《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》第3章習(xí)題答案

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1、、選擇題 1. A; 2. B; 3. A; 4. A; 5. B; 6. A; 7.B; 8. B; 9. C; 10. A 二、簡答題 1 .答：一維條形碼〔以下簡稱條形碼〕是集條碼理論、光電技術(shù)、計算機技術(shù)、 通信技術(shù)、條碼印制技術(shù)于一體的一種自動識別技術(shù)。它將寬度不等的多個黑條 和空白，按照一定的編碼規(guī)那么排列，用以表達一組信息的圖形標(biāo)識符。 條碼的 編碼方法是指條碼中條空的編碼規(guī)那么以及二進制的邏輯表示的設(shè)置。眾所周知, 計算機設(shè)備只能識讀二進制數(shù)據(jù)〔數(shù)據(jù)只有“ 0〃和”1〃兩種邏輯表示〕，條碼 符號作為一種為計算機信息處理而提供的光電掃描信息圖形符號，也應(yīng)滿足計算 機二進

2、制的要求。條碼的編碼方法就是要通過設(shè)計條碼中條與空的排列組合來表 示不同的二進制數(shù)據(jù)。一般來說，條碼的編碼方法有兩種：模塊組合法和寬度調(diào) 節(jié)法。模塊組合法是指條碼符號中，條與空是由標(biāo)準(zhǔn)寬度的模塊組合而成。一個 標(biāo)準(zhǔn)寬度的條表示二進制的“1〃，而一個標(biāo)準(zhǔn)寬度的空模塊表示二進制的“0〃。 商品條碼模塊的標(biāo)準(zhǔn)寬度是，它的一個字符由兩個條和兩個空構(gòu)成， 每一個條或 空由1~4個標(biāo)準(zhǔn)寬度模塊組成。寬度調(diào)節(jié)法是指條碼中，條與空的寬窄設(shè)置不同， 用寬單元表示二進制的“ 1〃，而用窄單元表示二進制的“ 0〃，寬窄單元之比一 般控制在2~3。 2 .答：UPC碼（Universal Product Code是

3、美國統(tǒng)一代碼委員會制定的一種商品用 條碼，主要用于美國和加拿大地區(qū)，我們在美國進口的商品上可以看到。UPC 碼是最早大規(guī)模應(yīng)用的條碼，其特性是一種長度固定、連續(xù)性的條碼，由于其應(yīng) 用范圍廣泛，故又被稱萬用條碼。UPC碼僅可用來表示數(shù)字，故其字碼集為數(shù) 字0~9。UPC碼共有A、B、C、D、E等五種版本，不同版本對應(yīng)各自不同的應(yīng) 用對象。EAN碼是國際物品編碼協(xié)會制定的一種商品用條碼，通用于全世界。 EAN碼符號有標(biāo)準(zhǔn)版〔EAN-13〕和縮短版〔EAN-8〕兩種標(biāo)準(zhǔn)版表示13位數(shù)字， 又稱為EAN-13碼，縮短版表示8位數(shù)字，又稱EAN-8。 3 .答：UPC-A碼可以看出是EAN-13

4、碼的一種特殊形式，UPC-A碼與前綴碼為 0的EAN-13碼相互兼容。 4 .答：二維碼可以分為堆疊式/行排式二維碼和矩陣式二維碼。堆疊式/行排式 二維碼形態(tài)上是由多行短截的一維條碼堆疊而成；矩陣式二維碼以矩陣的形式組 成，在矩陣相應(yīng)元素位置上用：戈〃表示二進制“1 ,用空〃表示二進制“0 , 熏〃和 空〃的排列組成代碼。 5 .答：RFID(射頻識別：Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)， 它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，作為條形碼的 無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫

5、、使用壽命長、讀取距離 大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點，其應(yīng)用將給零售、 物流等產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。RFID系統(tǒng)是由射頻標(biāo)簽、識讀器和計算機網(wǎng)絡(luò)組成的自動識 別系統(tǒng)。通常，識讀器在一個區(qū)域發(fā)射能量形成電磁場，射頻標(biāo)簽經(jīng)過這個區(qū)域時檢測到識 讀器的信號后發(fā)送存儲的數(shù)據(jù)，識讀器接收射頻標(biāo)簽發(fā)送的信號，解碼并校驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 以到達識別的目的。 6 .答：根據(jù)讀寫器發(fā)送無線信號所工作的頻率可劃分為：低頻(30~300kHz)、高 頻(3~30MHz)、超高頻(300MHz~3GHz)與微波頻段2.45GHz~5.8GHz)。低頻系統(tǒng) 一般工作在100~5

