第一部分 簡(jiǎn) 介
第1章 賽博物理系統(tǒng)工程中建模與仿真應(yīng)用的復(fù)雜性 SaurabhMittal,AndreasTolk / 3
1.1 概 述 /3
1.2 CPS多模態(tài)的本質(zhì)特征 / 4
1.3 為什么 CPS工程如此復(fù)雜 / 5
1.4 CPS工程的 M&S技術(shù) / 8
1.5 智能性、適應(yīng)性和自主性方面 /10
1.5.1 智能性/ 10
1.5.2 自主性/13
1.5.3 適應(yīng)性/ 14
1.6 總 結(jié)/15
致 謝 /17
參考文獻(xiàn) / 17
智能賽博物理系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn) SebastianCastro,PieterJ.Mosterman,AkshayH.Rajhans,etal/ 22
2.1 概 述/22
2.2 聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)/23
2.3 人類(lèi)的體能和認(rèn)知能力的演變/24
2.3.1 能量效率和身體操控/25
2.3.2 認(rèn) 知/ 25
2.3.3 語(yǔ)言與交流/25
2.3.4 從自然到技術(shù)/ 25
2.4 智能賽博物理系統(tǒng)的全景/ 26
2.4.1 工程系統(tǒng)分類(lèi)/ 26
2.4.2 工程系統(tǒng)集成體的生命周期/28
2.5 系統(tǒng)運(yùn)行中的挑戰(zhàn)/ 29
2.5.1 互聯(lián)運(yùn)行/ 29
2.5.2 協(xié)同運(yùn)行/ 31
2.6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試中的挑戰(zhàn)/ 32
2.6.1 設(shè) 計(jì)/ 32
2.6.2 測(cè) 試/ 33
2.7 結(jié) 論/34
參考文獻(xiàn) / 35
北約應(yīng)用建模和仿真支持自主系統(tǒng)的演進(jìn) JanMazal,AgostinoG.Bruzzone,MicheleTuri,etal / 43
3.1 概 述…/43
3.2 北約的自主系統(tǒng)/ 44
3.2.1 北約 RTO/SAS 097:支持未來(lái)北約作戰(zhàn)的機(jī)器人計(jì)劃/ 45
3.2.2 MCDC:自主系統(tǒng)(2013—2014年)/46
3.2.3 北約 M&S優(yōu)異中心(COE)在自主系統(tǒng)和賽博領(lǐng)域的努力 /48
3.3 自主系統(tǒng)的建模與仿真會(huì)議(MESAS)/49
3.3.1 2014年 MESAS / 50
3.3.2 2015年 MESAS / 51
3.3.3 2016年 MESAS / 52
3.3.4 2017年 MESAS / 53
3.4 自主系統(tǒng):未來(lái)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇 /54
3.4.1 兩用技術(shù)是可靠和可持續(xù)的關(guān)鍵/55
3.4.2 新方案中的兩用功能/56
3.4.3 應(yīng)急管理中的自主系統(tǒng)支持北約實(shí)現(xiàn)新的能力/57
3.5 結(jié) 論/59
參考文獻(xiàn) / 59
第二部分 支持CPS工程的建模技術(shù)
第4章 多視角建模和整體仿真———支持非常復(fù)雜系統(tǒng)分析的系統(tǒng)思維方法 MamadouK.Traoré / 67
4.1 概 述/67
4.2 相關(guān)研究工作/ 70
4.3 MPM&HS的概念基礎(chǔ) / 72
4.4 多視角建模/ 73
4.4.1 復(fù)雜系統(tǒng)的通用本體/74
4.4.2 層面層級(jí)/ 75
4.4.3 尺度層級(jí)/ 75
4.4.4 模型層級(jí)/ 76
4.5 整體仿真/77
4.6 MPM&HS流程 / 77
4.7 應(yīng) 用/78
4.8 討 論/81
4.8.1 多視角模型的整體集成背后的語(yǔ)義是什么/82
4.8.2 如何驗(yàn)證整體集成/ 82
4.9 結(jié) 論/83
參考文獻(xiàn) / 83
第5章 賽博物理系統(tǒng)層級(jí)化協(xié)同仿真的統(tǒng)一框架 FernandoJ.Barros /= 89
5.1 概 述/89
5.2 相關(guān)工作/91
5.3 HyFlow 形式化方法 / 91
5.3.1 基本的 HyFlow 模型 /92
5.3.2 案例:脈沖積分器 / 92
5.3.3 HyFlow 網(wǎng)絡(luò)模型 / 94
5.4 數(shù)值積分/95
5.4.1 指數(shù)積分器/ 96
5.4.2 幾何積分器/97
5.4.3 模型的可組合性/98
5.5 流形隨機(jī) Petri網(wǎng) /99
5.6 結(jié) 論 /102
參考文獻(xiàn)/ 102
第6章 基于模型的體系工程權(quán)衡分析 AleksandraMarkina Khusid,RyanB.Jacobs,JudithDahmann /106
6.1 概 述 /106
6.2 體系、賽博物理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)/106
