信息物理融合系统的多维分析与设计方法

现存的分析与设计方法不能满足信息物理融合系统（CPS）的分析与设计，主要是因为CPS具有很多重要的特性，这些特性在分析和设计时必须被考虑，这些特性包括实时性、空间性、可信性、性能等。因此，采用单一维度分析和设计CPS是不合适的。本项目试图建立信息物理融合系统的多维分析与设计方法。拟解决的关键问题包括提出CPS的时间特性的多维表示与分析方法，所提出方法不仅能满足确定性时间限制、随机时间限制、模糊时间限制的需求，而且能够满足离散时间、连续时间及混合时间的需求，提出多维的CPS的最坏执行时间的分析方法，以分析影响WCET的各种因素。针对CPS的时空性，提出一种三维的实时时空调度算法。为了同时对实时性和空间性进行表示和分析，扩展现存的形式化方法，使之成为多维的形式化方法，特别是对区间时序逻辑增加空间性维度，使之成为多维逻辑。本项目将推动信息物理融合系统的研究，具有重要的科学研究意义和实际应用意义。

现存的分析与设计方法不能满足信息物理融合系统（CPS）的分析与设计，主要是因为CPS具有很多重要的特性，这些特性在分析和设计时必须被考虑，这些特性包括实时性、空间性、可信性、性能等。因此，采用单一维度分析和设计CPS是不合适的。项目建立了信息物理融合系统的多维分析与设计方法。解决了关键问题包括提出CPS的时间特性的多维表示与分析方法，所提出的方法不仅能满足确定性时间限制、随机时间限制、模糊的时间限制，而且能够满足处理离散时间、连续时间及混合时间的需求，提出了多维的CPS的最坏执行时间的分析方法，以分析影响WCET的各种因素。针对CPS的时空性，提出了一种多维的实时时空调度算法。项目使用体系结构分析和设计语言AADL对信息物理融合系统进行多维分析与建模。由于信息物理融合系统是一个时空关键的、动态连续的系统，因此必须对系统的物理世界，时空特性和动态连续性进行建模。AADL目前并不支持对物理世界，空间方面和动态连续性方面的建模，因此，项目对AADL进行了有效的扩展，使AADL支持这些方面的建模。项目通过AADL和Modelica 的有效集成, 实现了物理系统和信息系统的融合， 在多个领域多个维度上进行抽象、整合、分析、设计及仿真。项目通过智能交通系统、轨道控制系统和月球车的分析和设计来验证所提出方法的有效性。本项目发表论文62篇，其中在国际期刊和国际会议上发表的论文61篇，EI收录56篇，国内核心期刊1篇。本项目的研究工作提高了信息物理融合系统的研究水平，具有重大的科学意义和广阔的应用前景。