信息物理融合系统
信息物理融合系统WCET分析工具与挑战
Information Technology •信息技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 247【关键词】信息物理融合系统 WCET 分析 工具 挑战1 信息物理融合系统WCET相关概念信息物理系统是这样一类系统：其通过集成先进的感知、计算、通信和控制等信息技术以及自动化控制技术，构建了物理世界与信息世界中人、机、物、环境和信息等因素通过高效协同适时交互以达到相互映射的复杂系统，其实现了系统里面资源自动配置和运行的三个需求：按需响应、快速迭代和动态优化。
信息物理融合系统具有实时的特性和需求，所以其调度需要以任务的WCET 作为输入之一，因此WCET 分析是CPS 任务调度的基础之一。
一个任务的最坏执行时间指的是此任务在特定的硬件平台上去执行所需要的时间长度的最大值。
最坏执行时间的分析是具有实时性要求的系统的调度分析中最重要的事情之一。
实时计算的主要特征是在给定时间内或在给定期限内完成计算的要求。
计算或执行时间通常在某种程度上取决于输入数据和其他可变条件。
然后重要的是找到最坏情况下的执行时间（WCET ）并验证它足够短以满足所有情况下的截止期限。
2 WCET分析的类别WCET 分析可以分成静态分析、动态测量和混合方法共3 类方法。
动态测量方法指的是直接在目标环境中运行程序，通过尽可能多的测试用例来得出程序的WCET 。
因此其测量工具有模拟器、逻辑分析仪和示波器等，主要应用在工业上。
静态分析方法则通过抓取和分析程序代码，综合程序所有可能的输入，系统运行状态和软硬件间平台及交互的前提下，对软硬件进行建模分析以确定其最坏执行时间，而无需真实地运行程序。
静态分析首先进行代信息物理融合系统WCET 分析工具与挑战文/罗韶杰 张立臣码的高层分析和结合硬件的低层分析，然后通过3种方法之一求解WCET ，分别是基于路径的、基于隐藏路径的和基于语法树的分析方法。
ipt体系 术语
ipt体系术语IPT体系是指信息物理融合（Information Physical Integration）技术体系，是一种以物理世界、人类行为和信息技术为基础的新一代技术体系。
下面是一些与IPT体系相关的术语：1. 信息物理系统（Information Physical System）：指由物理世界和信息世界相互融合形成的系统，在该系统中，信息和物理实体相互作用，共同实现对物理世界的控制和信息的传输。
2. 物联网（Internet of Things，IoT）：指通过各种设备（如传感器、智能手机等）将物理实体连接到互联网，实现实时数据采集、通信和控制的网络。
3. 物理层（Physical Layer）：是IPT体系中的一个组成部分，主要负责物理信号的传输和处理，例如无线通信中的调制解调、信道编码等。
4. 信息层（Information Layer）：是IPT体系中的一个组成部分，主要负责对物理信号进行解析和处理，提取有用的信息，并进行存储、分析和传输。
5. 控制层（Control Layer）：是IPT体系中的一个组成部分，主要负责对物理世界进行控制和管理，包括对物理实体的监测、控制和调度等。
6. 感知计算（Perceptual Computing）：指通过传感器和计算机视觉等技术，对物理世界进行感知和理解，从而使计算机能够像人类一样感知和理解环境。
7. 信息融合（Information Fusion）：是将来自不同传感器或数据源的信息进行集成和分析的过程，从而得到更准确、全面的信息，为决策和控制提供支持。
8. 边缘计算（Edge Computing）：指将数据处理和分析的任务放在离数据产生源头更近的边缘设备上，减少数据传输和延迟，提高系统的响应速度和效率。
9. 虚拟现实（Virtual Reality，VR）：通过计算机生成的视觉和听觉效果，使用户沉浸在一个虚拟的环境中，与虚拟环境进行交互和体验。
CPS信息物理融合网络化控制的研究PPT
Cyber—— 计算，通信和控制， 离散的，逻辑型的， 切换的
Physical——自然的 或者人工的系统， 按连续时间进行操 控
信息物理融合系统 (Cyber Physical System，CPS)是物理
进程与计算进程的融
1 合，是计算、通信和
控制的深度融合
CPS中，计算和通信嵌入物理进程中，并与之深度交互，使得物
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
单元不确定、不可靠
CPS由各种异构异质的计算、通信和物理单元组成。由于系统复杂性、开放性等原因，许多单元体现出严重
的不确定性和不可靠性。 比如，与传统控制系统不同，CPS中计算单元的负载往往具有时变性，计算设备本身可能是商用产品（而不是 专用的工控产品），从而具有性能不确定性、非实时性，且可靠性较低，容易出现硬件或软件故障。 由于节点间通信可能处于开放环境中（如无线通信），通信链路可能会由于环境噪声的影响而体现出不稳定 性，节点甚至可能会因为受到恶意攻击而失效。
