试题三（共25分）

请详细阅读有关信息物理系统架构方面的描述，回答问题1至问题3。

【说明】

信息物理系统(Cyber Physical Systems, CPS)技术己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。

本题主要考查CPS系统的定义、架构层次结构和安全性质量属性。

信息物理系统（CPS, Cyber-Physical Systems）是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computation、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。

【问题1】

答案：

信息物理系统作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统，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。

感知层主要是由传感器、控制器和采集器等设备组成，主要是通过传感器获取环境的信息数据，定时发送给服务器，并接收服务器处理结果数据后进行相应的控制器变化；网络层是连接信息世界和物理世界的桥梁，主要实现数据传输，为系统提供实时的网络服务，保证网络分组的实时可靠；控制层根据感知层的认知结果，根据物理设备传回来的数据进行相应的分析，将分析结果通过客户端以可视化的界面呈现给客户。

解析：

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，是集成计算、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。

信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上如设备互联，物联传感，智能家居，机器人，智能导航等。

信息物理系统主要分为3个部分，分别是感知层、网络层和控制层，感知层主要是由传感器、控制器和采集器等设备组成。感知层中的传感器作为信息物理系统中的末端设备，主要采集的是环境中的具体信息感知层主要是通过传感器获取环境的信息数据，并定时地发送给服务器，服务器接收到数据之后进行相应的处理，再返回给物理末端设备相应的信息，物理末端设备接收到数据之后要进行相应的变化；网络层主要是连接信息世界和物理世界的桥梁，主要实现的是数据传输，为系统提供实时的网络服务，保证网络分组的实时可靠；控制层主要是根据认知层的认知结果，根据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以可视化的界面呈现给客户。

本题要求说明CPS的定义及各层的含义。信息物理系统是一个集计算、通信与控制于一体的复杂系统，能够实现实时感知、动态控制和信息服务。感知层主要负责获取环境信息数据，网络层负责连接信息世界和物理世界并实现数据传输，控制层则根据感知层的数据进行分析并以可视化的方式呈现给客户。这个答案充分满足了题目的要求，用300字以内的文字简明扼要地说明了CPS的定义和各层的含义。