一种信息物理融合系统服务形式化构造方法及装置与流程

本发明属于信息领域，更具体的涉及一种信息物理融合系统服务形式化构造方法及装置。

背景技术：

CPS(英文为：Cyber-Physical-System，中文简称:信息物理融合系统)作为计算进程和物理进程的统一体，是集计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。CPS是深度融合计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统。其能通过计算、物理的相互影响、反馈，实现对物理实体的安全可靠及高效、协同、实时的感知、监测与控制，最终实现信息和物理两个世界的完全融合。构建一个可信、可控、安全、高效的信息物理融合网络，从根本上改变人类构建物理系统的模式。

在CPS系统中，将具有计算、通信、控制等单一功能或融合功能的信息物理融合单元封装抽象为服务，称为CPS-Service。在CPS中，信息世界与物理世界深度融合，CPS-Service都是基于物理设备，他们的物理属性与功能属性相互交融影响。这就要求在CPS-Service的描述与构造过程中必须考虑到其存在的多维约束。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种信息物理融合系统服务形式化构造方法及装置，在CPS-Service构造时不但考虑到CPS-Service的多维约束，而且避免了物理设备的引入对CPS-Service的构造带来的影响的问题。

本发明实施例提供一种信息物理融合系统服务形式化构造方法，包括：

将具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体确定为CPS-Service；

根据信息物理融合系统CPS系统实际需要，制定所述CPS-Service的各项属性，其中，所述各项属性包括物理属性，环境属性和服务属性；

根据所述物理属性，所述环境属性和所述服务属性，建立具有统一格式的第一CPS-Service；所述统一格式采用XML文件格式，包括以下一组或者多组组合：

所述第一CPS-Service中物理属性相关的共性信息，在<property></property>标签中采用<name value＝""/>或<name range＝""/>的形式进行分别表示；

所述第一CPS-Service中物理属性相关的个性信息，采用<info name＝""value＝""/>或<info name＝""range＝""/>的形式进行自定义表示；

所述第一CPS-Service中环境属性相关的信息，在<context></context>标签中采用<name value＝""/>或<name range＝""/>的形式进行表示；

所述第一CPS-Service中服务属性相关的信息，采用<serve name＝""description＝""infoName1＝""infoName2＝""…params＝"param1 param2…"/>的形式进行自定义表示；

其中，双引号中间为其值或值域。

优选地，所述统一格式采用XML文件格式，还包括以下一组或者多组组合：

所述第一CPS-Service包括的基本信息，采用元素标签表示；

所述第一CPS-Service中前提或约束相关的信息，采用<constraint name＝""value＝""/>或<constraint name＝""range＝""/>的形式进行自定义表示。

优选地，所述物理属性是根据所述CPS-Service物理实体中有会影响所述CPS-Service操作、选择以及调用的特性信息；所述物理属性包括所述第一CPS-Service的共性信息和个性信息；

所述环境属性是根据物理实体所处的环境，针对所述CPS-Service中对服务选择、组合以及运行有影响的特性；

所述服务属性根据所要描述的所述CPS-Service所能提供的融合服务功能确定的。

本发明实施例还一种信息物理融合系统服务形式化构造装置，包括：

确定单元，用于将具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体确定为CPS-Service；

制定单元，用于根据信息物理融合系统CPS系统实际需要，制定所述CPS-Service的各项属性，其中，所述各项属性包括物理属性，环境属性和服务属性；

建立单元，用于根据所述物理属性，所述环境属性和所述服务属性，建立具有统一格式的第一CPS-Service；所述统一格式采用XML文件格式，包括以下一组或者多组组合：

所述第一CPS-Service中物理属性相关的共性信息，在<property></property>标签中采用<name value＝""/>或<name range＝""/>的形式进行分别表示；

所述第一CPS-Service中物理属性相关的个性信息，采用<info name＝""value＝""/>或<info name＝""range＝""/>的形式进行自定义表示；

