CPS(CyberPhysical Sytem,信息物理融合系统)

1.CPS定义
CPS是连接计算机虚拟世界与物理现实世界的系统。We refer to systems that bridge the cyber-world of computing and communications with the physical world ascyber-physical systems.
 
CPS是把计算与物理世界整合到一起,并通过多种形式能与人类进行交互的新一代系统The term cyber-physical systems (CPS) refers to a new generation of systems with integrated computational and physical capabilities that can interact with humans through many new modalities.
 
2.CPS重要性
2006年2月,基于美国国会评估美国的技术竞争力和维持提高这种竞争力的要求,美国科学院发布的《美国竞争力计划》将CPS列为重要的研究项目。美国总统科学与技术顾问委员会(PCAST)于2007年把CPS作为网络与信息技术领域的第一项提案。2008年成立的美国CPS指导小组在《CPS执行概要》中,把CPS应用放在交通、国防、能源、医疗、农业和大型建筑设施等方面。除此之外,美国国家科学基金会(NSF)和欧洲第七框架(FP7)的大型科研资助计划,都投入了大量经费。
 
3.CPS,IPSO,MAS三者关系
CPS(Cyber-Physical Sytem)很重视并发性和时间确定性的问题;而IPSO(IP for Smart Objects)不太重视这两个问题;MAS(Multi-Agent System)重视的是与环境适应的问题。
 
(1)CPS(Cyber Physical System,信息物理融合系统)
CPS象基于网络的闭环控制-遵循确定性原则,它是传统控制理论在网络上的延伸,所以它对时间确定性和并行性要求很高,对网络实时性要求也很高,如用CAN,而不用TCP/IP。CPS包括计算、通信和控制三部分,它把计算机的虚拟世界连接到现实的物理世界。
 
典型的项目如关注电厂网络控制的伯克利大学的托勒密2项目[1],和关注未来能源利用的、由美国多个高校和研究机构参与的、未来信息物理融合能源系统(Future Cyber-Physical Energy Systems)的研究[2]。
 
从KK的书《失控》[3]思想来看,KK不主张集中控制思想。本人也感觉,时间确定性和并行性是更高层来保证的,如TCP/IP中的IP只是做到Best-Effort, 而由上层TCP、RTP来保证其它的。
 
如果把CPS比喻成一个巨人的话,其它所有的计算、通信和控制等相关技术只是组成这个巨人的零件或组织,都包括到其中了。
 
其理念为:所有的技术我都包括了All your base are belong to us.
 
(2)IPSO(Internet Protocol for Smart Objects)
IPSO象基于网络的开环控制遵循Best Effort原则,如Internet of Thing,6LowPAN等。瑞典计算机科学研究院的Adam Dunckel[4] 从博士生开始就做了很多这方面的工作,并主持一个开源项目Contiki, 大家比较熟悉的uIP、lwIP和uIPv6就是他做的。IPSO联盟成员包括IBM、Cisco等,已经有50多个成员。
 
其理念为:对正确问题的近似回答,比对错误问题的正确回答要好得多,因为前者最终会得到精确的结果Far better an approximate answer to the right question, which is often vague, than an exact answer to the wrong question, which can always be made precise.
 
(3)MAS(Multi-Agent System,多智能体系统)
MAS也叫自治系统、自组织系统,其中有很多的Agent,Agent是个智能体遵循自我管理、本地观察和非中心控制的自适应原则。能自学习、有自己的规则,对环境感知并响应,采用“We can get smart things from stupid things.”方式,如蚁群算法。这种方法是KK的《失控》所提倡的。它更像一个真实的、我们生活的世界的样子。MIT做了很多这方面的东西。
 
米歇尔.沃尔德洛的《复杂》、遗传算法发明人霍兰的《涌现》《隐秩序》、元胞自动机发明人斯蒂芬·沃尔夫勒姆的《一种新科学》的思想就是MAS的基础。
 
其理念为: 简单的规则,可以产生复杂和有趣的行为Using simple rules, can result in far more complex and interesting behavior.
 
4.总结
我想,不能说哪一种会代替其它的,在这个多样化的世界中,三者会共存的,各有其应用空间,或混合应用。而从CPS发展来看,它将把IPSO和MAS包括到自己中,某些局部采用MAS和IPSO,而总体上是CPS,CPS的包括的范围更大一些。
 
如果把CPS比喻成一个巨人的话,其它计算、通信和控制等相关技术只是组成这个巨人的零件或组织。
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