CPS通信物理系统关键技术综述
《面向信息物理系统的安全机制与关键技术研究》
《面向信息物理系统的安全机制与关键技术研究》一、引言随着信息技术的飞速发展，信息物理系统（CPS，Cyber-Physical System）逐渐成为现代工业、交通、医疗、军事等领域的核心。
信息物理系统通过高度集成的网络、计算和物理设备，实现了对现实世界的实时感知、动态控制和信息反馈。
然而，随着其广泛应用，信息物理系统的安全问题也日益凸显。
因此，研究和探索面向信息物理系统的安全机制与关键技术显得尤为重要。
二、信息物理系统的特点及安全挑战信息物理系统是一个综合了计算、网络和物理世界的复杂系统。
其特点包括实时性、交互性、高集成度等。
由于信息物理系统涉及到国家安全、社会稳定、个人隐私等重要领域，其安全问题尤为重要。
当前，信息物理系统面临的主要安全挑战包括：网络攻击、数据安全、隐私保护、系统脆弱性等。
三、面向信息物理系统的安全机制研究针对信息物理系统的安全挑战，我们需要研究和设计有效的安全机制。
这些机制应包括：1. 访问控制机制：通过身份认证、权限管理等手段，确保只有合法用户能够访问系统资源。
2. 数据加密机制：采用加密算法对传输和存储的数据进行保护，防止数据被非法获取和篡改。
3. 入侵检测与防御机制：通过监控网络流量、分析系统行为等方式，检测和防御网络攻击。
4. 隐私保护机制：采用匿名化、假名化等技术，保护用户隐私不被泄露和滥用。
5. 应急响应与恢复机制：在系统遭受攻击或出现故障时，能够及时响应并恢复系统正常运行。
四、关键技术研究为了实现上述安全机制，我们需要研究和掌握一系列关键技术。
这些技术包括：1. 密码学技术：研究适用于信息物理系统的加密算法和密钥管理技术，保障数据传输和存储的安全。
2. 网络流量分析技术：通过对网络流量的监控和分析，发现潜在的攻击行为和系统异常。
3. 行为分析技术：通过对系统行为的分析和建模，识别异常行为和潜在威胁。
4. 虚拟化与隔离技术：通过虚拟化技术实现系统资源的隔离和保护，防止攻击者利用漏洞进行攻击。
赛博物理系统的基础
赛博物理系统的基础赛博物理系统（Cyber-Physical Systems，简称CPS）是指由计算机网络和物理实体相结合的系统。
它是一种集成了计算机科学、通信技术和物理工程的跨学科领域，旨在实现物理实体与数字世界的无缝连接。
赛博物理系统的基础是一系列的技术和原理，下面将对其中的几个关键要素进行介绍。
传感器是赛博物理系统的基础之一。
传感器能够感知和测量物理世界中的各种参数和现象，如温度、压力、湿度、光照等。
通过传感器，赛博物理系统可以实时获取物理实体的状态信息，并将其转化为数字信号进行处理和分析。
传感器的种类繁多，包括光学传感器、温度传感器、加速度传感器等，它们的应用领域也非常广泛，如智能家居、工业自动化、智能交通等。
嵌入式系统是赛博物理系统的另一个重要组成部分。
嵌入式系统是集成了计算、控制和通信功能的硬件和软件系统，通常被嵌入到物理实体中以实现对其的控制和管理。
嵌入式系统通常具有实时性要求，能够快速响应和处理来自传感器的数据，并根据预定的算法和逻辑进行决策和操作。
嵌入式系统的设计和开发需要考虑各种因素，如功耗、可靠性、安全性等，以确保系统的稳定运行和有效性。
网络通信技术也是赛博物理系统的关键要素之一。
通过网络通信，赛博物理系统中的各个实体可以互相交换信息和进行协调。
网络通信技术包括有线和无线通信，如以太网、Wi-Fi、蓝牙等。
这些技术能够提供高速、稳定和安全的数据传输，使得赛博物理系统能够实现实时的数据共享和协同工作。
网络通信技术的发展也为赛博物理系统的应用提供了更加广阔的空间，如智能城市、智能医疗等。
数据分析和决策算法也是赛博物理系统不可或缺的一部分。
通过对传感器获取的数据进行分析和处理，赛博物理系统可以提取有用的信息和知识，为决策和控制提供支持。
数据分析技术包括数据挖掘、机器学习、模式识别等，它们能够从大量的数据中发现规律和趋势，为系统的优化和改进提供指导。
决策算法则是赛博物理系统中的智能部分，通过运用优化、规划、控制等方法，使系统能够自主地做出决策和行动。
CPS与物联网
CPS与物联网CPS与物联网一、概述进入21世纪以来，信息技术的快速发展与应用给人们的生活带来了诸多改变。
而CPS（Cyber\Physical Systems，即网络物理系统）作为一种集成计算、通信和控制技术的新型智能系统，与物联网（Internet of Things，即物联网）的发展密切相关。
