信息物理系統(tǒng)CPS

1、匯報內(nèi)容匯報內(nèi)容定義定義 CPSCPS就是一個在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合就是一個在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計算、通信和控制能力的可控可信可擴展的網(wǎng)絡(luò)了計算、通信和控制能力的可控可信可擴展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，化物理設(shè)備系統(tǒng)，它通過計算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互它通過計算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實現(xiàn)深度融合和實時交互來增加或影響的反饋循環(huán)實現(xiàn)深度融合和實時交互來增加或擴展新的功能，以安全、可靠、高效和實時的方式擴展新的功能，以安全、可靠、高效和實時的方式監(jiān)測或者控制一個物理實體。監(jiān)測或者控制一個物理實體。CPSCPS的最終目標(biāo)是實的最終目標(biāo)是實現(xiàn)信息世界和物理世界的完全融合，構(gòu)建一個可控、

2、現(xiàn)信息世界和物理世界的完全融合，構(gòu)建一個可控、可信、可擴展并且安全高效的可信、可擴展并且安全高效的CPSCPS網(wǎng)絡(luò)，并最終從網(wǎng)絡(luò)，并最終從根本上改變?nèi)祟悩?gòu)建工程物理系統(tǒng)的方式根本上改變?nèi)祟悩?gòu)建工程物理系統(tǒng)的方式嵌入式嵌入式(Embedded System)系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，在某些情況下，還可以包括機械裝置。傳統(tǒng)的物理設(shè)備通過在某些情況下，還可以包括機械裝置。傳統(tǒng)的物理設(shè)備通過嵌入式系統(tǒng)來擴展或增加新的功能，其形成的系統(tǒng)基本上是嵌入式系統(tǒng)來擴展或增加新的功能，其形成的系統(tǒng)基本上是封閉的系統(tǒng)，在一些工控網(wǎng)絡(luò)中，有可能采用工業(yè)控制總線封閉的系統(tǒng)，在一些工控網(wǎng)絡(luò)中，有

3、可能采用工業(yè)控制總線進(jìn)行通訊，但其通信功能較弱，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部難以通過開放總線進(jìn)行通訊，但其通信功能較弱，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部難以通過開放總線或者互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)?；蛘呋ヂ?lián)網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things) 指通過射頻識別、紅外感指通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。其核心和基礎(chǔ)仍

4、然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸絡(luò)。其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)，在物聯(lián)網(wǎng)中，用戶端延伸和擴展到了任何物和擴展的網(wǎng)絡(luò)，在物聯(lián)網(wǎng)中，用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)(Sensor Network)節(jié)點是傳感器，通過自組織的方式節(jié)點是傳感器，通過自組織的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，感知的對象是諸如溫度、濕度、噪聲、光強構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，感知的對象是諸如溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物理度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物理屬性，實現(xiàn)特定區(qū)域的監(jiān)測。屬性

5、，實現(xiàn)特定區(qū)域的監(jiān)測。CPS簡單的說，就是開放的嵌入式系統(tǒng)加上網(wǎng)絡(luò)和控制功能，簡單的說，就是開放的嵌入式系統(tǒng)加上網(wǎng)絡(luò)和控制功能，其核心是其核心是3C融合、融合、自主適應(yīng)物理環(huán)境的變化，其中網(wǎng)絡(luò)的功自主適應(yīng)物理環(huán)境的變化，其中網(wǎng)絡(luò)的功能主要是為了實現(xiàn)控制的目的，和一般意義上的網(wǎng)絡(luò)有區(qū)別。能主要是為了實現(xiàn)控制的目的，和一般意義上的網(wǎng)絡(luò)有區(qū)別。物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所擅長的是基于無線連接，主要實現(xiàn)的是感物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所擅長的是基于無線連接，主要實現(xiàn)的是感知，這對于知，這對于CPS來說太過簡單，來說太過簡單，CPS需要實現(xiàn)的是感控，也需要實現(xiàn)的是感控，也就是說，就是說，CPS不僅僅實現(xiàn)感知功能，還需要實現(xiàn)控制

