信息物理融合系统(CPS)的基础理论和关键技术研究

本项目研究CPS中物理世界感知数据的获取、CPS的复杂通信网络、CPS感知数据的存储查询分析和挖掘、CPS中信息世界与物理世界紧密融合的控制方法、CPS安全隐私、CPS故障诊断等方面的关键科学技术问题，以实时、可信、安全、低资源（特别是能源）消耗为目标，提出在分布式物理世界环境下获取高质量感知数据的理论和技术、具有异构组合性和不确定性的CPS通信网络的组网理论和通信协议与算法、CPS感知数据存储查询分析和挖掘的理论和分布式网内处理算法、信息世界与物理世界紧密融合的物理世界控制的理论和方法、满足CPS特殊需求的CPS安全防护与隐私保护的理论和方法以及CPS故障诊断的理论和技术。本项目还将以农业生产为应用背景，构造一个真实的CPS原型系统，验证基础研究结果的正确性和有效性。

针对信息物理融合系统(CPS)的需求，本项目系统地研究了CPS的基础理论和关键技术，取得了一系列研究成果，完成了规定的研究任务，达到了预期目标,取得了如下研究成果：.CPS的物理世界状态信息获取方面的成果：1.多模态数据的事件模型；2.异质网元信息表达和协同感知原理；3.支持物理世界重现的感知数据获取方法；4.面向多应用的感知数据获取的理论和方法；5.自适感知应数据获取方法；6.感知大数据的主数据抽取方法；8.基样条函数、小波、分段线性近似的感知数据压缩获取算法；9.感知数据错误发现与修复的理论和技术。.CPS的通信网络方面的成果：1.多异构通信网优化组网技术；3.安全、实时、可靠的数据传输理论和技术；4.网内聚集计算调度和多任务调度的理论与算法；5.网络中可信节点定位方法；6.网络传输容量估计理论和算法；7.加权公平的网络拥塞控制的理论与算法；8.基于图的网络行为规律监控的理论与算法。.CPS的物理世界认知方面的成果：1.基于随机图和支持多粒度查询的两种感知数据分布式存储方法；2.网内(e,d)-近似计算的原理和算法；3.网内位置相关的极值查询处理算法；4.网内Top-k等感知数据复杂查询算法；5.网内物理过程曲线查询算法；6.基于模式匹配与多节点相关分析的事件检测算法；7.物理世界的e-近似方法；8.物理过程重建的理论和算法。.CPS的物理世界控制方面的成果：1.CPS模型、描述语言及其编译系统；2.CPS系统架构一致性理论；3.CPS中控制服务无缝迁移方法；4.CPS中群体密度非绑定式感知与控制方法；5.CPS中控制设备接入和协作控制方法。.CPS的安全防护、隐私保护与故障诊断方面的成果：1.过滤虚假数据的网络随机路由机制；2.确保网内连续聚集计算安全的方法；3.能量有效的安全查询机制；4.位置信息隐私保护方法；5.基于信道状态的通信隐私保护；6.普适设备安全控制方法；7.信息监控与异常诊断的理论和技术。.本项目发表（录用）论文86篇，其中国际一流期刊和会议论文41篇，他引800余次，单篇最高他引146次，培养中国百篇优秀博士论文提名奖1名，中国计算机学会优秀博士论文奖2名，博士10名，获省部级自然科学一等奖1项。.本项目还研制了蓝莓生长监控、超级市场机器人自动售货、智能办公楼等三个CPS原型系统，验证了基础研究成果的正确性、可用性和有效性。