📌 题目说明:
2019年软考高级系统架构设计师下午题（三，选做）
信息物理系统(Cyber Physical Systems，CPS)技术已成为未来宇航装备发展的重点关键技术之一。某公司长期从事嵌入式系统的研制工作，随着公司业务范围不断扩展，公司决定进入宇航装备的研制领域。为了做好前期准备，公司决定让王工程师负责编制公司进军宇航装备领域的战略规划。王工经调研和分析，认为未来宇航装备将向着网络化、智能化和综合化的目标发展，CPS将会是宇航装备的核心技术，公司应构建基于CPS技术的新产品架构，实现超前的技术战略储备。请参考图3-1给出的功能图，依据你所掌握的CPS知识，说明以下所列的功能分别属于CPS结构中的哪层，哪项功能不属于CPS任何一层。
1.飞行传感器管理
2.步进电机控制
3.显控
4.发电机控制
5.环控
6.配电管理
7.转速传感器
8.传感器总线
9.飞行员
10.火警信号探测
问题答案与解析：（仅供参考）
信息物理系统(Cyber Physical Systems，CPS)技术属于下一代的智能系统，它是将计算、通信与控制等技术集于一体，实现智能化管理、控制和区域性监视等功能。目前CPS技术已被广泛应用于工业、医疗、环境、运输、交通和军事等领域。本题主要考查考生对CPS基本知识和技术的掌握程度。首先要求考生应在理解信息物理系统相关基本概念和主要架构的基础上，针对大型飞行器中实现信息与物理综合控制系统结构的说明，用CPS基本知识解释感知层、网络层和控制层的具体涵盖内容，从中分解出各个组件的具体含义。其次，CPS是一种区域性系统，未来宇航领域装备将呈现网络化、智能化和综合化等特征，形成集群式的协同能力，信息安全尤为重要，考生应根据自己掌握的CPS及信息安全的相关知识，在CPS架构下分析出可能存在的安全隐患，并举例说明，在仔细阅读题干给出的相关信息的基础上，正确回答问题。
问题1解析：
信息物理系统(Cyber Physical Systems，CPS)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。严格讲，信息物理系统(CPS)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。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间，以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。CPS是在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制能力的可控、可信和可扩展的网络化物理设备系统，它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上，如设备互连、物联传感、智能家居、机器人和智能导航等。
通常，CPS架构分为感知层、网络层和控制层。感知层:主要由传感器、控制器和采集器等设备组成。感知层中的传感器作为信息物理系统中的末端设备，主要采集的是环境中的具体信息数据，并定时地发送给服务器，服务器接收数据后进行相应的处理，再返回给物理末端设备，物理末端设备接收到数据后要进行相应的变换。网络层:主要是连接信息世界和物理世界的桥梁，主要实现的是数据传输，为系统提供实时的网络服务，保证网络分组传输的实时可靠。控制层:主要是根据感知层的认知结果，根据物理设备传回来的数据进行相应的分析，将相应的结果返回给客户端，以可视化的界面呈现给客户。
问题2解析：
图3-1给出的飞行器系统功能组成图是一个大型分布式CPS系统，其传感器、控制器和采集器分布在飞机各个部位，相互间采用高速总线互连，实现子系统间的数据交换，而飞行员或地面指挥系统根据飞行数据的汇总决策飞行任务的执行。考生可详细分析图3-1给出的层次关系和每个方框中的内容，根据你理解的情况，完成问题2的解答从图3-1可以看出，底层是飞行器系统的传感器部分，主要采集和控制飞机飞行中的各类数据，比如飞机姿态数据、流量数据、发动机数据、大气数据等，本层内容应该为CPS的感知层，因此问题2中给出的传感器名称中，步进电机控制、发电机控制、转速传感器和火警信号探测属于感知层;而从图3-1可以看出，系统总共有两条总线，即传感器总线和飞行器总线，根据CPS层次结构的定义，传感器总线应属于网络层:图3-1中间层是对传感器层采集的感知数据进行分类处理，它包含了多种功能性管理工作，比如飞行传感器管理、显控、环控、配电管理等都属于控制层内容。
这里要特别强调的是选项9飞行员，飞行员是控制飞机飞行并完成指定任务的操作者，不属于CPS任何一层，是CPS的人机交互接口。
问题3解析：
信息物理系统中的信息安全是保证该系统可靠运行、不受非法入侵的关键预防技术之一，尤其是宇航系统安全性更值得关注。要研制一个安全可靠的信息物理系统，就必须分析出该系统可能存在的被入侵源，本问题主要考查考生对信息安全技术的基础知识掌握的程度。考生可结合CPS架构的特点，分析完成本问题。
从结构看:CPS感知层主要存在感知数据破坏、信息窃听、节点捕获、被旁路等安全威胁；网络层主要存在拒绝服务攻击、选择性转发、方向误导等被攻击的安全威胁;控制层主要存在用户隐私泄露、恶意代码、非授权访问等安全威胁。
问题1答案：
信息物理系统(Cyber Physical Systems，CPS)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。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间，以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。
感知层：主要由传感器、控制器和采集器等设备组成，它属于信息物理系统中的末端设备。
网络层：主要是连接信息世界和物理世界的桥梁，实现的是数据传输，为系统提供实时的网络服务，保证网络分组传输的实时可靠。
控制层：主要是根据认知结果及物理设备传回来的数据进行相应的分析，将相应的结果返回给客户端。
问题2答案：
感知层：2、4、7、10
网络层：8
控制层：1、3、5、6
不属于CPS结构中的功能：9
问题3答案：
(1)感知层安全威胁：感知数据破坏、信息窃听、节点捕获。
(2)网络层安全威胁：拒绝服务攻击、选择性转发、方向误导攻击。
(3)控制层安全威胁：用户隐私泄露、恶意代码、非授权访问。
