Làm sáng tỏ các hệ thống vật lý không gian mạng


9

Ngày nay, người ta thường nghe nói về các hệ thống vật lý không gian mạng . Tuy nhiên, đọc về chủ đề này, không rõ các hệ thống đó khác với các hệ thống phân tán và / hoặc nhúng như thế nào. Các ví dụ từ Wikipedia chỉ làm cho chúng trông giống các hệ thống phân tán truyền thống hơn. Ví dụ:

Một ví dụ trong thế giới thực của một hệ thống như vậy là Vườn Robot phân tán tại MIT, trong đó một nhóm robot có xu hướng một vườn cây cà chua. Hệ thống này kết hợp cảm biến phân tán (mỗi nhà máy được trang bị nút cảm biến theo dõi trạng thái của nó), điều hướng, thao tác và kết nối mạng không dây.

Rõ ràng, bất kỳ hệ thống phân tán nào cũng bao gồm cảm biến, truyền động (có thể dễ dàng bao gồm điều hướng) và kết nối mạng.

Câu hỏi của tôi là, chính xác các hệ thống vật lý không gian mạng khác với các hệ thống phân tán truyền thống như thế nào? Nó chỉ là một cái tên lạ mắt, hoặc có cái gì đó khác biệt đáng kể với nó?

Câu trả lời:


5

Đọc qua một số bài viết được liên kết trong bài viết Wikipedia, tôi sẽ không đồng ý với @Theran . Sự khác biệt có vẻ khá có căn cứ, mặc dù Wikipedia làm rất kém trong việc tạo ra nó.

Thuật ngữ hệ thống nhúng (ES) đã có từ những năm 60 và có thể, được cho là, đề cập đến bất cứ điều gì từ máy bay đến Furby. Tôi nghĩ thuật ngữ các hệ thống vật lý không gian mạng (CPS) được tạo ra để phân biệt nó với các hệ thống được coi là truyền thống, cụ thể là các "hộp" khép kín, không nối mạng hoạt động trong một miền bị ràng buộc và được xác định rõ ràng với một sức mạnh hạn chế ảnh hưởng đến hệ thống vật lý. CPS, mặt khác, thể hiện ý tưởng suy nghĩ toàn cầu, hành động cục bộ (lời xin lỗi của tôi với Patrick Geddes ), nghĩa là, chúng thường là các hệ thống có mạng lưới cao mang lại sự thay đổi trong hệ thống vật lý cục bộ phụ thuộc vào trạng thái và hành động của người khác các thực thể trong mạng lưới rộng hơn.

Mặc dù nhiều ứng dụng robot phù hợp với định nghĩa này và do đó có thể được gọi là hệ thống vật lý không gian mạng, nhưng nhiều ứng dụng thì không. Điều mà tôi tôn vinh trên khu vườn robot của MIT, tôi tin, là thực tế rằng các robot tạo thành một phần của một hệ thống phi tập trung rộng lớn hơn (PDF). Chính các nhà máy, được trang bị cảm biến, sẽ quyết định khi nào cần yêu cầu tưới nước hoặc các dịch vụ khác từ robot, trong khi đó chính các robot sẽ quyết định giữa chúng sẽ thực hiện yêu cầu đó. Hơn nữa, không phải tất cả CPS đều được coi là "robot", ví dụ, lưới điện thông minh.

Cybernetics , như @Theran đã lưu ý, được nghiên cứu về các hệ thống điều khiển, và do đó sẽ tạo thành một phần cốt lõi của nghiên cứu CPS, nhưng cũng có phạm vi ứng dụng rộng hơn trong các lĩnh vực như toán học, kinh tế và xã hội học, ví dụ.

Báo cáo này về các hệ thống vật lý không gian mạng (PDF), bởi Edward Lee từ UC Berkeley, nói rõ rằng CPS là một bước tiếp theo trong quá trình phát triển của các hệ thống nhúng với nhiều hạn chế tương tự (khả năng thời gian thực, độ tin cậy) cộng thêm một vài những người (mạnh mẽ, khả năng thích ứng, thông minh, kết nối với nhau). Do đó, lĩnh vực CPS, trong các phần, liên quan đến việc phát triển các phương pháp hoàn toàn mới cho kiến ​​trúc phần cứng và phần mềm. Ví dụ:

Nhưng tôi tin rằng để nhận ra tiềm năng đầy đủ của nó, các hệ thống CPS sẽ yêu cầu các công nghệ mới về cơ bản [...] Một cách tiếp cận rất nhiều là cách tiếp cận từ dưới lên là sửa đổi kiến ​​trúc máy tính để đưa ra thời gian chính xác [...] Bổ sung đáy - phương pháp tiếp cận là các giải pháp từ trên xuống tập trung vào khái niệm thiết kế dựa trên mô hình [...] Trong phương pháp này, "chương trình" được thay thế bằng "mô hình" đại diện cho các hành vi quan tâm của hệ thống. Phần mềm được tổng hợp từ các mô hình.