6.3 體系權(quán)衡分析的挑戰(zhàn) /108
6.4 基于模型的架構(gòu)作為體系權(quán)衡分析的框架 /111
6.5 建立體系目標(biāo)和評(píng)估準(zhǔn)則 /116
6.6 評(píng)估可選的方案 / 117
6.6.1 支持體系權(quán)衡空間分析的輕量級(jí)分析工具 / 118
6.6.2 支持體系權(quán)衡空間分析的集成工程環(huán)境 /122
6.7 結(jié) 論 /124
參考文獻(xiàn)/ 126
第7章 管控物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)建模 SaurabhMittal,SheilaA.Cane,CharlesSchmidt,etal / 130
7.1 概 述 /130
7.2 IoT 的定義以及以設(shè)備為中心的世界觀 /132
7.3 系統(tǒng)實(shí)體結(jié)構(gòu)(SES)模型 /134
7.4 IoT 模型 /138
7.5 案例研究:Mirai攻擊 / 140
7.5.1 說(shuō) 明 / 140
7.5.2 使用IoT 的SES模型對(duì) Mirai用例建模 /140
7.6 IoT 的風(fēng)險(xiǎn) / 146
7.6.1 IoT 技術(shù)后果 / 146
7.6.2 綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架 /146
7.7 結(jié) 論 /147
參考文獻(xiàn)/ 149
第三部分 基于仿真的CPS工程
第8章 支持 CPS嵌入式控制器高效開(kāi)發(fā)的仿真模型連續(xù)性 RodrigoD.Castro,EzequielPeckerMarcosig,JuanI.Giribet / 155
8.1 概述與動(dòng)機(jī) / 155
8.1.1 賽博物理系統(tǒng)的控制 /156
8.1.2 DEVS作為建模和仿真的形式化方法 /158
8.1.3 仿真模型連續(xù)性的方法 /159
8.2 相關(guān)技術(shù)背景 / 160
8.2.1 DEVS框架 / 161
8.2.2 PowerDEVS仿真器 /162
8.2.3 機(jī)器人操作系統(tǒng)中間件 /162
8.3 應(yīng)用 ROS的 DEVS(DoveR):基于模型連續(xù)性的方法論的實(shí)現(xiàn) / 163
8.3.1 PowerDEVS引擎與 ROS中間件之間的通信 / 165
8.3.2 RaspberryPi的嵌入式仿真 /168
8.4 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái):硬件和模型/168
8.4.1 連續(xù)的機(jī)器人模型和離散的調(diào)節(jié)控制器 /169
8.4.2 硬件描述 /170
8.5 實(shí)驗(yàn)性案例研究:以模型連續(xù)性為中心的方法論支持控制器的開(kāi)發(fā)/ 171
8.6 實(shí)施 DoveR的挑戰(zhàn) / 174
8.7 結(jié) 論 /175
參考文獻(xiàn)/ 176
第9章 預(yù)測(cè)慢性病癥狀事件的 CPS設(shè)計(jì)方法論 KevinHenares,JosuéPag,JoséL.Ayala,etal /179
9.1 概 述 /179
9.1.1 移動(dòng)云計(jì)算與健康中的預(yù)測(cè)建模 /179
9.1.2 IoT 的能源效率 / 180
9.1.3 偏頭痛疾病 / 181
9.1.4 CPS設(shè)計(jì)中的建模與仿真 /182
9.2 一般的架構(gòu) / 182
9.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) / 183
9.2.2 魯棒預(yù)測(cè)系統(tǒng) / 183
9.2.3 專(zhuān)家決策系統(tǒng) / 187
9.3 軟件模型和物理實(shí)現(xiàn) / 187
9.3.1 軟件模型 / 189
9.3.2 物理實(shí)現(xiàn) / 191
9.4 能量消耗和可擴(kuò)展性問(wèn)題 …/194
9.4.1 能量消耗 / 194
9.4.2 可擴(kuò)展性問(wèn)題 195
9.5 結(jié) 論 /197
參考文獻(xiàn)/ 198
第10章 面向自主應(yīng)用基于模型的工程 RahulBhadani,MattBunting,JonathanSprinkle /200
10.1 概 述/200
10.2 背 景/200
10.2.1 驗(yàn)證與確認(rèn)/201
10.2.2 基于模型的系統(tǒng)方法:關(guān)聯(lián)到 CPS /202
10.2.3 基于模型的 V&V /203
10.2.4 面向自主的應(yīng)用/ 204
10.3 基于模型的工程方法/204
10.3.1 基于模型的工程的工作流/206
10.3.2 特定領(lǐng)域建模環(huán)境/207
10.4 基于模型的工程中的建模與仿真/208
10.4.1 基于模型的工程中的計(jì)算建模/209
10.4.2 軟件在環(huán)仿真/ 211
10.4.3 硬件在環(huán)仿真/ 212