子系统内部的物理设备同样需要由某种（或者多种异构的）网络 进行互联。
CPS 中，通信网络将在不同层次、不同规模、不同环境下被广泛
采用，从而在各个物理实体之间实现泛在的互联互通。
2、CPS的特点
什么是信息物理融合系统
信息物理融合系统的发展与应用
分布式的传感、计算和控制
物理部件都嵌入一定的信息处理功能，同时系统中各物理设备 （感知、驱动、对象等）往往被安置在不同的地理位置，它们 之间具有强耦合性 CPS 中的许多感知、计算和控制任务均是由地理上分散的多个 单元协同完成的，具有较严格的时间（即实时性）和空间约束。
物理组件上嵌入式系统的计算能力，能够将“被 动的”物理数据转换为“主动的”信息。
信息物理融合系统的协同管理算法设计研究
信息物理融合系统的协同管理算法设计研究信息技术和物理技术的交叉融合正在成为最近几年科技发展的关键词之一。
可以预见，随着"互联网+"在社会中的推广，信息物理融合技术将有越来越广泛的应用。
信息物理融合是指将物理系统、计算机系统、信息网络等多个系统有机地融合成一个系统，从而提高整个系统的效率、可靠性和扩展性。
其中，协同管理算法是信息物理融合中的核心技术之一，它也是整个系统设计中不可或缺的一部分。
1. 信息物理融合系统简介信息物理融合系统是一个由传感器、处理器、计算机网络和控制器等多个部件组成的动态系统。
这些部件之间不仅具有从硬件层面上的物理交互，同时也具有通过软件实现的逻辑互连。
系统将从传感器中获取原始数据，通过计算机处理、传输和控制等多重环节加工数据，最终实现应用需求。
通常情况下，对于信息物理融合系统设计来说，首先需要完成的是硬件部分的设计。
在硬件设计完成后，还需要对整个系统进行的软件层面上的优化处理。
在软件层面上，协同管理算法的设计就显得尤为重要。
2. 协同管理算法的作用在信息物理融合系统设计中，协同管理算法通常用于优化系统中各组件之间的协同和协作。
在传统的物理系统中，因为系统本身具有高度的复杂性，其难以完成高效率的协同，因此导致了许多不必要的资源浪费，同时也降低了系统的效率。
而在信息物理融合系统中，因为其利用了计算机系统和信息网络等先进技术，因此可以通过软件层面上的协同管理算法来优化系统的效率。
同样的，这也是信息物理融合系统相较于传统物理系统所具有的优势之一。
3. 目前的协同管理算法研究进展随着信息物理融合技术的不断发展，协同管理算法的研究也逐渐深入。
当前，协同管理算法的研究焦点主要集中在以下几个方面：（1）协作策略设计：在信息物理融合系统中，各个组件之间的协作需要遵循一定的策略，而协作策略的设计就是协同管理算法的核心所在。
目前，该领域主要包括协作策略的建模和研究、协作策略的实现和测试等方面。
新名词解释：什么是信息-物理融合系统CPS（Cyber-Physical
新名词解释：什么是信息-物理融合系统CPS（Cyber-Physical System）前⾔：如同物联⽹，CPS是⼀个全新的科技名词，现在在中国正悄然热起来。
我查了⼀下互联⽹，粗略地找了⼀些相关资料，写出来请⼤家参考。
维基百科（/wiki/Cyber-physical_system）的定义是：A cyber-physical system (CPS) is a system featuring a tight combination of, and coordination between, the system’s computational and physical elements. Today, a pre-cursor generation of cyber-physical systems can be found in areas as diverse as aerospace, automotive, chemical processes, civil infrastructure, energy, healthcare, manufacturing, transportation, entertainment, and consumer appliances. This generation is often referred to as embedded systems. In embedded systems the emphasis tends to be more on the computational elements, and less on an intense link between the computational and physical elements.Unlike more traditional embedded systems, a full-fledged CPS is typically designed as a network of interacting elements with physical input and output instead of as standalone devices.