本文将详细介绍CPS与物联网的概念、特点、应用领域以及未来发展方向。
二、CPS的概念CPS是一种将计算机系统与实际物理系统相结合的智能系统。
它通过各类传感器获取物理系统的状态信息，并通过网络传输和计算机技术对其进行分析和控制，实现对物理系统的远程监测和智能化控制。
CPS主要由物理实体、计算机系统和网络系统三个组成部分构成。
三、物联网的概念物联网是一种通过网络将各种物理设备（如传感器、执行器等）连接起来的智能化系统。
物联网通过感知、识别和网络化的方式，实现对物理世界的感知与控制，为人们的生产生活带来便利。
物联网的核心技术包括传感技术、通信技术和数据处理技术。
四、CPS与物联网的关系CPS与物联网紧密相连，可以说物联网是CPS的一种具体应用。
物联网通过利用CPS的技术手段，实现对物理设备的远程监测、数据采集、分析与控制。
CPS为物联网提供了强大的计算和控制能力，使物联网的应用更加智能化、自动化和高效化。
五、CPS与物联网的特点1\实时性：CPS与物联网要求对物理系统的感知和响应具有实时性，以满足对系统状态的及时监测和控制需求。
2\大规模性：CPS与物联网的应用涉及的设备数量庞大，需要能够同时管理和控制大量的物理设备。
3\高可靠性：CPS与物联网的应用通常涉及到人们的生活和安全，对系统的可靠性要求较高，能够及时发现并处理潜在的问题。
4\节能性：CPS与物联网的应用需要高度节能，对能源的使用效率有较高要求。
六、CPS与物联网的应用领域1\智能交通：利用CPS与物联网技术，实现对交通要素的实时监测和调度，提高交通效率，减少交通拥堵和事故发生率。
简述信息物理系统 (CPS) 及其网络安全风险
简述信息物理系统(CPS) 及其网络安全风险本文首先详细介绍了信息物理系统（CPS）的概念及其特点，其次简要概述了CPS的网络安全保护措施以及针对CPS的攻击及隐私泄露问题，并给出了典型的具体案例。
摘要：本文首先详细介绍了信息物理系统（CPS）的概念及其特点，其次简要概述了CPS的网络安全保护措施以及针对CPS的攻击及隐私泄露问题，并给出了典型的具体案例。
当前关注的重点应当放在那些有针对性的专门攻击CPS系统并可能造成物理损害的网络攻击。
一、信息物理系统概述Cyber-PhysicalSystems(CPSs)即信息物理系统，它是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，信息物理系统这个概念与物联网概念相似，但与物联网相比，信息物理系统更注重强调控制。
CPSs这个词是2006年由美国国家科学基金会（NSF）的海伦·吉尔首次进行详细的描述，其认为信息物理系统是通过计算核心（嵌入式系统）实现感知、控制、集成的物理、生物和工程系统。
信息物理系统的功能由计算和物理过程交互实现。
此后得到美国政府和科学界的高度重视，随后各个国家都提出了相似的技术框架和相应的标准，其中最具代表性的包括“德国工业4.0”和“中国制造2025”。
CPSs存在于众多嵌入式计算机和通信技术的物理系统的自动化行业，包括航空航天、汽车、化工生产、民用基础设施、能源、医疗、制造业、新材料和运输等领域。
CPSs主要包括3个部分，这三个部分为感知层、数据传输层（网络层）和应用控制层。
感知层主要是由传感器、控制器和采集器等设备组成。
感知层中的传感器是作为信息物理系统的末端设备，其主要作用是采集环境中的信息数据，并且定时的发送给服务器，服务器在接收到数据之后作出相应的处理，再返回给物理末端设备作出相应的变化。
数据传输层主要是连接信息世界与物理世界的桥梁，主要实现的是数据传输，为系统提供实时的网络服务，保证网络分组实时可靠。
应用控制层则是根据认知结果，将物理设备传回来的数据进行分析，并以可视化的客户端界面呈现给客户。
智能电网CPS关键技术综述
１ 智能电网 ＣＰＳ的内涵
１１ 信息物理系统的基本定义（ＣＰＳ） 最早提出 ＣＰＳ概念的是美国自然基金委，ＣＰＳ是
智能电网建立在集成、高速双向通信网络的基
收稿日期：２０１９－０１－１１． 基金 项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 （６１５４００６３）；云 南 省 应 用 基 础 研 究 计 划 （２０１６ＦＤ０５８，２０１８ＦＤ０５５）；云 南 省 教 育 厅 基 金
