“將來有一天，當你邁步準備橫穿馬路時，你的鞋子會提醒你暫時不要過馬路
，因為正有一輛汽車高速駛來。”中科院院士何積豐在2009中國計算機大會上做主題演講時表示

，“你可能覺得這是天方夜譚，但這確實是美國智能交通係統製定的目標。”

　　早在2001年
，記者在微軟中國研究院舉辦的“二十一世紀的計算”大會上曾經獨家專訪過來自微軟美國研究院的Lampson，當問及到當前研究的興趣時，這位曾經在IT產業的聖地——施樂PARKshiyanshigongzuodetulingjianghuodezhebiaoshi，tazhengzaiyanjiuruherangjiaotongshiguzaochengdesiwanglvbianweiling。dangshijizhejiaodezhebushiyibandebukaopu，bijingqichemeiyouchangyanjing，yushiyemeiyoushenjiuxiaqu。

　　隨著近幾年信息物理係統的崛起，這研究卻變得現實起來。

　　CPS：讓地球互聯起來

　　2005年5月，美國國會要求美國科學院評估美國的技術競爭力，並提出維持和提高這種競爭力的建議。5個月後，基於此項研究的報告《站在風暴之上》問世。在此基礎上於2006年2月發布的《美國競爭力計劃》則將信息物理係統(Cyber Physics System，CPS)列為重要的研究項目。

　　到了2007年7月，美國總統科學技術顧問委員會(PCAST)在題為《挑戰下的領先——競爭世界中的信息技術研發》的報告中列出了八大關鍵的信息技術，其中CPS位列首位，其餘分別是軟件、數據
、數據存儲與數據流、網絡

、高端計算、網絡與信息安全、人機界麵
、NIT與社會科學。

　　何積豐院士認為
，CPS的意義在於將物理設備聯網
，特別是連接到互聯網上
，使得物理設備具有計算、通信
、精確控製、遠程協調和自治等五大功能。

　　本質上說，CPS是一個具有控製屬性的網絡
，但它又有別於現有的控製係統。

　　控製對於我們並不陌生。從20世紀40年(nian)代(dai)麻(ma)省(sheng)理(li)工(gong)學(xue)院(yuan)發(fa)明(ming)了(le)數(shu)控(kong)技(ji)術(shu)到(dao)如(ru)今(jin)基(ji)於(yu)嵌(qian)入(ru)式(shi)計(ji)算(suan)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)遍(bian)地(di)開(kai)花(hua)
，工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)早(zao)已(yi)成(cheng)熟(shu)，其(qi)在(zai)人(ren)們(men)日(ri)常(chang)居(ju)家(jia)生(sheng)活(huo)中(zhong)
，各(ge)種(zhong)家(jia)電(dian)具(ju)有(you)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)。

　　但dan是shi，這zhe些xie控kong製zhi係xi統tong基ji本ben是shi封feng閉bi的de係xi統tong，即ji便bian其qi中zhong一yi些xie工gong控kong應ying用yong網wang絡luo也ye具ju有you聯lian網wang和he通tong信xin的de功gong能neng，但dan其qi工gong控kong網wang絡luo內nei部bu總zong線xian大da都dou使shi用yong的de都dou是shi工gong業ye控kong製zhi總zong線xian，網wang絡luo內nei部bu各ge個ge獨du立li的de子zi係xi統tong或huo者zhe說shuo設she備bei難nan以yi通tong過guo開kai放fang總zong線xian或huo者zhe互hu聯lian網wang進jin行xing互hu聯lian
，而er且qie，通tong信xin的de功gong能neng比bi較jiao弱ruo。而erCPS則把通信放在與計算和控製同等地位上，這是因為CPS強調的分布式應用係統中物理設備之間的協調是離不開通信的。

　　CPS在對網絡內部設備的遠程協調能力、自治能力、控製對象的種類和數量，特別是網絡規模上遠遠超過現有的工控網絡。

　　在資助CPS研究上扮演重要角色的美國國家科學基金會(NSF)認為
，CPS將讓整個世界互聯起來。“如同互聯網改變了人與人的互動一樣，CPS將會改變我們與物理世界的互動。”NSF計算機與信息科學和工程總監Branicky表示。

　　CPS：通吃物聯網?

