赛博物理系统研究与发展综述

赛博物理系统(CPS, Cyber-Physical System)是一个包含计算、网络和物理实体的复杂系统，被誉为下一代网络技术。本文详细介绍了CPS的定义与特点，回顾了CPS的起源及国内外发展历程。通过与现有的嵌入式系统、网络控制系统、物联网、工业控制系统等技术的对比，讨论可用于CPS的现有理论和技术，重点分析了CPS设计中的安全性、可靠性和可信性。立足于智慧交通、智能电网、智慧医疗等CPS典型应用，在总结已有研究成果的基础上，指出现有典型应用所存在的问题与挑战，展望了CPS系统的研究动向。

1992 年，NASA 率先提出并定义了CPS (Cyber-Physical Systems)的概念。美国政府于2006 年2 月发布了《美国竞争力计划》，将Cyber-Physical Systems (CPS)列为重要的研究项目；同年，美国国家科学基金会(National Science Foundation, NSF)把CPS 技术列为其关键的研究领域之一，并与美国其他联邦机构合作举办了一系列关于CPS 的研讨会。2007 年7 月，美国总统科学技术顾问委员会(PCAST)在《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》报告中列出了八大关键信息技术，其中CPS 就位列首位[1]。与此同时， 很多著名院校和研究机构全力配合政府的CPS 发展规划， 开展的一系列针对CPS 研究也取得了创新性的代表成果。如麻省理工学院的分布式智能机器人花园、宾夕法尼亚工程学院的汽车导航软件GrooveNet，卡内基梅隆大学的智能电网等[2]。

2009 年，我国的四位院士向国务院提交了一份“有质量的GDP”报告，提出将CPS 作为我国未来信息技术发展方向的提议，该提议得到了国务院相关领导的充分肯定。国家自然科学基金、973 计划和863 计划近年来已经把CPS 的相关研究作为重要支持方向。2010 年1 月15 日，国家863 计划信息技术领域办公室和专家组在上海举办了“信息–物理融合系统发展战略”论坛，重点讨论了国民经济领域的CPS 应用系统范例， 研究了国家急需的CPS 应用系统战略布局。

2012 年4 月在北京举办的CPS Week 上， 来自国内外的专家学者均对CPS 的发展和研究给予了高度关注和热烈讨论。

另外， 中国香港、中国台湾、日本、印度、巴西等国家与地区也相继把CPS 作为未来5~10 年信息技术领域的关键技术而展开研究。

2. CPS 的核心概念 2.1. CPS 的定义 目前，学术界对CPS 还没有一个统一的定论，国内绝大多数文献将Cyber-Physical System 简单翻译为信息物理系统。

中航工业集团信息中心首席顾问专家宁振波则认为， Cyber 并不能简单翻译为信息， 用赛博物理系统来表示CPS 更加确切。这是因为CPS 因控制而兴起，由于计算而发展壮大，借助互联网而