信息物理系统实时保真度性能的自适应保障机制研究

信息物理系统将信息世界与物理世界紧密融合，通过检测和控制物理世界来提供高效的服务。然而，物理环境的不确定性给信息物理系统的性能保障机制提出了巨大的挑战。本项目从物理环境对系统保真度的影响切入，针对信息物理系统的性能优化与保障问题，从传感/执行子系统的保真度、计算通信子系统的实时性和能耗、系统级多性能平衡折中与控制三个方面开展研究。首先，基于数据融合技术，研究信息物理系统的保真度建模和分析方法，提出克服物理环境影响的保真度优化策略；在此基础上，运用反馈控制理论，提出实时保真度保障的自适应控制机制；最后，研究系统级的实时-能耗保障控制方法，解决多控制回路的耦合与冲突问题，融合成熟的计算通信协议，建立多性能目标保障控制的体系结构，探索有限资源的分配策略，实现多性能之间的折中和平衡。通过本项目的研究，有望揭示信息物理系统性能的优化与自适应保障的规律，为信息物理系统的发展提供理论和实践上的参考依据。

本项目针对信息物理系统所应用物理环境的不确定性影响，分别从保真度建模和分析、保真度保障下的自适应优化机制、实时性能和能耗的优化和保障方法、自适应的系统级多性能平衡策略，以及小型测试平台的搭建验证等多个方面开展了研究。利用概率数据融合方法，提出了将环境噪声、器件差异、目标动态变化等影响统一建模为以虚警率和准确决策概率的保真度模型，并在该模型的基础上推导出无先验事件概率的数据融合机制。针对物理环境的不确定影响，本项目运用反馈控制理论，分别针对系统的保真度、实时性能以及能耗等性能的优化保障提出了自适应的系统性能保障机制，设计出相应的系统级优化算法并进行验证，提出了针对多项性能保障优化的自适应资源分配策略。通过本项目的研究，初步揭示了信息物理系统中系统级的解决物理环境不确定性影响的策略，为信息物理系统的发展和进一步应用提供了参考依据，具有重要的学术意义和广泛的应用前景。