6、00kHz，常見的工作頻率有125kHz、；高頻系統(tǒng)工作在1055MHz, 常見的高頻工作頻率為；超高頻工作頻率為850~960MHz,常見的工作頻率為 915MHz;微波工作在2.4~5GHz的微波頻段。低頻系統(tǒng)用于短距離、低本錢的應(yīng) 用，如多數(shù)的門禁控制、動物監(jiān)管、貨物跟蹤；高頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送 大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用；超高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和較高的讀寫速度的場 合，如火車監(jiān)控、高速公路收費系統(tǒng)等。 7 .答：在RFID系統(tǒng)應(yīng)用中，存在多個讀寫器或多個標(biāo)簽，因而造成的讀寫器之 問或標(biāo)簽之間的相互干擾，統(tǒng)稱為碰撞。在 RFID系統(tǒng)中存在兩種類型的通信碰 撞：第一種：閱讀器碰撞

7、是指多個閱讀器同時與一個標(biāo)簽通信，致使標(biāo)簽無法區(qū) 分閱讀器的信號，導(dǎo)致碰撞的發(fā)生；第二種：電子標(biāo)簽碰撞是指多個標(biāo)簽同時響 應(yīng)閱讀器的命令而發(fā)送信息，引起信號碰撞，使閱讀器無法識別標(biāo)簽；由于閱讀 器能檢測碰撞并且閱讀器之間能相互通信，所以閱讀器碰撞能很容易得到解決。 因而，射頻識別系統(tǒng)中的碰撞一般是指電子標(biāo)簽碰撞。 8 .答：GPS定位系統(tǒng)是在衛(wèi)星每一時刻的位置和速度的根底上，以衛(wèi)星為空間 基準(zhǔn)點，通過測站接收設(shè)備測定至衛(wèi)星的距離或通過多普勒頻移等觀測量來確定 測站的位置、速度。利用根本的三角定位原理，根據(jù)觀測時刻衛(wèi)星的所在位置、 速度和每顆衛(wèi)星到接收機間距離，通過計算就能獲得接收機所在位置

8、的三維空間 坐標(biāo)值和速度。一般情況下，接收機只需要接收到3顆衛(wèi)星信號，就可以獲得使 用者與每個衛(wèi)星之間的距離。在實際運行中，由于大氣中電離層的干擾，這一距 離并不是用戶與衛(wèi)星間的真實距離， 而是偽距。為保證信號的可靠性，消除和減 少誤差，GPS都是利用接收裝置接收到4顆以上的衛(wèi)星信號，利用鐘差來消除 時間不同步帶來的計算誤差，獲取使用者精確的位置和速度等信息。 、計算題 1 .解：EAN-13編碼規(guī)那么：EAN-13標(biāo)準(zhǔn)碼共13位數(shù)。其中，國家代碼占3 位，廠商代碼占4位，產(chǎn)品代碼占5位，以及檢查碼占1位。EAN13商品條碼 由左側(cè)空白區(qū)、起始符、左側(cè)數(shù)據(jù)符、中間分隔符、右側(cè)數(shù)據(jù)符、校驗符

9、、終止 符、右側(cè)空白區(qū)及供識別字符組成。起始符和終止符3個模塊的編碼均為101, 中間分隔符5個模塊的編碼是01010。左側(cè)數(shù)據(jù)符和右側(cè)數(shù)據(jù)符的編碼方式不同。 在左側(cè)數(shù)據(jù)符中，有A和B兩種編碼方式，右側(cè)數(shù)據(jù)符中有 C編碼方式。其中 A和C之間是反碼關(guān)系，B和C之間是倒序關(guān)系。在左側(cè)數(shù)據(jù)符中的編碼方式 選A還是B,由前置碼字符決定。 UPC-A編碼規(guī)那么：每個字碼皆由7個模組組合成2線條2空白，其邏輯值可 用7個二進制數(shù)字表示。從空白區(qū)開始共113個模組，每個模組長，條碼符號長 度為。中間碼兩側(cè)的資料碼編碼規(guī)那么是不同的，左側(cè)為奇，右側(cè)為偶。奇表示 線條的個數(shù)為奇數(shù)；偶表示線條的個數(shù)為偶數(shù)。