Suy nghĩ của Lee được lặp lại trong cột Điện toán nhúng (PDF) này bởi Wayne Wolf của Georgia Tech.

Rốt cuộc, chúng ta đã có máy tính gắn liền với công cụ trong một thời gian dài. Tại sao, bạn có thể hỏi, chúng ta có cần một thuật ngữ mới để mô tả những gì chúng ta đã làm trong nhiều năm không? [...] Chúng tôi có một lượng nhỏ lý thuyết đáng ngạc nhiên để cho chúng tôi biết cách thiết kế các hệ thống điều khiển dựa trên máy tính. Lý thuyết hệ thống vật lý điện tử cố gắng khắc phục sự thiếu hụt này. [...] Các hệ thống vật lý không gian mạng tích cực tham gia vào thế giới thực trong thời gian thực và tiêu tốn năng lượng thực. Điều này đòi hỏi một sự hiểu biết mới về điện toán như là một hành động vật lý. Thay đổi lớn cho điện toán.

Tôi khuyên bạn nên đọc cả hai bài viết để có cái nhìn tốt về cách CPS khác với các hệ thống nhúng "đơn thuần". Cyberphysicalsystems.org có một bản đồ khái niệm về CPS trên trang chủ của họ, minh họa độc đáo cho nhiều khía cạnh liên quan đến việc phát triển CPS.

Đối với nguồn gốc của thuật ngữ này, không có nguồn nào tôi tìm thấy được gán cho bất kỳ ai. Nhiều giấy tờ định nghĩa nó mà không ghi công trong khi rõ ràng không phải là người đầu tiên sử dụng chúng. Thuật ngữ này lần đầu tiên xuất hiện trong tài liệu vào năm 2006 , nhưng vào thời điểm đó, Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ đã tổ chức một Hội thảo về các hệ thống vật lý điện tử , cho thấy thuật ngữ này đã được sử dụng trước đó.


3

Đó chỉ là một cái tên lạ mắt (và vụng về). Còn được gọi là robot, điều khiển học, hệ thống nhúng, hệ thống điều khiển và như vậy. Tôi đoán có một số điều không hài lòng với ý nghĩa hoặc tính cụ thể của các danh mục liên quan khác:

  • Robotics - Làm cho mọi người nghĩ về máy động lực và thiết bị xử lý vật liệu công nghiệp.
  • Các hệ thống nhúng - Quá không đặc biệt, không nhất thiết phải có nhiều tương tác vật lý với thế giới bên ngoài các nút và màn hình.
  • Hệ thống điều khiển - Chủ yếu được sử dụng để chỉ các vòng điều khiển xác định và không phân phối. Biến đổi Z nhiều hơn, ít AI hơn.
  • Điều khiển học - có lẽ là ý nghĩa gần nhất, nhưng theo thời gian, cyber-x đã có nghĩa là những thứ hoàn toàn ảo (không gian mạng, an ninh mạng, v.v.) thay vì ý nghĩa của hệ thống kiểm soát ban đầu. Do đó, cần phải giải quyết một "vật lý" hơi dư thừa để nhắc nhở mọi người rằng điều này liên quan đến các nguyên tử chứ không chỉ các bit.

Bạn cũng tình cờ biết lịch sử của từ này? Làm thế nào / Nó được phát minh ở đâu?
Shahbaz

Lần đầu tiên tôi nghe từ này tại UIUC khoảng 4 năm trước. Tôi không biết đó là nơi nó xuất hiện lần đầu tiên. Có một phòng thí nghiệm hệ thống vật lý không gian mạng khi tôi đến thăm.
Josh Vander Hook

Điều khiển học được sử dụng để có nghĩa là kiểm soát các hệ thống phức tạp. Bây giờ nó có nghĩa là cyberpunk-ish thịt + cấy ghép máy.
Josh Vander Hook
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.