（２０１７ＺＤＸ０４５）；云南民族大学校级项目（２０１７ＱＮ０２）；“多元感知网及信息物理系统”科技创新团队开放式基金． 作者简介：单泽（１９９５－），男，硕士研究生．主要研究方向：智能电网、电能质量分析． 通信作者：范菁（１９７６－），女，博士，教授，硕士生导师．主要研究方向：计算机网络、工业控制网络、智能计算与环境监测．
传统电网 电网与用户之间没有通信或者只有电网向用户的 控制信息，二者之间缺少信息交互 采用传统的电磁表计与读取系统，采集数据时间较长
控制方式单一 设备人工检查校核，故障后电力中断，人工干 预恢复供电 信息层与物理层分离，实时性较弱
１３ 智能电网 ＣＰＳ的基本概述 结合上述 ＣＰＳ的基本定义与智能电网的基本概
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云南民族大学学报（自然科学版） 第 ２８卷
础上，通过对先进的传感和测量技术、先进的设备技 术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术 的应用，可以满足电网的可靠、安全、经济、高效、环 境友好等一系列基本要求［５］．
ＣＰＳ的介入使智能电网能够更好的适应具有大
信息物理系统CPS
信息物理系统CPS在当今科技飞速发展的时代，信息物理系统（CPS）正逐渐成为推动各领域创新和变革的关键力量。
或许对于很多人来说，“信息物理系统”这个名词还稍显陌生，但实际上它已经在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
那么，究竟什么是信息物理系统呢？简单来说，信息物理系统是一个将计算、通信和控制技术深度融合的系统，它实现了物理世界和信息世界的交互与协同。
想象一下，一辆自动驾驶汽车，它不仅能够感知周围的环境，还能根据实时数据进行决策和控制，从而安全、高效地行驶。
在这个过程中，车辆上的各种传感器收集物理世界的信息，如道路状况、车辆位置和速度等，然后通过网络将这些信息传输到计算中心进行处理和分析，计算中心再根据分析结果向车辆的控制系统发送指令，实现车辆的加速、减速、转向等操作。
这就是一个典型的信息物理系统。
信息物理系统的核心在于“融合”。
它打破了传统上物理系统和信息系统之间的界限，使得两者能够紧密结合、协同工作。
在工业生产中，信息物理系统可以实现生产设备的智能化监控和管理。
通过在设备上安装传感器，实时采集设备的运行状态、温度、压力等数据，并将这些数据传输到控制中心，工作人员可以及时发现设备的故障隐患，提前进行维护和修理，从而大大提高生产效率，降低生产成本。
在医疗领域，信息物理系统可以为患者提供更加精准、个性化的医疗服务。
例如，智能血糖仪可以实时监测患者的血糖水平，并将数据自动传输到医生的电脑上，医生可以根据这些数据调整治疗方案，更好地控制患者的病情。
信息物理系统的发展离不开一系列关键技术的支持。
首先是传感器技术，它是信息物理系统获取物理世界信息的“眼睛”和“耳朵”。
传感器的精度和可靠性直接影响到系统的性能。
其次是通信技术，高效、稳定的通信网络是确保信息快速、准确传输的关键。
5G 技术的出现，为信息物理系统的发展提供了更强大的通信支持，使得海量数据能够在瞬间传输。
此外，云计算和大数据技术为信息物理系统提供了强大的计算和数据分析能力，人工智能技术则可以帮助系统实现智能化的决策和控制。
CPS(物理信息系统)介绍
CPS系统介绍Cyber-Physical System定义CPS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介绍视频信息世界是指工业软件和管理软件、工业设计、互联网和移动互联网等；物理世界是指能源环境、人、工作环境、局域通信以及设备与产品等。
信息世界与物理世界交汇融合形成且能够自我学习，自我判断，自我决策及学习成长的系统，这是我们追求的终极CPS介绍视频CPS 发展传感网IoT泛在计算环境智能嵌入式系统物理信息系统2002200520002006嵌入式(Embedded System)系统是软件和硬件的综合体，在某些情况下，还可以包括机械装置。
传统的物理设备通过嵌入式系统来扩展或增加新的功能，其形成的系统基本上是封闭的系统，在一些工控网络中，有可能采用工业控制总线进行通讯，但其通信功能较弱，网络内部难以通过开放总线或者互联网进行互联。
