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信息-物理-社会融合系统：从CPS到CPSS 於志文 西北工业大学 计算机科学的发展 算法的科学 单机系统，如何提高计算性能（时空复杂度）。 算法互动的科学 分布并行计算系统，如何利用多台系统的计算性能。 算法、人、环境互动的科学 融合算法、人和环境因素，提供高效服务（物联网为输入，云计算为平台，移动互联网为服务） CPS（Cyber –Physical Systems ）视角 CPS之前 嵌入式系统 实时物理信号 ? 实时工业控制 CPS兴起 信息-物理融合系统 融合计算、通信和控制 智能电网系统、航空航天系统 CPS的“3C”融合 a a a s s s s 物理基础设施/系统 通信网络 C C C 分布式控制器 传感器 动作器 CPS带来的技术优势 CPS的“3C”融合使得系统能力更强、品质更高 传感+通信形成交叉感知的能力增强 从集中控制到分布普适控制的能力增强 多实体实时交互与协同形成能力优化的品质更高 CPS及其特点 CPS具有强烈的现时代重大应用背景 基于经济与社会发展面临的交通拥挤,能源危机,气候变化,医疗成本等挑战, CPS实现计算/通信/控制技术与物理系统的一体化设计,可使新一代复杂工程系统更加可靠高效,智能协作,使系统具备更优的功能/性能品质; 城市交通系统,智能电网系统,航空航天系统,节能建筑系统,保健医疗系统, 城市供水等重大基础设施系统等是典型的CPS应用系统. 体现工业化与信息化深度融合 ； CPSS（ Cyber-Physical-Social Systems）信息-物理-社会融合系统 人机物和谐计算环境愿景 人机物和谐计算环境是未来计算技术追求的愿景 人类社会、信息空间、物理世界三者的全面连通与融合正在成为新一代计算技术的重要特征与主要趋势。 人机物三者相互融合环境的本质是为人们提供更透明、更智能、更泛在、更绿色、更安全的一体化服务，是高度和谐的社会生活环境。 人与社会 信息世界 物理世界 人在计算系统中的作用越发重要 众包（Crowdsourcing） - 企业/研发机构利用互联网将工作分配出去、发现创意或解决技术问题，利用大量用户的创意和能力。 群智感知（Crowd and Participatory Sensing） - 大量普通用户使用移动设备作为基本感知单元，通过物联网/移动互联网进行协作，实现感知任务分发与感知数据收集利用，最终完成大规模的、复杂的社会感知任务。 Common Sense (UC Berkeley) 人计算（Human Computation） - 变“人让机器算”为“机器让人算”，通过设计各种游戏/应用，让用户无意识贡献人类识别能力。 混合智能（Hybrid Intelligence） - 人类智能 + 机器智能：机器的优势在于快速低成本地对信息进行存储、比较、排序和检索，人脑的优势在于联想、推理、分析、归纳，而“群智”的优势在于智慧的互补。 reCAPTCHA (CMU) 从CPS到CPSS CPS从通常的关注计算、通讯和控制的融合进而扩展到考虑人类和社会特征，进入CPSS时代。 CPS的快速发展对人的行为和交互产生了巨大影响，而CPS中的很多复杂问题需要集成考虑人的因素（Human in the Loop）。 从CPS发展到CPSS是一个自然进化的结果。 从CPS到CPSS：系统互联 Social意味着连接； CPSS将推动分布式CPS系统间互联，形成大规模、更具扩展性、鲁棒性和动态性系统。 孤立系统间需要Connection 不同社群系统间需Connection 城市系统间需要Connection 从CPS到CPSS 物理和社会空间元素或数据通过网络传输到信息空间，信息空间经过计算和决策对物理和社会空间做出反馈。 科学决策 人类移动性数据为健康卫生、传染病防范提供决策依据。 城市规划 利用人流轨迹发掘城市功能区域，完善城市规划。 能源消耗 利用带GPS 的出租车掌握城市能耗，并为制定城市能源政策提供依据。 政府服务 社会感知数据为政府了解社情民意、打造服务平台等提供支持。 CPSS典型应用：智慧城市 CPSS实例：健康计算 传统医疗信息，融合物理和社会空间实时信息，在信息空间进行集成和处理，提供更加Wise的决策。 CPSS研究特征 研究目标：微观系统功能 ? 宏观社会目标 研究方法：模型驱动 ? 数据驱动 研究对象：对象实体 ? 关联关系 应用模式：人机交互 ? 人机物协同 核心思想：重视人的参与 - 人参与感知 - 人参与认知分析 CPSS主要研究问题 系统建模：如何对物理、硬件、软件和社会实体进行统一建模，描述