[1] The notion is closely tied to concepts of robotics and sensor networks. The expectation is that in the coming years ongoing advances in science and engineering will improve the link between computational and physical elements, dramatically increasing the adaptability, autonomy, efficiency, functionality, reliability, safety, and usability of cyber-physical systems. The advances will broaden the potential of cyber-physical systems in several dimensions, including: intervention (e.g., collision avoidance); precision (e.g., robotic surgery and nano-level manufacturing); operation in dangerous or inaccessible environments (e.g., search and rescue, firefighting, and deep-sea exploration); coordination (e.g., air traffic control, war fighting); efficiency (e.g., zero-net energy buildings); and augmentation of human capabilities (e.g., healthcare monitoring and delivery)。
信息物理系统CPS
信息物理系统
信息物理系统（Cyber Physical System，CPS），也有人称为信息物理融合系统。
CPS概念最早是由美国国家基金委员会在2006年提出，被认为有望成为继计算机、互联网之后，世界信息技术的第三次浪潮，其核心是3C（Computation、Communication、Control）的融合。
2008年美国加利福尼亚大学的E.Lee在其技术报告《信息物理系统：设计挑战》中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集成，嵌入式计算机和网络监测、控制物理过程，系统通常具有物理过程影响计算、计算也影响物理过程的反馈循环。
从自动化技术的观点看，CPS是一种工程系统，由一个嵌入在物体中的计算和通信的核，以及物理环境中的结构所监测和控制。
华东师范大学何积丰院士在2010年6月《中国计算机学会通讯》发表综述CPS的文章，指出：“CPS从广义上理解，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环，实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。
CPS的最终目标是实现信息世界和物理世界的完全融合，构建一个可控、可信、可扩展并且安全高效的CPS网络，并最终从根本上改变人类构建工程物理系统的方式。
”。
信息物理融合系统研究综述
信息物理融合系统研究综述信息物理融合系统（Cyber-Physical Systems, CPS）是现今科技领域的一个热门话题。
CPS代表了计算和物理世界的深度融合，通过这种融合，我们可以在系统级别上理解和优化我们的环境和行为。
本文将探讨CPS的基本概念、研究现状、应用领域，以及未来的研究方向。
CPS的基础是信息科学和物理科学的交叉。
信息科学于数据的获取、处理和分析，而物理科学则研究物质的性质、结构和运动。
CPS将这两者结合，使得我们可以通过计算和智能化的方法对物理世界进行精确的建模、预测和控制。
近年来，CPS的研究已经涵盖了许多领域，包括自动化控制、机器人技术、制造系统、交通系统、医疗健康等。
这些研究工作不仅在学术上推动了CPS理论的发展，也为实际应用提供了强大的支持。
在自动化控制领域，CPS被广泛应用于实现高精度的实时控制，例如在工业制造和无人驾驶系统中。
在机器人技术领域，CPS使得机器人能够进行自主决策和动态适应环境。
