一种基于最小路径的多播路由优化算法

信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems,CPS)底层是传感器、控制器和执行器等异构节点构成的无线自组网络,不同节点之间需要通过通信网络传送给感兴趣目标节点,传统的无线自组织网络一般采用单播或广播技术,但是这些往往实时性不高,通信开销大,不利于在CPS中受限节点间通信.该文针对信息物理融合系统中无线多播路由问题构建网络模型,演化为最小路径问题,数学模型为约束Steiner最小树问题,并针对该NP难问题通过启发式算法求解,再通过贪婪思想构建一种最小路径多播路由算法.最后通过与uCast以及SenCast等经典的多播路由算法仿真比较,得出其算法在实时性以及能耗等方面性能优异.     

LiveWeb:A Sensorweb Portal for Sensing the World in Real-Time

A state-of-the-art sensorweb is a global observation system for varied sensory phenomena from the physical world and the cyber world.This paper presents the architecture,design,and application of a sensorweb service portal called the LiveWeb.This portal has been published on the Internet and is used by researchers,students,and also other communities.This system has been used to represent and monitor real-time physical sensor data and cyber activities from ubiquitous sources.LiveWeb meets its goal of pro-vid...     

邻居发现辅助与物联网整合应用

随着网络技术的发展,接入网络的设备已不再局限于由人操控的计算机,在物联网技术极大的丰富物理信息世界的同时,拓扑的动态性也带来了与传统网络不同的移动性问题。如何对节点进行高效的定位和数据传输成为需要解决的问题。笔者结合IPv6本身对移动性的支持和邻居发现机制,提出了一种使用邻居发现机制的移动节点辅助连接方法,并拟定了在6LowPAN中的实现方案,使6LowPAN与传感器、射频识别和控制终端等结合,实现局域物联网内以IPv6方式连接,满足小范围移动切换需求,通过IPv6接入Dragon-Lab联邦网络,实现全IPv6的物联网应用模型。     

Ontology-Based Semantic Multi-agent Framework for Micro-grids with Cyber Physical Concept

The distributed hierarchical control based on multi-agent system(MAS) is the main control method of micro-grids.By allowing more flexible interactions between computing components and their physical environments,cyber physical system(CPS) presents a new approach for the distributed hierarchical engineering system,with micro-grids included.The object of this paper is to integrate the CPS concept with MAS technology and propose a new control framework for micro-grids.With the analysis of the operating mode and control method of micro-grids,the cyber physical control concepts of ontologybased semantic agent are discussed.Then an MAS-based architecture of cyber physical micro-grid system and an intelligent electronic device(IED) function structure are proposed.Finally,in order to operate and test the cyber physical micro-grid concept,an integrated simulation model is presented.     

电力信息物理系统易损性分析方法

针对电力信息物理系统（CPS）体系复杂、网络耦合、易损性分析困难这一现状,以近年来国内外电力系统毁伤相关研究成果为基础,构建了电力CPS的毁伤树模型.根据电力CPS节点重要性与故障级联毁伤特性,提出了一种基于节点重要性的电力CPS易损性分析方法,构建了易损性评估模型,并结合实例进行了分析说明.结果表明,该模型可用于电力信息物理系统的生存力研究,为目标抗毁伤结构设计提升提供支撑.      

面向城市道路交通的传感器组网优化

从传感器所反映的道路交通信息价值出发,给出基于信息度的宏观交通状态描述方法,提出传感器信息度函数,描述交通传感器信息的空间分布特征。探讨交通传感器信息的信息价值并给出标定模型,在此基础上提出基于交通事件的传感器组网要解决的问题和组网目标,建立基于综合信息价值最大的动态组网优化模型,给出动态组网模型的求解方法和实施步骤,最后通过实例对本方法进行验证。研究结果表明:实例中,当选择12个传感器组网时,可得到传感器单位时间最大综合价值为553.442元/h,达到组网的最优结果。本模型能够实现基于交通事件的动态组网,并能够给出满意的组网结果。     

社团生成结构的电力信息物理系统鲁棒性分析

随着传感器技术的快速发展,信息网与电网的深度融合,电力系统的智能化水平越来越高,但也面临着安全性、脆弱性等一系列问题.结合相互依存网络与介数负荷-容量级联故障模型,提出了包含电网、信息网孤岛运行的连锁故障仿真算法,主要研究了具有社团结构的电力信息物理系统(cyber physical system,CPS)鲁棒性,修正...     