10、 690123456786C: C1=6+0+2+4+6+8=26 ; C2= 〔9+1+3+5+7+6〕 *3=93; CC=26+93=119; C=10-9=1; 6:導(dǎo)入值，編碼方式：ABBBAA ; 9: 0001011; 0: 0100111; 1: 0110011; 2: 0011011; 3: 0111101; 4: 0100011; 5:1001110; 6:1010000; 7:1000100; 8:1001000; 6:1010000; 3:1000010 2 .解：QR碼編碼規(guī)那么：第一步 數(shù)據(jù)分析：分析所輸入的數(shù)據(jù)流，確定要進 行編碼的字符的類型。QR碼支持?jǐn)U充

11、解釋，可以對與缺省的字符集不同的數(shù)據(jù) 進行編碼。第二步 數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為位流。在當(dāng)需要進行模式轉(zhuǎn)換 時，在新的模式段開始前參加模式指示符進行模式轉(zhuǎn)換。在數(shù)據(jù)序列后面參加終 止符。將產(chǎn)生的位流分為每8位一個碼字。必要時參加填充字符以填滿按照版本 要求的數(shù)據(jù)碼字?jǐn)?shù)。第三步 糾錯編碼：按需要將碼字序列分塊，以便按塊生成 相應(yīng)的糾錯碼字，并將其參加到相應(yīng)的數(shù)據(jù)碼字序列的后面。第四步構(gòu)造最終 信息：在每一塊中置入數(shù)據(jù)和糾錯碼字， 必要時加剩余位。第五步 在矩陣中布 置模塊 將尋象圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形與碼字模塊一起放入矩陣。第六步 掩 模：依次將掩模圖形用于符號的編碼區(qū)域。評

12、價結(jié)果，并選擇其中使深色淺色模 塊比率最優(yōu)且使不希望出現(xiàn)的圖形最少化的結(jié)果。第七步格式和版本信息：生 成格式和版本信息〔如果用到時〕，形成符號。 輸入的數(shù)據(jù)：01237654 1）分為 3 位一組：012 376 54 2）將每組轉(zhuǎn)換為二進制：012— 0000001100 ; 376— 0101111000 ;54 一0110110 3）將二進制數(shù)連接為一個序列：0000001100 0101111000 0110110 4）將字符計數(shù)指示符轉(zhuǎn)換為二進制〔版本 1-H為10位〕： 字符數(shù)為：8 —0000001000 5)參加模式指示符0001以及字符計數(shù)指示符的二進制數(shù)

13、據(jù): 0001 0000001000 0000001100 0101111000 0110110 3 .解：ALOHA算法最初用來解決網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包擁塞問題。ALOHA算法 是一種非常簡單的TDMA算法，該算法被廣泛應(yīng)用在 RFID系統(tǒng)中。這種算法 多采用 標(biāo)簽先發(fā)言〃的方式，即標(biāo)簽一旦進入讀寫器的閱讀區(qū)域就自動向讀寫 器發(fā)送其自身的ID ,標(biāo)簽與閱讀器隨之開始進行通信。ALOHA算法分為純 ALOHA和分段ALOHA(Slotted ALOHA)兩種。1〕純ALOHA算法，主要采用 標(biāo)簽先發(fā)言的方式，電子標(biāo)簽一旦進入閱讀器的工作范圍獲得能量后，便向閱讀 器主動發(fā)送自身的序列號。在

14、某個電子標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，如果有 其它電子標(biāo)簽也同時向該閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)， 此時閱讀器接收到的信號就會產(chǎn)生重 疊，導(dǎo)致閱讀器無法正確識別和讀取數(shù)據(jù)。 閱讀器通過檢測并判斷接收到的信號 是否發(fā)生碰撞，一旦發(fā)生碰撞，閱讀器那么向標(biāo)簽發(fā)送指令使電子標(biāo)簽停止數(shù)據(jù) 的傳送，電子標(biāo)簽接到閱讀器的指令后，便隨機的延遲一段時間再重新發(fā)送數(shù)據(jù)。 2)時隙ALOHA算法，為提高RFID系統(tǒng)的吞吐率，可以把時間劃分為多段等 長的時隙，時隙的長度由系統(tǒng)時鐘確定，并且規(guī)定電子標(biāo)簽只能在每個時隙的開 始時才能向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)幀，這就是時隙ALOHA算法。根據(jù)上述規(guī)定可知， 數(shù)據(jù)幀要么成功發(fā)送，要么完全碰撞，

