基于情景感知的CPS体系架构研究

摘要

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System——CPS)是信息过程与物理过程深度融合和交互作用的系统，嵌入式计算机和网络通过反馈回路监视和控制物理过程，在反馈回路中物理过程与信息过程相互影响，CPS是物理和信息的交集，而不是并集，物理组件和计算组件不能分开，信息过程和物理过程的融合是提高CPS融合度的关键。
　　本文重点研究CPS的体系架构，针对物理环境的实时性和复杂性，建立CPS的情景感知模型，通过感知物理世界可靠的情景信息，建立基于情景感知的CPS体系架构，本文主要研究内容以及创新点如下:
　　(1)阐述了信息-物理融合系统体系架构的研究和国内外发展现状，根据CPS的特性建立了一种CPS原型架构，并且分析了该架构的内部各个单元关系。
　　(2)提出一种典型的三层次CPS体系架构，分为物理层（Physical Layer-PL）、网络层（Network Layer-NL）及应用层(Application Layer-AL)三个层次，并且详细分析了典型的三层体系架构的各层次组成、作用以及它们之间的互联关系。
　　(3)提出了一种针对信息-物理融合系统的情景感知模型，该模型分为五个层次:传感器层、情景信息获取层、情景信息处理层、情景信息推理层和服务层，对于每一层次的组成和功能都进行了详细介绍，接着介绍了该情景感知模型的感知流程。
　　(4)构建一种基于情景感知的三层次CPS体系架构，将信息过程与物理过程无缝融合，综合分析了CPS感知物理世界的情景信息，然后对信息进行网络化传输、分析、处理、整合并作出调度和反馈策略。详细说明了该体系架构的工作流程。信息-物理融合系统的工作流程能够完全体现出物理过程和信息过程的深度融合，从而使得CPS中的设施有了“思想”，而且系统内部的情景信息资源可以通过网络层进行传输与共享。CPS实时网络可以串联整个系统，提高了系统的实时性、情景信息容量和情景信息质量。
　　(5)建立了针对本文设计的基于情景感知的CPS的体系效能分析框架和分析设计建模，介绍了体系效能分析的组成。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 本文的研究内容

2 CPS系统分析

2．1 CPS系统原型

2．2 CPS结构分析

2．3 CPS的特点

2．4 本章小结

3 多层次CPS体系架构

3．1 CPS体系架构的组成

3．2 CPS三层体系架构

3．2．1 物理层

3．2．2 网络层

3．2．3 应用层

3．3 本章小结

4 CPS情景感知模型的设计

4．1 情景感知的相关介绍

4．1．1 情景感知简介

4．1．2 情景感知技术

4．1．3 情景感知研究面临的挑战

4．2 常用的几种情景感知模型

4．3 构建CPS情景感知模型

4．3．1 针对CPS设计感知模型的要求

4．3．2 CPS情景感知模型

4．4 本章小结

5 基于情景感知的CPS体系架构

5．1 构建基于情景感知的三层次CPS体系架构

5．1．1 三层次CPS体系架构设计思想

5．1．2 基于情景感知的CPS的三层体系架构

5．2 基于情景感知的三层次CPS体系架构的工作流程

5．3 基于情景感知的CPS体系效能分析

5．3．1 体系效能分析的三层次框架

5．3．2 体系效能分析设计建模

5．4 基于情景感知的CPS体系效能评估

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况说明

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