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一种信息-物理融合系统体系结构

计算机研究与发展 2010年第S2期47卷 312-316页

作者：谭朋柳舒坚吴振华南昌航空大学软件学院物联网技术研究所南昌330063

信息-物理融合系统(cyber-physical system,CPS)是当今最前沿的交叉研究领域之一,它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命,将会改变人与现实物理世界之间的交互方式,具有广泛的应用前景.CPS是一种分布式且深度嵌入式的实时系... 详细信息

信息-物理融合系统(cyber-physical system,CPS)是当今最前沿的交叉研究领域之一,它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命,将会改变人与现实物理世界之间的交互方式,具有广泛的应用前景.CPS是一种分布式且深度嵌入式的实时系统,实时性是CPS的一个极重要特征和性能要求.研究了CPS体系结构,提出了一种CPS系统模型,并且从实时任务调度和实时网络两个方面,提出了解决系统实时性保证问题的初步方案,为进一步的研究工作奠定了基础.

关键词：信息-物理融合系统体系结构实时

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面向未来网络的信息-物理融合系统的探讨

计算机工程与科学 2019年第8期41卷 1390-1397页

作者：姚建刚文武康童张小峰金永顺湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 中国移动通信集团湖南有限公司湖南长沙410000 长沙市发展和改革委员会湖南长沙410000

随着信息通信技术的发展,信息-物理融合系统已成为相互依存、深度融合的超大规模二元复合网络系统。研究其信息网络框架、体系结构和大数据及碎片化知识的属性,对未来智能电网理论研究和实际工程应用具有重要意义。针对互联网、物联网... 详细信息

随着信息通信技术的发展,信息-物理融合系统已成为相互依存、深度融合的超大规模二元复合网络系统。研究其信息网络框架、体系结构和大数据及碎片化知识的属性,对未来智能电网理论研究和实际工程应用具有重要意义。针对互联网、物联网、大数据知识等引领人类社会进入信息知识大爆炸时代的特征,重点探讨电力信息-物理融合系统所面临的机遇和挑战,未来将呈现新能源并网、电子信息装置比率提升、多能源和多网络融合的发展趋势,从发、输、变、调配用等环节提出了大数据和人工智能知识的应用展望,助力于未来智能电网信息化决策与部署。

关键词：信息-物理融合系统智能电网大数据

网络攻击下电力信息-物理融合系统的风险传播及防控策略研究

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网络攻击下电力信息-物理融合系统的风险传播及防控策略研究

作者：原欣东北大学

学位级别：硕士

在智能电网加速建设的大背景下,信息设备和物理设备相互依存度逐渐升高,物理系统和信息系统深度融合成为信息-物理融合系统。同时伴随着多样化和复杂化的智能设备不断接入电网中,使系统遭受网络攻击破坏的风险不断升高,给电网带来了巨... 详细信息

在智能电网加速建设的大背景下,信息设备和物理设备相互依存度逐渐升高,物理系统和信息系统深度融合成为信息-物理融合系统。同时伴随着多样化和复杂化的智能设备不断接入电网中,使系统遭受网络攻击破坏的风险不断升高,给电网带来了巨大的隐患,开展网络攻击下电力信息-物理融合系统的风险评估和防控研究具有极大的现实意义。因此,本文针对网络攻击下电力信息-物理融合系统的风险传播及防控策略进行了研究。本文首先对网络攻击进行分析,从攻击方视角对网络攻击方发动的攻击进行分类以及影响分析。同时针对SCADA系统在网络攻击下的信息-物理作用进行具体分析。并对网络攻击病毒在信息侧的作用过程进行分析,对网络攻击过程进行了详解并构建了适用于电力CPS系统的网络攻击传播模型。其次,对网络攻击下电力信息-物理融合系统中跨空间风险交互机制进行研究。分析了 CPS系统在网络攻击未发生前的运行特性和结构特性。根据CPS网络结构特点建立了电力信息-物理融合系统的拓扑模型,并从电网拓扑结构特点入手分析CPS系统结构脆弱性对网络攻击安全风险传播的影响,建立了一种量化网络中脆弱节点的方法。同时结合信息-物理融合系统的运行特性分析风险在跨空间环境下的演化过程,为后续风险管控做铺垫。深入研究了网络攻击下电力信息-物理融合系统安全风险交互传播的过程,并模拟了信息侧风险穿透边界引发物理侧风险,从而导致信息侧风险进一步扩大的交替传播过程。接着,通过关联算法建立潜在的攻击路径,综合考虑攻击方能力、攻击行为自身的特点和目标网络特性分析其对攻击路径的选择概率,进而建立改进的有向无环网络攻击概率攻击图。同时从信息侧和物理侧出发建立攻击动作层影响因子和攻击目标层影响因子,以量化分析攻击对CPS整体系统的影响程度。综合上述步骤得到潜在攻击路径的风险值和电网CPS系统的风险水平,通过模糊综合评判的方法对系统当前风险水平进行合理定级。最后,提出了一种基于入侵容忍技术的信息-物理风险防控框架,该框架是针对电力信息-物理融合系统中风险交互机制和演化过程构建的多阶段纵深防御体系,旨在通过多阶段的防御策略将风险造成的损失降到最小。同时结合电网CPS中风险传播的阶段特征,制定考虑入侵容忍的安全运行状态转移模型。为控制信息-物理融合系统风险演化过程中关键失效事件发生后的影响,根据信息-物理系统在遭受攻击情况下的风险发展特点,提出一种综合物理网络潮流和信息网络业务流特性的自组织临界态识别方法,以寻找网络攻击下使CPS系统进入自组织临界状态的关键节点。根据电网CPS的相依存网络结构特点和CPS系统的自组织临界特性制定相应的保护策略,利用考虑攻防博弈的风险防控策略决策模型确定当前防御资源的最优分配方式。

