摘要信息-物理融合系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem，CPS)特有的計算、通信、控制的聯(lián)合動態(tài)性，計算與物理的多尺度融合性，系統(tǒng)環(huán)境及狀態(tài)的時空交互性以及系統(tǒng)動態(tài)行為的非確定性，不但使面向CPS的模型驅(qū)動設(shè)計與驗證方法在CPS系統(tǒng)設(shè)計中更為重要，而且也向其提出了新的技術(shù)挑戰(zhàn).論文在結(jié)合典型實例分析CPS系統(tǒng)特征及其模型構(gòu)建具體挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，研究并總結(jié)了CPS動態(tài)行為建模的主要方法：一體化建模方法從CPS系統(tǒng)層面描述計算過程與物理過程的交互與融合;時空交互建模方法關(guān)注CPS系統(tǒng)行為與時間及空間關(guān)系的語義表示;功能和實現(xiàn)兼容建模方法側(cè)重刻畫CPS系統(tǒng)的邏輯設(shè)計和物理實現(xiàn)的映射與支撐;而集成建模方法則重點解決多異構(gòu)模型的交互方式與語義的一致表達.論文基于多異構(gòu)實體的CPS系統(tǒng)建模框架，提出了一種CPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與動態(tài)行為的協(xié)同建模方法，并用CPS-ADL對其進行了實現(xiàn)和驗證.

　　關(guān)鍵詞信息-物理融合系統(tǒng);動態(tài)行為建模;一體化模型;集成建模;協(xié)同方法

　　1引言

　　隨著嵌入式計算、無線感知網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)化控制等技術(shù)的快速發(fā)展和持續(xù)融合，美國國家科技委員會于2006年提出了信息-物理融合系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystems，CPS).CPS是一個計算過程與物理過程融合的復雜系統(tǒng)，其通過計算、通信和控制的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)信息域和物理域的緊密結(jié)合[1-3]，已成為當今計算機學科前沿交叉研究的重點方向之一，具有廣泛的應用前景[1，4].

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　　2CPS系統(tǒng)特點分析及其建模挑戰(zhàn)

　　2.1一個典型的CPS系統(tǒng)實例

　　具有“3C(ComputationCommunicationControl)”緊密結(jié)合、計算過程與物理過程深度融合等特性的CPS系統(tǒng)在數(shù)字醫(yī)療、航空航天、智能交通、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域有所體現(xiàn).我們以月球車為例說明其工作機理.月球車是一種在月面環(huán)境下執(zhí)行探測任務的自主運動系統(tǒng)，其控制模式是在深空遙操作下的自主行走控制模式.月球車自主實現(xiàn)環(huán)境識別、行走避障、姿態(tài)控制、深空通信等功能[5].其組成包含了多攝像頭等感知設(shè)備、實時任務計算機、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信與外部數(shù)據(jù)鏈通信以及六輪協(xié)同運動等子系統(tǒng).其環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理與輪系控制緊密交互、深度融合，是一個典型的CPS系統(tǒng)應用實例.

　　.2CPS系統(tǒng)主要特性分析

　　CPS系統(tǒng)內(nèi)在特性，主要體現(xiàn)在以下幾點：

　　(1)“3C”聯(lián)合動態(tài)性.CPS系統(tǒng)通常由多類物理過程、感知器與控制器、并發(fā)計算實體以及實時通信網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成，計算、通信與控制實體的變化都會影響整個系統(tǒng)的動態(tài)行為.

　　(2)多尺度融合性.CPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次性及其組成的異構(gòu)性，使得離散計算過程和連續(xù)物理演化過程的融合在系統(tǒng)規(guī)模、邏輯層次、組成元素和非功能屬性等方面呈現(xiàn)多尺度特性.

　　3CPS系統(tǒng)動態(tài)行為建模方法

　　自信息-物理融合系統(tǒng)概念提出以來，其系統(tǒng)動態(tài)行為模型構(gòu)建方法及其工具實現(xiàn)一直是國際相關(guān)研究計劃和研究團隊關(guān)注和研究的熱點，并已取得階段性創(chuàng)新成果和研究進展.基于CPS建模面臨的主要挑戰(zhàn)，論文在分析目前主要研究成果的基礎(chǔ)上，將其提煉為以下4類，并指出了進一步的研究重點.

　　參考文獻

　　[1]LeeEA.Cyber-physicalsystems-arecomputingfoundationsadequate.PositionPaperforNSFWorkshoponCyber-PhysicalSystems：ResearchMotivation，TechniquesandRoadmap.Austin，USA.2006

　　[2]ShaL，GopalakrishnanS，etal.Cyber-physicalsystems：Anewfrontier//ProceedingsoftheIEEEInternationalConfe-renceonSensorNetworks，UbiquitousandTrustworthyComputing.Taichung，China，2008：1-9

　　[3]RajkumarRI，LeeEA，etal.Cyber-physicalsystems：Thenextcomputingrevolution//Proceedingsofthe47thDesignAutomationConference.Anaheim，USA，2010：731-736

　　周興社楊亞磊楊剛