15、防止了純ALOHA算法中局部碰撞的發(fā)生， 使碰撞周期變?yōu)門0O時隙ALOHA算法是對純ALOHA算法的簡單改良，也屬 于時分多址法，它的缺點是需要同步時鐘的控制。 4 .解：具體實現(xiàn)過程為： ①讀寫器第一次發(fā)出REQUEST〔＜=11111111〕命令，三個標(biāo)簽同時接收并作出 響應(yīng) ②第一次迭代發(fā)生碰撞沖突，確定碰撞的最高位為第6位。 ③讀寫器發(fā)出REQUEST〔＜=10111111〕命令，標(biāo)簽1, 2, 3響應(yīng) ④第二次迭代發(fā)生碰撞沖突，確定碰撞的最高位為第4位。 ⑤讀寫器發(fā)出REQUEST〔＜=10101111〕命令，標(biāo)簽2響應(yīng)。 ⑥第三次迭代沒有沖突，唯一確定標(biāo)簽 2進行后

16、續(xù)操作。 ⑦讀寫器用SELECT命令選中標(biāo)簽2,進行READ-DATA操作。 ⑧完成READ-DATA操作后，讀寫器用UNSELECT命令使標(biāo)簽2進入無聲〃 狀態(tài)。 四、論述題 答：RFID標(biāo)簽負(fù)責(zé)收集物理世界的信息，并將這些信息通過無線的方式傳輸?shù)?物聯(lián)網(wǎng)中去。RFID標(biāo)簽雖然獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于其本身的一些特點， 如低本錢電子標(biāo)簽資源的有限性，導(dǎo)致RFID系統(tǒng)平安機制的實現(xiàn)受到一定的約 束和限制，因此，RFID面臨著嚴(yán)峻的信息平安和隱私保護的困擾。如， 2021年 8 月，美國麻省理工學(xué)院的三名學(xué)生宣布成功破解了波士頓地鐵資費卡。類似事 件時常發(fā)生，攻擊者可以從中獲取用

17、戶的隱私，或者偽造RFID標(biāo)簽?！?〕竊聽， 由于RFID標(biāo)簽與標(biāo)簽讀取設(shè)備之間是通過無線播送的方式來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模?攻擊者將有可能獲得雙方所傳輸?shù)男畔?nèi)容。 如果這些信息內(nèi)容未受到保護的話， 攻擊者就將能夠得到標(biāo)簽與標(biāo)簽讀取設(shè)備之間傳輸?shù)男畔⒓捌渚唧w的含義內(nèi)容， 進而可以使用這些信息用于身份欺騙或者偷竊。價格低廉的超高頻RFID標(biāo)簽一 般通信的有效距離比擬短， 直接的竊聽一般不容易實現(xiàn)， 但是攻擊者是可以通過 中間人來發(fā)起攻擊最終獲得相關(guān)信息的；〔2〕中間人攻擊，被動的RFID標(biāo)簽在 收到來自標(biāo)簽讀取設(shè)備的查詢信息指令后會主動的發(fā)起響應(yīng)過程， 將會發(fā)送能夠 證明自身身份的信息

18、數(shù)據(jù)， 因此攻擊者可以使用那些已經(jīng)受到自己控制的標(biāo)簽讀 取設(shè)備來接收并讀取標(biāo)簽發(fā)出的信息。 具體來說， 攻擊者首先偽裝成一個標(biāo)簽讀 取設(shè)備來靠近標(biāo)簽， 在標(biāo)簽攜帶者毫不知情的情況下進行信息的獲取， 然后攻擊 者將從標(biāo)簽中所獲得的信息直接或者經(jīng)過一定的處理之后再發(fā)送給合法的標(biāo)簽 讀取設(shè)備， 從而到達攻擊者的各種目的。 在攻擊的過程中， 標(biāo)簽與標(biāo)簽讀取設(shè)備 都以為攻擊者是正常的通信流程中的另一方。采用中間人攻擊的本錢十分低廉， 與使用的平安協(xié)議無關(guān)，這種方式是RFID系統(tǒng)所面臨的最大挑戰(zhàn)之一；〔3〕欺 騙、重放、克隆，欺騙是指攻擊者將獲取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送給標(biāo)簽讀取設(shè)備，以此 來騙過標(biāo)

