基于面向对象模糊Petri网的信息物理系统能耗模型

余嘉伟，胡海洋

(杭州电子科技大学 计算机学院，浙江 杭州 310018)

信息物理系统(Cyber-Physical System，CPS)在运行的过程中，计算过程的推进与物理环境的变化形成了多种事件，包括环境感知、指令生成、行为调控等，从而组成一个闭环结构。因此，CPS具备较强的事件驱动性，其连续的物理进程与离散的计算进程之间构成了多种复杂的交互事件[1]。具体地，可将CPS分为三大组件：传感器、控制器、执行器[2]。其中，传感器负责感知并简单处理环境中的信息；控制器负责根据获得的信息拟定和发送指令；执行器负责执行收到的指令，从而改变物理环境。

虚拟世界和现实世界的紧密联系赋予了CPS独特的优越性，使其成为一个实现高度智能化的复杂嵌入式系统，但其能耗分析却成为了瓶颈。CPS的能耗分析是其设计与维护中的关键挑战之一，因为这要求设计者必须考虑到CPS的各个异构组件和它们之间的紧密交互，以及组件内部活动所产生能耗的不确定性。

现阶段，在CPS的能耗分析方面，国内外学者也进行了一些研究。文献[3]通过开发和求解基于随机活动网络的随机模型，分析了铁路道岔加热器CPS系统的可靠性和能耗指标。文献[4]提出了一种基于统计模型检查的环境感知能耗评估框架，该框架中使用随机混合自动机对影响CPS能耗的各种环境因素进行建模。文献[5]扩展了基于微体系结构的时序分析方法，在准确地说明保持设备处于活动状态的执行时间的基础上，提出了用于分析CPS最坏能耗的全系统分析框架。……