物联网(The Internet of Things)指通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
其核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，在物联网中，用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。
传感网(Sensor Network)节点是传感器，通过自组织的方式构成无线网络，感知的对象是诸如温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物理属性，实现特定区域的监测。
CPS中的数据管理关键技术
信息物理融合系统（CPS）中的数据管理关键技术1 信息产业发展的新趋势－CPS自二十世纪六十年代以来，电子技术，计算技术和网络技术等取得了飞速发展，特别是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用领域正日益得到扩展，其最引人举目的是新网络技术和物理设备系统的结合。
随着传感器、嵌入式计算设备或终端、高性能通信设备、各种消费类和工程类电子设备等物理设施的大量接入，新型计算机化和网络化的物理设备系统网络的规模得以急剧膨胀。
同时，随着国家大型电力网络、航空航天交通控制网络、高速公路交通控制网络、卫生防疫应急响应网络、远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展，以及网络家电、汽车引擎智能网络控制系统、心房脉冲产生器、纳米级制造控制系统等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趋势，并由此导致出现了新一代的并由此导致出现了新一代的工程系统：信息物理融合系统（Cyber—physical Systems，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[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。
人－机－物三元世界[2]（如下图1所示）是一个多人、多机、多物组成的动态开发的网络世界。
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计算机科学与技术学院计算机通信（小论文）学号：S314067015专业：计算机技术学生姓名：李文才任课教师：王巍副教授2015年5月CPS通信物理系统关键技术综述朱会然哈尔滨工程大学摘要：CPS通信物理系统是多维异构的计算单元和物理对象在网络环境中高度集成交互的新型智能复杂系统，具有实时、鲁棒、自治、高效和高性能等特点。
本文首先介绍了CPS的概念和特征，综述CPS的当前发展状况与应用前景；其次，对CPS的系统构成进行了简要分析，讨论了CPS与相关技术的区别与联系；最后，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：CPS通信物理系统实时高性能嵌入式系统网络控制1 引言嵌入式技术、计算机技术和网络技术的发展，为人类的生活带来了极大便利。
但随着硬件产品性能和数据处理能力的不断提升，网络通信技术的飞速发展，计算机系统的信息化与智能化，人们对于各种工程系统和计算设备的需求已不仅仅局限于系统功能的扩充，而是更关注系统资源的合理有效分配和系统性能效能的优化，以及服务个性化与用户满意度的提升。
在这种需求的引导下，CPS通信物理系统作为一种新型智能系统应运而生，并引起了各国政府、学术界和商业界的高度重视。
CPS可以理解为基于嵌入式设备的高效能网络化智能信息系统，它通过一系列计算单元和物理对象在网络环境下的高度集成与交互来提高系统在信息处理、实时通信、远程精准控制以及组件自主协调等方面的能力，是时空多维异构的混杂自治系统错误！未找到引用源。
CPS在功能上主要考虑性能优化，是集计算、通信与控制技术错误！未找到引用源。
于一体的智能技术，具有实时、安全、可靠、高性能等特点。
相较于现有的实时嵌入式系统和网络控制系统，CPS 关注资源的合理整合利用与调度优化，能实现对大规模复杂系统和广域环境的实时感知与动态监控，并提供相应的网络信息服务，且更为灵活、智能、高效。
