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第一部分 CPS应用领域 2

第1章 医疗CPS 2

1.1 引言 2

1.2 系统描述与操作场景 3

1.2.1 虚拟医疗设备 4

1.2.2 临床场景 4

1.3 关键设计驱动与质量属性 5

1.3.1 发展趋势 5

1.3.2 质量属性以及MCPS领域的挑战 7

1.3.3 MCPS的高可信度开发 8

1.3.4 按需医疗设备及其安全保障 12

1.3.5 智能报警以及医疗决策支持系统 16

1.3.6 闭环系统 19

1.3.7 安全案例 23

1.4 从业者的影响 28

1.4.1 MCPS开发者角度 28

1.4.2 MCPS管理者角度 29

1.4.3 MCPS用户角度 29

1.4.4 患者角度 29

1.4.5 MCPS监管机构角度 30

1.5 总结与挑战 30

参考文献 31

第2章 能源CPS 37

2.1 引言 37

2.2 系统描述与操作场景 38

2.3 关键设计驱动与质量属性 39

2.3.1 关键系统原则 40

2.3.2 架构1的性能目标 43

2.3.3 未来的方向 46

2.4 可持续性SEES的网络范例 47

2.4.1 在SEES中基于物理的CPS组合 49

2.4.2 在SEES中基于DyMonDS的CPS标准 50

2.4.3 交互变量自动建模与控制 56

2.5 从业者的影响 57

2.5.1 性能目标的IT演化 57

2.5.2 分布式优化 58

2.6 总结与挑战 58

参考文献 60

第3章 基于无线传感器网络的CPS 63

3.1 引言 63

3.2 系统描述与操作场景 63

3.2.1 媒介访问控制 65

3.2.2 路由 66

3.2.3 节点定位 67

3.2.4 时钟同步 68

3.2.5 电源管理 69

3.3 关键驱动设计与质量属性 70

3.3.1 物理感知 70

3.3.2 实时感知 70

3.3.3 运行时验证感知 71

3.3.4 安全感知 72

3.4 从业者的影响 74

3.5 总结与挑战 75

参考文献 76

第二部分 CPS基础理论 82

第4章 CPS的符号化合成 82

4.1 引言 82

4.2 基础技术 82

4.2.1 预备知识 83

4.2.2 问题定义 83

4.2.3 合成问题的解决 89

4.2.4 符号模型构建 91

4.3 高级技术 94

4.3.1 构建符号模型 95

4.3.2 连续时间控制器 96

4.3.3 软件工具 97

4.4 总结与挑战 97

参考文献 98

第5章 反馈控制系统中的软件和平台问题 102

5.1 引言 102

5.2 基础技术 103

5.2.1 控制器定时 103

5.2.2 资源效率控制设计 104

5.3 高级技术 105

5.3.1 减少计算时间 105

5.3.2 降低采样频率 106

5.3.3 基于事件的控制 106

5.3.4 控制器的软件结构 107

5.3.5 计算资源共享 108

5.3.6 反馈控制系统的分析与仿真 109

5.4 总结与挑战 118

参考文献 118

第6章 混合系统的逻辑正确性 120

6.1 引言 120

6.2 基础技术 121

6.2.1 离散验证 121

6.3 高级技术 134

6.3.1 实时验证 134

6.3.2 混合验证 138

6.4 总结与挑战 141

参考文献 141

第7章 CPS的安全 144

7.1 引言 144

7.2 基础技术 145

7.2.1 网络安全需求 145

7.2.2 攻击模型 146

7.2.3 应对策略 148

7.3 高级技术 150

7.3.1 系统理论 150

7.4 总结与挑战 155

参考文献 156

第8章 分布式CPS的同步 158

8.1 引言 158

8.1.1 CPS的挑战 159

8.1.2 一种降低同步复杂度的技术 159

8.2 基础技术 160

8.2.1 软件工程 160

8.2.2 分布式一致性算法 160

8.2.3 同步锁步执行 162

8.2.4 时间触发架构 162

8.2.5 相关技术 163

8.3 高级技术 164

8.3.1 物理异步、逻辑同步系统 164

8.4 总结与挑战 172

参考文献 173

第9章 CPS的实时调度 177

9.1 引言 177

9.2 基础技术 178

9.2.1 固定时间参数的调度 178

9.2.2 内存效应 184

9.3 高级技术 184

9.3.1 多处理器／多核调度 184

9.3.2 适应可变性和不确定性 193

9.3.3 其他资源的管理 196

9.3.4 间歇任务调度 199

9.4 总结与挑战 200

参考文献 201

第10章 CPS模型集成 205

10.1 引言 205

10.2 基础技术 206

10.2.1 因果关系 206

10.2.2 时间语义域 207

10.2.3 计算过程的交互模型 208

10.2.4 CPS DSML建模语言的语义 208

10.3 高级技术 209

10.3.1 ForSpec语言 209

10.3.2 CyPhyML系统建模语言的语法 211

10.3.3 语义的形式化 213

10.3.4 形式化的语言集成 216

10.4 总结与挑战 221

参考文献 221