　　當人們還陶醉在物聯網能夠把物與物連在一起時，沒想到CPS又冒了出來
，而物聯網所擅長的基於RFID的連接，對於CPS來說太過簡單。在很多應用中，CPS對接入網絡的設備的計算能力的要求遠非RFID能比。以基於CPS的de智zhi能neng交jiao通tong係xi統tong為wei例li，即ji便bian是shi現xian有you的de人ren們men認ren為wei已yi經jing十shi分fen複fu雜za的de汽qi車che電dian子zi係xi統tong也ye無wu法fa勝sheng任ren
，現xian在zai的de汽qi車che電dian子zi係xi統tong根gen本ben無wu法fa實shi現xian未wei來lai智zhi能neng交jiao通tong係xi統tong對dui汽qi車che之zhi間jian的de協xie同tong能neng力li的de要yao求qiu。事shi實shi上shang，滿man足zuCPS要求的汽車電子係統的計算通常都是海量運算。

　　海量運算往往是很多CPS接入設備的特征，因此
，接入設備通常具有強大的計算能力。如果從計算性能的角度出發，把一些高端的CPS應用比作胖客戶機/服fu務wu器qi架jia構gou的de話hua，那na麼me物wu聯lian網wang則ze可ke視shi為wei超chao級ji瘦shou客ke戶hu機ji服fu務wu器qi，因yin為wei物wu聯lian網wang中zhong的de物wu品pin不bu具ju備bei控kong製zhi和he自zi治zhi能neng力li
，通tong信xin也ye大da都dou發fa生sheng在zai物wu品pin與yu服fu務wu器qi之zhi間jian，因yin此ci物wu品pin之zhi間jian無wu法fa進jin行xing協xie同tong。

　　實際上
，CPS並不排斥物聯網。應該說，物聯網是CPS的一種簡約應用，或者說，CPS讓物聯網的定義和概念明晰起來。物聯網其實就是以物流領域為主的應用。物與物之間的互聯遠非“各報家門”，知道對方“何許人也”這麼簡單。

　　CPSzhongdewulishebeizhideshiziranjiezhongdeketi，yincibujinzhideshilengbingbingdeshebei
，erqiehaibaokuohuoshengshengdeshengwu。xianyouhulianwangdebianjieshigezhongzhongduanshebei
，renmenyuhulianwangzhijianshitongguozhexiezhongduanlaijinxingxinxijiaohuande。erzaiCPS中，人成為CPS網絡的“接入設備”

，這種信息的交互可能是通過芯片與人的神經係統直接互聯實現的。針對本文開頭所說的情形
，我們甚至可以做這樣的假設：當(dang)智(zhi)能(neng)交(jiao)通(tong)係(xi)統(tong)感(gan)知(zhi)到(dao)高(gao)速(su)行(xing)駛(shi)的(de)汽(qi)車(che)與(yu)將(jiang)要(yao)穿(chuan)越(yue)馬(ma)路(lu)的(de)行(xing)人(ren)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)發(fa)生(sheng)碰(peng)撞(zhuang)的(de)機(ji)會(hui)時(shi)，通(tong)常(chang)的(de)做(zuo)法(fa)是(shi)係(xi)統(tong)讓(rang)汽(qi)車(che)來(lai)個(ge)急(ji)刹(sha)車(che)，或(huo)者(zhe)告(gao)訴(su)行(xing)人(ren)“留步”，而更直接的方法是通過腦-機接口(Brain Machine Interface)讓人“不走腦子”就來個“立定”，從而避免事故的發生。

