信息物理系統(tǒng)cps

1、 21世紀(jì)是信息產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn)的時(shí)代，層出不窮的技術(shù)突破與創(chuàng)新正不斷地改變著人類的生態(tài)環(huán)境。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變了人類通信和管理信息的方式；信息技術(shù)使人類管理物理環(huán)境的方式改變；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)讓人類主動(dòng)地全方面感知，實(shí)現(xiàn)智慧的感知生活；信息物理系統(tǒng)技術(shù)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的互聯(lián)與深度融合。信息物理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的自然銜接，將徹底改變?nèi)祟惖纳娣绞?，使人類真正進(jìn)入智能時(shí)代。 信息物理系統(tǒng)（CPS Cyber Physical Systems）是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過(guò)3C （Computation、Communication、Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大

2、型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。信息物理系統(tǒng)3C的相互協(xié)同過(guò)程 CPS是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，融合計(jì)算、通信和控制能力的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的相互協(xié)同和交互，以增加或擴(kuò)展新的功能，提供實(shí)時(shí)感知，動(dòng)態(tài)控制和信息反饋。 使系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。 CPS應(yīng)用極為廣泛，包括生活助理，醫(yī)療系統(tǒng)，工業(yè)過(guò)程控制，交通控制，智能機(jī)器人，航空航天，信息安全及國(guó)防系統(tǒng)等等。 2007年，美國(guó)明確把CPS作為聯(lián)邦政府研究投入最高優(yōu)先級(jí)的課題，從此開(kāi)啟了對(duì)CPS研究的大門(mén)。 2009年5月，加州伯克利分校等一些高校及

3、波音、豐田等企業(yè)的研究人員參加了美國(guó)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究人員的社團(tuán)活動(dòng)，會(huì)議發(fā)布了產(chǎn)業(yè)與學(xué)術(shù)界在CPS中的協(xié)作白皮書(shū)。 2006年至2010年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)共批準(zhǔn)CPS相關(guān)項(xiàng)目133余項(xiàng)，資助范圍包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，基本理論，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，相關(guān)支持技術(shù)等等。 至2013年，歐盟在CPS相關(guān)的嵌入智能與系統(tǒng)的研究與技術(shù)上投入54億歐元，有關(guān)CPS的探索研究成果主要有：CPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，相關(guān)技術(shù)挑戰(zhàn)，系統(tǒng)建模，系統(tǒng)安全及應(yīng)用案例等。 總的來(lái)說(shuō)，國(guó)際上的CPS研究工作剛剛開(kāi)始，僅觸及CPS的少數(shù)幾個(gè)方面，可分為：CPS的系統(tǒng)模型，數(shù)據(jù)傳輸與管理技術(shù)，能源管理，系統(tǒng)安全，軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，控制以及示范應(yīng)用系統(tǒng)等 從2

4、009年開(kāi)始，CPS逐漸引起了國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)、學(xué)者以及企業(yè)界的廣泛關(guān)注。 2010年，國(guó)家“863”計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域辦公室專家在華東師范大學(xué)舉辦了“信息物理系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略論壇”探討了CPS科學(xué)基礎(chǔ)及其關(guān)鍵技術(shù)，以及CPS應(yīng)用系統(tǒng)戰(zhàn)略布局。 目前，國(guó)內(nèi)從事CPS研究的機(jī)構(gòu)不多，其中西北工業(yè)大學(xué)，大連理工大學(xué)，電子科技大學(xué)等高校先后成立了CPS研究組。 CPS深度結(jié)合嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，集傳感，控制，計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)連接在一起，構(gòu)成一種大型的分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。CPS體系架構(gòu)可分為：感知層，網(wǎng)絡(luò)層，認(rèn)知層，控制層。 信息物理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)感知層：由傳感器，控制器和采集器等感知設(shè)

5、備組成，負(fù)責(zé)感知用戶感興趣的物理世界及某些物理屬性。比如精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中農(nóng)田的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，遠(yuǎn)程醫(yī)療中病人的血壓、脈搏等生命特征等等。網(wǎng)絡(luò)層：連接信息世界與物理世界的各種對(duì)象，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，支持協(xié)同感知和協(xié)同控制的CPS實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)（CPSRTnet），為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，保證網(wǎng)絡(luò)分組的實(shí)時(shí)傳輸。認(rèn)知層：通過(guò)感知數(shù)據(jù)的認(rèn)知計(jì)算、分析推理，正確和深入地認(rèn)識(shí)物理世界。該層可分為邏輯層、管理邏輯層和認(rèn)知適配層?？刂茖樱嚎刂茖痈鶕?jù)認(rèn)知層的認(rèn)知結(jié)果，確定控制策略，發(fā)布控制指令，遠(yuǎn)程指揮各個(gè)物理設(shè)備終端協(xié)同控制物理世界，形成反饋循環(huán)控制系統(tǒng)。 CPS通過(guò)感知、智能設(shè)備獲得客觀世界事物的信息，并對(duì)感知到的信息進(jìn)行分析和智能化的處理，與通信對(duì)象進(jìn)行交互。 CPS具有以下特征：環(huán)境感知性，自愈性、異構(gòu)性、開(kāi)放性、可控性、移動(dòng)性、融合性、安全性。 CPS應(yīng)用覆蓋了小到智能家庭網(wǎng)絡(luò)大到工業(yè)控制系統(tǒng)乃至智能交通系統(tǒng)等國(guó)家級(jí)甚至世界級(jí)的應(yīng)