CPS中的数据管理关键技术

1信息产业发展的新趋势－CPS网络技术的革新成为了这场方兴未艾的伟大IT革命的重要动力源泉。网络的规模及其新应程医疗与社区医保网络、海洋搜寻与救援网络等大型或者特大型网络物理设备系统的蓬勃发小型或者微型网络物理设备系统的出现，突破了传统物理领域中的网络应用形式，使得用联网计算方式来整合物理系统和计算系统以实现物理设备的功能扩展成为物理系统发展的新 (Cyber—physicalSystems，CPS)。CPS网络在工业生产与国民经济生活中的基础性、全局性作用正日益增强。2什么是CPSCPS，从广义上来理解，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制方式[1]。新的信息世界观认为现代世界是由物理世界、信息世界和人类社会所组成的三元世界。世界。从交互的角度来看，融合了信息世界和物理世界的CPS改变了我们人和物理世界交互的方式，正如Internet改变了我们彼此之间的交互方式一样。CPS这种新方式所完成的是际上是一个“3C”(Computation,CommunicationandControl)融合系统，体现了信要包括这样几个部分：(1)传感器，用于感知物理世界的信息；(2)控制器/执行器，用于实施对物理实体的操作；(3)计算部件，可能是集中式的也可能式分布式的，能根据物功能上来看，CPS具备五大功能特性：(1)计算功能；(2)网络通信功能；(3)精确控制功能；(4)远程协作功能；(5)自治功能。S件，并使得计算进程和物理进程进行实时交互来增强物理设备的功能或者增添物理设备新的(1)异构性：CPS系统网络支持多种异构网络互联和支持多种复杂的异构应用系统集成，和数据聚合后的高层概括性数据等。程与计算进程之间具有紧密交互的特征，这种紧密交互行为也导致数据处于不断动态变化中。而数据的动态性则会进一步导致部分数据存在不确定性。(3)实时性：大多数CPS系统的建立为了支持实时应用，如实时观测、实时监控、实时控制和实时预测等，以便及时了解物理设备的现况，通过网络化控制手段对物理设备和环境进确的处理结果。CPS理设备彼此连接和整合而成的动态网络，的实时数据就会达到海量的程度。因此，海量数据处理的需求会变得非常普遍。(5)可信性：由于CPS系统网络的复杂性，系统中存在许多不可预知的因素，这些不可预容保密的情况下仍然提供定制的服务。方面，主要包括：多源、异构、海量数据的融合与集成技术；低耦合、高扩展的不确定数据术；知识的可信性及其推演机制；数据服务的安全保障与隐私保护技术。以满足高层应用系统的需求。来源于不同的数据源且产生于不同的时刻)和动态变化特性，尤其是不确定性数据对于不同维度概念，当各个数据元组的取值必须通过概率分布函数来描述，且在概率分布函数无法预用不确定数据概率推演技术来解决问题。从原始数据到受信任知识的处理依赖链相关新理论和建模技术：一堆纷繁复杂的原始数据对应用系统来说，没有直接的应用价值，因此需要采用数据挖掘技术从大量纷繁复杂的原始数据中获取受信任的知识，即需要捕获从原始数据到受信任的知识过程处理依赖链。CPS中环境感知系统的节点需要进行实时数据采集和彼此之间信息交互，这些数据通常以流 静态数据中获取知识有很大的不同。这不仅仅需要简单的吞吐量，尽管这对它本身是一个挑，这样就可以更高效地检索和浏览实时数据了。我们也需要记录历史的和信息感知的数据存建知识的评价反馈给物理层也很重要[6]。当数据存在不确定性时，数据的推演过程既是不确定性不断演化的过程，也是数据世系不断丰富的过程，而世系可以用来追踪、评价数据质统可能遭受来自网络空间的攻击，并且网络空间也可能遭受来自物理设备的攻击，同时物理系统会泄漏信息，能够被隐藏的隐私信息很有限，例如由于多数收发器上存在的物理层指纹而导致的容易泄漏位置和时间以及个人身份信息。CPS面对非常规的在当前网络系统中还没。5总结与展望中数据管理的若干关键技术，包括多源、异构、海量数据的融合与集成技术；低耦合、高扩新理论和建模技术；知识的可信性及其推演机制；数据服务的安全保障与隐私保护技术。用需求越来越多，其数据管理技术研究将变得日益重要。但同时我们也要看到，由于CPS中的数据管理关键技术研究尚处于起步阶段，因而相关研究成果还比较少，即使已有的一些研究成果也还存在许多不足之处，需要我们进一步深入细致的开展相关研究工作。25—29，2010[2]李国杰,21世纪上半叶发展信息科学技术的战略取向.2009年度中国计算机大会报告.[3]EdwardA.Lee,CyberPhysicalSystems:DesignChallenges.TechnicalReportNo.UCB/EECS—2008—8.—2008—8.html.[4]InsupLee,GeorgePappas,RanceCleaveland,JohnHatcliff,BruceKrogh,PeterLee,HarveyRubin,LuiSha,“High—ConfidenceMedicalDeviceSoftwareandSystems,”IEEEComputer,vol39,no4,April2006.pp.33—38..[5]EdwardA.Lee，Cyber—PhysicalSystems–AreComputingFoundationsAdequate?NSFWorkshoponCyber—PhysicalSystems:ResearchMotivation,TechniquesandRoadmap,Oct.16—17,2006[6]PreparedbytheCPSSteeringGroup,US