信息－物理融合系統(tǒng)動態(tài)行為模型構建方法

　　摘要信息-物理融合系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem，CPS)特有的計算、通信、控制的聯(lián)合動態(tài)性，計算與物理的多尺度融合性，系統(tǒng)環(huán)境及狀態(tài)的時空交互性以及系統(tǒng)動態(tài)行為的非確定性，不但使面向CPS的模型驅(qū)動設計與驗證方法在CPS系統(tǒng)設計中更為重要，而且也向其提出了新的技術挑戰(zhàn).論文在結合典型實例分析CPS系統(tǒng)特征及其模型構建具體挑戰(zhàn)的基礎上，研究并總結了CPS動態(tài)行為建模的主要方法：一體化建模方法從CPS系統(tǒng)層面描述計算過程與物理過程的交互與融合;時空交互建模方法關注CPS系統(tǒng)行為與時間及空間關系的語義表示;功能和實現(xiàn)兼容建模方法側重刻畫CPS系統(tǒng)的邏輯設計和物理實現(xiàn)的映射與支撐;而集成建模方法則重點解決多異構模型的交互方式與語義的一致表達.論文基于多異構實體的CPS系統(tǒng)建?？蚣?，提出了一種CPS系統(tǒng)結構與動態(tài)行為的協(xié)同建模方法，并用CPS-ADL對其進行了實現(xiàn)和驗證.

　　關鍵詞信息-物理融合系統(tǒng);動態(tài)行為建模;一體化模型;集成建模;協(xié)同方法

　　1引言

　　隨著嵌入式計算、無線感知網(wǎng)絡、網(wǎng)絡化控制等技術的快速發(fā)展和持續(xù)融合，美國國家科技委員會于2006年提出了信息-物理融合系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystems，CPS).CPS是一個計算過程與物理過程融合的復雜系統(tǒng)，其通過計算、通信和控制的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)信息域和物理域的緊密結合[1-3]，已成為當今計算機學科前沿交叉研究的重點方向之一，具有廣泛的應用前景[1，4].

　　更新了一篇物理相關的論文，如中學物理教師評高級職稱材料，您可以點擊并前往查看。

　　2CPS系統(tǒng)特點分析及其建模挑戰(zhàn)

　　2.1一個典型的CPS系統(tǒng)實例

　　具有“3C(ComputationCommunicationControl)”緊密結合、計算過程與物理過程深度融合等特性的CPS系統(tǒng)在數(shù)字醫(yī)療、航空航天、智能交通、基礎設施等領域有所體現(xiàn).我們以月球車為例說明其工作機理.月球車是一種在月面環(huán)境下執(zhí)行探測任務的自主運動系統(tǒng)，其控制模式是在深空遙操作下的自主行走控制模式.月球車自主實現(xiàn)環(huán)境識別、行走避障、姿態(tài)控制、深空通信等功能[5].其組成包含了多攝像頭等感知設備、實時任務計算機、內(nèi)部網(wǎng)絡通信與外部數(shù)據(jù)鏈通信以及六輪協(xié)同運動等子系統(tǒng).其環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理與輪系控制緊密交互、深度融合，是一個典型的CPS系統(tǒng)應用實例.

　　.2CPS系統(tǒng)主要特性分析

　　CPS系統(tǒng)內(nèi)在特性，主要體現(xiàn)在以下幾點：

　　(1)“3C”聯(lián)合動態(tài)性.CPS系統(tǒng)通常由多類物理過程、感知器與控制器、并發(fā)計算實體以及實時通信網(wǎng)絡所構成，計算、通信與控制實體的變化都會影響整個系統(tǒng)的動態(tài)行為.

　　(2)多尺度融合性.CPS系統(tǒng)結構的層次性及其組成的異構性，使得離散計算過程和連續(xù)物理演化過程的融合在系統(tǒng)規(guī)模、邏輯層次、組成元素和非功能屬性等方面呈現(xiàn)多尺度特性.

　　3CPS系統(tǒng)動態(tài)行為建模方法

　　自信息-物理融合系統(tǒng)概念提出以來，其系統(tǒng)動態(tài)行為模型構建方法及其工具實現(xiàn)一直是國際相關研究計劃和研究團隊關注和研究的熱點，并已取得階段性創(chuàng)新成果和研究進展.基于CPS建模面臨的主要挑戰(zhàn)，論文在分析目前主要研究成果的基礎上，將其提煉為以下4類，并指出了進一步的研究重點.

　　參考文獻

　　[1]LeeEA.Cyber-physicalsystems-arecomputingfoundationsadequate.PositionPaperforNSFWorkshoponCyber-PhysicalSystems：ResearchMotivation，TechniquesandRoadmap.Austin，USA.2006

　　[2]ShaL，GopalakrishnanS，etal.Cyber-physicalsystems：Anewfrontier//ProceedingsoftheIEEEInternationalConfe-renceonSensorNetworks，UbiquitousandTrustworthyComputing.Taichung，China，2008：1-9

　　[3]RajkumarRI，LeeEA，etal.Cyber-physicalsystems：Thenextcomputingrevolution//Proceedingsofthe47thDesignAutomationConference.Anaheim，USA，2010：731-736

　　周興社楊亞磊楊剛

《信息－物理融合系統(tǒng)動態(tài)行為模型構建方法》

上一篇：基于頁巖巖石物理等效模型的地應力預測方法研究

下一篇：當代哲學如何面對認知科學的意識難題