CPS与物联网教程文件.doc

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1、CPS与物联网机器的崛起（RiseoftheMachines）是2003年上映的阿诺·史瓦辛格主演的科幻动作片“终结者3：机器的崛起（Terminator3:RiseoftheMachines）”的主题，至此以后，“机器的崛起”成为一个常被人提起的话题。电影里说的机器主要是指“机器人”以及它们发展到一定程度不能再被人驯服后对人类产生的危害，好在目前机器还没有真正的“崛起”（而且可能永远也不会“崛起”），它们还在忠心耿耿，任劳任怨地为人类服务。 据统计，目前全世界大约有100万机器人在世界各个角落辛勤工作，尤其在人类难以胜任的危险环境里。日本是机器人密度最高的国家，

2、每10万人就有295个机器人（下图）。 机器人属于一种叫CPS（CyberPhysicalSystem，可翻译成“信息物理融合系统”）的系统，有时也叫“物理计算”（PhysicalComputing））理念或课题,是2004年美国NSF（国家自然科学基金）的HelenGill女士在一个HCSS（HighConfidenceSoftwareandSystems,高信誉度的软件和系统）的研讨会上提出来的，从2006年开始被NSF列为重点支持的研究课题，2007年被美国总统科学技术顾问委员会（PCAST，President’sCouncilofAdvisorsonSci

3、enceandTechnology）的一个报告列为8大关键的信息技术之首，2010年PCAST提出了一个美国国会必须讨论的40亿美元的NITRD（NetworkingandInformationTechnologyResearchandDevelopment)研究经费资助提案，CPS也被列为五大重点资助领域之一，CPS成为近几年美国高校和科研机构的研究热点课题。 CPS和物联网一样，有很多不同的定义，下图中列出了一个比较有代表性的定义。CPS是一个以通讯和计算为核心的集成的监控和协调行动的工程化物理系统，是计算、通讯和控制的融合，具备很高的可靠性、安全性和执行效率

4、，是一个从纳米世界到基于大规模广域网的系统的系统，如下图所示。 大家最熟知的典型CPS系统就是机器人，如第一章中展示的机器狗，其他主要应用范围如下图所示，包括汽车、飞机、医疗和军事领域。例如，中国目前在世界领先的高速列车就可以说是一个CPS系统，德国Siemens公司的Achatz在2007年曾指出，BMW汽车就是“一个计算机的网络"。 CPS包含了基于嵌入式系统和网络通信和控制的人工智能、泛在计算、环境感知（AmI）等功能（下图）,它是集通信与控制和集成计算于一体的下一代智能系统，通过人机交互接口实现和物理世界的交互的一个紧凑的物理实体。CPS是一个具有控制属

5、性的网络，但它又有别于现有的控制系统。 CPS并非什么全新的概念，可以说CPS是1948年Wiener在“Cybernetics，orControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine“一书中提出的”控制论“和我国著名科学家钱学森博士1954在”EngineeringCybernetics“一书中提出的”工程控制论“等技术的发展和延续，当时的Cybernetics理论还包括“动物”系统，理念并不比现在的CPS落后。 CPS实际上是一种智能系统（SmartSystem）,在欧盟2008年发布的（EPoSS，theEuro

6、peanTechnologyPlatformonSmartSystemsIntegration）IoT2020报告中，已经具体的把物联网的事“落地”到智能系统（SmartSystems），尤其是智能集成系统和平台的建设上。 咨询机构HarborResearch在2010年的研究报告中，对智能系统市场进行了深入的分析，指出了智能系统和ICT产业类似，存在价值链由基于产品的模式到基于网络化产品和服务的模式的转变的趋势（下图）。智能系统的发展将从新定位人和设备与业务系统的关系，智能系统将是跨业务（即IT和控制的融合）领域的系统，实现无人干预的自我感知、自我控制和自我优化

7、。同时提出了传统的ICT（InformationandCommunicationsTechnology）产业从业人员是否能真正理解SmartSystems的精髓，做好物联网产业的问题，认为传统的专注于控制系统的产商（下图），由于掌握了从底层感知的数据和基础设施，在智能系统建设中中有独特的优势，这些产商将成为“两化融合“物联网建设中的主要力量。这也是笔者本人涉足物联网产业的主要切入点之一。 物联网浪潮才刚刚开始，又杀出一个CPS，有人认为，物联网理念已经落后了，CPS才是新的方向。其实，不管是物联网还是CPS,都是一个名词而已，说的事基本一样，相关的名词还有很多，