A Survey of Language-Based Approaches to Cyber-Physical and Embedded System Development

As computers continue to advance, they are becoming more capable of sensing, interacting, and communicating with the physical and cyber world. Medical devices, electronic braking systems in automotive applications, and industrial control systems are examples of the many Cyber-Physical Systems(CPS) that utilize these computing capabilities. Given the potential consequences of software related failures in such systems, a high degree of safety, security, and reliability is often required. Programming languages are important tools used by programmers to develop CPS. They provide a programmer with the ability to transform designs into machine code. Of equal importance is their ability to detect and avoid programming mistakes. The development of CPS has predominantly been accomplished using the C programming language. Although C is a powerful language, it lacks features present in other languages that facilitate the development of reliable systems. This has prompted research into language-based alternatives for improving program quality through the use of programming languages. This paper presents an overview of the characteristics of embedded and cyber-physical systems and the associated requirements imposed on programming languages. This is followed by a survey of relevant research into languagebased methods for creating safe, reliable, and robust software for CPS.     

基于粗糙信息颗粒的数据挖掘方法研究

大型的数据库和数据仓库中的数据往往是有噪声和不一致的,应用经典的粗糙集理论对其进行数据挖掘处理时,效果不够理想.引入信息颗粒的概念,给出了属性子集引导的信息颗粒的构造方法及基于信息颗粒的知识描述,并应用粗糙集的扩展模型讨论知识的粗糙度问题,提出了基于粗糙信息颗粒的属性约简算法,该算法在给定最小置信度阈值的情况下,可实现对不一致数据集的简洁知识提取.图1,表2,参8.     

最大化全移动无线传感器网络寿命的可信信息覆盖重定位算法

针对全移动传感器网络覆盖空洞的修复以及网络寿命最大化问题,研究并设计了一种基于可信信息覆盖模型的传感器节点重定位协议。该协议在可信信息覆盖模型下的信息网格的概念下,设计一种局部信息网格结构,通过使用移动最近的冗余传感器节点修复覆盖空洞区域来维持网络的完全覆盖。仿真结果表明,所设计的协议与现有的协议传感器节点重定位协议相比,可以有效减少重定位的移动能量消耗,明显提升全移动传感器网络的工作寿命。     

Specification and Verification of a Topology-Aware Access Control Model for Cyber-Physical Space

The cyber-physical space is a spatial environment that integrates the cyber and physical worlds to provide an intelligent environment for users to conduct their day-to-day activities. Mobile users and mobile objects are ubiquitous in this space, thereby exerting tremendous pressure on its security model. This model must ensure that both cyber and physical objects are always handled securely in this dynamic environment. In this paper,we propose a systematic solution to be able to specify security policies of the cyber-physical space and ensure that security requirements hold in these policies. We first formulate a topology configuration model to capture the topology characteristics of the cyber and physical worlds. Then, based on this model, a Topology-Aware CyberPhysical Access Control model(TA-CPAC) is proposed, which can ensure the security of the cyber and physical worlds at the same time by adjusting permission assignment dynamically. Then, the topology configuration and TA-CPAC models are formalized by bigraphs and Bigraph Reactive System(BRS), respectively, allowing us to use model checking to rationalize the consequences of the evolution of topological configurations on the satisfaction of security requirements. Finally, a case study on a building automation access control system is conducted to evaluate the effectiveness of the proposed approach.     

面向增量信息自动化提取的居民地时空变化分类研究

居民地数据是一类重要的地形数据,其变化非常频繁.当居民地数据更新以后,数据生产者如何提取增量信息并及时发布给用户是迫切需要解决的问题.增量信息是由于居民地的变化引起的,不同的变化产生的增量信息存在很大差异,因此分析居民地的变化是实现增量信息发布的一个重要前提.本文着重于分析居民地变化的分类及其描述.基于变化的4个相关因子,提出了居民地变化分类模型,并利用规则表达式(IF-THEN)描述了各种变化类型及其产生的增量信息.最后,以我国1:25万地形数据库的居民地数据的增量信息生成验证了上述思想.图3,表1,参6.     

具有不确定参数的温度传感器的动态相对校准(英文)

存在动态偏差情况下的传感器校准,与多个传感器的相对校准类似.实现相对校准对许多控制问题都很重要,比如需要产生精确温度梯度的问题、保持均匀与稳定温度场的问题.本文以温度传感器为例,对静态(稳态)校准与动态校准从理论和实验两个角度进行了对比.动态校准的一个优势是其适用于任何测量数据,但其需要建立一个测量仪器的动态模型.尽管本文只研究了一个由三个传感器构成的简单设备,但其结果也适用于更复杂的情况.这正是因为动态校准的另一个显著优势,即其能在任何设备上进行校准,校准的一个前提是所用的动态模型与传感器具有相同的阶次.本文证明了可辨识性(可校准性)条件,并通过以迭代方式求解一个非线性加权最小二乘问题,实现了校准.对解的收敛性、一致性和渐近效率,不但给予了理论证明,且通过蒙特卡罗模拟实验进行了验证.     

