2018，54（14）1引言CPS （Cyber-Physical System ，CPS ）是一种连续物理系统和离散计算系统共存且相互作用的新一代分布式实时反馈系统。它是集计算、通信以及控制三位一体，将感知、通信以及计算能力嵌入到物理设备上，把物理世界和计算系统联系到一起，强调计算进程与物理进程交互和融合行为的抽象和刻画[1-2]。与一般嵌入式系统不同的是，CPS 系统不仅强调了软硬件协同设计，保证系统功能的正确性以及性能的最优化，更加注重系统中计算进程和物理进程之间行为的一致性度量和表示问题。CPS 系统虽然融合了连续物理系统和离散计算系统，使其具有了一般嵌入式系统所没有的空间属性，因 此在一定程度上也增加了对于系统建模的难度和要求。目前，针对CPS 系统建模和分析有很多方法，现有建模方式针对CPS 系统物理进程和计算进程建立连续模型和离散模型进行离散逻辑控制和连续时间行为同步，这些建模的方法往往只注重其中一个方面，对于物理实体的空间属性还无法作具体描述，这就使得所建模型无法准确表达系统执行行为的时空一致性，给CPS 形式化建模带来了巨大的困难。例如，在文献[3]中，Jeff C.Jensen 提出了对于CPS 的设计方法是从抽象到结构以及从概念到实现两方面进行分析的模型。文献[4]从CPS 系统物理实体时空一致性建模与分析 张晶，王亮，范洪博
ZHANG Jing,WANG Liang,FAN Hongbo
昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明650504
School of Information Engineering &Automation,Kunming University of Science &Technology,Kunming 650504,China ZHANG Jing,WANG Liang,FAN Hongbo.Modeling and analysis of CPS physical entity spatio-temporal state.Computer Engineering and Applications,2018,54（14）：41-44.oltc>蜡烛杯
Abstract ：CPS is a collection of computing systems and physical systems and the integration of the hybrid system.This paper pays attention to the consistency of behavior between calculation process and physical process.Traditional model-ing methods for physics process and calculation process of single model,it is difficult to meet the requirements of the CPS physical entity state transition space and time consistency,based on this,it advances a new method of modeling.CPS space-time fusion state is transited into a state transfer real-time event of time and space,and based on time Petri net it is introduced into space.Space and time Petri net model is established.The use of space and time Petri net to the physical entity state transfer process is analyzed.Finally,the validity of the spatiotemporal model is analyzed by the example of the train control system,which proves the feasibility of the method.
Key words ：Cyber-Physical System （CPS ）;space;time and space event;time;Petri net;model
摘要：CPS 作为一个混合系统，是计算系统和物理系统的集中体现，注重计算进程和物理进程行为一致性分析与刻画。传统建模方式只针对物理进程和计算进程进行单一建模，难以满足CPS 物理实体状态转移时空一致性的要求，在此基础上提出一种新的建模方法。将CPS 时空状态转移融合成一个状态转移实时时空事件，并在时间Petri 网基础上引入空间标签，建立时空Petri 网模型，利用时空Petri 网对物理实体状态转移过程进行分析。最后通过列车控制系统实例进一步分析了时空模型的有效性，从而例证了该方法的可行性。
徐山泉关键词：信息物理系统（CPS ）；空间；时空事件；时间；Petri 网；模型
文献标志码：A 中图分类号：TP 301doi ：10.3778/j.issn.1002-8331.1705-0099羽绒睡袋
基金项目：国家自然科学基金（No.61562051）；云南省应用基础研究计划重点项目（No.2014FA029）。
作者简介：张晶（1974—），男，博士，教授，研究领域为实时嵌入式系统建模；王亮（1992—），男，硕士，研究领域为实时嵌入式系统
建模；范洪博（1982—），通讯作者，男，博士，讲师，研究领域为网络安全，区块链，E-mail ：908443802@qq 。
收稿日期：2017-05-10修回日期：2017-06-26文章编号：1002-8331（2018）14-0041-04
CNKI 网络出版：2017-08-24,knski/kcms/detail/11.2127.TP.20170824.0900.002.html Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
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