在数字孪生时代，网络物理系统呈现出新的层次结构

《ACM Transactions on Internet Technology》：A New Layer Structure of Cyber-Physical Systems under the Era of Digital Twin

数字孪生技术驱动下的Cyber-Physical Systems（CPS）融合架构研究。提出基于分层架构的数据层解决方案，通过整合分布式计算、命名服务等实现多源数据柔性交互，支持智能电网、医疗等跨领域应用协同。该架构强化物理层与数据层耦合，提升CPS实时监控与动态响应能力。

　　

摘要

信息物理系统（CPS）是一种新型系统，旨在集成感知、通信和计算组件，这些组件与物理对象交互，使系统能够感知、监控、控制并响应其运行环境中的变化。随着物联网（IoT）、边缘计算/云计算和人工智能（AI）的发展，另一种新范式——数字孪生（DT）应运而生，成为实现CPS元宇宙的关键技术。数字孪生提供了物理世界的虚拟副本，支持对安全关键系统（如CPS）进行实时监控、控制和分析。尽管许多与CPS相关的问题可以通过数字孪生的概念来解决，但明确界定数字孪生的集成方式至关重要，以便最大限度地发挥其优势。本文提出了一种新的数据层结构，用于支持CPS的各种功能。这种数据层类似于现代操作系统和计算机网络的抽象设计范式，充当抽象层，提供了极大的灵活性和数据源的可互操作性，支持应用程序，并适应其他组件和环境。这也有助于智能世界系统的快速发展及其在不同应用领域（智能电网、智能交通、智能制造、智慧城市、智能医疗等）中的集成。为此，本文提出了一种新的数据层结构，以支持CPS应用程序和多个CPS的集成。我们提出了一种分层架构，将数字孪生技术作为独立层深度集成到现有的CPS系统中。文章讨论了几个关键问题：利用数据层支持各种CPS中的应用程序、将数据层与物理层相结合，以及使用分布式计算、命名服务等构建数据层。最后，本文基于所提出的新数据层架构，概述了未来的研究方向。