在制造系统方面，CPS可以提高生产效率、降低能源消耗，并实现个性化生产。
CPS的应用领域十分广泛，并且已经深入到我们生活的方方面面。
例如，智能家居中的各种设备可以通过CPS进行集中控制，实现节能和便捷的生活方式。
在智能交通领域，CPS可以实时预测和调整交通流量，以减少拥堵和提高效率。
在未来，我们预期CPS将会有更广泛的应用，包括但不限于智能城市的建设、智能农业的发展，以及远程医疗的实现。
这些应用将会极大地改善我们的生活质量和社会效率。
尽管CPS已经取得了许多成果，但仍然存在许多挑战和问题需要解决。
例如，如何保证CPS的安全性和隐私性？如何处理CPS中的大规模数据和复杂模型？如何设计和实施可扩展、可互操作的CPS？这些都是未来研究的重要方向。
随着物联网（IoT）和人工智能（AI）技术的发展，CPS将会与这些技术产生更多的交叉。
例如，我们可以利用AI进行CPS的自主控制和决策，或者利用IoT实现CPS的全面感知和动态交互。
信息物理系统实验报告书
一、实验目的1. 了解信息物理系统的基本原理和组成；2. 掌握信息物理系统的搭建和调试方法；3. 熟悉信息物理系统的应用领域和实际案例；4. 培养实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理信息物理系统（Cyber-Physical System，简称CPS）是信息物理融合系统的简称，它将计算、通信、控制、感知等技术融合在一起，形成一个高度集成的系统。
信息物理系统具有以下几个特点：1. 高度集成性：将计算、通信、控制、感知等功能集成在一个物理系统中；2. 实时性：系统对时间敏感，能够实时处理信息；3. 自适应性和自适应性：系统能够根据环境变化自动调整其行为；4. 可扩展性：系统可根据需求进行扩展和升级。
三、实验设备与材料1. 实验设备：信息物理系统实验平台、计算机、传感器、执行器、控制器等；2. 实验材料：导线、连接器、电源等。
四、实验步骤1. 熟悉实验平台：了解实验平台的组成、功能、操作方法等；2. 搭建信息物理系统：根据实验要求，将传感器、执行器、控制器等设备连接到实验平台上；3. 调试系统：通过计算机软件对系统进行调试，确保各设备正常工作；4. 实验验证：进行实验，观察系统运行状态，验证实验效果；5. 数据分析：对实验数据进行分析，总结实验结果。
五、实验结果与分析1. 实验结果：通过搭建信息物理系统，实现了对传感器数据的采集、处理和执行器的控制，系统运行稳定，满足实验要求；2. 数据分析：根据实验数据，分析系统性能、实时性、自适应性和可扩展性等方面的表现。
六、实验结论1. 信息物理系统具有高度集成性、实时性、自适应性和可扩展性等特点，能够满足现代工业、交通、医疗等领域的需求；2. 通过搭建和调试信息物理系统，掌握了信息物理系统的搭建和调试方法，提高了实验操作能力和分析问题、解决问题的能力；3. 实验结果表明，信息物理系统在实际应用中具有较好的性能和稳定性。
七、实验心得体会1. 通过本次实验，深入了解了信息物理系统的基本原理和组成，为今后的学习和研究打下了基础；2. 实验过程中，学会了如何搭建和调试信息物理系统，提高了自己的动手能力和实践能力；3. 实验过程中，遇到了一些问题，通过查阅资料、请教老师等方式，学会了如何分析问题、解决问题，提高了自己的独立思考能力。
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课程设计说明书设计题目：信息物理融合系统学院、系：专业班级：计算机科学与技术学生姓名：指导教师：成绩：2013年12月1日摘要：信息物理融合系统(Cyber-physicalsystems,CPS)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C技术的有机融合与高度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。
本文首先介绍了CPS的概念和特征,综述了CPS的当前发展状况与应用前景；对CPS技术发展所面临的主要挑战及可能的研究方向进行了总结与展望。
关键词信息物理融合系统；实时；CPS体系结构；高性能；嵌入式系统,网络控制一、CPS概述1.1 CPS简述2007年7月，美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）在题为《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》的报告中列出了8大关键的信息技术，其中CPS位列首位。
近年来，CPS不仅已成为国内外学术界和科技界研究开发的重要方向，预计也将成为企业界优先发展的产业领域。
开展CPS研究与应用对于加快我国培育推进工业化与信息化融合具有重要意义。
CPS的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。
