信息物理系统（CPS）测试与评价技术.pdf 作者-黄子河273页

内容简介：
    《信息物理系统（CPS）测试与评价技术》以信息物理系统（CPS）的可靠性测试与评价为主线，在论述了CPS的概念内涵及主要特征的基础上，给出了CPS可靠性测试与评价的技术框架，然后从CPS的硬件可靠性、软件可靠性、网络连通可靠性、网络性能可靠性、信息安全、弹性、脆性以及运行质量与运行风险等多个角度论述了CPS可靠性测试与评价方法。《信息物理系统（CPS）测试与评价技术》由中国软件评测中央、北京航空航天大学可靠性与系统工程学院、浙江大学赛博协同创新中央的专家学者联合完成。《信息
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文本摘要：
    CCiD赛迪学术丛书信息物理系统（CPS）测试与评价技术TestingandEvaluationTechnologyofCyber-PhysicalSystem黄子河主康副主编回中国工信出版集团人民邮电出版社POSTS&TELECOMPRESSCCiD赛迪学术丛书信息物理系统（CPS）测试与评价技术TestingandEvaluationTechnologyofCyber-PhysicalSystem黄子河主编康锐副主编人民邮电出版社北京图书在版编目（CIP）数据信息物理系统（CPS）测试与评价技术／黄子河主编北京：人民邮电出版社，，2016.1（CCID赛迪学术丛书）ISBN978-7-115-40779-5黄·山.控制系统一研究W.DTP271中国版本图书馆CIP数据核字(2015)第252510号内容提要本书以信息物理系统（CPS）的可靠性测试与评价为主线，在论述了CPS的概念内涵及主要特征的基础上，给出了CPS可靠性测试与评价的技术框架，然后从CPS的硬件可靠性、软件可靠性、网络连通可靠性、网络性能可靠性、信息安全、弹性、脆性以及运行质量与运行风险等多个角度论述了CPS可靠性测试与评价方法。本书由中国软件评测中央、北京航空航天大学可靠性与系统工程学院、浙江大学赛博协同创新中央的专家学者联合完成。本书主要内容基于作者团队最新的研究成果，可供各类（PS系统进行可靠性测试与评价时使用，也可供CPS结构优化、建模分析时参考金主编黄子河贵任编辑杨凌责任印制彭志环人人民邮电出版社出版发行北北京市丰台区成寿寺路11号邮编100164电子邮件315@piprcsscom.cn网thttp:/www.ptpress.com.cn北京昌平百善印刷厂印刷令开本：787x10921/16印张：172016年1月第1版字数：367干字2016年1月北京第1次印刷定价：88.00元读者服务热线：：（010)81055488印装质量热线：(010)81055316反盗版热线：(010)81055315本书编委会编主黄子河副主编康锐李瑞莹刘法旺艾骏李编李大庆陆民燕陈泳萍宋巩邹意然张博杨辰轩杨懿周峰范兆霞武文博骆俊瑞林元晟骆明珠赵文婧黄曾宁曾志国信息物理系统（CyberPhysicalSystem，CPS）是复杂分布式系统、物联网、移动互联网、、大数据、云计算、工业控制等技术融合的产物。它的应用范围十分广泛，涉及航空航天、石油石化、电力、水资源调度与污水处理、公路与轨道交通、先进制造、环境监测与灾害控制、远程医疗与辅助生活、城市管理、节能建筑和国防系统等重要基础设施的建设与管理。CPS具有不同于一般系统的独有特征，体现在信息物理高度融合、系统功能交互涌现、动态结构自主演化、内外状态深度感知、网络实时适应控制等方面。然而，无论是何种CPS，安全与可靠运行是对其共性的最基本要求。本书以此为切入点，构建了CPS可靠性测试与评价技术框架，既研究提出了CPS组成部分的硬件、软件和网络可靠性的测试方法，更研究探讨了作为CPS整体特性的弹性、脆性等行为特征的测试方法。书中内容全面、系统、深入，既有创新，又非常实用，对各类信息物理系统，特别是工业信息物理系统（IndustryCyberPhysicalSystem，ICPS）的建设和运行具有重要借验意义。ICPS是推动我国制造业转型升级、创新发展的重要物质基础，更是实现《中国制造2025》发展目标的技术保障。但是，由于我国制造业基础薄弱，工业化进程中的可靠性、安全性老问题尚未完全解决，再加上信息化发展中的可靠性、安全性新问题，使得ICPS的可靠性、安全性研究显得尤其重要。相信本书的出版能吸引更多来自工业界、学术界的专家学者关注信息物理系统的安全可靠问题，为中国制造业“两化融合”发展做出更大贡献。中国工程院院士浙江大学工业信息物理系统协同创新中央主任前育随着信息技术的不断迈进，在在原有的世界里逐渐构造出-个复杂的信息空间（Cyberspace），它与人类业已认识和习惯的物理空间（Physiealspacc）并行发展，相互棚合，随着泛在互联（UbiquitousInterconnection)、普适计算（UbiquitousComputing）和增强现实（AugmentedRealiy)等技术的发展，使得信息与物理空间的紧密结合与频繁交互成为可能，从而形成一个有机的整体——-信息物理融合系统（简称信息物理系统，CyberPhysicalSystem，CPS）。