信息物理融合系统概述

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1、信息物理融合系统概述摘要：信息物理融合系统（cps）作为计算进程与物理过程的结合体，是集传感、通信、计算与控制于一身的下一代智能系统。本文介绍了cps的定义、特点及国内外研究现状，分析了我国发展cps现今与未来将面临的机遇与挑战。并以cps在智能交通、智能家居为典型代表的两方面应用为例，阐明cps对我国社会经济生活的重大影响。关键词：信息物理融合系统，智能交通，智能家居21世纪是信息技术产业迅猛发展的年代，如雨后春笋般不断涌现的的技术突破与创新，正使人类生活的环境与方式发生着翻天覆地的变化，尤其是以嵌入式计算设备为主体的信息系统在社会生活各方面的应用为主。

2、传统的嵌入式设备往往是一步成型，对外界而言是封闭的，远远不能满足当下对物理设备可控制、可交互、可通信、可扩展等众多应用需求。因此，在环境感知基础上，实现人、机、物的互联互通与深度融合的信息物理融合系统（cyber-physicalsystem，信息物理融合系统概述摘要：信息物理融合系统（cps）作为计算进程与物理过程的结合体，是集传感、通信、计算与控制于一身的下一代智能系统。本文介绍了cps的定义、特点及国内外研究现状，分析了我国发展cps现今与未来将面临的机遇与挑战。并以cps在智能交通、智能家居为典型代表的两方面应用为例，阐明cps对我国社会经济生活的

3、重大影响。关键词：信息物理融合系统，智能交通，智能家居21世纪是信息技术产业迅猛发展的年代，如雨后春笋般不断涌现的的技术突破与创新，正使人类生活的环境与方式发生着翻天覆地的变化，尤其是以嵌入式计算设备为主体的信息系统在社会生活各方面的应用为主。传统的嵌入式设备往往是一步成型，对外界而言是封闭的，远远不能满足当下对物理设备可控制、可交互、可通信、可扩展等众多应用需求。因此，在环境感知基础上，实现人、机、物的互联互通与深度融合的信息物理融合系统（cyber-physicalsystem，cps）不仅已成为国内外学术界研究开发的重要方向，也将成为企业界优先投资发

4、展的重点领域。同时，对于加速推进我国工业化和信息化的融合也具有重要意义。1.cps简介1.1.cps定义cps中文译为信息物理融合系统，是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统。其概念最早是由美国国家自然基金委员会与2006年提出的。它将计算进程与物理进程良好的结合到一起，有望成为继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次产业浪潮。它的核心概念是3c（computation、communication、control），即通过人机交互接口来实现与物理进程的交互，使用网络（往往是传感器网络）以实时的、可靠的、远程的、安全的方式监控一个物理实体的具体动作行为

5、。1.2.cps特点人们又将cps称为“人-机-物”融合系统，其本质是实现人类在时间、空间方面的延伸控制。（1）与嵌入式系统相比。cps作为物理设备与计算技术的融合体，使得计算对象经历了由数字到模拟、由离散到连续、由静态到动态、由分布到统一的转变，形同网络、控制与嵌入式系统的动态重组与整合。（2）与物联网相比。cps在物理实体互联后实现感知的基础上，更注重对实体设备进行实时、动态的信息控制与信息服务。（3）与软件系统相比。cps侧重的是对各个物理进程的实时控制与反馈。强调了信息处理与交互的动态响应。1.3.国内外研究现状国外关于信息物理融合系统的研发开始较

6、早，首先是美国于2006年提出，并作为重要研究项目之一。时隔一年，美国总统科学技术顾问委员会，把cps放在与软件、数据、数据存储与数据流、网络、高端计算、网络与信息安全、人机界面、nit与社会生活等并称八大关键信息技术的首位。与此同时，美国国家自然科学基金委员会（nsf），常年致力于资助针对cps研发的科研工作组，已达数十个之多。在欧洲，欧盟计划投入6年时间54亿欧元成为智能电子系统的世界领先地位。在我国，尽管相对于当下呼声较高的物联网而言，cps还资历尚浅。但是国家已经于“十二.五”计划中将其提出，作为未来我国信息技术产业发展的重要方向之一。相应的，“9

7、73”、“863”与国家自然科学基金也纷纷提出相应科研方案以适应国家未来的战略倾向。1.4.相关技术与挑战由于实时系统、传感器网络、普适计算等信息技术的迅猛发展，cps的领域将愈加拓宽。单个传感设备在cps中意义很小，因此网络通信技术必不可少。自组织（adhoc）网络、internet和更灵活的ip都需要重新改写。而对于硬件，无论是传感设备、通信设备、计算设备还是控制设备，都要求具备低能耗、短延迟、小规模、易装载与低价格的特点。而基于硬件基础上的软件与嵌入式操作系统，则重点在实时性与安全性的要求上2.应用领域信息物理融合系统在诸多工业领域都有着广泛的应用前

8、景，现仅就智能交通、智能家居、两个方面给出相应介绍。2.1.智能交