器與標籤之間存在相互認證的過程，實現安全通信和存儲。
電力線通信技術的特點
答：
1)高壓載波路由合理,通道建設投資相對較低；
2)傳輸頻帶受限,傳輸容量相對較小；
3)可靠性要求高；
4)線路噪聲大；
5)受外界的干擾小；
6)網絡應用要求更高。
物聯網終端的應用
答：智能終端已應用於各個領域。與傳統終端相比，智能終端最明顯的特徵是網絡的終端，能夠連接網絡。
1．消費電子智能終端
1）可穿戴設備
2）移動智能終端
3）智能電視
2．工業智能終端
1）智能表
2）智能手持設備
3）現場智能設備
四.重要知識點 (兩個設計題,共40分)
1、分析**系統功能，試設計基於物聯網的系統解決方案。
要求：
（1）闡述系統功能（至少5項以上）；
（2）闡述系統解決思路及實現方法
（3）設計系統架構，要求畫出結構框圖；
（4）系統涉及的關鍵技術及其用法。
此處舉例：智能家居系統
（1）系統功能：
① 家居安防和視頻監控
② 燈光及窗簾等設備智能控制
③ 家庭影院智能控制
④ 家用電器智能控制
⑤ 小區接警中心接警
⑥ 遠程控制
或者
1* 語音控制：控制內容包括語音開門、語音開燈、語音關燈、語音開風扇、語音關風扇；
2* GPRS遠程控制：通過短信發送命令可控制窗簾、燈光、風扇開關和空調溫度設定；
3* 數據庫功能：可保存出現異常情況時各個傳感器的狀態
4* 無線報警功能：當可燃氣體達到一定濃度時，會通過聲音報警，並通過GPRS網絡發送報警* 短信到用戶主機。同時將當前傳感器狀態保存到系統數據庫中進行備份。
5* 網絡服務器功能（含視頻服務器）：要求使用方可以利用任何能連接因特網的地方訪問智能家居系統，保持兩地數據同步並可以利用視頻監測和控制家中的情況。
（2）解決思路和實現方法：
思路：（1）通過有線或無線網絡構成的室內檢測與報警系統，如安裝於廚房的防止煤氣泄漏的甲烷傳感器、安裝於浴室的檢測燃氣熱水器的一氧化碳傳感器。此外，還可以包括用於控制空調、電風扇、換氣扇和空氣加溼器等設備的終端（控制）節點；
（2）用於監測室內人員和物品狀況的監控攝像頭系統；
（3）用於存儲數據、連接Internet網絡的主控服務器。爲方便用戶查詢歷史數據、視頻錄像，以及通過網絡遠程查看室內狀況，服務器應根據用戶需求可以配備大容量硬盤並連接互聯網；
（4）智能中央控制器。這個裝置可以安裝在客廳和臥室等處，通常用於控制燈光、窗簾、家電、安防系統以及房間的背景音樂等。
具體實現：本系統劃分爲五個子系統：門禁控制子系統、GPS定位子系統、移動物體監測子系統、流媒體遠程監控子系統和ZigBee無線傳感監控系統。
（1）中央服務器：硬件採用EC5-1719CLDNA嵌入式平臺；軟件方面，爲了更好的配合各個子系統工作，使系統框架更爲清晰，將服務器端軟件分爲五個模塊，分別對應各個子系統。
（2）門禁控制子系統：門禁控制子系統作爲本文的核心和亮點功能，創造性的引入了多元特徵身份識別方法。硬件上由攝像頭、麥克風（採集語音）、指紋採集器、電磁開關、可控旋轉電機構成。可以選擇被動、主動模式打開一個或多個生物特徵採集模塊，通過提供特徵數據，請求身份認證。若系統識別申請人爲合法用戶，通過電磁開關控制門控電機開門；否則給出拒絕提醒。如若碰到惡意申請，向系統設定報警對象發出信號。
（3）GPS實時定位子系統：硬件設備自行開發設計，採用MSP430作爲總控MCU（Micro Control Unit），GPS信息獲取採用商業GPS模塊，通訊採用深圳宏電的H7000 CDMA模塊。在需要實時定位的私家車輛或特殊家庭成員身上裝備定位設備，服務器端可以實時獲取到觀測實體的座標信息，配合GIS地圖，確定觀測實體位置。如若發生特殊狀況（車輛失竊、人員走失等等），能夠爲用戶提供幫助。
（4）移動物體監測子系統：系統通過對監控攝像頭採集到的視頻數據切分成幀，然後通過差分方法比較相鄰幀（爲了減少誤差、選用特定間隔的相鄰幀），實現移動物體的監測功能。當監測到有移動物體時系統激活錄像功能，向設定人員發送報警信息，並可以開啓現場警報器。在報警的同時，還可以向受警人員發送監控攝像頭拍攝的圖片，以免誤報，也能爲用戶追回損失提供法律依據。
（5）流媒體遠程監控子系統：用戶可以通過連入Internet的任意一個終端，連接到流媒體服務器，遠程實時查看監控攝像頭採集到的視頻圖像，實現遠程監控功能。