　　盡管在物聯網中也有把RIFD芯片嵌入到人體中的情形
，但本質上還是RFID與讀寫器之間的通信，人並沒有介入其中。

　　感知在CPS中(zhong)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)。眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)，自(zi)然(ran)界(jie)中(zhong)各(ge)種(zhong)物(wu)理(li)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)是(shi)連(lian)續(xu)的(de)，或(huo)者(zhe)說(shuo)是(shi)模(mo)擬(ni)的(de)，而(er)信(xin)息(xi)空(kong)間(jian)則(ze)充(chong)斥(chi)著(zhe)離(li)散(san)量(liang)
，或(huo)者(zhe)說(shuo)是(shi)數(shu)字(zi)的(de)。從(cong)物(wu)理(li)空(kong)間(jian)到(dao)信(xin)息(xi)空(kong)間(jian)的(de)信(xin)息(xi)流(liu)動(dong)，首(shou)先(xian)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)各(ge)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)各(ge)種(zhong)物(wu)理(li)量(liang)轉(zhuan)變(bian)成(cheng)模(mo)擬(ni)量(liang)
，再(zai)通(tong)過(guo)模(mo)擬(ni)/數字轉換器變成數字量，從而為信息空間所接受。從這個意義上說，傳感器網絡也可視為CPS的一部分。

　　CPS：機遇與挑戰

　　如果物聯網的市場規模像人們所說的有上萬億元，那麼
，CPS的市場規模則難以計數，因為CPShangailexiaodaozhinengjiatingwangluodadaogongyekongzhixitongnaizhizhinengjiaotongxitongdengguojiajishenzhishijiejideyingyong。gengweizhongyaodeshi，zhezhonghangaibingbujinjinshijiangwuyuwujiandandilianzaiyiqi

，ershiyaocuishengchuzhongduojuyoujisuan、通信
、控製
、協同和自治性能的設備。

　　“下一代工業將建立在CPS之上，隨著CPS技術的發展和普及
，使用計算機和網絡實現功能擴展的物理設備無處不在，並將推動工業產品和技術的升級換代，極大地提高汽車、航空航天、國防
、工業自動化、健康/醫療設備、重大基礎設施等主要工業領域的競爭力。”何積豐表示，“CPS不僅會催生出新的工業，甚至會重新排列現有產業布局。”

　　但CPSdailaidetiaozhanyeshiwulianwangsuowufabinide。zhexietiaozhanhendachengdushanglaizikongzhiyujisuanzhijiandechayi。tongchang
，kongzhilingyushitongguoweifenfangchenghelianxudebianjietiaojianlaichuliwenti，erjisuanzejianlizailisanshuxuedejichushang;控製對時間和空間都十分敏感，而計算則隻關心功能的實現。通俗地說，搞控製的人和搞計算機的人沒有“共同語言”。這種差異將給計算機科學和應用帶來基礎性的變革。

　　在國外，CPS的聲音很強勁
，歐盟計劃從2007年到2013年在嵌入智能與係統的研究與技術(ARTMEIS)上投入54億歐元(超過70億美元)，以期在2016年成為智能電子係統的世界領袖。

　　在國內
，CPS早已淹沒在物聯網的喧嘩聲中
，而實際上，國外同行起步也隻有兩三年的光景，我們為時並不晚。

　　CPS定義

　　CPS是在環境感知的基礎上，深度融合計算、通tong信xin和he控kong製zhi能neng力li的de可ke控kong可ke信xin可ke擴kuo展zhan的de網wang絡luo化hua物wu理li設she備bei係xi統tong，它ta通tong過guo計ji算suan進jin程cheng和he物wu理li進jin程cheng相xiang互hu影ying響xiang的de反fan饋kui循xun環huan實shi現xian深shen度du融rong合he和he實shi時shi交jiao互hu來lai增zeng加jia或huo擴kuo展zhan新xin的de功gong能neng，以yi安an全quan、可靠
、高效和實時的方式檢測或者控製一個物理實體。