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.  

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.  

信息物理融合系统

信息物理融合系统 (Cyber-physical system, CPS)是计算、通信和物理过程高度集成的系统,通过在物理设备中嵌入感知、通信和计算能力,实 现对外部环境的分布式感知、可靠数据传输、智能信息处理,并通过反馈机制实现对物理过程的实时控制. 分析了CPS的基本概念和特征,对CPS的体系架构、中间件系统、实时性、安全和隐私等关键技术的现有研究 成果进行综述,并提出了相应的研究思路;然后介绍了一些现有的CPS原型系统和实例,体现出CPS的优越性; 最后对CPS和传感器网络(Wireless sensor network, WSN)、物联网(The internet of things, IOT)、网络控制系统(Networked control systems, NCSs)进行了对比分析,总结了CPS现有研究中存在的问题,并展望了CPS的发展方向.  

信息-物理融合系统动态行为模型构建方法

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)特有的计算、通信、控制的联合动态性,计算与物理的多尺度融合性,系统环境及状态的时空交互性以及系统动态行为的非确定性,不但使面向CPS的模型驱动设计与验证方法在CPS系统设计中更为重要,而且也向其提出了新的技术挑战.论文在结合典型实例分析CPS系统特征及其模型构建具体挑战的基础上,研究并总结了CPS动态行为建模的主要方法:一体化建模方法从CPS系统层面描述计算过程与物理过程的交互与融合;时空交互建模方法关注CPS系统行为与时间及空间关系的语义表示;功能和实现兼容建模方法侧重刻画CPS系统的逻辑设计和物理实现的映射与支撑;而集成建模方法则重点解决多异构模型的交互方式与语义的一致表达.论文基于多异构实体的CPS系统建模框架,提出了一种CPS系统结构与动态行为的协同建模方法,并用CPS-ADL对其进行了实现和验证.  

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。  

关键基础设施网络安全技术研究进展

通过对关键基础设施的网络安全现状进行总结,对关键基础设施的安全威胁进行了分类,着重对信息物理融合系统在受到网络攻击时采用的数据词典、证据理论、博弈论等方法进行网络安全防护深入分析,着重分析了基于信任理论的信息物理融合系统的防御方案,阐述了关键基础设施的相关性与脆弱性之间的关系,总结了现有主要的关键基础设施网络安全的模拟技术,对比分析了现有的仿真技术的特点.最后提出了关键基础设施网络安全技术值得深入研究的发展方向.  

CPS系统体系结构顶层设计研究

美国国家基金委员会首次提出信息物理融合系统(CPS),该系统已被列于美国未来八大关键信息技术的首位。在归纳分析国内外CPS研究现状的基础上,为了实现CPS协调物理进程的目标,满足CPS的信息处理与物理控制功能性需求和实时性、可靠性、安全性、可适应性等非功能性需求,提出了3种视图的CPS体系结构。对CPS体系结构设计理论及方法进行了研究,最后展望了CPS未来的研究方向和技术挑战。  

信息物理融合系统控制软件的统计模型检验

信息物理融合系统常采用嵌入式实时多任务系统作为其控制软件,这类软件的并发和非确定性给验证带来了困难.提出了一种利用统计模型检验技术分析多任务系统的功能正确性的方法.该方法构造的时间自动机模型以模块化的方式描述了实时多任务系统中的主要成分,包括实时操作系统、周期性任务、偶发任务、共享资源以及物理环境,能够展现多任务系统的细粒度的运行过程及其对物理环境的实时响应.应用该方法分析了玉兔号月球车控制软件的一个早期版本,发现了系统运行中出现的一个特殊错误,识别了实际系统出现错误的条件,再现了出现错误的场景.  

基于多Agent的动态数据并行计算方法研究

为实现动态数据的快速处理和计算,提出一种基于多Agent和分布式并行计算的动态数据处理方法。该方法以智能Agent作为计算和控制的最小单元,构建有向无环的动态网络拓扑结构,采用基于信任度的合同网模型,并与阈值相结合,实现动态数据处理和快速求解,体现系统的智能性和实时性。实验结果表明,该计算方式与传统计算方式相比,系统的计算速率显著提高,实现了动态数据的实时性处理。