信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)

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信息物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统,通过3C(Computation、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计,可使系统更加可靠、高效、实时协同,具有重要而广泛的应用前景。

定义

信息物理系统(cyber physical systems,简称CPS)作为计算进程和物理进程的统一体,是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互,使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。

信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知嵌入式计算网络通信网络控制等系统工程,使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调,主要用于一些智能系统上如设备互联,物联传感,智能家居,机器人,智能导航等。

CPS是在环境感知的基础上,深度融合计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统,它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能,以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制一个物理实体。

CPS赋予了人类和自然界一种新关系。CPS将计算,网络和物理进程结合在一起。物理进程受到网络的控制和监督;计算机收到它所控制物理进程的反馈信息。在CPS系统中,物理进程和其它进程紧密联系、相互关联,充分利用不同系统间结构的特点。CPS意味着监测各项物理进程并且执行相应的命令来改变它。换句话说,物理进程被计算系统所监视着。该系统和很多小设备向关联,他们拥有无线通信,感知存储和计算功能。在现实物理世界中,各项物理进程是自然发生的,而CPS是一种人为物理系统或者说是一种将人类和物理世界相结合的更为复杂的系统。

结构

信息物理系统主要分为3个部分,分别是感知层、网络层和控制层,感知层主要是由传感器、控制器和采集器等设备组成。感知层中的传感器作为信息物理系统中的末端设备,主要采集的是环境中的具体信息感知层主要是通过传感器获取环境的信息数据,并定时地发送给服务器,服务器接收到数据之后进行相应的处理,再返回给物理末端设备相应的信息,物理末端设备接收到数据之后要进行相应的变化;数据传输层主要是连接信息世界和物理世界的桥梁,主要实现的是数据传输,为系统提供实时的网络服务,保证网络分组的实时可靠;应用控制层主要是根据认知层的认知结果,根据物理设备传回来的数据进行相应的分析,将相应的结果返回给客户端以可视化的界面呈现给客户。

CPS的特征

海量运算是CPS接入设备的普遍特征,因此,接入设备通常具有强大的计算能力。从计算性能的角度出发,
把一些高端的CPS应用比作胖客户机/服务器架构的话,那么物联网则可视为客户机服务器,因为物联网中的物品不具备控制和自治能力,通信也大都发生在物品与服务器之间,因此物品之间无法进行协同。从这个角度来说物联网可以看作CPS的一种简约应用,或者说,CPS让物联网的定义和概念明晰起来。在物联网中主要是通过RFID与读写器之间的通信,人并没有介入其中。感知在CPS中十分重要。众所周知,自然界中各种物理量的变化绝大多数是连续的,或者说是模拟的,而信息空间数据则具有离散性。那么从物理空间到信息空间的信息流动,首先必须通过各种类型的传感器将各种物理量转变成模拟量,再通过模拟/数字转换器变成数字量,从而为信息空间所接受。从这个意义上说,传感器网络也可视为CPS的一部分。

从产业角度看,CPS涵盖了小到智能家庭网络大到工业控制系统乃至智能交通系统等国家级甚至世界级的应用。更为重要的是,这种涵盖并不仅仅是比如说将现有的家电简单地连在一起,而是要催生出众多具有计算、通信、控制、协同和自治性能的设备。

CPS的意义

CPS的意义在于将物理设备联网,是连接到互联网上,让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。CPS本质上是一个具有控制属性的网络,但它又有别于现有的控制系统。CPS则把通信放在与计算和控制同等地位上,因为CPS强调的分布式应用系统中物理设备之间的协调是离不开通信的。CPS对网络内部设备的远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量,特别是网络规模上远远超过现有的工控网络。美国国家科学基金会(NSF)认为,CPS将让整个世界互联起来。如同互联网改变了人与人的互动一样,CPS将会改变我们与物理世界的互动。

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etzzy

希望50年后它依然存在,让我感觉我一直在做一件稍微有点cool的事情 喜欢一起交个朋友吧 微信/QQ :56280295

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