6、不僅僅實現(xiàn)感知功能，還需要實現(xiàn)控制，其對，其對設(shè)備計算能力的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所要求的。設(shè)備計算能力的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所要求的。發(fā)展發(fā)展技術(shù)特點技術(shù)特點研究熱點（一）研究熱點（一）擁有眾多復(fù)雜功能的擁有眾多復(fù)雜功能的CPSCPS系統(tǒng)是多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，系統(tǒng)是多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，其中的研究熱點包括網(wǎng)絡(luò)融合、節(jié)點接入與管理、系統(tǒng)安全等其中的研究熱點包括網(wǎng)絡(luò)融合、節(jié)點接入與管理、系統(tǒng)安全等一、網(wǎng)絡(luò)融合一、網(wǎng)絡(luò)融合 現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，如公共電話網(wǎng)、蜂窩移動通信網(wǎng)、現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，如公共電話網(wǎng)、蜂窩移動通信網(wǎng)、Ad hocAd hoc網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、wi-Fiwi-Fi、WiMAX

7、WiMAX、無線傳感網(wǎng)等，因、無線傳感網(wǎng)等，因為每種網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模都很大，且結(jié)構(gòu)與通信方式皆不為每種網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模都很大，且結(jié)構(gòu)與通信方式皆不同，所以幾乎不存在使用一種網(wǎng)絡(luò)將其他網(wǎng)絡(luò)替代同，所以幾乎不存在使用一種網(wǎng)絡(luò)將其他網(wǎng)絡(luò)替代的可能，以達(dá)到互聯(lián)互通的目的。因此，的可能，以達(dá)到互聯(lián)互通的目的。因此，如何使各如何使各種網(wǎng)絡(luò)通過一種統(tǒng)一的方式連接起來，實現(xiàn)互聯(lián)互種網(wǎng)絡(luò)通過一種統(tǒng)一的方式連接起來，實現(xiàn)互聯(lián)互通，是通，是CPSCPS系統(tǒng)的一個難點，也是當(dāng)前的研究熱點。系統(tǒng)的一個難點，也是當(dāng)前的研究熱點。研究熱點（二）研究熱點（二）二、節(jié)點接入與管理二、節(jié)點接入與管理 CPSCPS網(wǎng)絡(luò)本身就是一個開放式的網(wǎng)絡(luò)

8、，允許網(wǎng)絡(luò)本身就是一個開放式的網(wǎng)絡(luò)，允許各種網(wǎng)絡(luò)、各種節(jié)點自由接人、退出網(wǎng)絡(luò)，對于各種網(wǎng)絡(luò)、各種節(jié)點自由接人、退出網(wǎng)絡(luò)，對于其他網(wǎng)絡(luò)，其他網(wǎng)絡(luò)，CPSCPS網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大，所以如何定位網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大，所以如何定位節(jié)點、如何快速得到節(jié)點的拓?fù)?、如何快速路由?jié)點、如何快速得到節(jié)點的拓?fù)?、如何快速路由是是CPSCPS網(wǎng)絡(luò)通信的難題。而且，當(dāng)前對節(jié)點的接網(wǎng)絡(luò)通信的難題。而且，當(dāng)前對節(jié)點的接人與管理也只是局限于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，對于異構(gòu)網(wǎng)人與管理也只是局限于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點管理的研究還很少，所以這也是一個亟絡(luò)的節(jié)點管理的研究還很少，所以這也是一個亟待解決的問題。待解決的問題。研究熱點（三）研究熱

9、點（三）一、一、安全性問題安全性問題 與互聯(lián)網(wǎng)類似，與互聯(lián)網(wǎng)類似，CPSCPS網(wǎng)絡(luò)也面臨傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)威網(wǎng)絡(luò)也面臨傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)威脅，因此安全與隱私問題也是目前的研究熱點。脅，因此安全與隱私問題也是目前的研究熱點。像現(xiàn)有的拒絕服務(wù)攻擊、僵尸網(wǎng)絡(luò)、身份欺騙、像現(xiàn)有的拒絕服務(wù)攻擊、僵尸網(wǎng)絡(luò)、身份欺騙、信息竊取等網(wǎng)絡(luò)攻擊手段，都是信息竊取等網(wǎng)絡(luò)攻擊手段，都是CPSCPS可能遇到的可能遇到的問題，且由于問題，且由于CPSCPS網(wǎng)絡(luò)涉及各種物理節(jié)點網(wǎng)絡(luò)涉及各種物理節(jié)點( (如傳感如傳感器等器等) )，攻擊者也可以針對物理節(jié)點進(jìn)行攻擊，使，攻擊者也可以針對物理節(jié)點進(jìn)行攻擊，使系統(tǒng)接收到虛假信息，這些安全問題都是系