关键词：网络攻击信息-物理融合系统风险传播风险防御

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面向煤矿应用的信息物理融合系统模型

电子设计工程 2018年第24期26卷 116-120页

作者：何雄伟袁学松惠州卫生职业技术学院教育技术与信息中心广东惠州516025 安徽机电职业技术学院信息工程系安徽芜湖241001

针对煤矿系统信息化和自动化的需求,给出了一种面向煤矿应用的信息-物理融合系统模型。该模型首先根据煤矿环境参量构建信息-物理融合系统模型,然后分析了该模型的信息感知技术、计算处理技术与协同控制技术等关键技术,最后采用基于信息... 详细信息

针对煤矿系统信息化和自动化的需求,给出了一种面向煤矿应用的信息-物理融合系统模型。该模型首先根据煤矿环境参量构建信息-物理融合系统模型,然后分析了该模型的信息感知技术、计算处理技术与协同控制技术等关键技术,最后采用基于信息-物理融合系统的风电瓦斯锁闭系统模型进行实例分析和建模验证。由实例分析和建模验证结果可知,所给模型是有效的,实现环境监测、自动预警、智能控制及人员定位等功能。所以信息-物理融合系统可用于煤矿系统的生产实践中,有利于煤矿系统的信息化发展。

关键词：信息-物理融合系统信息感知计算处理协同控制

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基于信息—物理融合的高校智能教室管理系统

信息通信 2013年第10期26卷 86-87页

作者：李炀集美大学诚毅学院福建厦门361021

根据集美大学诚毅学院多媒体教室管理的现状和需求,设计开发了信息—物理融合教室管理系统,该系统实现了多媒体教室内所有设备的远程开关、监控及无人化等智能管理。

关键词：信息-物理融合系统多模块远程控制

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一种面向CPS的控制应用程序协同验证方法

软件学报 2017年第5期28卷 1144-1166页

作者：张雨董云卫冯文龙黄梦醒南海海洋资源利用国家重点实验室(海南大学) 海南海口570228 海南大学信息科学技术学院海南海口570228 西北工业大学计算机学院陕西西安710129

信息-物理融合系统是一种新型嵌入式系统计算模式.它集成了控制计算过程和受控对象,二者相互影响并有机结合.随着信息技术在现实世界中更加广泛、深入的应用,智能化程度不断提升,在具有信息-物理紧密耦合特点的嵌入式系统中,嵌入式控制... 详细信息

信息-物理融合系统是一种新型嵌入式系统计算模式.它集成了控制计算过程和受控对象,二者相互影响并有机结合.随着信息技术在现实世界中更加广泛、深入的应用,智能化程度不断提升,在具有信息-物理紧密耦合特点的嵌入式系统中,嵌入式控制软件的功能比重急剧上升,作用更加突出.作为安全攸关的系统,需要引入形式化验证方法来保证嵌入式控制应用软件的安全性.基于自动机理论建立统一的系统验证模型,并针对系统的可达性、安全性(safety)和活性(liveness)等属性要求,提出了对该模型进行形式化验证的算法:基于有界模型检验方法,基于可达性将对系统模型的相关属性验证问题转换为可满足性判定问题.将活性转换为Büchi自动机,并基于四值语义进行判断.在求解过程中,通过偏序规约等手段化简了问题求解的规模,提高了可验证系统的规模.另外,结合协同仿真技术,灵活配置验证的场景,提高验证的可用性.实验结果表明,结合仿真,形式化协同验证方法可以有效地对系统进行验证.

