信息物理融合系统实时数据服务

信息物理融合系统(CPS)是一个智能化决策和控制系统,在大数据时代背景下能提供实时感知、信息服务及动态控制功能,这意味着它必须是安全的、可靠的、实时的、高效的.由此实时性显得尤为重要,它是保证CPS安全、可靠、高效的基础.对CPS的实时性可以从实时数据服务、实时控制、数据更新事务和控制事务的协同调度角度等进行研究.该文...     

煤矿信息物理融合系统架构及其感控节点研究

为解决煤矿安全生产各子系统间无法信息共享、协同控制的问题,提出了一种煤矿信息物理融合系统体系架构。该系统由感知执行层、网络传输层、认知处理层和应用控制层组成:感知执行层通过感控节点实现对"人、机、物、环"的泛在感知和控制;网络传输层通过主干网络和子网络相结合、有线网络和无线网络相结合的方式来实现信息可靠、有效传输;认知处理层由大量分布式计算设备组成,实现信息融合与分析、数据挖掘与大数据分析;应用控制层为用户提供沟通的操作界面,实现对煤矿各环节的集中监视和协同控制。针对煤矿信息物理融合系统中感控节点特性,采用BDI模型对感控节点进行建模:用信念、目标、规划来描述感控节点的自治状态、自治控制和自治行为;根据感知事件和信念库进行推理,生成若干目标并进行分配,再由当前的信念和规划库刷新规划,执行相应的行为并修正信念和目标。     

基于信息物理融合系统的无人机地面目标跟踪系统

是在网络通信条件下信息世界与物理世界高度集成交互的复杂智能异构系统;为了解决CPS发展中缺乏测试和验证通用平台的现状,文章在深入分析CPS定义,架构及相关特性的基础上,从经济性,易于实现的角度出发,构建了一套基于CPS架构的无人机地面目标跟踪导航系统的通用测试验证平台,并在OPNET和MATLAB/Simulink模块下进行了仿真,最后针对该系统存在的问题提出了在未来发展中的关键技术及挑战。     

仓库管理信息物理融合系统

根据库房安全管理与事故预警的要求,提出将信息物理融合系统引入仓库管理。根据库房状态及其内部环境参量,结合库房仓储自身功能特点及运作规则,定制关于库房仓储管理的信息物理融合系统,构建具有感知环境、预警机制和自动监测等功能的仓库管理信息物理融合系统,通过分析,认为物料实体与环境信息的有机交互可以为管理者提供可靠监控方式,从而提高库房作业效率和监管水准,系统地初步应用验证该了模型的可行性。     

仓库管理信息物理融合系统

根据库房安全管理与事故预警的要求,提出将信息物理融合系统引入仓库管理。根据库房状态及其内部环境参量,结合库房仓储自身功能特点及运作规则,定制关于库房仓储管理的信息物理融合系统,构建具有感知环境、预警机制和自动监测等功能的仓库管理信息物理融合系统,通过分析,认为物料实体与环境信息的有机交互可以为管理者提供可靠监控方式,从而提高库房作业效率和监管水准,系统地初步应用验证该了模型的可行性。     

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.     

信息物理融合系统网络安全综述

信息物理融合系统（cyber-physical systems， CPS）是集计算、通信和控制于一体的智能系统，实现网络和物理的深度协作和有机融合.目前CPS在关键的基础设施、政府机构等领域发挥着越来越重要的作用.由于物理限制，计算机和网络产生的安全漏洞会导致CPS遭受巨大的破坏，同时还会引起经济损失、社会动乱等连锁反应，所以研究CPS的安全问题对于确保系统安全运行具有重要意义.本文结合国内外的研究现状，概述了CPS安全控制和攻击检测的最新进展.首先本文总结了CPS典型的系统建模以满足对系统性能分析的需要.然后介绍了3种典型的网络攻击，即拒绝服务攻击、重放攻击和欺骗攻击.根据检测方法的类别，对CPS攻击检测的发展进行的概述.此外还讨论了系统的安全控制和状态估计.最后总结和展望了CPS网络安全面临的挑战和未来的研究方向.     

