信息物理系統(tǒng)的特征

海量運(yùn)算是CPS接入設(shè)備的普遍特征，因此，接入設(shè)備通常具有強(qiáng)大的計(jì)算能力。從計(jì)算性能的角度出發(fā)，把一些高端的CPS應(yīng)用比作胖客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)的話，那么物聯(lián)網(wǎng)則可視為瘦客戶機(jī)服務(wù)器，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)中的物品不具備控制和自治能力，通信也大都發(fā)生在物品與服務(wù)器之間，因此物品之間無(wú)法進(jìn)行協(xié)同。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)可以看作CPS的一種簡(jiǎn)約應(yīng)用，或者說(shuō)，CPS讓物聯(lián)網(wǎng)的定義和概念明晰起來(lái)。在物聯(lián)網(wǎng)中主要是通過(guò)RFID與讀寫(xiě)器之間的通信，人并沒(méi)有介入其中。感知在CPS中十分重要。眾所周知，自然界中各種物理量的變化絕大多數(shù)是連續(xù)的，或者說(shuō)是模擬的，而信息空間數(shù)據(jù)則具有離散性。那么從物理空間到信息空間的信息流動(dòng)，首先必須通過(guò)各種類型的傳感器將各種物理量轉(zhuǎn)變成模擬量，再通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量，從而為信息空間所接受。從這個(gè)意義上說(shuō)，傳感器網(wǎng)絡(luò)也可視為CPS的一部分。

從產(chǎn)業(yè)角度看，CPS涵蓋了小到智能家庭網(wǎng)絡(luò)大到工業(yè)控制系統(tǒng)乃至智能交通系統(tǒng)等國(guó)家級(jí)甚至世界級(jí)的應(yīng)用。更為重要的是，這種涵蓋并不僅僅是比如說(shuō)將現(xiàn)有的家電簡(jiǎn)單地連在一起，而是要催生出眾多具有計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的設(shè)備。

信息物理融合系統(tǒng)的特性

1）復(fù)雜性

CPS是一個(gè)多維度而非單維度的開(kāi)放式系統(tǒng)，具有高度的復(fù)雜性，能支持建造國(guó)家級(jí)甚至全球級(jí)的大型或者特大型物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)“。它是由很多具有通信、計(jì)算和央策控制功能的設(shè)備組成的智能網(wǎng)絡(luò)，使物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治五大功能，所有設(shè)備相互協(xié)作，使整個(gè)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。

2）異構(gòu)性

CPS是一個(gè)異構(gòu)的分布式系統(tǒng)，由多種異構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算系統(tǒng)控制系統(tǒng)和異質(zhì)的物理設(shè)備構(gòu)成，因此涉及多樣的異構(gòu)數(shù)據(jù)需要處理。

3）深度融合

CPS通過(guò)計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合，通過(guò)實(shí)時(shí)交互來(lái)擴(kuò)展新的功能，每個(gè)物理設(shè)備均深度嵌人了計(jì)算和通信功能”。這導(dǎo)致了計(jì)算對(duì)象從數(shù)字的變?yōu)槟M的，從離散的變?yōu)檫B續(xù)的，從靜態(tài)的變?yōu)閯?dòng)態(tài)的，是一個(gè)有多種類型的計(jì)算對(duì)象并存的系統(tǒng)。

4）自組織與自適應(yīng)性

CPS從規(guī)模上可以覆蓋一個(gè)大的區(qū)域甚至整個(gè)國(guó)家，其接人的物理設(shè)備數(shù)量非常龐大，管理非常困難。CPS促進(jìn)了嵌人式系統(tǒng)和混合系統(tǒng)的生成，使計(jì)算組件和物理環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)更靈活的交互，主要體現(xiàn)在可以通過(guò)代理來(lái)實(shí)現(xiàn)自組織、自適應(yīng)。

5）實(shí)時(shí)性

CPS需要及時(shí)了解物理設(shè)備的現(xiàn)況，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化控制手段對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行必要的控制和干預(yù)，但由于移動(dòng)設(shè)備的接人會(huì)造成設(shè)備狀態(tài)隨機(jī)變化，所以需要對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)重組，這對(duì)計(jì)算過(guò)程的時(shí)間確定性和并行性要求很高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求也非常高。

6）海量性

大型CPS是由大量的物理設(shè)備彼此連接和整合而成的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，這些數(shù)量龐大的智能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和信息交互，會(huì)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量，因而海量數(shù)據(jù)處理的需求會(huì)變得非常迫切。此外，CPS還具有不確定性、靈活性、高效性、可靠性、安全性隱私性等特征。