2 CPS通信物理系统的国内外研究现状自2005年提出至今错误！未找到引用源。
，CPS的发展得到了许多国家政府的大力支持和资助，已成为学术界、科技界争相研究的重要方向，获得了国内外计算机、通信、控制，以及生物、交通、军事、基础设施建设等多个领域研究单位与学者的关注和重视，具有很高的科研意义。
同时，它也成为了各行业优先发展的产业领域，具有广阔的应用前景和商业价值。
在美国，近年举办了多次CPS相关的国际性会议和研讨活动，就CPS的基础理论、CPS的应用、CPS的性能以及CPS的安全性等问题展开了较为深入的讨论，引发了人们对CPS的研究。
同时，CPS连续多年均被美国国家自然科学基金会列为科研热点和重点，进一步促进了CPS 及其相关技术的开发和应用。
在欧洲，CPS研究还处在理论创新的尝试阶段。
许多学者对于CPS的构架与建模新方法展开了讨论和研究。
Rammig提出了将生物系统理论和智能计算方法与CPS技术相结合的思想，实现了系统计算性能的优化错误！未找到引用源。
此外，欧盟在智能电子系统以及多元件的复杂系统集成上做了很多工作，于2008年启动了ARTEMIS(Advanced researchand technology for embedded intelligence and sys-tems)等项目，将CPS作为智能系统的一个重要发展方向。
中国于2008年在北京召开的IEEE嵌入式研讨会上，将CPS通信物理系统的研究列为今后技术发展的一大重点。
2009年举办的一系列网络控制技术和网络信息技术论坛以及计算机大会中，也高度关注了CPS技术在工业等领域的发展状况。
2010年，国家863计划信息技术领域办公室和专家组在上海举办了“信息- 物理融合系统(CPS)发展战略论坛”，对这项技术给予了高度关注。
国内学者也已经进行了一些相当有意义的CPS前沿技术研究，并取得了一些研究基础。
计算机领域的学者结合物联网和云计算等技术，针对CPS的普适化网络环境开展了一些探索性研究，武汉大学信息资源研究中心提出了结合云计算和下一代互联网的理念，进行CPS语义中间件的设计，研究CPS网络互联和自主交互等技术。
Xia等错误！未找到引用源。
则从系统自动化控制的角度出发，提出了“面向复杂通信物理系统的实用型高可信无线通信协议”，基于结点间反馈控制技术开展了医疗应用中传感器任务调度和控制的研究。
此外，清华大学、华东师范大学、天津大学、同济大学等多所研究机构也开展了CPS技术的相关研究。
香港和台湾各大学也于近年举办了多次有关CPS的研讨会，并成立了名为UCCPS (User-centric cyber-physical systems workshop)的CPS亚洲论坛。
3 CPS的系统构成系统结构的优劣将从根本上影响系统的最终性能和所能满足的功能需求，更不用说系统的平台兼容性和灵活性等问题，因此，CPS组件抽象与架构建立是实现整体研究的基础，具有非常重要的地位。
本文将依据国内外现有研究，从CPS 的抽象结构、运行方式、物理构成和实现架构这4个方面，对CPS的架构进行分析和讨论。
3.1 CPS的抽象结构简单地说, CPS中的Cyber和Physical可以视为两个具有节点交互的网络：Physical层包含了多个相互联系的物理实体，Cyber层由众多的智能监控节点(包含了人、服务器、信息站点或者各种移动设备等)和它们之间的通讯联系构成错误！未找到引用源。
在Physical层和Cyber层相互作用下，系统通过计算、通信和控制3C技术实现信息的交互和决策，如图1所示。
图 1 CPS的抽象结构成错误！未找到引用源。
3.2 CPS的运行方式Bestavros等提出了CPS系统运行方式的抽象结构错误！未找到引用源。
，如图2所示。
物理层的实体通过对环境的感知，对相应的信息进行处理，并在进行处理的同时将信息经网络发送到信息层，信息层组件在获取感知信息后，针对物理环境和网络中用户需求的改变，自动调整内部关联与模型，将指令通过人机界面或者执行器和驱动设备传送给物理层各组件。
物理实体接受指令，并通过实体间的自主协调，执行系统所要求的操作。
这种运行方式较为直观地体现了通过Cyber-Physical交互，将物理世界和虚拟世界互联的思想，不足之处在于没有突出物理组件所具有的自主协调、自主验证和自主决策能力，也没有充分考虑人在系统中的地位和作用。