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。     

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。     

Review on Cyber-physical Systems

Cyber-physical systems (CPS) are complex systems with organic integration and in-depth collaboration of computation, communications and control (3C) technology. Subject to the theory and technology of existing network systems and physical systems, the development of CPS is facing enormous challenges. This paper first introduces the concept and characteristics of CPS and analyzes the present situation of CPS researches. Then the development of CPS is discussed from perspectives of system model, information processing technology and software design. At last it analyzes the main obstacles and key researches in developing CPS.      

Water Supply Networks as Cyber-physical Systems and Controllability Analysis

Cyber-physical systems (CPS) is a system of systems which consists of many subsystems that can stand alone in an individual manner and can be taken as a typical complex network. CPS can be applied in the critical infrastructures such as water supply networks, energy supply systems, and so on. In this paper, we analyze the structure of modern city water supply networks from the view of CPS theory. we use complex network theory to build an undirected and unweighted complex network model for the water supply networks to investigate the structural properties, and present the structure of the water supply networks and detect communities by a spectral analysis of the Laplacian matrix. Then, we analyze the structure and controllability of water supply networks by the structural controllability method. The results show the feasibility and effectiveness of the proposed complex network model.      

基于贝叶斯序贯博弈模型的智能电网信息物理安全分析

智能电网是利用信息技术优化从供应者到消费者的电力传输和配电网络.作为一种信息物理系统（Cyber-physical system,CPS）,智能电网由物理设备和负责数据计算与通信的网络组成.智能电网的诸多安全问题会出现在通信网络和物理设备这两个层面,例如注入坏数据和收集客户隐私信息的网络攻击,攻击电网物理设备的物理攻击等.本文主要研究了智能电网的系统管理员（防护者）如何确定攻击者类型,从而选择最优防护策略的问题.提出了一种贝叶斯序贯博弈模型以确定攻击者的类型,根据序贯博弈树得到博弈双方的均衡策略.首先,对类型不确定的攻击者和防护者构建静态贝叶斯博弈模型,通过海萨尼转换将不完全信息博弈转换成完全信息博弈,得到贝叶斯纳什均衡解,进而确定攻击者的类型.其次,考虑攻击者和防护者之间的序贯博弈模型,它能够有效地帮助防护者进行决策分析.通过逆向归纳法分别对两种类型的攻击者和防护者之间的博弈树进行分析,得到博弈树的均衡路径,进而得到攻击者的最优攻击策略和防护者的最优防护策略.分析表明,贝叶斯序贯博弈模型能够使防护者确定攻击者的类型,并且选择最优防护策略,从而为涉及智能电网信息安全的相关研究提供参考.     

走向社会信息物理生产系统

随着信息物理系统（Cyber-physical system,CPS）融合深度和融合广度的不断增加,信息物理生产系统（Cyber-physical production system,CPPS）呈现出显著的社会化趋势.通过对信息物理生产系统相关技术的研究,分析了信息物理生产系统的社会化演进历程,建立了社会信息物理生产系统（Social cyber-physical production system,SCPPS）模型;根据人与智能体的信息物理交互行为差异,基于对人类社会行为特点的分析,类比研究了智能体社会与人类社会融合的广义互联社会特点;归纳出信息物理系统的七种交互模式及其在社会信息物理生产系统中的应用;总结出社会信息物理生产系统面临标准化、人性化和安全化的挑战问题.     