所述第一CPS-Service中环境属性相关的信息，在<context></context>标签中采用<name value＝""/>或<name range＝""/>的形式进行表示；

所述第一CPS-Service中服务属性相关的信息，采用<serve name＝""description＝""infoName1＝""infoName2＝""…params＝"param1 param2…"/>的形式进行自定义表示；

其中，双引号中间为其值或值域。

优选地，所述统一格式采用XML文件格式，还包括以下一组或者多组组合：

所述第一CPS-Service包括的基本信息，采用元素标签表示；

所述第一CPS-Service中前提或约束相关的信息，采用<constraint name＝""value＝""/>或<constraint name＝""range＝""/>的形式进行自定义表示。

优选地，

所述物理属性是根据所述CPS-Service物理实体中有会影响所述CPS-Service操作、选择以及调用的特性信息；所述物理属性包括所述第PS-Service的共性信息和个性信息；

所述环境属性是根据物理实体所处的环境，针对所述CPS-Service中对服务选择、组合以及运行有影响的特性；

所述服务属性根据所要描述的所述CPS-Service所能提供的融合服务功能确定的。

本发明实施例中，提供了一种信息物理融合系统服务形式化构造方法及装置，包括：将具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体确定为CPS-Service；根据信息物理融合系统CPS系统实际需要，制定所述CPS-Service的各项属性，其中，所述各项属性包括物理属性，环境属性和服务属性；根据所述物理属性，所述环境属性和所述服务属性，建立具有统一格式的第一CPS-Service；所述统一格式采用XML文件格式，包括以下一组或者多组组合：所述第一CPS-Service中物理属性相关的共性信息，在<property></property>标签中采用<name value＝""/>或<name range＝""/>的形式进行分别表示；所述第一CPS-Service中物理属性相关的个性信息，采用<info name＝"″value＝"″/>或<info name＝"″range＝"″/>的形式进行自定义表示；所述第一CPS-Service中环境属性相关的信息，在<context></context>标签中采用<name value＝"″/>或<name range＝"″/>的形式进行表示；所述第一CPS-Service中服务属性相关的信息，采用<serve name＝"″description＝"″infoName1＝"″infoName2＝"″…params＝"param1 param2…"/>的形式进行自定义表示。上述方法中，将具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体确定为CPS-Service，该方法可以简单有效的对CPS-Service进行描述与构造，与传统服务描述方法相比，该方法更为简单直接，描述的更为全面，且在描述和构造时，充分考虑到了CPS中由于物理设备的存在而带来的属性信息的增加，涵盖了CPS-Service的各方面信息。并且形成的描述文件简单明了，易于读取，自由度高，可以进行自定义扩展，充分适用于各个领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种信息物理融合系统服务形式化构造方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种信息物理融合系统服务形式化构造装置结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种信息物理融合系统服务形式化构造方法流程图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤101，将具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体确定为CPS-Service；

步骤102，根据信息物理融合系统CPS系统实际需要，制定所述CPS-Service的各项属性，其中，所述各项属性包括物理属性，环境属性和服务属性；

步骤103，根据所述物理属性，所述环境属性和所述服务属性，建立具有统一格式的第一CPS-Service；所述统一格式采用XML文件格式，包括以下一组或者多组组合：

所述第一CPS-Service中物理属性相关的共性信息，在<property></property>标签中采用<name value＝"″/>或<name range＝"″/>的形式进行分别表示；

所述第一CPS-Service中物理属性相关的个性信息，采用<info name＝"″value＝"″/>或<info name＝"″range＝"″/>的形式进行自定义表示；

所述第一CPS-Service中环境属性相关的信息，在<context></context>标签中采用<name value＝"″/>或<name range＝"″/>的形式进行表示；

所述第一CPS-Service中服务属性相关的信息，采用<serve name＝""description＝""infoName1＝""infoName2＝"″…params＝"param1 param2…"/>的形式进行自定义表示；

