信息物理系统应用与原理

　　本书讨论了大量的理论进展以及每个领域的挑战。一些进展源于应用领域的具体挑战，另一些进展带来了新的发展机会。全书分为两部分。第 一部分介绍了当前CPS的3个典型领域（医疗、能源、无线传感器网络），这些应用领域推动了CPS的技术革命。第二部分介绍了CPS发展中使用的多学科理论基础。本书可作为高等院校信息物理系统相关课程的教材，也可作为CPS应用领域相关从业者的参考书。

　　关于作者CyberPhysical SystemsRagunathan （Raj） Rajkumar是卡内基·梅隆大学电气和计算机工程的George Westinghouse教授。他是TimeSys等众多公司的创始人之一，包括Ottomatika（专注于无人驾驶汽车的软件研究，后被Delphi收购）。他主持过多次国际会议，拥有专利三项，出版书籍一本，在会议和期刊上发表论文170多篇，其中8篇获得佳论文奖。Rajkumar教授于1984年在印度Madras大学获得本科学位，硕士和博士学位分别于1986年和1989年在美国宾夕法尼亚州匹兹堡的卡内基·梅隆大学获得。他的研究兴趣涵盖了信息物理系统的所有方面。Dionisio de Niz是卡内基·梅隆大学软件工程研究所的首席研究员。他在卡内基·梅隆大学信息网络学院获得信息网络科学硕士学位，后又获得了电气和计算机工程博士学位。他的研究兴趣包括信息物理系统、实时系统和基于模型的工程。在实时领域，他近专注于多核处理器和混合关键性调度，为私营行业和政府组织领导了许多基本研究和应用研究项目。de Niz 博士还致力于实时Java规范的商业版本和参考实现。Mark Klein是软件工程研究所的高级技术人员，并且是其关键系统能力理事会的技术总监，从事信息物理系统和先进的移动系统研究。他的研究已经跨越了软件工程、可靠的实时系统和数值方法的各个方面。Klein近的工作重心在于系统规模的设计和分析原理，包括信息物理系统。之前，作为基于架构的工程项目的技术领导者，他的研究方向包括以下几个方面：软件体系结构分析、体系结构演化、经济驱动架构设计、架构能力、架构权衡分析、属性驱动的架构设计、调度理论和应用机制设计。他在实时系统中的工作涉及单调速率分析（RMA）的发展、RMA理论基础的扩展及应用。Klein早期的工作涉及在油藏模拟中通过高阶有限元方法求解流体流动方程。他是很多论文及下列三本书的作者之一：《 A Practitioner’s Handbook for RealTime Analysis： Guide to Rate Monotonic Analysis for RealTime Systems》《Evaluating Software Architecture： Methods and Case Studies》及《UltraLargeScale Systems： The Software Challenge of the Future》。

目录
CyberPhysical Systems
出版者的话
译者序
前言
关于作者
关于其他贡献者
第一部分CPS应用领域
第1章医疗CPS
1.1引言
1.2系统描述与操作场景
1.2.1虚拟医疗设备
1.2.2临床场景
1.3关键设计驱动与质量属性
1.3.1发展趋势
1.3.2质量属性以及MCPS领域的挑战
1.3.3MCPS的高可信度开发
1.3.4按需医疗设备及其安全保障
1.3.5智能报警以及医疗决策支持系统
1.3.6闭环系统
1.3.7安全案例
1.4从业者的影响
1.4.1MCPS开发者角度
1.4.2MCPS管理者角度
1.4.3MCPS用户角度
1.4.4患者角度
1.4.5MCPS监管机构角度
1.5总结与挑战
参考文献
第2章能源CPS
2.1引言
2.2系统描述与操作场景
2.3关键设计驱动与质量属性
2.3.1关键系统原则
2.3.2架构1的性能目标
2.3.3未来的方向
2.4可持续性SEES的网络范例
2.4.1在SEES中基于物理的CPS组合
2.4.2在SEES中基于DyMonDS的CPS标准
2.4.3交互变量自动建模与控制
2.5从业者的影响
2.5.1性能目标的IT演化
2.5.2分布式优化
2.6总结与挑战
参考文献
第3章基于无线传感器网络的CPS
3.1引言
3.2系统描述与操作场景
3.2.1媒介访问控制
3.2.2路由
3.2.3节点定位
3.2.4时钟同步
3.2.5电源管理
3.3关键驱动设计与质量属性
3.3.1物理感知
3.3.2实时感知
3.3.3运行时验证感知
3.3.4安全感知
3.4从业者的影响
3.5总结与挑战
参考文献
第二部分CPS基础理论
第4章CPS的符号化合成
4.1引言
4.2基础技术
4.2.1预备知识
4.2.2问题定义
4.2.3合成问题的解决
4.2.4符号模型构建
4.3高级技术
4.3.1构建符号模型
4.3.2连续时间控制器
4.3.3软件工具
4.4总结与挑战
参考文献
第5章反馈控制系统中的软件和平台问题
5.1引言
5.2基础技术
5.2.1控制器定时
5.2.2资源效率控制设计
5.3高级技术
5.3.1减少计算时间
5.3.2降低采样频率
5.3.3基于事件的控制
5.3.4控制器的软件结构
5.3.5计算资源共享
5.3.6反馈控制系统的分析与仿真
5.4总结与挑战
参考文献
第6章混合系统的逻辑正确性
6.1引言
6.2基础技术
6.2.1离散验证
6.3高级技术
6.3.1实时验证
6.3.2混合验证
6.4总结与挑战
参考文献
第7章CPS的安全
7.1引言
7.2基础技术
7.2.1网络安全需求
7.2.2攻击模型
7.2.3应对策略
7.3高级技术
7.3.1系统理论
7.4总结与挑战
参考文献
第8章分布式CPS的同步
8.1引言
8.1.1CPS的挑战
8.1.2一种降低同步复杂度的技术
8.2基础技术
8.2.1软件工程
8.2.2分布式一致性算法
8.2.3同步锁步执行
8.2.4时间触发架构
8.2.5相关技术
8.3高级技术
8.3.1物理异步、逻辑同步系统
8.4总结与挑战
参考文献
第9章CPS的实时调度
9.1引言
9.2基础技术
9.2.1固定时间参数的调度
9.2.2内存效应
9.3高级技术
9.3.1多处理器／多核调度
9.3.2适应可变性和不确定性
9.3.3其他资源的管理
9.3.4间歇任务调度
9.4总结与挑战
参考文献
第10章CPS模型集成
10.1引言
10.2基础技术
10.2.1因果关系
10.2.2时间语义域
10.2.3计算过程的交互模型
10.2.4CPS DSML建模语言的语义
10.3高级技术
10.3.1ForSpec语言
10.3.2CyPhyML系统建模语言的语法
10.3.3语义的形式化
10.3.4形式化的语言集成
10.4总结与挑战
参考文献