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CPS计划:物联网的他山之石

木马童年 2019-7-3 08:40 39 0

  可能还没有哪种技术能像物联网这样,在萌芽时期就被不断地爆炒,各种研究机构和企业唯恐与之扯不上关系――物联网影响之广由此可以得到证明。但物联网的发展,特别是在萌芽期,迫切需要一个有序而和谐的生态环境,以 ...

  可能还没有哪种技术能像物联网这样,在萌芽时期就被不断地爆炒,各种研究机构和企业唯恐与之扯不上关系――物联网影响之广由此可以得到证明。但物联网的发展,特别是在萌芽期,迫切需要一个有序而和谐的生态环境,以便在健康发展的同时,避免社会资源的不必要浪费。 中国论文网 https://www.xzbu.com/8/view-8651535.htm  2009年5月,来自加州伯克利分校、卡内基梅隆大学等高校和波音、博世、丰田等企业界的研究人员参加了由美国计算机领域研究人员的社团组织――计算社区联盟资助的以“CPS研究中的产业-学术界新型伙伴关系”为主题的研讨会,会议最终发布了《产业与学术界在CPS研究中的协作》白皮书。

在美国总统科学技术顾问委员会2007年提交给总统的报告中,信息物理系统(CPS)位居美国信息技术领域8大重要领域之首,其余7项依次为:软件、数据、数据存储与数据流、网络、高性能计算、网络安全与信息保障、人机互操作以及网络信息技术与社会科学。

CPS将计算空间与物理世界紧密地结合在一起,除了物联网所具有的感知功能外,还具有控制功能,因而涵盖了物联网。因此,上述白皮书中对CPS研究的建议,对于物联网的发展应该具有很大的借鉴意义。

产业障碍与研究壁垒

作为一种市场颠覆性的技术,CPS将毫无疑问地打破现有的产业格局,并催生出新兴的产业。显然,单凭现有产业去实现自发的升级是不够的。同样,那种靠兴趣驱动的传统研究模式也无法满足CPS研究需要,只有产业界与学术界步调一致,才能使CPS的研究跨越产业界和学术界所面临的障碍,共同推进CPS的发展。

产业界面临的障碍主要是指用传统的思维看待CPS对产业的重构,绝大多数人看不清根本问题,只知道自己的竞争力下降。“只有成熟的技术才能用到生产中”这对CPS并不适用,很多案例证明,采用成熟的技术基础设施建立新一代CPS往往会遭遇失败,因为传统的开发工具和方法并不能适应CPS遇到的挑战。同时,有些机构并不认为CPS将会成为现有产业和信息技术产业的核心业务。此外,很多企业期望通过对早期标准的垄断来降低运营风险,这在阻碍CPS发展的同时也将带来时间和资源上的巨大浪费等。

来自学术界的障碍主要表现在具有横向跨学科特征的CPS难以融入垂直划分的传统的学术研究领地。同时,现有的教育体制在教材、实验设施和工具等方面无法支持CPS。此外,业内缺少一套合适的准则来指导和规范CPS的学术研究,部分学术研究在已经建立了最佳实践的行业内被边缘化。还有,相关机构对大学研究成果缺少新的验收标准,从而影响了CPS产品的开发,高校也不愿投入时间和资源来研究和弄懂工业界所遇到的实际问题。

除此之外,在学术界和工业界互动方面存在的障碍有:联邦政府不同部门分别资助学术界和工业界的做法,导致对CPS在研究和应用的资助上缺乏统一的机制;研究基金并未充分鼓励工业界和学术界真正有意义的合作;基础研究的研究压力与工业界面临的最终结果和期限的挑战是完全不同的;工业与学术生涯的相互转化十分有限,缺乏一种机制让研究人员到工业界实际工作一段时间,让工程技术人员有一段时间全职在学术领域开展研究;学术界和产业界对知识产权的态度截然不同。

国家CPS计划倡议

工业界的实践表明,计算机与物理系统的集成已经超出了人们现有的知识范畴,因此,只有工业界和学术界联合起来,才能克服上述障碍。有鉴于此,与会者倡议设立国家CPS研究计划(National CPS Research Iniative),使得政府和工业界得以联合支持有关CPS技术项目的长期研究。

倡议者建议联邦政府每年资助的额度为3.75亿美元,相当于美国网络与信息技术研发计划(NITRD)经费的10%,这将带动工业界每年超过5亿美元的投入。作为这一投资的直接结果,将会产生一个令今天无法想象的崭新行业,将会产生数十万高端职位,将会建立并扩展美国在网络经济中的全球技术领导地位,将会通过技术手段来减轻医疗系统来自人口老龄化的压力,也将会改善民用基础设施的安全性,减少长期运行的费用并使之尽快地过渡到清洁能源基础设施。

倡议者还建议以科技整合、治理和运营等三个方面为重点,建立工业界和学术界的协同。

在科学与技术整合方面美国已经有很多非常成功的案例,比如说国家科学基金会(NFS)的NSF整合计划项目、工程研究中心以及美国陆军研究实验室协同技术联盟等。同样,CPS协作框架也将采用矩阵型的开放创新模式,来鼓励工业界和大学的研究法人员并肩研究,从而促进跨学科和跨工业领域的整合。

国家CPS计划涉及到政府、工业界和学术界三方的利益,因此需要一个整体管理架构来确保这三者在愿景的达成和研究项目战略管理等方面发挥各自的作用。倡议者建议通过分布式项目的执行、年度国家CPS论坛和国家工业界与学术界指导小组等方式在三者之间建立信息交换机制。

CPS计划中的研究与管理活动需要得到运营的支撑。倡议者建议运营活动应着重考虑到如下因素:联合技术会议、研究人员的流动与交换、工具与平台、实验设施和测试平台分享以及基于内联网的信息基础设施。

四点建议确保实施

国家CPS研究计划是工业团体和学术团体在广泛交换意见的基础上提出的。为了确保该研究计划实施,倡议者提出了四项建议:

1. 以公私合作伙伴模式设立国家CPS研究计划

由于CPS与注重短期项目开发的工业界直接相关,因此工业界希望介入有关CPS的前沿基础研究中。工业界将会在相关科学基金项目的方向制定和执行上参与进来。工业界过去对CPS研究的投资都是有意义的,政府应该为其提供机遇来鼓励这种投资,并且通过政府的投资参与使之获得持续的增加。只有获得工业界长期的支持与参与,CPS才能获得重大成功。

2.围绕工业界定义的技术整合项目来构建国家CPS研究计划

多个学科的创新集成将会催生一个全新的CPS学科,作为新学科的孵化器,技术整合项目将会以研究中心的方式促进工业界和学术界的并肩研究。这些合作研究项目都将是公开招标的,而且会得到开放的实验测试平台支持。这些由政府与工业界资助的独立研究中心的合作研究期通常在5年以上。

3.建立由工业界和学术界自我管理的年度CPS研究论坛

国家CPS研究计划的利益相关者可以通过论坛获得有关技术整合、技术突破以及国内外趋势等方面的信息。

4.建设国家CPS研究基础设施

这样可以帮助工业界和学术界研究部门之间开展研究成果的交流。

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