其中，双引号中间为其值或值域。

在步骤101中，在将具有具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体确定为CPS-Service之前，需要先要确定待描述对象，即在确定了待描述对象之后，在CPS系统中，将将具有具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体视为一个整体，抽象为CPS-Service。

在步骤102中，根据CPS系统实际需求，制定步骤101确定的待要描述的CPS-Service的各项属性。

在本发明实施例中，CPS-Service的各项属性主要包括物理属性，环境属性和服务属性。

具体地，物理属性是根据CPS-Service物理实体中有可能会影响其操作、选择以及调用的特性信息确定的。物理属性主要包括CPS-Service的一些共性信息，比如物理实体名称、运行状态、大小、重量、所属的类别；物理属性还应包括不同CPS-Service可能存在的个性信息等其他相关物理参数，比如形状、功耗、续航等。

环境属性是根据物理实体所处的环境，针对CPS-Service中对服务选择、组合以及运行有影响的特性确定的。比如，温湿度、位置信息等。

服务属性是根据所要描述的CPS-Service所能提供的融合服务功能确定的。服务属性应包括服务的介绍、分类、参数，尤其是输入、输出、前提、效果等。

需要说明的是，由于CPS-Service具有信息物理融合的特性，第一CPS-Service的服务属性应当不仅包括传统网络服务的参数信息，还要包括与其功能相关的物理信息。比如在CPS-Service前提参数中就要包括服务运行所需要的原料、能源以及环境保证等。

在步骤103中，所述物理属性，所述环境属性和所述服务属性，建立具有统一格式的第一CPS-Service，在本发明实施例中，第一CPS-Service的统一格式采用XML文件格式，主要包括以下一组或者多组组合：

1)、第一CPS-Service中物理属性相关的共性信息，在<property></property>标签中采用<name value＝""/>或<name range＝""/>的形式进行分别表示。

2)、第一CPS-Service中物理属性相关的个性信息，采用<info name＝""value＝""/>或<info name＝""range＝""/>的形式进行自定义表示。

3)、第一CPS-Service中环境属性相关的信息，在<context></context>标签中采用<name value＝"″/>或<name range＝"″/>的形式进行表示。

4)、第一CPS-Service中服务属性相关的信息，采用<serve name＝"″description＝"″infoName1＝"″infoName2＝"″…params＝"param1 param2…"/>的形式进行自定义表示。

5)、第一CPS-Service包括的基本信息，采用元素标签表示；比如，<name></name>、<id></id>、<class></class>、<state></state>等。

6)、第一CPS-Service中前提或约束相关的信息，采用<constraint name＝"″value＝"″/>或<constraint name＝"″range＝"″/>的形式进行自定义表示。

需要说明的是，上述第一CPS-Service的统一格式中，name表示属性名称，name后面为服务的名称，双引号中间为其值或值域，value后为其值，range后为其值域，description后面为其功能描述，infoName为其自定义的属性名称，后面为其值或值域，params后面为服务的参数。

为了更清楚的介绍本发明实施例所提供的一种信息物理融合系统服务形式化构造方法，以下以一个安装了机械爪的UR5机器人为例，来进一步地说明本发明实施例所提供的一种信息物理融合系统服务形式化构造方法。

对于一个安装了机械爪的UR5机器人，通过发明实施例提供的方法将其构造为CPS-Service的过程主要包括如下：

首先，确定要描述的对象。在本发明实施例中，要描述的对象为安装了机械爪从而具有抓取服务功能的UR5机器人。我们将此机器人抽象为CPS-Service，命名为ur5_1。