多传感器多模型相互作用的数据关联方法

基于信息融合中的数据关联技术,在卡尔曼滤波基础上,结合相互作用多传感器多模型的概率数据互联算法,建立故障监测报警和现场传感器量测数据关联二者之间的关系,建立更具一般性的分布式传感器系统基础上的多传感器多模型,改进概率数据关联方法,以用于故障监测报警中相互作用的算法．并结合一个时变系统中空间位置传感器的故障诊断问题为例,运用多传感器多模型相互作用的数据关联方法进行仿真分析,研究此类故障判据的数据关联问题和数据关联算法的改进,研究表明相互作用多模型的概率数据互联改进方法不仅与有限维数的特定测量阈值相对应,而且直接针对故障模式,能够体现出动态模型的优点,可以与系统诊断知识相融合,为故障诊断的单步的、多步的、长期的预测预报提供依据．     

数字化实验传感器的设计与实现

针对中学实验室使用的传感器,设计和制作了电压、电流、温度、湿度、磁、力等传感器,使测量值、感测值和实际物理量之间达到一定的线性关系。通过设计和制作的传感器,达到价格低廉和国产化率高。     

重要数据信息的网络安全控制与防范

针对网络数据信息面临的威胁,从物理安全、访问控制、加密技术等几个方面,对重要数据信息的网络安全策略进行了深入分析,并对网络数据信息的安全与防范技术进行了展望.     

基于事件逻辑的CPS组件协同模型

针对CPS系统的异构性、实时性、物理世界与信息世界的高度融合等特征,提出了基于事件逻辑关系的组件协同代数模型。首先,定义了基于时空事件接口的组件形式化表示方法,建立了基于事件驱动的组件协同体系架构。然后,根据组件协同方式分析了事件间的逻辑关系,建立了组件协同代数系统。最后,以智能家居的非法入侵行为为例,使用协同代数式描述事件驱动组件行为的过程。分析表明,基于事件逻辑的组件协同代数模型能够清晰地反应组件间的交互关系,屏蔽了组件的异构性,实现了物理进程与计算进程的融合,为CPS系统的形式化建模提供了新的方法。     

传感器建模及其相关问题

该文综述了传感器建模的３种方法,这３种方法以概率方法为基础,包括依赖于传感器本峰物理特性的观测模型,描述多传感器中传感器信息动态特性的相关模型以及说明传感器观测与传感器状态之间关系的状态模型。     

基于协作过滤的传感器数据补全方法

如何对缺失的传感器监测数据进行补全是物联网信息感知过程中的一个关键问题.针对这一问题,提出了一种基于协作过滤的传感器数据补全方法.该方法利用传感器之间的时空相关特性,考虑到同一区域的传感器或同一传感器的不同监测周期中相应的监测数据具有很大的相似性这一特点,通过对缺失数据的传感器进行分类,分别使用不同的相似评价方法选取相似传感器,以保证估计值的准确性.结果表明,该方法对环境变化幅度较大时段的缺失数据进行估值的效果要优于其他方法.     

特长公路隧道复杂风机网络协同控制系统架构

为了解决传统特长公路隧道通风控制系统架构的及时性、可靠性差,不能实现风机协同控制的问题,为满足隧道复杂风机网络通风运营需求,设计了一种基于信息物理系统(CPS)的特长公路隧道复杂风机网络协同控制系统。该系统由感控层、信息层、应用接入层、应用层和CPS层5个层级组成。感控层利用风机集群划分和嵌入式控制模块实现对隧道环境、交通量等因素的感知和局部控制。信息层通过对风机控制事件/信息优先级划分和基于发布/订阅方式的数据分发服务,提高数据传输可靠性和风机控制时效性;应用接入层通过CPS中间件,实现系统语义和时间的统一,提高数据利用效率,提升隧道风机控制的可操作性;应用层针对隧道运营服务一体化要求,给出了隧道运营的照明系统、供配电和消防系统和所设计的通风系统并行控制的接口;CPS层对感控层和信息层进行反馈控制,实现复杂风机的协同控制。该系统架构提升了特长公路隧道风机控制智能化、信息化水平,满足面向服务的隧道风机运营需求。