图2 CPS的运行方式错误！未找到引用源。
3.3 CPS的物理构成在CPS的物理构成上，Al-Hammouri等错误！未找到引用源。
提出了CPS 结构的一般性描述(图3)，并说明了基于此结构的CPS的特点。
图3 CPS的物理构成错误！未找到引用源。
CPS与传统的计算机控制系统和无线传感网络在物理构成上存在较大的不同。
首先，CPS的网络环境是异构的，能同时涵盖不同属性的网络，并且信息通信范围不受限制；其次，CPS传感网络中不单包含传感器节点,还包含了执行器驱动器节点,以及一部分同时具有传感与执行能力的节点。
在CPS 环境中，控制者可以代表具有自主协调和计算能力的控制器设备，也可以指人和其他生命体。
此外，控制者、传感器和执行器位于同一层面与物理世界交互，指出CPS 是包含了人和生物等生命体在内的与物理环境直接交互的反馈系统。
3.4 CPS的实现架构基于CPS的物理实现，Tan等错误！未找到引用源。
在ACMSIGBEDReview 上提出了一种基于可信的CPS原型架构，研究了基于下一代网络技术和Web service的全局标识时间、事件/信息驱动、发布/订购机制、语义控制规则和量化机制等技术，如图4所示。
图4 CPS的实现架构错误！未找到引用源。
该结构的特点在于从系统构建和实现的角度，较为全面地说明了CPS在设计和具体运行实现时,所可能涉及的关键技术。
主要包括：1) CPS中的传感器和执行器节点是在现有传感器节点中融入了控制和计算能力的新型节点；2)“下一代网络”是实现CPS实时通信和信息交互的重要节点和环境；3)CPS中的信息流包含语义事件信息和普通数据信息，因此,信息层对应的系统CPU内核应具有语义识别和控制能力,以便提高系统的实时感知能力；4)“人”是CPS系统反馈结构中的一个组件；5)信息安全和可靠数据服务是CPS的关键问题。
基于该架构的CPS系统在原型设计中若能添加对系统性能的量化和验证模块，比如哪些模块能够保证系统的实时性和高性能,或者会影响这些性能,则这个框架会更加完善。
4 CPS的相关技术依据CPS的概念及特性描述,可以认为CPS技术结合了计算机系统、嵌入式系统、工业控制系统、无线传感网络、物联网、网络控制系统和混杂系统等技术的特点,但又和这些系统有着本质不同。
为了更好地实现CPS的抽象与建模、研究系统设计与仿真实现的方法、构建CPS 的验证体系,需要充分认识、利用并改进现有的相关技术。
4.1 CPS与计算机系统CPS也必须具备计算机系统中的软硬件组件与功能,比如具有中央处理机、存储器和外部设备,以及操作系统、语言处理系统、数据处理系统和人机交互系统等。
但在各个组件的具体设计与实现上,将会有很大的不同。
这主要在于现有计算机系统的主要目的是为了高效存储、转换和处理数据。
而CPS的最终目的是实现计算过程和物理过程的实时有效交互。
因此,在传统计算机系统中不非常重要的实时性、安全性、可靠性、防御性、保密性以及自适应等特性,却是CPS关注的重点。
此外,计算机系统中的网格技术、云计算、并行计算等技术,在一定程度上也满足CPS分布式分散控制和高效计算的特性。
可以考虑将这些技术与CPS相结合,并针对不同的系统需求与问题,进行自适应的改进和优化。
4.2 CPS与嵌入式系统在技术构成上,虽然嵌入式系统是依照软硬件协同理念进行开发和设计的，但CPS中计算单元和物理对象的结合与传统的软硬件协同技术不同。
CPS要求硬件中一定要包含Cyber组件。
软硬件协同的目的是为了提供一个稳定的集成环境,以便通过在物理设备中嵌入一定的计算设备和相应的软件来增强嵌入式系统的功能。
而CPS 中的Cyber-Physical集成是为了使系统更好地适应周围不确定的、动态发展和变化的环境,更注重计算资源与物理资源的深层耦合、协调同步,以及资源的有效利用等问题。
4.3 CPS与工业控制系统CPS 是一个具有控制属性的网络,但它又有别于现有的工业控制系统。
现有控制系统基本是封闭的系统,即便其中一些工控应用网络也具有联网和通信的功能,但其工控网络内部总线大都使用的是工业控制总线,网络内部各个独立的子系统或者设备难以通过开放总线或者互联网进行互联,通信的功能也比较弱。
而CPS则把通信放在与计算和控制同等地位上,这是因为CPS是涉及人和生物等感知因素的智能控制系统,它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。