关键词：信息-物理融合系统嵌入式控制应用程序自动机理论协同验证有界模型检验

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能源互联网接入设备关键技术探讨

电力系统保护与控制 2019年第14期47卷 140-152页

作者：谈竹奎程乐峰史守圆王文睿徐伟枫华锦修蓝超凡余涛贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550002 华南理工大学电力学院广东广州510641

作为能源系统与信息系统信息-物理深度融合的庞大网络,能源互联网“开放共享”的特征对用户侧能源的接入、控制和传输提出了挑战。针对能源互联网背景下用户侧综合能源管理问题,首先提出了能源互联网接入设备的概念,指明了其区别于能源... 详细信息

作为能源系统与信息系统信息-物理深度融合的庞大网络,能源互联网“开放共享”的特征对用户侧能源的接入、控制和传输提出了挑战。针对能源互联网背景下用户侧综合能源管理问题,首先提出了能源互联网接入设备的概念,指明了其区别于能源路由器的特征,并从规划调度、运行管理和能源服务 3 个维度详细介绍了能源互联网接入设备的应用领域。然后,重点介绍了设备特征识别、需求响应、区块链、大数据、综合能源管理和电力市场等 6 项关键技术,并深入阐述了能源互联网接入设备与这些关键技术的紧密联系。最后,简要介绍了能源互联网接入设备的实施方案和未来挑战,以期为未来能源互联网下用户设备高效便捷入网提供一些借鉴和参考。

关键词：能源互联网能源互联网接入设备信息-物理融合系统综合能源管理用户侧需求响应

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一种基于数据驱动的CPS建模方法研究

计算机学报 2016年第5期39卷 961-972页

作者：杨帆刘彦李仁发段梦琴谢国琪黄晶湖南大学嵌入式与网络计算省重点实验室长沙410082

信息-物理融合系统(CPS)由物理事件与计算系统两大部分组成,前者专注于处理连续的物理过程,与时间的流逝存在密切联系;后者则只能处理基于0-1机制的离散问题,两者存在本质上的差别.传统的建模方法一般需事先估计系统将要经历的状态及每... 详细信息

信息-物理融合系统(CPS)由物理事件与计算系统两大部分组成,前者专注于处理连续的物理过程,与时间的流逝存在密切联系;后者则只能处理基于0-1机制的离散问题,两者存在本质上的差别.传统的建模方法一般需事先估计系统将要经历的状态及每一个状态转换所需的时间,这在复杂的CPS(Cyber-Physical System)环境中难以预测,也没有真正意义上实现计算系统与物理事件之间的交互.因此,我们提出一种新的建模方法 DCDM:面向CPS的真实环境经传感器、网络等测试得出一些原始的离散数据,通过一定的数学方法(GMDH)从数据出发建立系统的连续模型,为了缩小离散数据与连续模型之间的误差,采用反馈控制的方式不断调整两者之间的差距,直至其减小到一定的范围之内.DCDM从根本上改变了传统的建模方式,提出了一种从离散数据出发建立系统模型的思想,通过反馈控制实现物理事件与计算系统之间的深度融合.DCDM具有以下4种优势:(1)建模对象容易获得且更加客观,能真实反映系统本身;(2)通过数学方法直接实现参数的筛选,去除冗余属性,减小弱影响因子对系统模型的影响;(3)相较于其他数据拟合的方法,DCDM具有更加简单的复杂度,能节约大量的计算时间;(4)在离散数据与连续模型之间的误差方面,相较于其他的算法有着明显的改进.实验结果表明,在真实数据集中,DCDM的执行速度快于当前最新的数据建模方法,且数据集越大优势越明显.

关键词：信息-物理融合系统 GMDH 连续系统离散系统反馈控制物联网

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一种面向CPS的自适应统计模型检测方法

软件学报 2017年第5期28卷 1128-1143页

作者：杜德慧昝慧姜凯强程贝教育部可信软件国际合作联合实验室(华东师范大学) 上海200062 可信软件国际联合研究中心(华东师范大学) 上海200062 上海市高可信重点实验室(华东师范大学) 上海200062

随着计算机与物理环境的交互日益密切,信息-物理融合系统(cyber-physical system,简称CPS)在健康医疗、航空电子、智能建筑等领域具有广泛的应用前景,CPS的正确性、可靠性分析已引起人们的广泛关注.统计模型检测(statistical model chec... 详细信息

随着计算机与物理环境的交互日益密切,信息-物理融合系统(cyber-physical system,简称CPS)在健康医疗、航空电子、智能建筑等领域具有广泛的应用前景,CPS的正确性、可靠性分析已引起人们的广泛关注.统计模型检测(statistical model checking,简称SMC)技术能够对CPS进行有效验证,并为系统的性能提供定量评估.然而,随着系统规模的日益扩大,如何提高统计模型检测技术验证CPS的效率,是目前所面临的主要困难之一.针对此问题,首先对现有SMC技术进行实验分析,总结各种SMC技术的受限适用范围和性能缺陷,并针对贝叶斯区间估计算法(Bayesian interval estimate,简称BIE)在实际概率接近0.5时需要大量路径才能完成验证的缺陷,提出一种基于抽象和学习的统计模型检测方法 AL-SMC.该方法采用主成分分析、前缀树约减等技术对仿真路径进行学习和抽象,以减少样本空间;然后,提出了一个面向CPS的自适应SMC算法框架,可根据不同的概率区间自动选择AL-SMC算法或者BIE算法,有效应对不同情况下的验证问题;最后,结合经典案例进行实验分析,实验结果表明,自适应SMC算法框架能够在一定误差范围内有效提高CPS统计模型检测的效率,为CPS的分析验证提供了一种有效的途径.

关键词：信息-物理融合系统统计模型检测抽象学习自适应性