信息物理融合系统研究综述

信息物理融合系统(Cyber-physical systems, CPS)是多维异构的计算单元和物理对象在网络环境中高度集成 交互的新型智能复杂系统,具有实时、鲁棒、自治、高效和高性能等特点.本 文首先介绍了CPS的概念和特征,综述了CPS的当前发展状况与应用前景;其次, 对CPS的系统构成进行了简要分析,讨论了CPS与相关技术的区别与联系;最后, 对CPS技术发展所面临的主要挑战及可能的研究方向进行了总结与展望.     

信息物理融合系统(CPS)研究综述

信息物理融合系统(Cyber-Physical Systcms, CPS)是将计算资源与物理资源紧密结合与协调的产物,它将改变人类与物理世界的交互方式。作为物联网的演进,CPS已经引起了国内外相关科研机构、政府部门和社会的广泛关注。介绍和阐述了CPS的定义、系统结构和特性,重点研究和讨论了CPS的理论技术体系、对计算机科学领域带来的重大挑战以及研究现状,最后展望了CPS的研究动向。     

集中式超大规模储能电站信息物理系统建模与可靠性评估

集中式超大规模储能电站与其控制系统逐渐发展成为信息物理系统(cyber physical system, CPS),信息技术和监控系统能够使超大规模储能电站应对多样化场景和满足不同的需求,但也带来一定程度的安全运行风险,因此对其进行可靠性建模和分析具有非常重要的意义.首先,建立超大规模储能电站的CPS模型,并分析物理侧与信息侧的交互影响;其次,对信息系统中多种信息扰动的可靠性状态进行建模分析,并提出储能电站CPS可靠性评估指标;然后,分别采用非序贯和序贯蒙特卡洛方法对超大规模储能电站的信息层和物理层元件进行抽样,并量化分析多信息扰动因素对超大规模储能电站CPS可靠性的影响;最后,通过算例仿真结果验证所提模型和方法的有效性,结果表明所提模型可为超大规模储能电站规划和运行提供有效技术支撑.     

STC微控制器的数字压力传感器的应用

微电子制造技术的高速发展使微机电系统MEMS的应用迅速普及。本文以CPS120为例介绍数字压力传感器的应用,CPS120是电容式MEMS绝对压力传感器,在紧凑的封装中提供高精度气压测量功能,它同时还集成了温度传感器,适用于各种对成本敏感的消费电子产品和工业控制应用。     

A QoS-aware virtual machine scheduling method for energy conservation in cloud-based cyber-physical systems

Nowadays, with the development of cyber-physical systems (CPS), there are an increasing amount of applications deployed in the CPS to connect cyber space with physical world better and closer than ever. Furthermore, the cloud-based CPS bring massive computing and storage resource for CPS, which enables a wide range of applications. Meanwhile, due to the explosive expansion of applications deployed on the CPS, the energy consumption of the cloud-based CPS has received wide concern. To improve the energy efficiency in the cloud environment, the virtualized technology is employed to manage the resources, and the applications are generally hosted by virtual machines (VMs). However, it remains challenging to meet the Quality-of-Service (QoS) requirements. In view of this challenge, a QoS-aware VM scheduling method for energy conservation, named QVMS, in cloud-based CPS is designed. Technically, our scheduling problem is formalized as a standard multi-objective problem first. Then, the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm III (NSGA-III) is adopted to search the optimal VM migration solutions. Besides, SAW (Simple Additive Weighting) and MCDM (Multiple Criteria Decision Making) are employed to select the most optimal scheduling strategy. Finally, simulations and experiments are conducted to verify the effectiveness of our proposed method.

     

规模分布式网络入侵检测方法研究

1 引言随着网络经济的到来,Internet在为发展带来巨大机会与可能性的同时,也带来了恶意入侵的风险。单纯的防火墙已经不能满足系统安全的需求,因为它无法控制内部网络用户和透过防火墙的入侵者的行为,无法处理合法用户的越权存取行为问题。因而需要建立多方位、多样化的手段来保证网络的安全。入侵检测系统是一类专门面向网络入侵检测的网络安全监测系统,而且正在成为网络安全解决方案中的重要组     

基于自适应鲁棒性的入侵检测模型

传感器与网络技术的迅猛发展促进了信息物理系统的发展与应用.而传统网络系统的入侵检测技术已经发展成熟,信息物理系统(CPS)可以在借鉴传统网络系统入侵检测技术的基础上,结合自身特性进行改进.针对CPS所处地理位置复杂及网络传输不可靠导致的检测鲁棒性不高的问题,提出基于稀疏降噪自编码网络(SDAE)的入侵检测算法;同时,考虑到CPS对模型适应性及推广性的需求,将基于差分变换的头脑风暴优化算法(DBSO)与改进的自编码网络相结合,形成基于DBSO优化SDAE(DBSO-SDAE)的检测算法.该算法具有自动提取入侵数据最优特征表示的能力,同时在进一步提高模型鲁棒性的前提下,可极大地增强模型的适应性.仿真结果表明,所提出的DBSO-SDAE模型与其他模型相比,具有较高的鲁棒性、自适应性及较优的检测实时性,可极大地满足CPS对检测算法的高需求.     

