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问题一：CPS的架构？我们要研究的CPS，其架构应该是什么样的？列举别人的架构——问题二：CPS中的涉及的状态有哪些，比如工作、故障、维修？还有系统的故障状态集有哪些？问题三：CPS中的可靠性指标如何选取与定义？问题四：CPS内部融合机理？信息系统（Informationsystem）是由计算机硬件、网络和通讯设备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。信息系统的五个基本功能：输入、存储、处理、输出和控制。输入功能:信息系统的输入功能决定于系统所要达到的目的及系统的能力和信息环境的许可。存储功能:存储功能指的是系统存储各种信息资料和数据的能力。处理功能:数据处理工具：基于数据仓库技术的联机分析处理(OLAP)和数据挖掘(DM)技术。输出功能:信息系统的各种功能都是为了保证最终实现最佳的输出功能。控制功能:对构成系统的各种信息处理设备进行控制和管理,对整个信息加工、处理、传输、输出等环节通过各种程序进行控制。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。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。CPS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，其涉及应用领域非常广泛，包括智能交通系统，远程医疗，智能电网，航空航天等多个领域。如果说Internet的普及给人类社会带来了翻天覆地的变化，那么CPS的普及将给人类带来的一次工业革命。目前，CPS的研究才刚刚起步，对研究者来说机遇与挑战并存。从二十世纪40年代麻省理工学院发明了数控技术到如今基于嵌入式计算系统的工业控制系统遍地开花，工业自动化早已成熟，基本是在人们日常居家生活中，各种家电具有控制功能。但是，这些控制系统基本是封闭的系统，即便其中一些工控应用网络也具有联网和通信的功能，但其工控网络内部总线大都使用的都是工业控制总线，网络内部各个独立的子系统或者说设备难以通过开放总线或者互联网进行互联，其通信距离很短，通信功能比较弱。而CPS则把通信放在与计算和控制同等地位上，这是因为CPS强调的分布式应用系统中物理设备之间的协调是离不开通信的。CPS对网络内部设备的远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量，特别是网络规模上远远超过现有的工控网络。美国国家科学基金会（NSF）认为，CPS将让整个世界互联起来，如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变我们与物理世界的互动。2007年7月，美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）在题为《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》的报告中列出了8大关键的信息技术，其中CPS位列首位。电网信息物理系统的关键技术及其进展信息物理系统(cyberphysicalsystem，CPS)是实现计算、通信以及控制技术深度融合的下一代工程系统[2]。CPS由两部分组成：其一是物理系统，即按照自然物理原则运行，并直接作用于现实世界的实体系统；其二是信息系统，即体现控制意图，并作用于物理系统使之按意图运行。从广义上理解，但凡能够通过工业控制技术进行控制或者操作的物理系统，均可称之为CPS，因此CPS的概念甚至可以追溯至蒸汽机的机械反馈控制系统[3]。CPS的主要目标即是从系统理论与工程实现两方面，提升信息数据的集成与应用能力，形成体现两类系统共性特征的分析与控制方法，探寻融合机理，削弱互斥影响，实现信息系统与物理系统的统一。