赛博物理系统的特征解析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：异构性：CPS包含了许多功能与结构各异的子系统，各个子系统之间需要通过有线或无线的通信方式相互协调工作，因此，CPS也被称为混合系统或者系统的系统。

CPS具有与传统的实时嵌入式系统以及监控与数据采集系统（Supervisory Control And Data Acquisition Systems，SCADA）不同的特殊性质。

（1）全局虚拟性、局部物理性：局部物理世界发生的感知和操纵，可以跨越整个虚拟网络，并被安全、可靠、实时地观察和控制。

（2）深度嵌入性：嵌入式传感器与执行器使计算深深嵌入到每一个物理组件，甚至可能嵌入进物质里，从而使物理设备具备计算、通信、精确控制、远程协调和自治等功能，更使计算变得普通，成为物理世界的一部分。

（3）事件驱动性：物理环境和对象状态的变化构成“CPS事件”：触发事件→感知→决策→控制→事件的闭环过程，最终改变物理对象状态。

（4）以数据为中心：CPS各个层级的组件与子系统都围绕数据融合向上层提供服务，数据沿着从物理世界接口到用户的路径一路不断提升抽象级，用户最终得到全面的、精确的事件信息。

（5）时间关键性：物理世界的时间是不可逆转的，因而CPS的应用对时间有着严格的要求，信息获取和提交的实时性会影响用户的判断与决策精度，尤其是在重要基础设施领域。

（6）安全关键性：CPS的系统规模与复杂性对信息系统安全提出了更高的要求，尤其重要的是需要理解与防范恶意攻击带来的严重威胁，以及CPS用户的隐私被暴露等问题。

（7）异构性：CPS包含了许多功能与结构各异的子系统，各个子系统之间需要通过有线或无线的通信方式相互协调工作，因此，CPS也被称为混合系统或者系统的系统。

（8）高可信赖性：物理世界不是完全可预测和可控的，对于意想不到的情况，必须保证CPS的鲁棒性（Robustness，即健壮性），同时还须保证其可靠性、高效率、可扩展性和适应性。

（9）高度自主性：组件与子系统都具备自组织、自配置、自维护、自优化和自保护能力，可以支持CPS完成自感知、自决策和自控制。

（10）领域相关性：在诸如汽车、石油化工、航空航天、制造业、民用基础设施等工程应用领域，CPS的研究不仅着眼于自身，也着眼于这些系统的容错、安全、集中控制和社会等方面对它们的设计产生的影响。