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。     

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.     

基于层次Petri网的信息物理融合系统安全博弈建模

随着信息物理融合系统在工业中的广泛应用,系统安全已成为关注的焦点,信息物理融合系统的“物理依赖”和“信息驱动”特点使其面临信息物理双重威胁。为更加有效地进行应对,采取最佳防御策略,建立了基于层次Petri网的信息物理安全分析模型,并给出了描述攻防博弈策略的博弈网模型,进行了安全博弈分析,构建了纳什均衡策略并采用萤火虫群算法进行了求解。最后以防空网络为实例进行了模拟分析,验证了模型的有效性。     

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

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.     

描述CPS物理实体的时空Petri网模型

时间Petri网在经典Petri网的基础上引入了时间因素,不仅能分析逻辑层次的系统性能,还能分析时间层次的系统性能,然而包含空间因素的信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS)的产生需要对时间Petri网进行拓展。CPS集成计算系统和物理系统,不仅能够实时感知物理环境信息,并且能够通过物理实体改变物理环境。对CPS的物理层面特点进行了深入分析,研究了CPS物理实体的属性及其位置变迁过程,提出了一种CPS物理实体的形式化建模方法。在时间Petri网的基础上引入了空间因素,构造了时空Petri网模型,使其不仅能够描述物理实体逻辑及时间层次的行为,并且能够描述物理实体位置变迁所引起的状态变化。最后以机器人控制系统为例,进一步阐述了时空Petri网模型的有效性。     

面向信息融合的煤矿监测监控系统传感器管理方法的研究

文章根据煤矿监测监控系统的特点,从信息融合的角度探讨了传感器管理的功能及管理方法,并在该基础上利用模糊Petri网对煤矿监测监控系统中的传感器管理模型进行了仿真分析。仿真结果验证了该方法的有效性。     

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.     

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.      

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。     

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.      

智能化信息物理系统中非确定性的分类研究

信息物理系统呈现出日趋智能化的特征,而非确定性又是系统中普遍且固有的特性。例如,系统通过传感器感知环境时,会不可避免地存在误差。非确定性若未被妥当处理,往往会影响系统的正确运行,并带来一系列的问题。因此,对信息物理系统中的非确定性进行处理是至关重要的,也是促进信息物理系统进一步智能化的关键。对非确定性进行处理的前提是需要对其有充分的理解和认识,然而现有工作对信息物理系统中非确定性的研究尚处于探索阶段。针对这一问题,研究了信息物理系统中的非确定性分类。具体而言,根据信息物理系统中被广泛认可的5C技术架构对非确定性进行了分类,详细介绍了该架构每一层次上可能存在的非确定性,并结合典型的信息物理系统应用进行了举例说明;同时,总结了当前的相关研究工作,并展望了未来信息物理系统在应对非确定性方面的智能化研究方向。     

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。     

基于资源配置混杂Petri网的混杂系统生产过程建模

为了增强混杂Ｐｅｔｒｉ网解决资源共享和资源冲突的能力,定义一种新的混杂Ｐｅｔｒｉ网模型———资源配置混杂Ｐｅｔｒｉ网,提出了相应的使能和激发规则．将对连续变迁和离散变迁的控制作用引入混杂Ｐｅｔｒｉ网,同时,增加了资源配置变迁和资源释放变迁,用于有效分配可重复利用的资源．以典型的混杂生产过程为例,研究混杂系统生产过程建模．研究结果表明,所定义的模型描述能力强,模型语义正确合理,能够有效描述和分析混杂系统生产过程．     

一种面向信息物理融合系统安全攸关场景的测试用例自动生成方法

对信息物理融合系统中的安全攸关场景进行有效的测试是提高系统安全性的重要手段。如何对安全攸关场景进行建模以完整准确地刻画系统行为,如何有效地生成测试用例以提高测试覆盖度、降低测试成本,是面向安全场景测试技术需要解决的核心技术问题。现有的场景建模与测试用例生成技术缺少对信息物理融合系统重要特性的描述和处理,其生成的测试用例不能满足系统安全攸关场景的测试需求。围绕信息物理融合系统的安全攸关场景建模以及测试用例自动生成方法展开研究,为UML活动图扩充了外部事件驱动机制和时间特性描述机制,以满足对安全攸关场景建模的需要;并研究了基于场景模型自动生成测试用例的方法。     

生产系统的Petri网模型

本文提出了有消解过程的系统建模方法,并为随机模型建立了逐步精细原则,展示了系统性能分析的实例,探讨了建立外部监控模型的原理,研究了调控模型智能化问题,引入了用智能方法实现理想外部监控器的研究结果。