一种信息-物理融合系统体系结构

信息-物理融合系统(cyber-physical system, CPS)是当今最前沿的交叉研究领域之一,它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命,将会改变人与现实物理世界之间的交互方式,具有广泛的应用前景.CPS是一种分布式且深度嵌入式的实时系统,实时性是CPS的一个极重要特征和性能要求.研究了CPS体系结构,提出了一种CPS系统模型,并且从实时任务调度和实时网络两个方面,提出了解决系统实时性保证问题的初步方案,为进一步的研究工作奠定了基础.     

一种信息物理融合系统行为预测模型

信息物理融合系统(CPS)是一类集成了计算系统、通信网络、传感器网络、控制系统和物理系统的新型互联系统。由于CPS内部异构单元之间的通讯、协同和交互的形式错综复杂,目前尚无统一的模型进行描述和分析,因此对其行为的建模和预测是一个难点问题。首先以混杂系统、模糊集理论和人因学方法为基础,提出一种模糊时间混合Petri网,随后通过对一类典型CPS的行为进行建模和分析,实现了CPS动态行为和状态迁移的预测,最后以仿真数据验证了模型的有效性。该模型可用于分析CPS中的物理世界连续状态和信息世界离散事件之间的联系和交互,有助于研究CPS中的不确定性问题和系统组成单元之间的异步并发关系,为CPS的行为预测、状态评估和实时控制提供了有效方法。     

一种基于LHPN的信息物理融合系统模型验证方法

由于信息物理融合系统(CPS)的硬件集成度和软件参与度不断提高,大量软件与硬件间异构连通并相互控制,使得CPS的分析设计、建模与验证也愈加困难,由此引起模型的状态空间膨胀问题。提出利用带标记混合Petri网方法对CPS进行建模和验证研究,在CPS中采用模型检测和定理证明相结合的形式化方法,对试图解决系统验证时状态空间膨胀问题供理论依据。提出一种自动抽取及其简化模型的方法,在容错温度传感器系统中的初步实验结果表明该方法是可行的,通过一个实例原型的应用说明了该方法的有效性。     

基于目标的信息物理融合系统事件模型的分析

软件系统的事件模型能够有效地刻画软件系统的行为。但是,由于信息物理融合系统的异构性与分布式特征,建立信息物理融合系统的事件模型不仅需要了解系统的具体组成结构,还需要考虑事件的时空信息,这为信息物理融合系统事件模型的建立带来了新的困难。从需求分析的角度出发,提出一种基于目标的方法来分析并建立信息物理融合系统的事件模型。该方法认为用户建立系统的目标可以表达为事件之间的因果关系,即当一个事件发生时系统要能够感知并触发另外一个事件发生。基于此,该方法从用户对信息物理融合系统的需求出发,以目标的与/或分解为手段来分析满足用户需求的事件模型。以一个自适应巡航控制系统为案例来说明该方法。     

一种面向煤矿的信息物理融合系统模型

信息物理融合系统(CPS)是一种综合感知、计算和管控等功能为一体的多维复杂计算机系统。文中首先介绍了CPS的概念及系统模型;然后针对煤矿安全生产缺乏信息共享和协同控制的情况,构建了具有煤矿生产监测及控制功能的煤矿信息物理融合系统模型,并阐述了该模型信息获取层、数据计算层和协同控制层共三层的体系结构。该模型的构建可以辅助矿井智能化生产和应急决策,有利于煤矿生产向智能化发展。     

信息-物理融合系统若干关键问题综述

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)集成了计算系统与物理系统,并通过嵌入式计算机与网络实现了两者之间的协作和融合,将对人们的生产和生活方式产生重要影响.CPS是一个全新的研究领域,利用现有基础理论和技术设计CPS时面临着众多问题.介绍了CPS的概念、特点和体系结构,分析了与嵌入式系统、网络的关联,从计算系统、网络系统和控制系统3个方面概括了CPS设计面临的主要挑战,并着重探讨了当前一些可用于CPS设计的理论和技术以及CPS研究的最新进展,指出CPS当前的发展应以解决系统抽象层次设计、系统建模、体系结构设计、数据传输和管理、子系统集成方面的问题作为其下一步发展主要的研究方向,并提出了一些可行的解决办法,可为相关研究提供参考.     

面向未来网络的信息-物理融合系统的探讨

随着信息通信技术的发展,信息-物理融合系统已成为相互依存、深度融合的超大规模二元复合网络系统。研究其信息网络框架、体系结构和大数据及碎片化知识的属性,对未来智能电网理论研究和实际工程应用具有重要意义。针对互联网、物联网、大数据知识等引领人类社会进入信息知识大爆炸时代的特征,重点探讨电力信息-物理融合系统所面临的机遇和挑战,未来将呈现新能源并网、电子信息装置比率提升、多能源和多网络融合的发展趋势,从发、输、变、调配用等环节提出了大数据和人工智能知识的应用展望,助力于未来智能电网信息化决策与部署。     

基于动态故障树的信息物理融合系统风险分析

针对信息物理融合系统（CPS）中的网络安全攻击会导致系统失效的问题，提出一种基于动态故障树的CPS风险建模及分析方法。首先，对动态故障树和攻击树集成建模，构建攻击-动态故障树（Attack-DFTs）模型；然后，分别采用二元决策图和输入输出马尔可夫链给出攻击-动态故障树中的静态子树和动态子树的形式化模型，并在此基础上给出攻击-动态故障树的定性分析方法，即分析网络安全攻击导致系统失效的基本事件路径；最后，通过一个典型的排污系统应用实例对方法的有效性进行验证。案例分析结果表明，所提方法能够分析CPS中由于网络安全攻击导致系统失效的事件序列，有效实现了CPS的综合安全评估。     

信息物理融合系统数据中心能量消耗模型研究

从信息物理融合系统的角度考察数据中心,对包含信息技术系统和冷却系统的数据中心的能量消耗进行建模。给出信息技术系统中的服务延时约束模型、工作负载约束模型、服务质量约束模型及最终的能量消耗约束模型和冷却系统中的能量消耗模型。模型的建立为研究如何在保证服务质量的同时最大程度地降低能量消耗提供了依据。