假数据注入攻击下信息物理融合系统的稳定性研究

假数据注入（False data injection,FDI）攻击由于其隐蔽性特点,严重威胁着信息物理融合系统（Cyber-physical systems,CPS）的安全.从攻击者角度,本文主要研究了FDI攻击对CPS稳定性的影响.首先,给出了FDI攻击模型,从前向通道和反馈通道分别注入控制假数据和测量假数据.接着,提出了FDI攻击效力模型来量化FDI攻击对CPS状态估计值和测量残差的影响.在此基础上,设计了一个攻击向量协同策略,并从理论上分析出操纵CPS稳定性的攻击条件：攻击矩阵H和系统矩阵A的稳定性及时间参数ka的选取时机.数值仿真结果表明FDI攻击协同策略能够有效操纵两类（含有稳定和不稳定受控对象）系统的稳定性.该研究进一步揭示了FDI攻击的协同性,对保护CPS安全和防御网络攻击提供了重要参考.     

面向电力信息物理系统的虚假数据注入攻击研究综述

随着电力信息通信技术的发展与应用,电力流与信息流深度融合,共同实现对系统的全景状态感知与控制决策,电力系统转变成典型的信息物理系统（Cyber physical system,CPS）.开放的通信环境与复杂的信息物理耦合交互过程,使得信息安全风险成为影响电力系统安全稳定运行的重要因素.其中,虚假数据注入攻击（False data injection attack,FDIA）通过破坏网络数据完整性以干扰控制决策,是一种典型的网络攻击方式.本文针对面向电力CPS的虚假数据注入的攻击过程和防御手段进行了分析与总结.从攻击者视角分析了FDIA的攻击目标、策略及后果;从防御者视角总结了保护与检测环节中的各类方法;最后基于联合仿真技术,提出了针对虚假数据攻防过程建模和评估的电力CPS联合攻防平台.     

A Priority-aware Frequency Domain Polling MAC Protocol for OFDMA-based Networks in Cyber-physical Systems

Wireless networking in cyber-physical systems (CPSs) is characteristically different from traditional wireless systems due to the harsh radio frequency environment and applications that impose high real-time and reliability constraints. One of the fundamental considerations for enabling CPS networks is the medium access control protocol. To this end, this paper proposes a novel priority-aware frequency domain polling medium access control (MAC) protocol, which takes advantage of an orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA) physical layer to achieve instantaneous priority-aware polling. Based on the polling result, the proposed work then optimizes the resource allocation of the OFDMA network to further improve the data reliability. Due to the Non-polynomial-complete nature of the OFDMA resource allocation, we propose two heuristic rules, based on which an efficient solution algorithm to the OFDMA resource allocation problem is designed. Simulation results show that the reliability performance of CPS networks is significantly improved because of this work.      

CPS拓扑结构节点重要性排序方法

信息物理融合系统(Cyber-physical Systems,CPS)拓扑结构中节点重要性排序是CPS拓扑分析的重要方面。针对CPS内在结构特征,构建一种CPS拓扑结构模型——交互网络模型。然后结合CPS信息交互特点定义节点交互介数作为衡量具体节点重要性度量,阐明该测度能够反映节点的相对重要度,并给出了时间复杂度为多项式阶的节点重要性排序有效算法。最后构建CPS拓扑实例进行分析,并与节点介数进行对比,说明节点重要性排序能够为CPS的运行和防护提供重要参考。     

基于数据特征融合的管网信息物理异常诊断方法

随着管网物理空间和信息网络的深度融合,系统面临着物理和信息空间异常带来的运行风险.本文根据管网系统数据量大、耦合性强的特点,提出一种基于数据特征融合的信息物理异常诊断方法.首先通过站场信息数据构建信息增维矩阵并且通过矩阵预分析实现信息传输中断异常的判断.然后基于不同站场信息构建的信息增维协方差矩阵,通过矩阵特征值分布的变化情况对物理异常以及信息传输错误异常进行区分.在此基础上,为了对管网物理异常分类实现系统运行状态的有效分析,将管网信息增维协方差矩阵最大特征向量映射的二维图像作为输入,采用卷积神经网络进行研究,进而实现对物理异常的准确判断.最后通过某实际管网数据进行仿真分析,验证所提方法的有效性.