信息物理融合系統(tǒng)

鄧金玉

【摘 要】隨著當(dāng)前我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在進(jìn)行信息物理融合系統(tǒng)的發(fā)展過程中，取得了較大的成就以及進(jìn)步，通過信息物理融合系統(tǒng)的發(fā)展，將計(jì)算機(jī)、通信以及控制學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，使得我國(guó)的科學(xué)技術(shù)得到了巨大的突破。本文筆者主要從物信息物理融合系統(tǒng)的概念、主要的特點(diǎn)以及相關(guān)的構(gòu)造出發(fā)來進(jìn)行問題的分析和研究。

【關(guān)鍵詞】信息物理；融合系統(tǒng)；信息抽象

隨著當(dāng)前階段我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步以及發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的過程中對(duì)于傳統(tǒng)的物理設(shè)備提出了新的要求。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的封閉式特點(diǎn)對(duì)于工業(yè)化的發(fā)展起到了一定的負(fù)面的影響，無法滿足現(xiàn)代物理的設(shè)備可控性以及相關(guān)功能的延展性。因此在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程中，信息物理融合技術(shù)逐漸成為了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主流。

信息物理融合技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的傳感器嵌入式系統(tǒng)，在進(jìn)行功能的設(shè)定過程中，其主要依靠全新的設(shè)計(jì)理念，利用現(xiàn)代信息世界以及物理世界之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)化管理，能夠從根本上改變?nèi)藗児こ涛锢硐到y(tǒng)的模式，實(shí)現(xiàn)各個(gè)行業(yè)的有效發(fā)展。

一、信息物理融合系統(tǒng)的概述

（一）定義

信息物理融合系統(tǒng)的概念主要是指利用計(jì)算機(jī)資源以及物理資源的協(xié)調(diào)作用，將二者緊密的結(jié)合起來，使其能夠在未來的工業(yè)生產(chǎn)、信息發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中具備一定的適應(yīng)性、自主性、可靠性以及安全性等，通過信息物理融合系統(tǒng)的發(fā)展其自身的作用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過當(dāng)前各個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展模式，信息物理融合系統(tǒng)能夠通過響應(yīng)速度更快、精度更高、規(guī)模更大的功能系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化的控制和管理。

從廣義上來看，信息物理融合系統(tǒng)是一種安全可靠的檢測(cè)、控制體系，能夠?qū)崿F(xiàn)深度的信息交互功能。因此信息物理融合系統(tǒng)就是一個(gè)綜合于計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)以及物理環(huán)境的復(fù)雜系統(tǒng)，在未來的計(jì)算機(jī)發(fā)展過程中具有廣大的應(yīng)用前景。

（二）信息物理融合系統(tǒng)的特征

首先，信息物理融合系統(tǒng)自身具備復(fù)雜性的特點(diǎn)，在進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，其是一個(gè)多維度、開放式的網(wǎng)絡(luò)體系，具有高度的復(fù)雜性，而且在功能上具有通信、計(jì)算以及決策控制等功能，能夠使物理設(shè)備具備一定的計(jì)算、控制以及遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)等能力。

其次，信息物理融合系統(tǒng)具備異構(gòu)性的特點(diǎn)，其自身的構(gòu)成由通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及異構(gòu)物理特性等組成，在數(shù)據(jù)的處理等方面需要結(jié)合多種技術(shù)體系來完成。

第三，深度融合特點(diǎn)，在進(jìn)行信息交互以及信息交流的過程中，信息物理融合系統(tǒng)需要通過實(shí)時(shí)交互來擴(kuò)展自身的功能，使得每一個(gè)物理設(shè)備均能夠通過嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信以及控制功能。

第四，實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，信息物理融合系統(tǒng)在進(jìn)行物理設(shè)備的控制以及交互的過程中，往往需要設(shè)備的狀態(tài)是隨時(shí)變化的，這也要求信息物理融合系統(tǒng)自身的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性的，因此在計(jì)算機(jī)控制的過程中信息物理融合系統(tǒng)確定性以及并行性的要求較高。

最后，海量性的特點(diǎn)，信息物理融合系統(tǒng)自身是由大量的網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)備相連接構(gòu)成的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理的過程中需要結(jié)合龐大的設(shè)備來進(jìn)行處理，因此其所產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)量會(huì)使得信息物理系統(tǒng)呈現(xiàn)海量性的特點(diǎn)。

