[发明专利]一种可多层次扩展的信息物理系统

权利要求书

1.一种可多层次扩展的信息物理系统，其特征在于：所述可多层次扩展的信息物理系统，包括CPS主节点、CPS从节点、传感/执行器、网络协议转换器和UM-BUS总线；所述UM-BUS总线作为内部通信总线，用于连接CPS主节点、CPS从节点和网络协议转换器，提供数据访问通道；所述CPS主节点是信息物理系统中具有计算能力的节点，是UM-BUS总线上的主控设备，能够主动发起对UM-BUS总线上其它节点设备的访问；所述网络协议转换器包括UM-BUS总线控制器和以太网控制器，实现以太网访问和UM-BUS总线访问的双向转换，信息物理系统的CPS主节点通过UM-BUS总线访问网络协议转换器中的以太网控制器，与其它设备进行以太网通信；同时，外部设备也可以通过所述网络协议转换器，使用以太网报文实现对UM-BUS总线上连接的CPS主节点和CPS从节点的访问；所述CPS从节点可以作为UM-BUS总线的从设备，具有0-4个功能分区，每个功能分区都可以存储与传感/执行器相关的功能方法及属性信息，并实现对传感/执行器的连接与访问；所述传感/执行器泛指信息物理系统的数据感知部件及驱动执行部件，通过CPS从节点连接到信息物理系统；所述信息物理系统采用如下方法进行系统与部件的扩展：

(1)所述信息物理系统通过其中的网络协议转换器连接到外部的以太网上，实现系统级的扩展；所述信息物理系统可以通过以太网与其它信息物理系统进行信息交换；其它信息物理系统可以通过以太网，经网络协议转换器进行协议转换后，对所述信息物理系统内部UM-BUS总线上连接的CPS主节点和CPS从节点进行访问；

(2)所述信息物理系统通过在UM-BUS总线上连接更多的CPS主节点或CPS从节点，实现系统内部的功能动态扩展；当一个CPS主节点或CPS从节点连接到UM-BUS总线上之后，信息物理系统中已有的CPS主节点会通过UM-BUS总线对该新接入的节点的功能方法及属性进行动态加载，之后使用加载的功能方法对该新接入节点及其所连接的传感/执行器进行管理，并能够对该新接入节点及其所连接的传感/执行器的数据进行读写访问；当新接入的节点为CPS主节点时，它也会通过UM-BUS总线对信息物理系统中已有的节点的功能方法及属性进行动态加载，之后使用加载的功能方法对那些已有的节点进行管理，并能够对那些已有节点及其所连接的传感/执行器的数据进行读写访问；

(3)所述信息物理系统通过在CPS从节点上连接更多的传感/执行器，进行数据采集与控制功能的扩展；一个CPS从节点中可以有0-4个功能分区，每个功能分区均可以接入多种不同的传感/执行器，并为这些传感/执行器设置相应的功能与数据处理方法，可以对要接入的传感/执行器进行分类分组，接入CPS从节点不同的功能分区，利用CPS从节点的功能分区与动态加载特性，支持对大量异构传感/执行器的汇聚接入。

2.根据权利要求1所述的可多层次扩展的信息物理系统，其特征在于：所述信息物理系统中的CPS主节点可以具有CPS从节点的所有功能，所有的CPS主节点都可以采用和CPS从节点相同的方法进行传感/执行器的扩展。

3.根据权利要求2所述的可多层次扩展的信息物理系统，其特征在于：所述信息物理系统中的CPS主节点可以有1-7个，CPS从节点可以有1-28个，CPS主节点与CPS从节点的数量之和最多为29。

4.根据权利要求3所述的可多层次扩展的信息物理系统，其特征在于：所述信息物理系统也可以通过以太网对其它信息物理系统内部UM-BUS总线上连接的CPS主节点和CPS从节点进行访问。

5.根据权利要求4所述的可多层次扩展的信息物理系统，其特征在于：任何一个设备需要通过以太网访问信息物理系统内部UM-BUS总线上连接的CPS主节点或CPS从节点时，它首先向信息物理系统发送UM-BUS总线访问请求的以太网特定报文；之后，所述网络协议转换器从以太网上接收该以太网特定报文，根据请求，向UM-BUS总线产生访问请求；待UM-BUS总线上的节点对该访问请求产生应答后，所述网络协议转换器根据UM-BUS总线的应答，构造UM-BUS总线访问应答报文，通过以太网发送给请求访问的设备。