基于情景感知的CPS體系架構(gòu)研究.pdf

1、信息-物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System——CPS)是信息過程與物理過程深度融合和交互作用的系統(tǒng)，嵌入式計算機和網(wǎng)絡(luò)通過反饋回路監(jiān)視和控制物理過程，在反饋回路中物理過程與信息過程相互影響，CPS是物理和信息的交集，而不是并集，物理組件和計算組件不能分開，信息過程和物理過程的融合是提高CPS融合度的關(guān)鍵。
　　本文重點研究CPS的體系架構(gòu)，針對物理環(huán)境的實時性和復雜性，建立CPS的情景感知模型，通過感知物理世界

2、可靠的情景信息，建立基于情景感知的CPS體系架構(gòu)，本文主要研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點如下:
　　(1)闡述了信息-物理融合系統(tǒng)體系架構(gòu)的研究和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)CPS的特性建立了一種CPS原型架構(gòu)，并且分析了該架構(gòu)的內(nèi)部各個單元關(guān)系。
　　(2)提出一種典型的三層次CPS體系架構(gòu)，分為物理層（Physical Layer-PL）、網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer-NL）及應(yīng)用層(Application Layer-AL)三個層次

3、，并且詳細分析了典型的三層體系架構(gòu)的各層次組成、作用以及它們之間的互聯(lián)關(guān)系。
　　(3)提出了一種針對信息-物理融合系統(tǒng)的情景感知模型，該模型分為五個層次:傳感器層、情景信息獲取層、情景信息處理層、情景信息推理層和服務(wù)層，對于每一層次的組成和功能都進行了詳細介紹，接著介紹了該情景感知模型的感知流程。
　　(4)構(gòu)建一種基于情景感知的三層次CPS體系架構(gòu)，將信息過程與物理過程無縫融合，綜合分析了CPS感知物理世界的情景信息，然

4、后對信息進行網(wǎng)絡(luò)化傳輸、分析、處理、整合并作出調(diào)度和反饋策略。詳細說明了該體系架構(gòu)的工作流程。信息-物理融合系統(tǒng)的工作流程能夠完全體現(xiàn)出物理過程和信息過程的深度融合，從而使得CPS中的設(shè)施有了“思想”，而且系統(tǒng)內(nèi)部的情景信息資源可以通過網(wǎng)絡(luò)層進行傳輸與共享。CPS實時網(wǎng)絡(luò)可以串聯(lián)整個系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的實時性、情景信息容量和情景信息質(zhì)量。
　　(5)建立了針對本文設(shè)計的基于情景感知的CPS的體系效能分析框架和分析設(shè)計建模，介紹了體系