cps有什么特征
cps有什么特征
cps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),那么你對cps了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是cps的內(nèi)容,希望大家喜歡!
CPS的定義
信息物理系統(tǒng)(cyber physical systems,簡稱CPS)作為計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程的統(tǒng)一體,是集成計(jì)算、通信與控制于一體的下一代智能系統(tǒng)。信息物理系統(tǒng)通過人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互,使用網(wǎng)絡(luò)化空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實(shí)時(shí)的、安全的、協(xié)作的方式操控一個(gè)物理實(shí)體。
信息物理系統(tǒng)包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程,使物理系統(tǒng)具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能。它注重計(jì)算資源與物理資源的緊密結(jié)合與協(xié)調(diào),主要用于一些智能系統(tǒng)上如設(shè)備互聯(lián),物聯(lián)傳感,智能家居,機(jī)器人,智能導(dǎo)航等。
CPS是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上,深度融合計(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),它通過計(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)的方式檢測或者控制一個(gè)物理實(shí)體。
CPS的特征
海量運(yùn)算是CPS接入設(shè)備的普遍特征,因此,接入設(shè)備通常具有強(qiáng)大的計(jì)算能力。從計(jì)算性能的角度出發(fā),把一些高端的CPS應(yīng)用比作胖客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)的話,那么物聯(lián)網(wǎng)則可視為瘦客戶機(jī)服務(wù)器,因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)中的物品不具備控制和自治能力,通信也大都發(fā)生在物品與服務(wù)器之間,因此物品之間無法進(jìn)行協(xié)同。從這個(gè)角度來說物聯(lián)網(wǎng)可以看作CPS的一種簡約應(yīng)用,或者說,CPS讓物聯(lián)網(wǎng)的定義和概念明晰起來。在物聯(lián)網(wǎng)中主要是通過RFID與讀寫器之間的通信,人并沒有介入其中。感知在CPS中十分重要。眾所周知,自然界中各種物理量的變化絕大多數(shù)是連續(xù)的,或者說是模擬的,而信息空間數(shù)據(jù)則具有離散性。那么從物理空間到信息空間的信息流動(dòng),首先必須通過各種類型的傳感器將各種物理量轉(zhuǎn)變成模擬量,再通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量,從而為信息空間所接受。從這個(gè)意義上說,傳感器網(wǎng)絡(luò)也可視為CPS的一部分。
從產(chǎn)業(yè)角度看,CPS涵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)等國家級甚至世界級的應(yīng)用。更為重要的是,這種涵蓋并不僅僅是比如說將現(xiàn)有的家電簡單地連在一起,而是要催生出眾多具有計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的設(shè)備
CPS的發(fā)展
2005年5月,美國國會要求美國科學(xué)院評估美國的技術(shù)競爭力,并提出維持和提高這種競爭力的建議。5個(gè)月后,基于此項(xiàng)研究的報(bào)告《站在風(fēng)暴之上》問世。在此基礎(chǔ)上于2006年2月發(fā)布的《美國競爭力計(jì)劃》則將信息物理系統(tǒng)(CyberPhysicsSystem,CPS)列為重要的研究項(xiàng)目。
到了2007年7月,美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會(PCAST)在題為《挑戰(zhàn)下的領(lǐng)先——競爭世界中的信息技術(shù)研發(fā)》的報(bào)告中列出了八大關(guān)鍵的信息技術(shù),其中CPS位列首位,其余分別是軟件、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)流、網(wǎng)絡(luò)、高端計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與信息安全、人機(jī)界面、NIT與社會科學(xué)。歐盟計(jì)劃從2007年到2013年在嵌入智能與系統(tǒng)的先進(jìn)研究與技術(shù)(ARTMEIS)上投入54億歐元(超過70億美元),以其在2016年成為智能電子系統(tǒng)的世界領(lǐng)袖。
何積豐院士認(rèn)為,CPS的意義在于將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng),特別是連接到互聯(lián)網(wǎng)上,使得物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能。
本質(zhì)上說,CPS是一個(gè)具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò),但它又有別于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)。
控制對于我們并不陌生。從20世紀(jì)40年代麻省理工學(xué)院發(fā)明了數(shù)控技術(shù)到如今基于嵌入式計(jì)算系統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)遍地開花,工業(yè)自動(dòng)化早已成熟,其在人們?nèi)粘>蛹疑钪?,各種家電具有控制功能。
但是,這些控制系統(tǒng)基本是封閉的系統(tǒng),即便其中一些工控應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)也具有聯(lián)網(wǎng)和通信的功能,但其工控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部總線大都使用的都是工業(yè)控制總線,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)或者說設(shè)備難以通過開放總線或者互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián),而且,通信的功能比較弱。而CPS則把通信放在與計(jì)算和控制同等地位上,這是因?yàn)镃PS強(qiáng)調(diào)的分布式應(yīng)用系統(tǒng)中物理設(shè)備之間的協(xié)調(diào)是離不開通信的。
CPS在對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)能力、自治能力、控制對象的種類和數(shù)量,特別是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的工控網(wǎng)絡(luò)。
在資助CPS研究上扮演重要角色的美國國家科學(xué)基金會(NSF)認(rèn)為,CPS將讓整個(gè)世界互聯(lián)起來。“如同互聯(lián)網(wǎng)改變了人與人的互動(dòng)一樣,CPS將會改變我們與物理世界的互動(dòng)。”NSF計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)和工程總監(jiān)Branicky表示。
CPS的意義
CPS的意義在于將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng),是連接到互聯(lián)網(wǎng)上,讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能。CPS本質(zhì)上是一個(gè)具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò),但它又有別于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)。CPS則把通信放在與計(jì)算和控制同等地位上,因?yàn)镃PS強(qiáng)調(diào)的分布式應(yīng)用系統(tǒng)中物理設(shè)備之間的協(xié)調(diào)是離不開通信的。CPS對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)能力、自治能力、控制對象的種類和數(shù)量,特別是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的工控網(wǎng)絡(luò)。美國國家科學(xué)基金會(NSF)認(rèn)為,CPS將讓整個(gè)世界互聯(lián)起來。如同互聯(lián)網(wǎng)改變了人與人的互動(dòng)一樣,CPS將會改變我們與物理世界的互動(dòng)。
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