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.     

信息化警务模式下网络取证技术完善的研究

本文界定了网络取证的定义及其与信息化警务模式的关系,研究了网络取证的技术,分析了现阶段网络取证技术的局限性,从技术上,探索构建智能动态化的网络取证系统;从非技术上,主张开创网络公证的证据保全方法和积极健全网络取证的法律法规。     

具有多传感器的CPS系统的攻击检测

信息物理系统（cyber-physical systems，简称CPS）是基于环境感知实现计算、通信与物理元素紧密结合的下一代智能系统，广泛应用于安全攸关的系统和工业控制等领域.信息技术与物理世界的相互作用使得CPS容易受到各种恶意攻击，从而破坏其安全性.主要研究存在瞬态故障的CPS中传感器的攻击检测问题.考虑具有多个传感器测量相同物理变量的系统，其中一些传感器可能受到恶意攻击并提供错误的测量.此外，使用抽象传感器模型，每个传感器为控制器提供一个真实值的可能间隔.已有的用于检测传感器被恶意攻击的方法是保守的.当专业攻击者在一段时间内轻微地或不频繁地操纵传感器的输出时，现有方法很难捕获到攻击，如隐身攻击.为了解决这个问题，设计了一种基于融合间隔和历史测量的传感器攻击检测方法.该方法首先为不同的传感器构建不同的故障模型，使用系统动力学方程把历史测量融入到攻击检测方法中，从不同的方面分析传感器的测量.另外，利用历史测量和融合间隔解决了两个传感器的测量相交时是否存在故障的问题.该方法的核心思想是利用传感器之间的成对不一致关系检测和识别攻击.从EV3地面车辆上获得真实的测量数据来验证算法的性能.实验结果表明，所提出的方法优于现有方法，对各种攻击类型都有较好的检测和识别性能，特别是对于隐身攻击，检测率和识别率大约提高了90%以上.     

数字孪生: 跨界赋能于多领域智能的新应用

随着大数据、5G、人工智能、CPS、云计算、物联网技术的发展与交叉融合, 使得世界朝着数字化、智能化方向发展. 数字孪生是以物理实体为原型建立多维虚拟模型, 通过安装在物理本体上的传感器实时反馈数据, 并结合以往的历史数据和人工智能技术, 最后利用软件分析并呈现. 由于数字孪生技术能与多个先进理念, 如: 工业4.0、航空航天、智慧城市、智慧医疗等良好的融合并应用, 这使其成为多个行业的热门研究方向与主要驱动技术, 在各行各业都有很大的发展空间. 本文首先阐述了数字孪生技术的基本概念, 梳理了数字孪生技术的发展脉络, 进一步理清了数字孪生技术与CPS技术之间的关系, 并介绍了数字孪生技术的研究现状. 其次, 介绍了数字孪生的关键技术即多维多尺度建模, 孪生数据管理和虚拟呈现. 最后, 探讨了数字孪生技术在智慧工厂领域、智慧城市领域、孪生医疗领域、航空航天领域的应用发展和方向, 并从方案、特点、关键技术等角度介绍了本研究团队在智慧工厂领域对原稳加热炉设备的数字孪生应用案例.     

基于软件定义资源的实时控制CPS数据传输机制

信息物理融合系统CPS是当前最前沿的交叉研究领域之一,具有广泛的应用前景,其研究和发展离不开数据传输与管理技术的支持。提出了一种基于软件定义资源的CPS模型,通过采用映射资源描述文件的方式实现资源的分配与调度;在此模型的基础上提出了一种实时控制CPS数据传输模式,这种数据传输模式以中间件形式实现,中间件对CPS的消息采用序列化与反序列化的机制传输,可以满足CPS跨平台、跨网络、实时性的要求;设计了一种CPS消息传输的路径,以提高传输效率。实验结果表明,所提出的数据传输序列化机制是可行的。     

Improving Group Productivity with Group Support Systems and Creative Problem Solving Techniques

Organisations today utilise teams to undertake problem solving and opportunity finding tasks. There have been a number of variables that have been posited by theorists that can influence group productivity. Two of these – namely group technology and creative problem solving (CPS) techniques – are explored in this paper. Studies have found that group support systems tend to improve group productivity because they can reduce evaluation apprehension, production blocking and free riding. These systems, however, tend to utilise Electronic Brainstorming in modes that fail to deliver some advantages of other CPS techniques. The paper suggests how developers of group support systems could incorporate new creative problem solving modules into their software.     

