信息物理系統(tǒng)CPS

1、匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容定義定義 CPSCPS就是一個(gè)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合就是一個(gè)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)了計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)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(guò)計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互它通過(guò)計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互來(lái)增加或影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互來(lái)增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式監(jiān)測(cè)或者控制一個(gè)物理實(shí)體。監(jiān)測(cè)或者控制一個(gè)物理實(shí)體。CPSCPS的最終目標(biāo)是實(shí)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的完全融合，構(gòu)建一個(gè)可控、

2、現(xiàn)信息世界和物理世界的完全融合，構(gòu)建一個(gè)可控、可信、可擴(kuò)展并且安全高效的可信、可擴(kuò)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?lèi)構(gòu)建工程物理系統(tǒng)的方式根本上改變?nèi)祟?lèi)構(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(jī)械裝置。傳統(tǒng)的物理設(shè)備通過(guò)在某些情況下，還可以包括機(jī)械裝置。傳統(tǒng)的物理設(shè)備通過(guò)嵌入式系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)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(lái)擴(kuò)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(guò)開(kāi)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(guò)開(kāi)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(guò)射頻識(shí)別、紅外感指通過(guò)射頻識(shí)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(lái)，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(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)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(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，在物聯(lián)網(wǎng)中，用戶(hù)端延伸和擴(kuò)展到了任何物和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，在物聯(lián)網(wǎng)中，用戶(hù)端延伸和擴(kuò)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(diǎn)是傳感器，通過(guò)自組織的方式節(jié)點(diǎn)是傳感器，通過(guò)自組織的方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，感知的對(duì)象是諸如溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，感知的對(duì)象是諸如溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等物理度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等物理屬性，實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的監(jiān)測(cè)。屬性

5、，實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的監(jiān)測(cè)。CPS簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是開(kāi)放的嵌入式系統(tǒng)加上網(wǎng)絡(luò)和控制功能，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是開(kāi)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(shí)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(shí)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(zhǎng)的是基于無(wú)線連接，主要實(shí)現(xiàn)的是感物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所擅長(zhǎng)的是基于無(wú)線連接，主要實(shí)現(xiàn)的是感知，這對(duì)于知，這對(duì)于CPS來(lái)說(shuō)太過(guò)簡(jiǎn)單，來(lái)說(shuō)太過(guò)簡(jiǎn)單，CPS需要實(shí)現(xiàn)的是感控，也需要實(shí)現(xiàn)的是感控，也就是說(shuō)，就是說(shuō)，CPS不僅僅實(shí)現(xiàn)感知功能，還需要實(shí)現(xiàn)控制

6、不僅僅實(shí)現(xiàn)感知功能，還需要實(shí)現(xiàn)控制，其對(duì)，其對(duì)設(shè)備計(jì)算能力的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所要求的。設(shè)備計(jì)算能力的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)研究熱點(diǎn)（一）研究熱點(diǎn)（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(diǎn)包括網(wǎng)絡(luò)融合、節(jié)點(diǎn)接入與管理、系統(tǒng)安全等其中的研究熱點(diǎn)包括網(wǎng)絡(luò)融合、節(jié)點(diǎn)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(dòng)通信網(wǎng)、現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，如公共電話網(wǎng)、蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)、Ad hocAd hoc網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、wi-Fiwi-Fi、WiMAX

7、WiMAX、無(wú)線傳感網(wǎng)等，因、無(wú)線傳感網(wǎng)等，因?yàn)槊糠N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(guò)一種統(tǒng)一的方式連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互種網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一種統(tǒng)一的方式連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，是通，是CPSCPS系統(tǒng)的一個(gè)難點(diǎn)，也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。系統(tǒng)的一個(gè)難點(diǎn)，也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。研究熱點(diǎn)（二）研究熱點(diǎn)（二）二、節(jié)點(diǎn)接入與管理二、節(jié)點(diǎn)接入與管理 CPSCPS網(wǎng)絡(luò)本身就是一個(gè)開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)