其次，定义所要描述的CPS-Service的各项属性。

需要说明的是，UR5机器人的各项属性如表1所示：

表1、UR5机器人的各项属性

根据表1所示，可以定义ur5_1的各项属性如下：

1)、ur5_1的物理属性：

name：表示此CPS-Service名称；

id：每个CPS-Service独有的标识；

class：表示其所属类别；

state：表示其运行状态；

weight：表示其重量；

power_consumption：表示其功耗；

runtime：表示其已运行时间；

degrees_of_freedom：表示其关节自由度；

joint_ranges：表示其关节转动范围；

joint_speed：表示其关节转动速度；

tool_speed：表示其机械爪移动速度；

collaboration：表示其支持的合作协议；

2)ur5_1的环境属性：

location：表示其所处位置；

current_temp：表示其所处环境当前温度；

humidity：表示其所处环境当前湿度；

3)、ur5_1的服务属性：

约束信息：

payload：表示其最大载荷；

reach：表示其最大工作半径；

IP_classification：表示其防水等级；

temperature：表示其工作温度范围；

max_worktime：表示其最大连续工作时间；

4)、ur5_1的服务信息：

name：表示其提供的功能名称，在此实例中为抓取功能；

description：语言具体描述其功能；

size_range：表示其能抓取物体的尺寸范围；

payload：表示其最大抓取重量；

params：start_point end_point，表示其服务所需参数，分别为起始位置和目标位置。

最后，根据ur5_1的物理属性，环境属性和服务属性，将ur5_1的构造如下：

综上所述，本发明实施例提供了一种信息物理融合系统服务形式化构造方法，可以简单有效的对CPS-Service进行描述与构造，与传统服务描述方法相比，该方法更为简单直接，描述的更为全面，且在描述和构造时，充分考虑到了CPS中由于物理设备的存在而带来的属性信息的增加，涵盖了CPS-Service的各方面信息。并且形成的描述文件简单明了，易于读取，自由度高，可以进行自定义扩展，充分适用于各个领域。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种信息物理融合系统服务形式化构造装置，由于该装置解决技术问题的原理与一种信息物理融合系统服务形式化构造方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图2提供了一种信息物理融合系统服务形式化构造装置，如图2所示，该装置包括：确定单元21，制定单元22和建立单元23。

确定单元21，用于将具有计算、通信和控制功能或者具有融合功能的实体确定为CPS-Service；

制定单元22，用于根据信息物理融合系统CPS系统实际需要，制定所述CPS-Service的各项属性，其中，所述各项属性包括物理属性，环境属性和服务属性；

建立单元23，用于根据所述物理属性，所述环境属性和所述服务属性，建立具有统一格式的第一CPS-Service；所述统一格式采用XML文件格式，包括以下一组或者多组组合：

所述第一CPS-Service中物理属性相关的共性信息，在<property></property>标签中采用<name value＝"″/>或<name range＝"″/>的形式进行分别表示；

所述第一CPS-Service中物理属性相关的个性信息，采用<info name＝"″value＝"″/>或<info name＝"″range＝"″/>的形式进行自定义表示；

所述第一CPS-Service中环境属性相关的信息，在<context></context>标签中采用<name value＝"″/>或<name range＝"″/>的形式进行表示；

所述第一CPS-Service中服务属性相关的信息，采用<serve name＝"″description＝""infoName1＝""infoName2＝""…params＝"param1 param2…"/>的形式进行自定义表示；

其中，双引号中间为其值或值域。

优选地，所述统一格式采用XML文件格式，还包括以下一组或者多组组合：

所述第一CPS-Service包括的基本信息，采用元素标签表示；

所述第一CPS-Service中前提或约束相关的信息，采用<constraint name＝""value＝""/>或<constraint name＝""range＝""/>的形式进行自定义表示。

优选地，所述物理属性是根据所述CPS-Service物理实体中有会影响所述CPS-Service操作、选择以及调用的特性信息；所述物理属性包括所述第PS-Service的共性信息和个性信息；

所述环境属性是根据物理实体所处的环境，针对所述CPS-Service中对服务选择、组合以及运行有影响的特性；

所述服务属性根据所要描述的所述CPS-Service所能提供的融合服务功能确定的。

应当理解，以上一种信息物理融合系统服务形式化构造装置包括的单元仅为根据该设备装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的一种信息物理融合系统服务形式化构造装置所实现的功能与上述实施例提供的一种信息物理融合系统服务形式化构造方法一一对应，对于该装置所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。