面向实时数据的CPS一体化建模方法

摘要

信息物理系统(cyber-physical system,简称CPS)是一个在环境感知的基础上整合了物理和计算元素的系统,它可以智能地响应真实世界的动态变化,具有重要而广阔的应用前景.然而,CPS工作在复杂的物理环境中,周围的物理变化会对CPS的行为产生影响.因此,确保CPS在复杂环境中的安全性和可靠性至关重要.提出了一种面向实时数据的一体化建模方法,通过定义一系列的规则,将领域环境模型组合到运行时验证过程中去,从而保证CPS在不确定环境中的安全性和可靠性.该方法首先为环境建立数学模型.然后,设计合并规则将相同系统参数下仅有一个环境影响因子的数学模型合并为相同系统参数下有一个或多个环境影响因子的数学模型.之后,定义转换规则,将数学模型转换为伪代码表示的环境模型.最后,根据组合规则将环境模型组合到运行时监视模型中执行验证.该方法使得监视模型更加完整、准确,当环境发生变化时,通过动态调整参数范围使得CPS中的安全属性在复杂的物理环境中仍然得以满足.将该方法应用到移动机器人避障实验中,对影响电池容量的温度和湿度进行数学建模,然后将环境模型组合到监视模型中去,最终实现在执行任务前可以根据不同的物理环境准确地给出续航时间安全提醒.