8、，允許網(wǎng)絡(luò)本身就是一個(gè)開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)，允許各種網(wǎng)絡(luò)、各種節(jié)點(diǎn)自由接人、退出網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于各種網(wǎng)絡(luò)、各種節(jié)點(diǎn)自由接人、退出網(wǎng)絡(luò)，對(duì)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(diǎn)、如何快速得到節(jié)點(diǎn)的拓?fù)?、如何快速路由?jié)點(diǎn)、如何快速得到節(jié)點(diǎn)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(duì)節(jié)點(diǎn)的接網(wǎng)絡(luò)通信的難題。而且，當(dāng)前對(duì)節(jié)點(diǎn)的接人與管理也只是局限于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)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(duì)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)管理的研究還很少，所以這也是一個(gè)亟絡(luò)的節(jié)點(diǎn)管理的研究還很少，所以這也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。待解決的問(wèn)題。研究熱點(diǎn)（三）研究熱

9、點(diǎn)（三）一、一、安全性問(wèn)題安全性問(wèn)題 與互聯(lián)網(wǎng)類(lèi)似，與互聯(lián)網(wǎng)類(lèi)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(wèn)題也是目前的研究熱點(diǎn)。脅，因此安全與隱私問(wèn)題也是目前的研究熱點(diǎn)。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(wèn)題，且由于問(wèn)題，且由于CPSCPS網(wǎng)絡(luò)涉及各種物理節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)涉及各種物理節(jié)點(diǎn)( (如傳感如傳感器等器等) )，攻擊者也可以針對(duì)物理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行攻擊，使，攻擊者也可以針對(duì)物理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行攻擊，使系統(tǒng)接收到虛假信息，這些安全問(wèn)題都是系

10、統(tǒng)接收到虛假信息，這些安全問(wèn)題都是CPSCPS網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)需要解決的問(wèn)題。絡(luò)需要解決的問(wèn)題?；竟δ軉卧竟δ軉卧到y(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(duì)于不同行業(yè)的特定應(yīng)用通常需要構(gòu)系統(tǒng)，對(duì)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(shí)現(xiàn)的角度但是從技術(shù)實(shí)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(shí)現(xiàn)。這樣的結(jié)構(gòu)僅反映了實(shí)現(xiàn)技術(shù)的層次關(guān)系，實(shí)踐中要包含的組成元素技術(shù)的層次關(guān)系，實(shí)踐中要包

11、含的組成元素可能千差萬(wàn)別，層間的聯(lián)系與信息傳遞關(guān)系可能千差萬(wàn)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(guò)物通過(guò)物理層感知環(huán)境，反之又是通過(guò)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(guò)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(gè)單獨(dú)的元可以是一個(gè)單獨(dú)的CPSC

12、PS節(jié)點(diǎn)，例如一臺(tái)手持終端節(jié)點(diǎn)，例如一臺(tái)手持終端PDAPDA或或移動(dòng)手機(jī)就是一個(gè)移動(dòng)手機(jī)就是一個(gè)CPSCPS單元。另外，一個(gè)單元。另外，一個(gè)CPSCPS單元也可以單元也可以是一組是一組CPSCPS節(jié)點(diǎn)集合，如一組探測(cè)倉(cāng)庫(kù)溫度的智能傳感器節(jié)點(diǎn)集合，如一組探測(cè)倉(cāng)庫(kù)溫度的智能傳感器集合通過(guò)一個(gè)超級(jí)智能傳感器組合連接入新一代網(wǎng)絡(luò)與其集合通過(guò)一個(gè)超級(jí)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(gè)單元交互，這一組智能傳感器被認(rèn)為是一個(gè)CPSCPS單單元，其中每個(gè)智能傳感器是一個(gè)元，其中每個(gè)智能傳感器是一個(gè)CPSCPS節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，并支單元實(shí)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(shí)現(xiàn)資源共享的實(shí)現(xiàn)資源共享的基礎(chǔ)?；A(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(shí)單元的異構(gòu)性，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)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(hù)提供即插即用式服務(wù)的方式為用戶(hù)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