技术摘要：
一种信息物理系统的传感器汇聚接入方法，其特征在于：在信息物理系统中，在CPS从节点中，通过功能方法区的功能代理实现对传感器异构特性进行封装屏蔽，对功能相同或数据相同的传感器，向系统提供统一的访问代理；通过全局方法区的系统管理代理，结合功能代理实现对传感  全部
背景技术：
信息物理系统(Cyber-Physical  Systems，以下简称为CPS)是通过计算、通信与控 制技术的有机结合，将信息处理与物理感知执行深度融合，实现计算资源与物理资源协调 工作的新一代智能系统。CPS通过一系列计算单元和物理对象在网络环境下的高度集成与 交互，来提高系统在信息处理、实时通信、远程精准控制以及组件自动协调等方面的能力， 是时空多维异构的混杂自治系统，具有实时、安全、可靠、高性能等特点。CPS通过集成先进 的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术，构建了物理空间与信息空间中多种 要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、 快速迭代、动态优化。 CPS强调计算和物理的紧密结合，同时也强调网络化，核心仍然是信息处理。数据 感知则是CPS实现实时分析、科学决策的基础，是CPS数据闭环流动的起点。通过指令控制执 行单元作用于物理世界，使其按照期望状态进行演化，则是CPS的一个重要目的。为了适应 传感器泛在接入、多源感知融合的需求，CPS对于异构信息应当具有很好的适应能力，同时 允许系统中部分部件动态的退出和接入。与通常的嵌入式系统相比，CPS对系统的可扩展性 与开放性具有更高的要求。 CPS多采用工业现场网络为基础建立系统的网络连接，无线传感器网络也是CPS感 知数据的一个主要途径。然而，在大量的工业生产现场、嵌入式控制等领域，由于受到噪声、 信号衰减、报文冲突等因素的制约，无线传感器网络在实时性、精准性、可靠性等方面难以 满足应用要求。传统的面向嵌入式系统与信息系统远程连接的工业现场总线与网络，在传 输速率、容错能力、节点同步、异构扩展等方面缺乏足够的支持，也难以满足CPS在异构接 入、动态连接、可靠性、实时性、开放性、扩展性等方面发展的综合需求。同时，各种无线网络 及高速总线，大多缺乏设备间的中断支持，难以给CPS应用中设备间事件的快速实时响应提 供良好支持。 动态可重构高速串行总线(UM-BUS)是针对系统小型化与嵌入式一体化设计提出 的一种能够将冗余容错与高速通信有机统一，具备远程扩展能力的高速串行总线。如图1所 示，它采用基于M-LVDS(Multipoint  Low  Voltage  Differential  Signaling，多点低压差 分信号)技术的总线型拓扑结构，支持多节点直接互连，最多可使用32条通道并发传输，通 信速率可达6.4Gbps。在通信过程中，如果某些通道出现故障，总线控制器可实时地监测出 来，将数据动态分配到剩余有效通道上进行传输，实现动态重构，从而对通信故障进行动态 容错。 UM-BUS总线采用主从命令应答的通信模式，通过数据包的形式进行信息交互。连 接在总线上的通信节点按功能不同可分为主节点、从节点和监控节点，总线通信过程总是 3 CN 111586031 A 说　明　书 2/7 页 由主节点发起，从节点响应来完成的。UM-BUS总线具有时间同步功能，可保证总线各个节点 之间时间系统的精确同步。UM-BUS总线支持单主(Single  Master)通信与多主(Multi  Master)通信两种通信模式。在多主模式下，总线上可以存在多个主节点，多个主节点间需 要通过可变时隙轮转的仲裁方式来竞争总线使用权。 UM-BUS总线通信过程只能由主节点发起，主节点可以对其它节点内部功能单元按 地址读写访问，可支持IO空间、存储空间和属性空间三种地址空间，其中属性空间大小1KB， IO空间大小64KB，存储空间256TB。可为CPS中传感器与执行器的即插即用、数据方法属性封 装、高速可靠连接、异构实时接入等提供技术支撑。 