10.5 用例:控制車(chē)輛 CPS的速度 /212
10.6 用例:CPS設(shè)計(jì)的特定領(lǐng)域建模語(yǔ)言 /215
10.7 結(jié) 論/216
參考文獻(xiàn)/ 217
第四部分 賽博元素
第11章 關(guān)注賽博物理系統(tǒng)的安全 ZachFurness/227
11.1 賽博物理系統(tǒng)/ 227
11.1.1 賽博物理系統(tǒng)的定義/227
11.1.2 相關(guān)系統(tǒng)/ 227
11.2 面臨的安全挑戰(zhàn)/ 228
11.2.1 運(yùn)輸:車(chē)輛安全 / 228
11.2.2 健康IT:醫(yī)療設(shè)備安全 /229
11.2.3 能源系統(tǒng):智能電網(wǎng) /230
11.3 CPS安全 M&S的挑戰(zhàn)和機(jī)遇/231
11.3.1 將 M&S應(yīng)用于系統(tǒng)安全工程和強(qiáng)韌性/231
11.3.2 CPS安全的數(shù)字孿生概念 /232
11.3.3 將 M&S應(yīng)用于 CPS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 /232
11.3.4 CPS賽博靶場(chǎng) / 232
參考文獻(xiàn)/ 233
第12章 賽博物理系統(tǒng)強(qiáng)韌性———框架、測(cè)度、復(fù)雜性、挑戰(zhàn)和未來(lái)方向 MdArifulHaque,SachinShetty,BheshajKrishnappa / 236
12.1 概 述/236
12.2 賽博強(qiáng)韌性:相關(guān)研究工作簡(jiǎn)介 /236
12.3 賽博物理系統(tǒng)的強(qiáng)韌性/ 237
12.3.1 強(qiáng)韌 CPS的特征 /239
12.3.2 強(qiáng)韌性測(cè)度的要求/239
12.4 強(qiáng)韌性測(cè)度和框架/ 239
12.4.1 CPS賽博威脅態(tài)勢(shì) /240
12.4.2 CPS強(qiáng)韌性測(cè)度 /241
12.4.3 CPS的賽博強(qiáng)韌性框架 /243
12.5 定性的 CPS強(qiáng)韌性測(cè)度 /246
12.6 CPS強(qiáng)韌性的定量建模 /248
12.6.1 關(guān)鍵賽博資產(chǎn)的建模/248
12.6.2 跳板攻擊的建模/ 249
12.6.3 風(fēng)險(xiǎn)和強(qiáng)韌性的建模與估計(jì)/249
12.6.4 攻擊場(chǎng)景的建模與設(shè)計(jì)/252
12.6.5 基礎(chǔ)物理過(guò)程和設(shè)計(jì)約束的建模/253
12.7 CPS強(qiáng)韌性測(cè)度的仿真平臺(tái) /254
12.7.1 定性仿真平臺(tái)/254
12.7.2 定量仿真平臺(tái)/255
12.7.3 驗(yàn)證和確認(rèn)計(jì)劃/ 256
12.7.4 仿真平臺(tái)的用例/ 256
12.8 復(fù)雜性、挑戰(zhàn)和未來(lái)方向 …/258
12.9 結(jié) 論/260
參考文獻(xiàn)/ 261
第13章 社會(huì)結(jié)構(gòu)中的賽博創(chuàng)造物 E.DanteSuarez,LorenDemerath /265
13.1 概 述/265
13.2 賽博物理系統(tǒng)的涌現(xiàn)性/ 267
13.3 分布式代理:描述多層次結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的語(yǔ)言 /269
13.4 社會(huì)適應(yīng)性:對(duì)于人類(lèi)適應(yīng)并操控環(huán)境的自然延伸 / 274
13.5 復(fù)雜性與社會(huì)性:CPS與社會(huì)科學(xué)的適配點(diǎn) /275
13.6 CPS結(jié)構(gòu):應(yīng)用到人類(lèi)方面 /277
13.7 結(jié) 論/284
參考文獻(xiàn)/ 285
第五部分 發(fā)展方向
第六部分 第14章 賽博物理系統(tǒng)工程建模與仿真應(yīng)用復(fù)雜性的研究主題 AndreasTolk,SaurabhMittal /291
14.1 概 述/291
14.2 在本書(shū)中識(shí)別的研究挑戰(zhàn)/292
14.2.1 公共的形式化方法/292
14.2.2 復(fù)雜的環(huán)境/293
14.2.3 復(fù)雜的工具集/294
14.2.4 多視角挑戰(zhàn)/ 296
14.2.5 復(fù)雜項(xiàng)目中支持更好溝通的 M&S方法/297
14.2.6 賽博物理系統(tǒng)強(qiáng)韌性/298
14.2.7 支持人-機(jī)團(tuán)隊(duì) / 299
14.3 討 論/300
參考文獻(xiàn)/ 300
結(jié)束語(yǔ) 賽博物理系統(tǒng)———用建模和仿真均衡人們的熱情和謹(jǐn)慎 KrisRosfjord /305
參考文獻(xiàn)/ 306
附 錄 詞匯表…/307
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