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2019年11月第3题
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阅读以下关于嵌入式系统开放式架构相关技术的描述,在答题纸上回答问题1至问题3。
【说明】
信息物理系统(Cyber Physical Systems,CPS)技术已成为未来宇航装备发展的重点关键技术之一。某公司长期从事嵌入式系统的研制工作 ,随着公司业务范围不断扩展,公司决定进入宇航装备的研制领域。为了做好前期准备,公司决定让王工程师负责编制公司进军宇航装备领域的战略规划。王工经调研和分析,认为未来宇航装备将向着网络化、智能化和综合化的目标发展,CPS 将会是宇航装备的核心技术,公司应构建基于CPS技术的新产品架构,实现超前的技术战略储备。

分值(9分

通常CPS结构分为感知层、网络层和控制层,请用300字以内文字说明CPS的定义,并简要说明各层的含义。

参考答案

信息物理系统(Cyber Physical Systems,CPS)作为计算进程和物理进程的统一体,是集计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互,使用网络化空间,以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。
感知层:主要由传感器、控制器和采集器等设备组成,它属于信息物理系统中的末端设备。
网络层:主要是连接信息世界和物理世界的桥梁,实现的是数据传输,为系统提供实时的网络服务,保证网络分组传输的实时可靠。
控制层:主要是根据认知结果及物理设备传回来的数据进行相应的分析,将相应的结果返回给客户端。

凯恩解析

信息物理系统(CPS)是未来智能装备的核心基础,其本质是通过3C 技术(计算、通信、控制)的深度融合,实现物理实体与网络空间的高效交互。与传统嵌入式系统相比,CPS 不仅关注单一设备的控制,还强调多个子系统之间的网络化协同,使系统具备实时感知、动态控制与自适应能力。这使得 CPS 在宇航、工业控制、智能制造、智能交通等领域具有广阔应用前景。

CPS 的三层结构明确了不同层次的功能分工。感知层主要是各种传感器和末端设备,负责将物理环境的数据采集并上报,是数据来源的基础;网络层是物理世界与信息世界的桥梁,保证信息能够低时延、可靠、安全地传输,是实现远程控制与分布式协作的关键;控制层则是系统的大脑,负责数据分析、逻辑判断和决策,并向执行机构下发指令。三层协作,构成了一个闭环的感知—传输—控制系统,确保 CPS 在复杂应用环境中具备高效、智能和安全的运行能力。

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