Киберфизические системы
Киберфизические системы (cyber-physical system - CPS) являются системами, обладающими неразрывной связью между входящими в них вычислительными и физическими элементами. Сегодня представители киберфизических систем могут быть найдены в самых разнообразных областях - это космос, автомобильные, химическая технология, гражданская инфраструктура, энергетика, здравоохранение, производство, транспорт, и потребительские устройства. Этот класс систем часто рассматривается как встроенные системы. Во встроенных системах акцент делается больше на вычислительных элементах, и меньше на неразрывной взаимосвязи между вычислительными и физическими компонентами системы.
В отличие от более традиционных встраиваемых систем, CPS обычно изначально разрабатываются как сеть сравнительно автономных взаимодействующих элементов с физическими входами и выходами, а не как отдельное автономное устройство. /1/
Это понятие близко связано с понятием робототехники и сенсорных сетей. Можно ожидать, что в ближайшие годы продолжающиеся усовершенствования в науке и технике увеличат связь между вычислительными и физическими элементами технических систем, существенно увеличивая адаптивность, автономность, эффективность, функциональность, надежность, безопасность, и удобство пользования таких систем. Усовершенствования расширят потенциал киберфизических систем в нескольких направлениях, включая:
- вмешательство (предотвращение столкновений);
- точность (автоматизированная хирургия и производство наноуровня); работа в опасных или недоступных средах (поиск и спасение, тушение пожаров, глубоководные исследования);
- координация (диспетчеризация, военная техника);
- энергоэффективность (энергопассивные здания и сооружения);
- расширение способностей человека (медицина и транспорт). /2/
Национальный научный фонд США (NSF) определил киберфизические системы как ключевую область исследований. /3/ В конце 2006 г. NSF и другие федеральные агентства США спонсировали несколько семинаров и конференций по киберфизическим системам. /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /10/ /11/
Мобильные киберфизические системы
Мобильные кибер физические системы, у физической части которых есть собственная мобильность, являются важной подкатегорией кибер физических систем. Примеры мобильных физических систем включают мобильную робототехнику и бортовую электронику. Повышение популярности смартфонов увеличило интерес к области мобильных кибер физических систем. Платформы для смартфонов позволяют строить почти идеальные мобильные кибер физические системы по ряду причин:
- собственные вычислительные ресурсы, хранение данных
- возможность присоединения устройств ввода-вывода, таких как сенсорные экраны, камеры, микросхемы GPS, динамики, микрофон, светочувствительные датчики, датчики близости и т.д.
- наличие коммуникационных механизмов, таких как WiFi, 3G, EDGE, Bluetooth для для связи между устройствами и доступа в Интернет
- высокоуровневые языки программирования, которые включают возможности быстрой разработке мобильного программного обеспечения узла CPS, такого как Java, Objective C, или C#
- доступные механизмы распространения приложений, такие как Android Market и App Store Apple
Примеры
Общее применение CPS обычно подпадает под основанные на датчиках системы сбора данных и автономные системы. Например, много беспроводных сенсорных сетей контролируют некоторый аспект среды и передают обработанную информацию к центральному узлу. Другие типы CPS включают автономные автомобильные системы, медицинский контроль, системы управления техпроцессом, распределенную робототехнику, авионику.
Реальный пример такой системы - Distributed Robot Garden at MIT, в котором команда роботов ухаживает за садом томатных плантаций. Эта система комбинирует диспетчеризацию (каждый завод оборудован узлом датчиков, контролирующих его состояние), навигацию, манипулирование и беспроводные сети.
Другой пример - продолжающийся проект [http://cartel.csail.mit.edu/|CarTel] MIT где парк такси, собирает информацию о дорожном трафике в реальном времени в Бостоне. Вместе накопленными данными, эта информация используется для того, чтобы определить самые быстрые маршруты по городу в заданное время дня.
Киберфизическое сообщество
Недавно, идеи киберфизического общества привлекли значительное внимание. /18/ /19/ /20/ Это касается не только киберпространства и физического пространства, но также и людей, знаний, общества и культуры. /[21/ Его также называют "кибер физическим социальным пространством". /22/
Идея объединить киберпространство, физическое пространство и общество появилась в 2004 и 2005. Цель состоит в том, чтобы создать будущую среду с расширенными возможностями. /23/ /24/
Первое определение киберфизического общества появилось в 2010 /20/ /25/ и звучало примерно так: киберфизическое общество - многомерное сложное пространство, которое генерирует и развивает разнообразные подпространства, с тем чтобы включать в себя различные типы людей, взаимодействующих и влияющих друг на друг друга непосредственно или через кибер, физическое, социальное и культурные подпространства. Индивидуальности и социальные роли сосуществуют и гармонично развиваются, обеспечиваются при необходимости соответствующей информацией, знаниями и поддержкой, преобразовываются от одной формы в другую, взаимодействуют друг с другом через различные связи, и самоорганизуются согласно социально значимым цепочкам. Это гарантирует здоровую и значимую жизнь людей, и поддерживает разумный уровень индивидуальных расширений людей в свете полной самореализации, материального достатка, знания.
