医疗控制系统中的场景事件统计如表1所示，由于系统中的病人、医疗设备以及传 感器令牌并无变化，因此系统状态中只表示了六个库所中医生令牌与护士令牌的分布变化 情况。
[0059] 表1医疗控制系统事件表 Table 1 Medical control system event table
【主权项】
1. 一种基于混成时空化tri网模型上的CPS物理实体的形式化建模方法，包括一个体系 结构和混成时空Pe化i网应用于CPS的建模;体系结构主要由W下几个部分构成：传感器网 络、控制中屯、、信息中屯、、执行器网络、用户终端、CPS实时网络组成； 所述传感器网络：由若干传感器节点及汇集节点组成；传感器节点负责实时监控物理 对象并获取对象的某些物理属性值，当获取的物理对象某一属性超出预定的范围，传感器 节点就会立刻生成相应的CPS简单事件并将事件传给汇集节点；汇集节点收集传感器节点 传送过来的事件，并将来自不同传感器节点采集的同一物理属性或来自同一传感器节点不 同时间采集的同一物理属性进行融合，产生相应的融合事件，并将简单事件及融合事件发 送到控制中屯、作进一步的处理；另一方面，汇集节点还会转发来自控制中屯、的控制命令到 相应的传感器或控制器节点； 所述控制中屯、即为控制服务器，负责处理传感器网络传来的简单事件及融合事件，W 及根据事先定义的逻辑对事件进行组合产生更复杂的复合事件，并根据事件信息产生相应 的控制命令，进而向执行器网络的控制节点发布控制命令，在紧急情况下也会直接向用户 发送警告信息； 所述信息中屯、即数据服务器，主要用于存放整个系统的各种事件信息，将相关的信息 分类整合并得出物理对象的变化规律；另一方面负责管理用户，并响应合法用户的数据查 询和分析请求； 所述执行器网络：由若干执行器单元和控制节点组成，控制节点负责接受并执行控制 中屯、发来的控制命令，W便调整与控制物理对象的某些物理属性； 所述用户终端负责提供用户与WS之间的接口； 所述CPSRTnet即为CPS实时网络，用于连接系统其它各部分，为系统提供实时网络服 务； 在整个体系结构中，系统通过传感器获取物理环境信息，并通过执行器执行指令改变 物理环境;最前端设备采集单一属性，层层向上，由简单到复杂，系统设备的精密度和功能 性方面层层递增直到中屯、设备用于协调全部系统信息。2. 根据权利要求1所述的一种一种基于混成时空化化i网模型上的CPS物理实体的形式 化建模方法，其特征在于:所述混成时空化tri网应用于CPS的建模： 首先对CPS中的物理实体进行分类;在CPS实时事件模型中，W下简称事件模型，每个物 理实体必须具备一些基本特征： 具有系统中唯一的身份ID，W区别其他物理实体； 具有一定的空间属性与非空间属性； 感知设备具备感知环境信息的能力，并能通过网络媒介将信息发送给信息处理单元； 执行设备能够接收信息处理设备通过网络媒介传输来的控制指令，并依据指令正确到 达目的地来改变物理环境； 通过对物理实体的抽象来构造物理实体类，运里将物理实体类化ntity Class)定义为 一个=元组： 化 C=巧 CicUCP, OP) ECid指物理实体类的ID，CP指运类物理实体的属性集合，OP指运类物理实体的行为集 合； 每一个物理实体都属于一种物理实体类，每一个物理实体都是物理实体类的一个实 例;运里将物理实体化ntity)定义为一个五元组： En=巧id'EnC'EP'EOP'HT) Eid表示物理实体的ID, EnC指该物理实体所属的物理实体类，EP指该物理实体的属性 集合，EOP指该物理实体的行为集合，H巧旨的是该物理实体所处的混成时空化tri网； 根据CPS事件所包含属性的不同，可W将CPS事件分成S种：简单事件Es(Simple Event),融合事件Ef(F^ised Event)与复合事件Ec(Composite Event); 由于CPS是一个基于事件的系统，其中所有的计算、通信和控制操作都是基于事件单 元，对于事件的处理可W通过对其属性特征的处理来完成； 