信息物理系统简介

我们实时与设备交互，但这些设备的物理和计算元素是分开运行的。这个系统可能会出现问题。我们有信息物理系统 (CPS) 来解决这些问题。CPS 将物理系统与计算、传感器等相结合。

CPS 有不同类型的设备，如自动驾驶汽车、医疗保健系统、智能电网、工业自动化等。我们使用传感器和执行器连接这些设备以与物理世界交互。这些设备都使用反馈回路连接。我们可以实时监控 CPS 设备并控制其各种应用程序。

信息物理系统的特征

以下列出了信息物理系统的一些重要特征 −

• 集成 −我们将物理元素(例如机器、传感器)与计算组件(例如处理器、软件)相结合。我们创建了一个监控和控制物理过程的系统。
• 实时监控 − 我们使用传感器从其环境中收集数据。我们实时处理这些数据。我们可以使用执行器调整物理过程。
• 反馈回路 − CPS 依赖于反馈回路。传感器收集实时数据。系统对其进行处理。执行器根据分析执行操作。因此，它形成了一个连续的监控和控制循环。
• 网络连接 − CPS 使用先进的网络技术(例如 Wi-Fi、蓝牙、4G/5G)连接不同的组件，以实现设备和系统之间的有效通信。
• 安全性和可靠性 − 有许多 CPS 应用，例如自动驾驶汽车和工业自动化。这些对于安全至关重要，因此我们需要可靠的操作来防止错误和故障。

信息物理系统的架构

信息物理系统的架构分为三层:感知层、传输层和应用层。

• 感知层 − 这是 CPS 架构的第一层。它从环境中收集数据。它具有传感器、摄像头、RFID 标签、GPS 设备。它还有其他智能设备，可以检测物理变化并将其转换为数字信号。
• 传输层 − 传输层充当感知层和应用层之间的通信桥梁。它使用 Wi-Fi、Zigbee、4G 和 Internet 协议等各种技术在组件之间传输数据。
• 应用层 −这一层处理由下层收集和传输的信息。它使用智能算法来分析数据并做出决策。然后，这些数据作为控制命令被发送回感知层。这一层用于物理过程的运行。

信息物理系统的组件

CPS 有各种组件。这些组件分为以下三个主要类别 −

• 物理组件 − 这些设备包括发电机、电动机、阀门和其他硬件。我们用它们来控制物理过程。
• 检测组件 − 这一组包括传感器和聚合器。传感器检测和收集实时数据。而聚合器处理并将这些数据传输到控制系统。
• 控制和通信组件 −这些设备包括可编程逻辑控制器 (PLC)、分布式控制系统 (DCS) 和监控与数据采集 (SCADA) 系统。这些组件控制整个 CPS。因此系统以安全模式运行。

信息物理系统如何工作?

CPS 使用通信网络将物理设备(即传感器和执行器)与计算系统连接起来。感知层从环境中收集数据。然后使用传输层将其传输到应用层进行处理。

根据数据分析，系统使用执行器将控制命令发送回物理设备。它为系统创建了一个连续的反馈循环，以响应实时条件。

信息物理系统的优点和缺点

信息物理系统 (CPS) 有各种优点和缺点。其中一些如下 −

CPS 的优点

• 我们实时控制和做出决策。
• 它提高了物理过程的效率和安全性。
• 我们可以减少人为干预。
• 它具有可靠的数据，可以更好地进行系统管理。
• 它在许多行业中都有各种用途，从医疗保健到交通运输。

CPS 的缺点

• 很难集成。由于物理和数字组件的复杂性和协调性。
• 由于其对网络的依赖，它可能容易受到网络攻击。
• 其实施和维护成本很高。
• 我们需要强大的网络安全策略来保护数据。

信息物理系统与物联网之间的区别

下表比较和对比了信息物理系统和物联网的重要特征 −

结论

信息物理系统 (CPS) 结合了物理和计算系统，例如传感器、计算算法和网络技术。使用 CPS，我们可以实时监控和控制医疗保健、制造业和运输业等各个行业的流程。然而，随着 CPS 技术的发展，它可能引发网络安全问题。