В 2011 была расширена идея киберфизического общества. [26]. Умственное пространство, физиологическое пространство и психологическое пространство теперь считают входящими в киберфизическое социопространство, что обеспечивает поддержку киберфизического социоинтеллекта.
Ссылки
- Lee, Edward (January 23, 2008). Cyber Physical Systems: Design Challenges. University of California, Berkeley Technical Report No. UCB/EECS-2008-8. Retrieved 2008-06-07.
- "Cyber-physical systems". Program Announcements & Information. The National Science Foundation, 4201 Wilson Boulevard, Arlington, Virginia 22230, USA. 2008-09-30. Retrieved 2009-07-21.
- Wolf, Wayne (November 2007). "The Good News and the Bad News (Embedded Computing Column". IEEE Computer. doi:10.1109/MC.2007.404.
- "NSF Workshop On Cyber-Physical Systems". Retrieved 2008-06-09.
- "Beyond SCADA: Networked Embedded Control for Cyber Physical Systems". Retrieved 2008-06-09.
- "NSF Cyber-Physical Systems Summit". Retrieved 2008-08-01.
- "National Workshop on High-Confidence Automotive Cyber-Physical Systems". Retrieved 2008-08-03.
- "National Workshop on Composable and Systems Technologies for High-Confidence Cyber-Physical Systems,". Retrieved 2008-08-04.
- "National Workshop on High-Confidence Software Platforms for Cyber-Physical Systems (HCSP-CPS),". Retrieved 2008-08-04.
- "New Research Directions for Future Cyber-Physical Energy Systems". Retrieved 2009-06-05.
- "Bridging the Cyber, Physical, and Social Worlds". Retrieved 2011-02-25.
- White, Jules Clarke, S., Dougherty, B., Thompson, C., and Schmidt, D.. "R&D Challenges and Solutions for Mobile Cyber-Physical Applications and Supporting Internet Services". Springer Journal of Internet Services and Applications. Retrieved 2011-02-21.
- J. Froehlich, T. Dillahunt, P. Klasnja, J. Mankoff, S. Consolvo, B. Harrison, and J. Landay, “UbiGreen: investigating a mobile tool for tracking and supporting green transportation habits,” in Proceedings of the 27th international conference on Human factors in computing systems. ACM, 2009, pp. 1043–1052.
- C. Thompson, J. White, B. Dougherty, and D. Schmidt, “Optimizing Mobile Ap- plication Performance with Model-Driven Engineering,” in Proceedings of the 7th IFIP Workshop on Software Technologies for Future Embedded and Ubiquitous Sys- tems, 2009
- W. Jones, “Forecasting traffic flow,” IEEE Spectrum, vol. 38, no. 1, pp. 90–91, 2001.
- G. Rose, “Mobile phones as traffic probes: practices, prospects and issues,” Trans- port Reviews, vol. 26, no. 3, pp. 275–291, 2006
- P. Leijdekkers and V. Gay, “Personal heart monitoring and rehabilitation system using smart phones,” in Proceedings of the International Conference on Mobile Business. Citeseer, 2006, p. 29
- Zhuge, H. (2010). "Interactive Semantics". Artificial Intelligence 174: 190–204.
- H.Zhuge and Y.Xing, "Probabilistic Resource Space Model for Managing Resources in Cyber-Physical Society," IEEE Transactions on Service Computing, http://doi.ieeecomputersociety.org/10.1109/TSC.2011.12.
- a b H.Zhuge, "Cyber Physical Society," the 1st Workshop on Cyber Physical Society, in conjunction with the 6th International Conference on Semantics, Knowledge and Grids, Ningbo, China, 2010.
- The Cyber-Physical Society website, http://www.knowledgegrid.net/~H.Zhuge/CPS.htm.
- Zhuge, H. (2011). "Semantic linking through spaces for cyber-physical-socio intelligence: A methodology". Artificial Intelligence 175: 988–1019.
- H.Zhuge and X. Shi, "Toward the Eco-grid: A Harmoniously Evolved Interconnection Environment." Communications of the ACM, 47(9)(2004)78-83.
- H.Zhuge, "The Future Interconnection Environment," IEEE Computer, 38(4)(2005)27-33.
- H. Zhuge, "Socio-Natural Thought Semantic Link Network: A Method of Semantic Networking in the Cyber Physical Society." Keynote at IEEE AINA 2010. In Proceedings of the 24th IEEE Advanced Information Networking and Applications, pp.19-26, Perth, Australia, April 20–23, 2010.
- Zhuge, H. (2011). "Semantic linking through spaces for cyber-physical-socio intelligence: A methodology". Artificial Intelligence 175: 988–1019.