UM-BUS总线支持中断处理，总线上的任何节点都可以通过公共中断信号线向任何 一个或多个总线节点进行中断请求。 同时，随着CPS应用的深入，信息物理系统接入的传感器与执行器数量也在迅速地 增长，传感器与执行器的异构接入需求也随之迅速增加。一方面，大量传感器与执行器的接 入会给CPS底层管理接口带来极大的操作复杂性，影响系统数据采集与驱动效率。另一方 面，在信息物理系统扩展与系统维护升级中，存在对异构传感器的兼容与共融问题，对系统 应用的兼容性与持续性有着不可忽视的影响。 本发明基于UM-BUS总线的特点，提出一种信息物理系统的传感器汇聚接入方法， 有助于建立CPS底层传感/执行器的异构集成接入的统一规范，对异构特征进行封装屏蔽， 对提高CPS的系统开放性、灵活扩展性、长期可维护性及系统规模都会产生积极的推动作 用。
技术实现要素：
本发明的目的在于设计一种在信息物理系统中，能够屏蔽结构差异，对大量传感 器进行汇聚接入与管理的方法，为信息物理系统的多源数据扩展、大量传感器动态接入、异 构系统信息融合等应用提供支持。 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为： 一种信息物理系统的传感器汇聚接入方法，其特征在于：信息物理系统中设置CPS 主节点和CPS从节点，所述CPS主节点是信息物理系统中具有计算能力的节点，是系统总线 上的主控设备；所述CPS从节点用于连接传感器，能够应答CPS主节点的总线访问请求，设置 1个全局方法区和1-4个功能方法区；信息物理系统采用如下方法步骤对CPS从节点上所连 接的传感器进行汇聚接入： (1)把CPS从节点连接的所有传感器，按应用需求进行分组，每一组传感器对应到 一个功能方法区中； (2)在CPS从节点的功能方法区中，设置需要的功能处理方法与数据访问方法，用 于对每一个传感器进行数据采集、处理、传输；这些功能处理方法与数据访问方法在系统复 位后，会被信息物理系统中的所有CPS主节点动态加载到它们的内存中，由应用任务根据需 要进行调用； (3)CPS从节点的功能方法区的一组方法可以组成一个功能代理，对来自不同厂 家、不同结构的传感器按功能类型或数据类型进行统一的抽象管理，通过方法封装对传感 器的异构属性进行屏蔽；应用任务使用与传感器物理特性相关的数据采集、处理、传输功能 4 CN 111586031 A 说　明　书 3/7 页 时，均通过调用这些加载到CPS主节点内存中的功能代理中的标准接口进行； (4)功能代理不仅负责对传感器的功能与数据进行处理，还要完成对传感器的初 始化、状态跟踪与故障监控，在功能方法区被动态加载以后，在全局方法背板的管理下，对 传感器进行初始化，之后在系统运行期间，对传感器及其方法的工作状态进行持续监控，将 传感器的关键参数及故障状态将由全局方法中的背板代理进行记录； (5)全局方法区在CPS从节点中，作为各功能方法区的统一背板，提供系统与各功 能方法区的接口；同时，全局方法区还实现一个系统管理代理，完成对各功能方法区代理跟 踪状态及故障报告的收集汇总，并向上报告；同时，该系统管理代理还会根据需要，对传感 器关键工作状态参数与故障状态进行本地记录。 本发明实现的传感器汇聚接入方法，基于UM-BUS总线的动态接入能力，在信息物 理系统中，通过CPS节点功能分区进行多种异构传感/执行器的汇聚接入，能够屏蔽异构传 感/执行器的差异，按照统一规范进行管理，并且能够对传感/执行器的状态与故障进行持 续跟踪与监控。这使得基于本发明的信息物理系统能够支持大量异构传感/执行器的动态 组织与融合，提高CPS的开放性与系统扩展能力，有利于CPS系统的标准化升级维护。 附图说明 图1是UM-BUS总线的拓扑结构图； 图2是UM-BUS总线协议层次模型图； 图3是UM-BUS总线数据传输过程与数据通路示意图； 图4是UM-BUS总线中断信号线连接示意图； 图5是CPS节点方法区的整体布局与存储结构示意图； 图6是一种可多层次扩展的信息物理系统的结构图； 图7是基于本发明的CPS节点传感器汇聚接入示意图。