将事件巧vent)表示为一个八元组： E={e，P，T，L，T0，L0,0,《} e=(eid，t)，eid代表事件的ID,在生成事件时同时生成，是事件在整个系统中的唯一标 识，t表示事件类型，也可W体现在E的下标处； P代表事件的属性，是一个集合的形式，P= {P1，p2，…，pn}; T代表事件生成的时间;T=[tl，t2]，当tl=t2时为时间点事件，t2〉tl时为时间段事件； L代表事件生成的地点;L=[(x，y，z)，r]，（x，y，z)代表事件发生的S维地点，r代表事件 发生的范围半径，r=0时为点事件，r〉0时为区域事件； TO代表观察者发现事件发生的时间，T0=[tol，to2]，当tol=to2时为时间点事件，to2〉 tol时为时间段事件； LO代表观察者发现事件发生的地点，L0=[ (XO，yo，ZO)，ro]，（XO，yo，ZO)代表事件发生 的S维地点，:TO代表事件发生的范围半径，!〇=0时为点事件，!〇〉0时为区域事件； 0代表观察者，即发现事件发生的传感器节点； ?代表事件的权重值来体现事件的实时级别，会影响到事件的调度与处理； 根据事件的分类，简单事件表示为Es，融合事件表示为Ef，复合事件表示为Ec;对于一 个事件消息来说，所包含的属性值并非同等重要，不同的属性对事件实时性的要求也各不 相同，因此需要通过属性权重来体现事件的实时性要求，假设各个属性的权重已知;各个属 性对事件的贡献度表示为g(pi)，事件的权重值则由W下公式计算：此外混成时空化tri网还必须具备许多新属性才能对CPS进行建模； (1) 物理实体在时空化tri网中抽象为系统资源，因此可W用令牌的形式来表示物理实 体； (2) 混成时空化化i网必须能够表示物理实体所处的位置区域，运是引入空间因素最基 本的要素； (3) 混成时空Petri网必须能够正确描述物理实体的移动过程，物理实体在混成时空 Petri网中W令牌的形式表示，则可W通过令牌的转移来描述物理实体的移动过程，同时 Petri网具备描述并发系统的能力，能够描述多个物理实体的并发移动过程； (4) 混成时空化tri网必须能够表示离散变量的变化； 通过分析W上四个问题，对于化tri网进行拓展，最后得到混成时空化tri网模型； 定义一个混成时空化tri网化ybird Spatia^L-Temporal Petri化t)为一个八元组： HSPN=(S，T，F，MO，xo，f，I，A) S用来表示有穷、非空库所集，表示为圆形节点； T用来表示有穷、非空变迁集，表示为方形节点； F用来表示库所与变迁之间的有向弧集合； M用来表示变迁过程中令牌在各个库所的分布情况，MO表示HSPN中的令牌初始分布状 况； X用来表示HSPN中连续变量，XO表示初始的连续状态矢量； f用来表示定义在库所集上的连续变量的向量场； I用来表示定义在变迁上的时间区间函数，[tl，t2]表示变迁即事件完成的时间要求； A用来表示定义在库所集上的空间位置信息，可W用区域信息或坐标信息表示。
【专利摘要】本发明提出一种基于混成时空Petri网模型上的CPS物理实体的形式化建模方法，首先分析了信息物理融合系统（CPS）的特性后提出了一种合理的体系结构图，然后针对CPS中事件消息的时空特性和物理实体的动态变化性设计出一个新的事件表达方式。并在Petri网的基础上引入时空因素和连续变量，构造了混成时空Petri网模型，使其不仅能够描述物理实体逻辑及时间层次的行为，而且能够描述物理实体位置变迁所引起的状态变化。将其应用于实时事件CPS模型设计，从而得到一种新的CPS物理实体建模方法。该方法解决了CPS对实时性以及时空一致性的要求，并且考虑到物理环境的动态性引入连续变量，几乎适用于所有环境。为CPS的发展提供了基础。
【IPC分类】G06F17/30
【公开号】CN105653577
【申请号】
【发明人】谭朋柳, 汪亚亚, 朱明 , 冒苏敏, 周乐
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月19日