二、信息物理融合系統(tǒng)框架分析

前述從信息物理融合系統(tǒng)自身的特點(diǎn)能夠看出，其主要是由大量的物理設(shè)備以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接所構(gòu)成的，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中復(fù)雜性、海量性以及實(shí)時(shí)性是其主要的特點(diǎn)。下面筆者主要來闡述信息物理融合系統(tǒng)的框架。

（一）物理世界

包括信息物理系統(tǒng)模式下的所有物理設(shè)備、物理實(shí)體，在工業(yè)生產(chǎn)過程中一切基于信息物理融合系統(tǒng)之下的相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都屬于物理世界，其所處的環(huán)境也稱之為物理世界。

（二）分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)

分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)以及相關(guān)的匯集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在傳感器的工作過程中其能夠感知物理世界的相關(guān)物理特點(diǎn)，然后根據(jù)物理世界的參數(shù)以及性能來發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理。

（三）分布式計(jì)算平臺(tái)

信息物理融合系統(tǒng)的發(fā)展需要基于分布式計(jì)算機(jī)平臺(tái)來運(yùn)轉(zhuǎn)。因此在進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的分析和交互過程中，需要通過平臺(tái)來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)和計(jì)算。分布式計(jì)算平臺(tái)在信息物理融合系統(tǒng)當(dāng)中主要發(fā)揮云計(jì)算、云存儲(chǔ)等功能，保證物理信息融合系統(tǒng)能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合。

（四）分布式控制節(jié)點(diǎn)以及控制中心

在進(jìn)行信息物理融合系統(tǒng)發(fā)展的過程中，需要對(duì)相關(guān)集中控制數(shù)據(jù)信息以及分散數(shù)據(jù)控制信息結(jié)合起來。例如在進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)的分布式控制單元運(yùn)行過程中，主要接收傳感單元的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)有關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn)以及控制原則進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理，進(jìn)而對(duì)整個(gè)物理世界的物理設(shè)備進(jìn)行全面的控制。而控制中心在其中主要發(fā)揮系統(tǒng)性以及科學(xué)性的原理出發(fā)，保證在線控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)最優(yōu)化，同時(shí)在必要的時(shí)候?qū)ο嚓P(guān)的控制節(jié)點(diǎn)發(fā)出調(diào)節(jié)指令等。[1]

（五）分布式執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)

執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)主要由相關(guān)的控制單元以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在信息物理融合系統(tǒng)的發(fā)展過程中分布式執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)了橋梁的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制中心所發(fā)出指令的運(yùn)輸，將具體的控制指令發(fā)送到相關(guān)的控制單元當(dāng)中，為控制中心更好的控制整個(gè)信息物理融合系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（六）信息中心

信息中心是信息物理融合系統(tǒng)的核心，主要是對(duì)事件數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時(shí)間進(jìn)行分布式的記錄，同時(shí)事件發(fā)生的相關(guān)信息通過控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，會(huì)自動(dòng)的轉(zhuǎn)換為服務(wù)器的格式，將其存儲(chǔ)為歷史數(shù)據(jù)集。信息中心在一定程度上還起到用戶識(shí)別的功能，在用戶使用相關(guān)系統(tǒng)的過程中，信息中心能夠自動(dòng)的相應(yīng)合法用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)查詢以及相關(guān)的分析請(qǐng)求，在一定程度上能夠?qū)ξ锢硇畔⑾到y(tǒng)的發(fā)展起到一定的保護(hù)作用。[2]

三、總結(jié)

綜合上文所述，本文筆者主要從當(dāng)前階段我國(guó)信息物理融合系統(tǒng)的發(fā)展概念、特點(diǎn)以及相關(guān)的框架入手進(jìn)行分析和探究，能夠看出在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)之上，信息物理融合系統(tǒng)逐漸成為了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主流，信息物理融合技術(shù)是綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)以及物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，在進(jìn)行計(jì)算、通信以及控制的過程中能夠有效的對(duì)大型工程設(shè)備進(jìn)行控制、感知以及動(dòng)態(tài)化的調(diào)節(jié)等，在未來的社會(huì)、科學(xué)等行業(yè)發(fā)展過程中具有廣闊的發(fā)展前景，是值得進(jìn)行推廣和普及的。[3]

參考文獻(xiàn)：

[1]郭慶來，辛蜀駿，孫宏斌，王劍輝.電力系統(tǒng)信息物理融合建模與綜合安全評(píng)估：驅(qū)動(dòng)力與研究構(gòu)想[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，06：1481-1489.