基于因果逻辑关系的CPS分布式控因研究

针对多子系统间存在复杂因果逻辑关系的信息物理系统(cyber-physical systems,CPS),建立带有未知非线性项和不确定耦合项的CPS多因系统模型,并提出基于云控制技术的分布式控因方法.利用非线性解耦观测器对CPS多因系统进行动态前馈线性化,使得CPS多因系统分解为多个无耦合关联的CPS因系统.设计基于非线性解耦观测器的分布式模型预测控制器以及分布式优化算法,对解耦后的CPS因系统实现在线约束优化控制.最后,通过数值仿真表明所提出控制策略和优化算法的有效性.     

MAS技术在土壤重金属污染评价及预警中的应用

研究城市环境评价方法及预测预警技术,是合理利用资源、保护城市生态环境的需要,能为制定环境保护政策提供依据。综合运用地理信息系统（GIS）技术和多智能体系统（MAS）技术,建立基于MAS的土壤重金属污染评价及安全预警系统,支持在可视化环境中对土壤的重金属污染情况进行分析和评价。着重分析使用GIS技术支持污染评价空间分析的方法,并研究实现评价及预警的多智能体的分工及协作规则,为解决土壤重金属污染的评价和安全预警提供基础平台。     

无线通信技术在电网通信中的应用研究

随着当前科学技术的飞速发展，构建完善的电力通信网变得越来越重要。本文主要对无线通信技术的优劣进行了分析，并研究了无线通信技术在电网通信中的应用希望能够在以后产生积极的意义。     

CPS体系结构设计

Cyber-Physical System(CPS)是基于网络和嵌入式系统等技术而发展起来的下一代智能系统。体系结构是CPS的骨架和灵魂。分析了CPS概念和特性,构建了CPS三层体系结构框架,分别为包含实体的物理层、将资源互联互通的网络层和为用户提供服务的应用层。并对各层进行了深入分析,给出了各层相关概念描述。通过智能交通系统体系结构实例证明了CPS三层体系结构框架符合CPS概念,能够反映CPS特性,能够指导未来CPS研究和系统开发。     

The Fourth Industrial Revolution and implications for innovative cluster policies

The Fourth Industrial Revolution has become a global buzz word since the World Economic Forum (WEF) adopted it as an annual issue in 2016. It is represented by hyper automation and hyper connectivity based on artificial intelligence (AI), big data, robotics, and Internet of things (IoT). AI, big data, and robotics can contribute to developing hyper automation that can increase productivity and intensify industrial production. Particularly, robots using AI can make decision by themselves as human being on complicated processes. Along with the hyper automation, the hyper connectivity increases not only at national, but also global level by using information and communication technologies (ICT). IoT is the core technology to create the hyper connectivity in Cyber Physical System (CPS) that connects technology, nature, and human being. Accordingly, a perfect convergence between ICT and manufacturing can be completed in the Fourth Industrial Revolution era and an extremely efficient flexible production system by spreading IoT in CPS will be established. Under such a condition, innovative clusters must play their traditional roles in cradles of technology innovation and commercialization. It must be difficult challenges for innovative clusters to meet their targets and to be adjusted by the changing new environment at the same time. This paper argues how the Fourth Industrial Revolution can change the global production chain and how core technologies function in industries. Furthermore, it focuses on how innovative clusters have to evolve to respond the Fourth Industrial Revolution. Last, but not least it also analyzes whether or not innovative clusters can play their roles as technology innovation hubs in the real world and CPS in the Fourth Industrial Revolution era.     

Edge-cloud orchestration driven industrial smart product-service systems solution design based on CPS and IIoT

The rapid booming of advanced information and communication technologies (ICT) has promoted an encouraging smart, connected product (SCP) market that further triggers the development of manufacturing towards the servitization proposition, viz. smart product-service systems (PSS). Smart PSS aims to provide a solution (product-service) with high satisfaction and less environmental influence by leveraging SCP as the media tool. Its solution design should not just focus on the physical world nor only be enabled by the cloud side, while the cyber world and the edge side must be included in the Industry 4.0. However, only few current researches investigate about the smart PSS, let alone an overall cyber-physical and edge-cloud discussion to support its solution design. In order to fill this gap, this work proposes an edge-cloud orchestration driven solution design based on the cyber-physical systems (CPS) and industrial Internet of Things (IIoT). To make our ideas concrete, a real-life milling process was conducted as an illustrative example. It is hoped that this study can furnish industrial enterprises with meaningful sights in the process of servitization and value co-creation.     

.NET平台下移动Agent系统开发技术研究

该文在分析微软.NET开发平台和移动Agent系统基础上,提出移动Agent系统开发所面临的三个主要问题,即如何移动代码、如何执行代码和如何相互通信等。以一个典型应用开发为例,研究了利用.NET平台中Remoting、反射等技术实现移动Agent系统开发的技术途径,简化了移动Agent系统的开发过程。