10、統(tǒng)接收到虛假信息，這些安全問題都是CPSCPS網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)需要解決的問題。絡(luò)需要解決的問題。基本功能單元基本功能單元系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu) CPSCPS系統(tǒng)是由眾多異構(gòu)元素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)是由眾多異構(gòu)元素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，對于不同行業(yè)的特定應(yīng)用通常需要構(gòu)系統(tǒng)，對于不同行業(yè)的特定應(yīng)用通常需要構(gòu)建特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。建特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但是從技術(shù)實現(xiàn)的角度但是從技術(shù)實現(xiàn)的角度分析，一般可以將其分為物理層分析，一般可以將其分為物理層(PL)(PL)、網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)層(NL)(NL)和應(yīng)用層和應(yīng)用層(AL)(AL)。這樣的結(jié)構(gòu)僅反映了實現(xiàn)。這樣的結(jié)構(gòu)僅反映了實現(xiàn)技術(shù)的層次關(guān)系，實踐中要包含的組成元素技術(shù)的層次關(guān)系，實踐中要包

11、含的組成元素可能千差萬別，層間的聯(lián)系與信息傳遞關(guān)系可能千差萬別，層間的聯(lián)系與信息傳遞關(guān)系也可能相當(dāng)復(fù)雜。也可能相當(dāng)復(fù)雜。系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)物理層是物理層是CPSCPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系物理世界與虛擬信息世系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系物理世界與虛擬信息世界的紐帶。界的紐帶。它是直接與物理世界交互的部分，它是直接與物理世界交互的部分，CPSCPS通過物通過物理層感知環(huán)境，反之又是通過物理層作用于環(huán)境改變環(huán)境。理層感知環(huán)境，反之又是通過物理層作用于環(huán)境改變環(huán)境。物理層由地理上分布的各種物理層由地理上分布的各種CPSCPS單元組成，這里的單元組成，這里的CPSCPS單單元可以是一個單獨的元可以是一個單獨的CPSC

12、PS節(jié)點，例如一臺手持終端節(jié)點，例如一臺手持終端PDAPDA或或移動手機就是一個移動手機就是一個CPSCPS單元。另外，一個單元。另外，一個CPSCPS單元也可以單元也可以是一組是一組CPSCPS節(jié)點集合，如一組探測倉庫溫度的智能傳感器節(jié)點集合，如一組探測倉庫溫度的智能傳感器集合通過一個超級智能傳感器組合連接入新一代網(wǎng)絡(luò)與其集合通過一個超級智能傳感器組合連接入新一代網(wǎng)絡(luò)與其他他CPSCPS單元交互，這一組智能傳感器被認(rèn)為是一個單元交互，這一組智能傳感器被認(rèn)為是一個CPSCPS單單元，其中每個智能傳感器是一個元，其中每個智能傳感器是一個CPSCPS節(jié)點。節(jié)點。系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu) 物理層物理層網(wǎng)絡(luò)層

13、將物理層的大量異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層將物理層的大量異構(gòu)CPSCPS單元實現(xiàn)互聯(lián)互通，并支單元實現(xiàn)互聯(lián)互通，并支持持CPSCPS單元之間的互操作。單元之間的互操作。網(wǎng)絡(luò)層是網(wǎng)絡(luò)層是CPSCPS實現(xiàn)資源共享的實現(xiàn)資源共享的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。CPSCPS網(wǎng)絡(luò)需要屏蔽掉物理層網(wǎng)絡(luò)需要屏蔽掉物理層CPSCPS單元的異構(gòu)性，實單元的異構(gòu)性，實現(xiàn)無縫連接，為應(yīng)用層提供資源共享的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，以透明現(xiàn)無縫連接，為應(yīng)用層提供資源共享的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，以透明的方式為用戶提供即插即用式服務(wù)的方式為用戶提供即插即用式服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層是由大量的中間件服務(wù)器組成的，這里的中間件主網(wǎng)絡(luò)層是由大量的中間件服務(wù)器組成的，這里的中間件主要用于不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于異構(gòu)要用于不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的中間轉(zhuǎn)換服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)的中間轉(zhuǎn)換服務(wù)器。不