如图1所示[15]，信息物理系统CPS可理解为离散化数据结构为基础的计算机科学，与描述分析物理系统连续过程的系统性理论在工业系统中的共同应用，体现出网络化计算资源与物理世界之间深度结合的特点。信息系统与物理系统是以不同方式运行的异构系统。异构性表现在两方面：其一，信息系统对物理过程的监视、计算、指令，均采用数字方式进行，属于离散模式；物理过程在一个运行状态下是随时间演变的连续动态模式[15]。其二，虽然两者配合实现一个控制目标，但两者却是分别配置，时间量级不同，且由于信息系统对物理的采集或指令必然存在时间差，所以两系统间的完全同步及实时性是无法保证的[22]。电网信息物理系统的安全性分析理论与方法研究仍需加强，需要考虑信息与物理系统交互影响的系统可靠性指标和安全裕度的数学模型、计算及模拟仿真等方面，为实时掌握和评估电网信息物理系统在多因素交织的复杂运行环境下的安全性提供行之有效的方法。考虑监视与控制功能的电网信息物理系统可靠性评估针对电网信息物理系统中信息系统主要的监视与控制两类功能，建立功能失效模型，研究每类功能对电网信息物理系统可靠性评估影响的表征方式,建立考虑控制功能作用后的断路器的设备可靠性模型。在此基础上，分析监视功能失效所导致的电网事故蔓延状况，提出考虑信息–电力作用的电网信息物理系统可靠性评估方法。电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架将CPS概念与电力系统特点相结合,提出电力CPS架构;利用微分代数方程组、有穷自动机、随机过程、排队论等数学工具,建立其稳态与动态模型,阐述相应的分析方法,并进一步提出电力CPS可靠性和安全性研究方向。最后,基于网络延时和丢失补偿提出了多种控制方法相结合的混合控制策略。CPS是将计算资源与物理系统深度融合所构成的新型系统。CPS有下述主要特点：1、CPS中的物理实体均嵌入传感设备,以实现对大系统的信息采集和行为感知；2、CPS通过通信网络将系统中所有物理实体和嵌入式信息设备相互连接,以实现信息在系统内的流动和共享；3、CPS利用物理实体内嵌入的控制设备和大规模分布式计算技术控制所有系统组件,进而控制系统的整体行为；4、在CPS中物理设备与信息设备相互协同和相互影响,共同决定整个系统的功能和行为特征；5、CPS可以实现系统组件的动态重组和软件的在线更新。CPS具有明显强于现有工业系统的适应性、灵活性、安全性和可靠性。从长远来看,所有物理系统均可以联网成为CPS的一部分。一般而言,可以将电力信息系统分为计算、通信、传感3个部分,分别用于完成信息的处理、传输与采集等功能。（个人认为还应包括控制部分）基于有穷自动机(finiteautomation)、随机过程、微分代数方程等理论首先为计算、通信与传感系统分别建立适当的数学模型,再将其与现有的电力系统数学模型联立起来以构成比较完整的电力CPS数学模型。信息系统通常存在若干种离散工作状态,因此需要引入有穷自动机等数学工具处理离散工作状态之间的相互转换。电力信息系统也是一个网络化系统,因此其稳态模型可表示为网络流量模型。有穷自动机是用来描述一个系统根据若干条件在不同状态间相互转换的离散数学工具。电力CPS可靠性的最终评估指标也可以采用期望不满足电量。另一方面,对于电力CPS的随机可靠性分析,首先可以基于历史数据获得信息系统设备的故障概率模型。引起信息系统设备故障的原因一般包括机械故障、人为操作失误、网络攻击3种。可以先分别建立这3种情况的概率模型,再汇总得到各设备的故障概率模型。之后,基于设备的故障模型,可以利用MonteCarlo仿真随机产生信息设备故障,然后采用与确定性、可靠性分析类似的办法计算期望不满足电量等指标。电网信息物理系统的混合系统建模方法研究CPS依托现实世界丰富的传感监测设备，以及完善可靠的通信网络，实现物理过程与其所涉及的内部数据、外部数据等信息量的融合与应用，更好反映现实对象，并对物理过程进行更加精确有效的控制，是集成了计算、通信、控制技术以实现稳定、可靠、高效物理系统运行的新一代工程系统[3]。建立信息过程与物理动态的融合模型是CPS的基础科学问题。