CPS的概念-一经提出，就受到了全世界的广泛关注，成为工业发达国家产业界、学术界、工程界的研究和投资热点。在当前世界范围内掠起的新一轮工业革命中，CPS已经成为最前沿的交叉研究领域之一，是未来智能工厂、智能电网、智能医疗、智能家居、智慧交通、智慧农业、智慧城市与智慧地球等得以实现的基础。无论是美国的“先进制造业”战略、德国的“工业4.0”战略、英国的“高价值制造”战略、欧盟的“第八框架计划2020地平线计划”，还是我国的“中国制造2025”战略，都把智能制造，特别是抢占CPS技术制高点作为未来一个时期的主攻方向。可靠性技术是研究系统故障机理与规律，以及防备、控制和纠正故障的通用技术。在国外，从第二次世界大战时期提出可靠性的概念至今，经过70多年的发展，可靠性已发展成为一门独立的技术学科，在系统研发与运行中发挥着重要作用。但是，CPS的出现对可靠性技术的发展提出了新的挑战。一是CPS的结构演化对可靠性技术的挑战。与传统的可靠性研究对象不同，CPS的功能单元可以按照一定的“规则”和“接口”要求，随时进入或离开系统，系统的功能单元数量是时变的，系统的结构是动态配置的，系统的边界是模糊的。而现有可靠性技术对研究对象的假设基本上是功能单元独立的、系统结构配置相对不变的、系统环境界定清晰的。所以，CPS的结构特征几乎颠覆了现有可靠性技术的所有假设条件。二是CPS的任务多样性对可靠性技术的挑战。CPS的使命任务（或详细使用过程中承担的任务）往往具有多样性，甚至由于人的介入还会存在一定的不可预知性。系统的任务多样性使得系统在执行特定任务中参与的功能单元以及各功能单元的工作载荷和环境载荷都具有不确定性。而可靠性的定义是“系统在规定的条件下、规定的时间内完成规定功能的能力”，其中的“三个规定”在面对CPS时几乎失去任何意义。三是CPS故障行为复杂性带来的挑战。CPS的运行受到“物理一事理一人理”规则的控制，功能单元之间既存在紧帮合关系，也存在松帮合关系，当当系统受到外界随机或者恶意的扰动时,优动极信息物理系统（CPS）测试与评价技术有可能通过系统预定的各种规则按照内部的各种帮合关系传播开来，形成大规模的级联失效，最终造成系统瘫痪。对于融合了信息、物理、社会的CPS而言，对其故障传播规律的认知是CPS可靠性研究的重大基础理论问题。面对上述挑战，CPS可靠性研究必须遵循继承与创新的发展原则，在借鉴已有的可靠性技术的研究成果基础上，结合CPS的特点开展可靠性理论的创新和技术方法的突破，以迎接上述挑战。详细说来有以下几点。一是要认识CPS的故障规律。传统的可靠性理论认为产品的故障具有随机性规律，但由于CPS的特点，完全用随机性对其故障规律进行描述具有一定的局限性，需要综合运用随机性、确定性、模糊性和复杂性理论来描述其故障规律。二是要建立CPS的可靠性度量指标体系。现有的可靠性指标主要用于度量机械化、电气化和自动化系统，对于信息化系统特别是CPS不太适用，既要补充用于度量整个CPS体系的可靠性指标，还要兼容度量网络连通和信息传输的可靠性指标，更要考虑度量CPS动态行为的可靠性指标。这样才能构成适应信息物理社会融合系统的新的可靠性度量指标体系。三是要突破CPS可靠性建模与分析方法。即从对象维（硬件、软件、软硬件、网络、体系）和认识维（故障随机性、故障模糊性、故障确定性和故障复杂性）的交互合关系角度研究新的CPS可靠性建模与分析方法，为CPS的结构优化、运行评价提供方法支撑。四是要构建CPS可靠性测试与评价手段。现有的可靠性测试系统仅适用单一设备、单一系统的可靠性评价，对CPS的可靠性测试与评价几乎不适用。需要研究开发新的CPS可靠性试验平台，平台至少要具备四个方面的功能：一是测试和评价CPS组成单元的突发和退化故障行为：二是测试和评价CPS的柔性和弹性行为；三是测试和评价CPS的弹性和脆性行为；四是测试和评价整个CPS的运行质量和运行风险。总之，CPS的可靠性问题十分复杂，需要在深入研究和广泛应用实战的基础上才能逐步解决。本书由中国软件评测中央、北京航空航天大学可靠性与系统工程学院、浙江大学赛博协同创新中央的专家学者联合完成。鉴于CPS属于正在蓬勃发展的一类新型系统，本书不可能把上述CPS可靠性的所有问题回答清晰，经过作者团队讨论，先基于己有研究成果，颊取最急迫和最现实的CPS可靠性测试与评价技术展开论述，以期起到抛砖引玉的作用。全书分为10章，第1章绪论论述了CPS的概念特征及可靠性测评的重要性；第2章详细论述了CPS可靠性测试与评价的技术框架；第3章、第4章分别论述了CPS中的硬件和软件可靠性测评方法；第5章、第6章分别论述了网络连通可靠性与网络性能可靠性测评方法；第7章论述了CPS信息安全的测评方法；第8章、第9章分别论述了CPS弹性和脆性的测评方法；第10章论述了CPS运行质量和运行风险的测评方法。本书可供各类CPS系统进行可靠性测试与评价时使用，也可供CPS结构优化、建模分析时参考。希望本书能够为中国制造业创新发展和两化深度融合战略贡献微薄之力。作者2015年9月于北京

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