（6）ZigBee無線傳感監控系統：由各類傳感器構成家居信息採集模塊，經由ZigBee組建無線局域網，實時採集家居狀況信息，存入數據庫，供用戶遠程在線查看；通過設定預警閥值來實現報警功能；用戶也可以在本地服務器端察看由ZigBee控制子系統採集到的所有安全信息，同時提供各種預警參數設置功能。
（3）結構框圖：
（4）關鍵技術和用法：
綜合佈線技術、網絡通信技術、安全防範技術、自動控制技術、音視頻技術。
用法：
智能家居的軟件系統設計部分主要包括三部分：嵌入式網關與智能控制中心程序、ZigBee中心節點程序和終端節點的檢測和控制程序。
（1）其中網關與控制線中心程序 設計主要包含用戶操作界面、數據庫、網絡通訊、數據處理等程序的設計；
（2）ZigBee根節點程序主要是與網關串行通訊、協調器程序設計；
（3）終端節點的檢測和控制程序主要是從傳感器節點獲取數據，以及根據需要對家電設備進行控制。
1.網關與控制中心設計
（1）嵌入式Linux開發平臺的建立
嵌入式網關與智能控制中心運行於嵌入式系統上，採用嵌入式Linux操作系統。因此首先應建立交叉編譯環境，然後通過交叉編譯環境在宿主機上完成系統的內核編譯、應用程序的開發和調試工作，宿主機與嵌入式系統之間一般可以通過串口、以太網口建立連接。
（2）配置2.6版本的Linux內核
Linux內核中包含了豐富的驅動程序，能夠支持主流的硬件設備和技術。但由於內核較大，爲減小並使內核適合對應的硬件設備，需要對Linux內核進行適當的裁剪和配置，以選擇一些系統必須的驅動程序。
（3）建立嵌入式Web服務器BOA
系統中嵌入式Web服務器的主要功能是監聽客戶端瀏覽器的服務請求，如下圖所示。根據客戶端請求的類型，返回靜態頁面或CGI頁面應用程序作爲響應。
由於嵌入式系統資源一般都比較有限，並且也不需要處理大量的瀏覽器請求，因此一般都選用簡單的輕量級嵌入式WEB服務器，如HTTPD、BOA等。
BOA是目前嵌入式系統使用較多的Web服務器之一，支持CGI腳本，將BOA移植到嵌入式Linux平臺步驟詳見教材。
（4）嵌入式數據庫SQLite的應用
SQLite數據庫具有體積小、開放源碼、具備較完善的API接口等，配置簡單。移植時，宿主機按照SQLite網站配置後，複製至目標開發板即可。在本系統中，使用了嵌入式數據庫中存儲用戶名、密碼和必要的控制數據、檢測數據等功能模塊。
（5）Web界面的設計
用戶通過瀏覽器，可訪問嵌入式家庭網關。當遠端用戶登錄系統後，首先進入用戶驗證頁面，用戶的用戶名和密碼保存在嵌入式數據庫中，通過驗證後即可登錄管理系統。
（6）觸摸屏控制的設計
除滿足遠端用戶的控制與查詢需求外，家庭網關還可以通過本地觸摸屏和LCD界面實現，界面通過QT編寫，可以實現本地家電設備的控制，檢測狀態顯示等。
2.中心節點的設計：
節點在啓動後，首先執行節點硬件和ZigBee網絡的初始化，包括I/O設置、中斷設置、外圍硬件的初始化、網絡的配置等。初始化成功後則進入到循環等待的狀態中，一方面等待是否有其他節點發送來的信息，另一方面等待嵌入式網關通過UART發送來的指令，將接收到的指令信息經過轉換後，進行轉發。
（1）無線數據發送部分
Z-Stack協議棧中，應用層程序可以通過調用AF_DataRequest函數完成數據的發送，該函數的形參中包含了地址、數據長度、簇信息等必要的數據。在Z-Stack協議棧中，應用程序可以通過簇信息區分信息的類型，因此在設計ZigBee網絡時，可以通過設定不同的簇信息(CID)區分數據類型。
（2）無線數據接收部分
按照Z-Stack協議棧的規定，在接收到數據時，系統抽象層將產生AF_INCOMING_MSG _CMD，用戶只需要判斷該消息類型，在該事件下處理消息即可。處理消息時可根據CID數據分別處理。
（3）串口通訊模塊
Z-Stack已經已經將串口通訊單元進行了封裝，因此在使用時僅需要對串口單元進行適當的配置即可實現數據的收發。
（4）中心節點與嵌入式網關之間的數據格式定義
中心節點與嵌入式網關之間使用UART協議通訊，設定必要的數據格式以便使用。下行數據時，數據由嵌入式網關發送至根節點。
（5）終端節點檢測與控制的軟件設計
終端節點檢測與控制的功能相對於中心節點功能要簡單，只需要按照接收到的指令完成數據採集或對家用電器控制即可。
終端節點的檢測是在完成硬件初始化和網絡初始化後，就進入監聽狀態，節點等待網絡發送來的數據包。