CPS本质上是一个具有控制属性的网络，但它又有别于现有的控制系统。
CPS则把通信放在与计算和控制同等地位上，这是因为CPS强调的分布式应用系统中物理设备之间的协调是离不开通信的。
CPS对网络内部设备的远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量，特别是网络规模上远远超过现有的工控网络。
美国国家科学基金会（NSF）认为，CPS将让整个世界互联起来。
如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变我们与物理世界的互动。
CPS，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、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制物理实体。
CPS的终极目标是实现信息世界和物理世界的完全融合，构建一个可控、可信、可扩展并且安全高效的CPS网络，并最终从根本上改变人类构建工程物理系统的方式。
尽管CPS前景无限，但挑战性也是巨大的，这其中很大程度上来自控制与计算之间的差异。
通常，控制领域是通过微分方程和连续的边界条件来处理问题，而计算则建立在离散数学的基础上；控制对时间和空间都十分敏感，而计算则只关心功能的实现。
通俗地说，搞控制的人和搞计算机的人缺乏“共同语言”。
这种差异将给计算机科学和应用带来基础性的变革。
1.2CPS定义CPS的理念最早由美国自然基金委提出,该概念一经提出便获得了国内外的广泛关注.各国科研学者从CPS的理论方法、相关组件、运行环境、系统设计和实现等不同层面对CPS进行了深入研究.但由于CPS具有较高的复杂性,继承并融合发展了多个学科的不同技术,很难给出一个精确而全面的定义;加上不同领域的研究者对CPS的理解各异,短期内还未能完全达成共识.本文将列举相对具有代表性的定义，再总结出参考性的定义。
美国NSF的定义：计算资源与物理资源间的紧密集成与深度协作。
Lee E提出,CPS是一系列计算进程和物理进程组件的紧密集成,通过计算核心来监控物理实体的运行,而物理实体又借助于网络和计算组件实现对环境的感知和控制。
Sastry教授从计算科学与信息存储处理的层面出发,认为CPS集成了计算、通信和存储能力,能实时、可靠、安全、稳定和高效地运行,是能监控物理世界中各实体的网络化计算机系统。
中国科学院的何积丰院士的定义：CPS是在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控、可信、可拓展的网络化物理设备系统，他通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高校和实时的方式检测或者控制一个物理实体。
上述定义的侧重点不同，归纳得出：CPS是物理过程和计算过程的集成系统，是人类通过CPS系统包含的数字世界和机械设备与物理世界进行交互，这种交互的主体既包括人类自身也包括在人的意图知道下的系统。
而作用的客体包括真实世界的各方面：自然环境、建筑、机器、同时也包括人类自身等。
CPS是可能是一个分布式异构系统，他不仅包含了许多功能不同的字系统，而且这些子系统之间结构和功能各异，而且分布在不同的地理范围内。
各个子系统之间要通过有线或无线的通信方式相互协调工作。
二、CPS的特点及其发展2.1 CPS的特点1、海量运算。
海量运算是CPS接入设备的普遍特征，因此，接入设备通常具有强大的计算能力。
从计算性能的角度出发，把一些高端的CPS应用比作胖客户机/服务器架构的话，那么物联网则可视为瘦客户机服务器，因为物联网中的物品不具备控制和自治能力，通信也大都发生在物品与服务器之间，因此物品之间无法进行协同。
从这个角度来说物联网可以看作CPS的一种简约应用。
2、感知性。
感知在CPS中十分重要。
信息空间数据则具有离散性。
那么从物理空间到信息空间的信息流动，首先必须通过各种类型的传感器将各种物理量转变成模拟量，再通过模拟/数字转换器变成数字量，从而为信息空间所接受。
从这个意义上说，传感器网络也可视为CPS的一部分。
3、系统组成包括各类计算机设备、通信网络、传感设备和物理设备。
所有的设备相互协同和相互影响，共同决定整个系统的功能和行为特征。
4、系统行为难以明确区分是计算过程还是物理过程作用的结果。
这是由于系统的计算、信息的处理过程和物理过程紧密结合并相互影响。
与嵌入式系统相比，嵌入式系统侧重在处理器上运行，是一种在有限资源环境下的优化技术。
CPS是计算与物理成分的集成，相当于嵌入式系统+网络+控制，是嵌入式系统的发展方向和研究热点。
CPS将计算和通信能力嵌入到传统的物理系统之中，导致了计算对象的变化。
它将计算对象从数字的变为模拟的，从离散的变为连续的，从静态的变为动态的。