19、簽讀取設(shè)備。 重放是指將標(biāo)簽重復(fù)記錄下來， 然后在標(biāo)簽讀取設(shè)備詢問 的時候發(fā)送給標(biāo)簽讀取設(shè)備以此來騙過標(biāo)簽讀取設(shè)備。 克隆主要是指將一個RFID 標(biāo)簽中的內(nèi)容記錄寫入另一個標(biāo)簽中， 已形成一個原有的標(biāo)簽的副本。 比方攻擊 者先記錄了超市中牙刷的信息，然后去購置一個MP3 播放器，當(dāng)需要付款的時 候， 通過重放或者克隆的方式， 攻擊者欺騙標(biāo)簽讀取設(shè)備， 讓其誤以為攻擊者購 置的是一個牙刷， 從而以牙刷的價錢購置到高價的貨物。 另一個例子是破解門禁 系統(tǒng)。很多地方都采用 RFID卡片作為門禁的通行證，如果有人通過讀取到合法 用戶的RFID內(nèi)的信息，并將其寫入到另一張新RFID卡片中去，

20、就會發(fā)生攻擊者 可以以被復(fù)制卡片的用戶的身份通過門禁系統(tǒng)；〔4〕物理破解，由于RFID系統(tǒng) 通常包含了大量的系統(tǒng)內(nèi)的合法標(biāo)簽， 但是攻擊者卻可以很容易的獲取到系統(tǒng)內(nèi) 標(biāo)簽。 廉價的標(biāo)簽通常是沒有賦予防破解的機制的， 因此容易被攻擊者破解， 從 中獲取到其中的平安機制和所有的隱私信息。 一般在物理層面被破解之后， 標(biāo)簽 將被破壞， 并且將不再能夠繼續(xù)使用。 這種攻擊的技術(shù)門檻較高， 一般不容易實 現(xiàn)。攻擊者在破解特定的RFID系統(tǒng)的局部標(biāo)簽后，即可以獲得這個標(biāo)簽內(nèi)部的 所有信息與秘密隱私， 進而可發(fā)起兩種比之前介紹過的更加復(fù)雜的方式， 其一是 試圖使用一個標(biāo)簽現(xiàn)在使用的隱私秘密來推

21、測此標(biāo)簽在之前所使用的隱私秘密， 甚至能夠破譯出該標(biāo)簽在之前所發(fā)送的加密信息之中的內(nèi)容； 其二是通過已經(jīng)獲 得的局部標(biāo)簽的秘密來推斷其他的那些為被破解的標(biāo)簽的秘密， 進而發(fā)起更廣泛 的攻擊； 〔 5〕 數(shù)據(jù)篡改， 數(shù)據(jù)篡改是指攻擊者將竊聽到的信息進行修改之后再將 信息傳給原本的接收者。數(shù)據(jù)篡改是一種非授權(quán)的修改或者擦除RFID標(biāo)簽上的 數(shù)據(jù)。由此，攻擊者可以讓物品所附著的標(biāo)簽傳達他們想要的信息；〔 6〕拒絕效 勞攻擊， 拒絕效勞攻擊主要是通過發(fā)送不完整的交互請求來消耗系統(tǒng)資源。 比方 當(dāng)系統(tǒng)中多個標(biāo)簽發(fā)生通信沖突，或者一個特別設(shè)計的用于消耗RFID標(biāo)簽讀取 設(shè)備資源的標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)時， 拒絕效勞攻擊就發(fā)生了。 此外， 如果標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù) 據(jù)的狀態(tài)是有限的話， 同樣也會受到效勞拒絕攻擊的影響。 一個特別設(shè)計的標(biāo)簽 是可以打亂其識別的過程，使得RFID 標(biāo)簽讀取設(shè)備無法正確識別所有的標(biāo)簽； 〔7〕RFID病毒，RFID標(biāo)簽本身是不會檢測出其所攜帶的數(shù)據(jù)是否含有病毒或者 蠕蟲病毒信息。 攻擊者可以事先將含有病毒的代碼寫入到標(biāo)簽中， 然后讓合法的 RFID標(biāo)簽讀取設(shè)備讀取含有病毒的標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。這樣一來，病毒就有可能被 注入到RFID系統(tǒng)中去。當(dāng)病毒、蠕蟲或者是惡意程序入侵到數(shù)據(jù)庫中，還有可 能迅速的傳播開來并摧毀整個系統(tǒng)以及重要的資料。