基于数据流和行为感知的CPS系统任务调度与时空同步研究

CPS（Cyber-physical systems,或称信息物理系统）系统是一类新型的智能系统，不同于一般的信息系统或物理系统，其信息、网络与实际物理环境高度耦合，是高度网络化的异构混杂系统。将任务调度单独来看并不是一个新问题，但一般的调度不需要实时反馈，不必专门考虑数据的同享和通用，也不特别关注调度的可靠性与实时性，而这些正是CPS系统中任务调度必备的特性。因此，CPS系统的任务调度是一个全新的研究问题。该项目拟首先研究CPS系统中的Cyber（信息）与Physcal(物理)的柔性融合。在此基础上，深入研究基于数据流的CPS系统的交互模型、复杂环境下基于行为感知的CPS系统任务调度以及任务调度的时空同步问题。 最后，拟通过构建高协作性和高性能的CPS系统监控与决策平台进行应用研究。

CPS系统是在网络环境下集计算、通信与控制（Computation、Communication、Control，3C）技术于一体的一类新型智能系统，具有设备分布式布置、分散自主控制、高度网络化集成的主要特征和精准、自治、交互、协调、高效、可靠、抗毁的特性，能实现大型复杂系统的实时感知、动态控制和相关信息服务。与一般信息系统或物理系统不同，CPS 系统中信息网络与实际物理环境高度耦合，是高度网络化的异构混杂系统。将任务调度单独来看并不是一个新问题，但一般的调度不需要实时反馈，不必专门考虑数据的同享和通用，也不特别关注调度的实时性，而这些正是CPS系统中任务调度必备的特性。.该项目研究在深入探索CPS系统特点的基础上，研究满足实时性和通信约束的CPS系统的优化调度问题。由于CPS系统广泛存在，本项目的开展对社会、经济发展都具有重要的促进作用。该项目经过三年的系统性研究，发表学术论文18篇，申请软件版权1个，专利1个，培养博士生2名，硕士生6名。完全达到了预期研究目标。.由于CPS系统属于异构的复杂大系统，因此，任何单一的建模、优化调度和分析方法都不足以很好地描述该系统。因此我们首先提出了一个集成式的CPS建模架构，按照不同的层次需要构建CPS系统的分析与调度模型，从而有效地将多种先进技术和理论集成起来以综合研究这一复杂系统。其次，讨论了CPS中信息网络的相关问题，如无线路由选择问题、节点选择问题、状态估计问题、通讯问题等。然后研究了基于数据流和行为感知的优化调度度问题。接着讨论了CPS系统的安全监控问题。最后，基于JAVA开发了CPS系统的应用环境，并将其用于云制造领域。