它作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。
2.2 CPS的发展专家分析都认为，到2020年前后，信息技术将会遭遇到渐进是改进难以持续发展的重大障碍，而在应用当中，新的模式所带来的重大规模的应用技术和集成性技术或者是系统集群技术的突破，CPS技术概念的应用将成为重要突破口。
如何突破发展的瓶颈，这就需要我们继续做一些探索性的研究工作，进行技术创新。
当然，这种创新不是标新立异，而是以应用需求为原动力，以科学理论为奠基石，理论与实际相结合。
在国外，CPS的声音很强劲。
欧盟计划从2007年到2013年在嵌入智能与系统的研究与技术(ARTMEIS)上投入54亿欧元(超过70亿美元)，以期在2016年成为智能电子系统的世界领袖。
2008年成立的美国CPS指导小组在《CPS执行概要》中，把CPS应用放在交通、国防、能源、医疗、农业和大型建筑设施等方面。
除此之外，美国国家科学基金会(NSF)和欧洲第七框架(FP7)的大型科研资助计划，都投入了大量经费。
在国内，CPS技术还刚刚兴起，还需较长时间的发展和培育。
我国也应与一些发达国家一样，尽力抢占未来信息技术产业先机。
何积丰院士表示，CPS技术与物联网技术同样重要。
因此在开展物联网开发应用的同时，还应强调对CPS 的科学研究。
中国计算机学会嵌入式系统专业委员会副主任、上海嵌入式系统与软件产业联盟秘书长陈章龙认为，可在国民经济与民生相关的一些领域，如数字医疗、智能交通、智能电网等，通过“政产学研”联合，进行CPS技术研发和布局。
目前，上海已在智能交通领域开展类似试点，通过车载信息终端，将汽车电子各个部件的信息实时监视和收集，通过无线通信与后台信息服务系统相连，组成网络化的汽车远程信息服务系统。
这不但可以实现车况实时监测、运行状态控制、实时路况动态导航，甚至可以进行车辆故障的在线诊断、远程维护与控制等。
三、CPS的应用前景虽然CPS尚在发展初期，但CPS的研究与应用将会改变了人类与自然物理世界的交互方式，在健康医疗设备与辅助生活、智能交通控制与安全、先进汽车系统、能源储备、环境监控、航空电子、防御系统、基础设施建设、加工制造与工业过程控制、智能建筑等领域均有着广泛的应用前景。
1、CPS智能感控设备和相关应用程序的开发，将便于人们更准确地感知周围的环境，及时获得所感兴趣的信息与服务的动态更新，促进信息和知识的及时有效共享。
CPS系统中的物理设备强调精确控制，实现远程交互和协作，同时系统是一个多维度而非单维度的开放式系统，具有高度的复杂性，能支持建造国家级甚至全球级的大型或者特大型联网物理设备。
这些特点决定了CPS 系统在智能电网建设方面将大有用武之地，通过CPS系统，能够从发电、输电、变电、配电、用电、调度等方面实现精确控制、远程协作和自治，从而为社会创造并节约宝贵的能源。
目前对智能电网还没有一个统一的定义，但智能电网的涵义基本上可以表述如下：以包括各种发电设备、输配电网络、用电设备和储能设备的物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、网络技术、通讯技术、计算技术、自动化与智能控制技术等与物理电网高度集成而形成的新型电网。
它是一个完全自动化的供电网络，其中每一个发电设备、每一个输配电设备用户（乃至用电设备）和每一个节点都得到了实时监控，并保障从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。
2、在交通运输方面，主要存在交通网络拥堵、交通事故频发、燃油消耗与碳排放量高、道路运输能力利用率不均衡等问题。
基于CPS技术的未来交通系统，能通过散布于道路交通工具以及人之间的各种智能感控设备进行实时信号的传递和处理。
在城市交通方面，随着城市化进程的加快，现有的交通基础设施和管理办法落后于时代的发展。
单纯通过拓宽道路、建设高架、铺设轨道交通、设立标志、鼓励乘坐公共交通、甚至空中交通，依靠传统的方法远远不能适应现代交通的发展，需要发展智能交通系统（IntelligentTransportSystem，ITS）。
在ITS中，街道、桥梁路口、标志、信号等信息将被采集，并通过网络处理、发布、交换、分析、利用，为交通参与者提供多样性的服务。
人类对汽车性能要求的提高以及智能交通系统的建设，物理设备（比如：ECU）和信息系统（比如：ITS中的信息子系统）的深度融合，海量数据的处理，多维度非单维度复杂开放系统的建立等，使得CPS的研究与发展成为汽车电子中物理设备系统发展的必然趋势。
3、在分布式能源开发和建设上，CPS的自主协调与大范围实时通信能力，能在太阳能，风能，生物能等不稳定新能源加入的情形下，实现分布式电能的合理生产与调度，提高电网的负载能力和稳定性，改善电力系统的性能，同时，通过对无线信号的传感和控制，能提高对智能家电和电动汽车等各种智能可控负载的干离合协调能力。