有限状态机(finitestatemachine，FSM)常用于嵌入式系统建模和仿真系统，可描述建模对象在多种复杂状态下的工作特性，反映建模对象运动的时间进程和逻辑关系。如文献[21]应用FSM构造CPS系统的计算模型和物理模型；文献[22]对光伏逆变器构造FSM模型，模拟逆变器运行过程和规律；文献[23]则以家庭安全体系为例，采用FSM建立状态事件与感知数据之间的联系。混合逻辑动态模型(mixedlogicaldynamical，MLD)反映建模对象的状态与动态，可将状态隐含入整体模型中，并可应用MLD对建模对象的状态切换和连续输出进行优化控制[24]。对于系统包含的多个对象模型，应用MLD建立系统控制的混合系统模型。以设备的状态、输出和控制为参数或变量，构造可用于多对象间协调运行或实现业务场景的控制模型。考虑信息系统作用的电力系统可靠性研究以系统负荷削减概率（Lossofloadprobability，LOLP）和期望失负荷量（Expectedenergynotsupplied，EENS）为可靠性指标，分析了不同结构和冗余程度的信息系统对系统可靠性的影响。一种离散连续混成的时空事件驱动的CPS体系架构CPS是在时空事件驱动机制下并通过离散信息作用的连续物理演化过程，因此，CPS的本质特征在于其离散的信息系统和连续的物理系统交互融合，具有典型的时空混成特性。CPS的时空混成特性具体体现在计算实体和物理实体在空间及时间上的相关性，通过时间和空间位置来确定事件执行顺序、确保系统状态和行为的正确性．因此，CPS的系统体系架构及其内部融合机理是影响CPS实用性与效率的关键因素之一。现有CPS体系架构的研究主要集中在对已有嵌入式系统和计算机网络架构进行改进和拓展，通过分层并刻画各层的特征和结构来具体描述CPS体系架构。如文献[10]基于网络和嵌入式系统技术分层设计了CPS体系架构，每层进行了详细描述，但对架构的整体特性刻画不够;文献[11]从嵌入式系统网络化的角度提出了一种CPS体系结构原型，该体系结构原型满足CPS的几个本质特征要求，如:及时性､分布性､可靠性､容错性､安全性､可扩展性和自治性，但未用具体的案例分析体现原型系统的特征;文献[12]通过分析智能交通系统(intelligenttransportationsystem，ITS)与CPS的现状，并结合交通系统的特点，构建了交通信息物理融合系统(transportationcyberphysicalsystem，T-CPS)基本架构，诠释了T-CPS各层次的功能及特点，讨论了T-CPS的若干关键技术，但机理分析欠深入。文献[13]中提出了信息物理网(cyber⁃physicalinternet，CPI)的概念，并在原来计算机网络5层体系结构的基础上增加了CPS层。此外，也有从管理和服务的角度对CPS体系架构的研究，如文献[14]从交通事故管理的角度提出了一种CPS感知控制结构，但未涉及CPS混成特性;文献[15]提出了一种基于服务CPS体系架构，融合了计算和物理进程，但未涉及其时空特性。随着对CPS混成特性的不断重视，现有涉及CPS混成特性的研究多集中在具体应用系统混成特性的形式化描述，未对CPS体系架构进行系统归纳和抽象[16]。通过对研究现状的分析发现，国内外对CPS体系架构的研究还处于探索阶段，尚未形成统一的CPS体系架构，特别是难以体现CPS典型的时空混成特性。为此，本文以CPS中离散信息系统和连续物理系统的混成特性为切入点，通过解析CPS混成特性和时空特性，形成新的基于混成自动机的离散空间和连续状态混成的时空事件驱动的CPS体系架构。CPS系统的本质特征。通过归纳，CPS本质特征主要表现在：1)信息处理进程与物理控制进程紧密结合，地位平等；2)CPS体现为多尺度，高可靠性；3)CPS是一种分析系统内部运行机理来解决问题的新思想；4)CPS是典型的时空系统；5)CPS是基于时空事件触发的分布式系统；6)CPS具备动态重组､重配置和自治特性；7)CPS是高安全和低时延系统；8)CPS能够统一､标准化系统内部异质元素，是分析典型信息物理系统的内部机制的有效方法。在上述CPS体系架构中，信息和能量的转换是一个不断循