基于AADL的基于云的网络物理系统建模

本文重点介绍了如何基于AADL（架构分析与设计语言）来对云基础的网络物理系统（Cyber-Physical Systems，简称CPS）进行建模。网络物理系统是一类计算与物理世界高度结合的系统，其特点是将计算能力与物理世界紧密集成，其中物理世界在系统中扮演着核心角色。典型的CPS应用包括交通网络、机器人、工业自动化系统和无线传感器网络等。 随着技术的发展，CPS被集成到更大规模的系统之中，其尺寸的限制影响了它们的计算和存储能力。然而，物联网（Internet of Things，简称IoT）技术的出现为CPS通过云资源获取额外能力提供了新机遇。云计算是一种使用户能够快速连接和与可配置的计算资源（包括网络、服务器、存储和应用程序）开放池交互的技术模型。 在建模领域，现有的多种建模语言被用于描述CPS或其方面，这些语言为CPS的发展做出了贡献。但大多数建模技术集中在软件方面，它们无法准确表达整个基于云的网络物理系统，这些系统需要适当的观点和工具在其设计中。例如，目前广泛使用的建模语言UML（统一建模语言），使用其标准形式不能满足上述设计要求。 本文提出了一种方法，该方法通过AADL设计基于云的网络物理系统，通过它可以分析、建模并在云平台上应用这些要求，以确保服务质量（Quality of Service，简称QoS）。AADL是一种用于设计实时嵌入式系统的架构语言，它支持早期分析和验证。这种语言特别适用于描述和分析系统的关键属性，如性能、可扩展性和安全性。 在这项研究中，作者首先介绍了CPS的基础知识，强调了CPS与物理世界结合的特点，并探讨了CPS在更大的系统中集成时遇到的计算和存储能力的限制。随后，作者探讨了物联网技术给CPS带来的新机会，特别是通过云计算模型，CPS可以更快速地连接和与可配置的计算资源交互，从而获得增强的能力。 接着，研究者指出当前建模技术的局限性，即它们大部分只关注软件方面，对于需要从系统角度或面向对象的方法来进行设计的基于云的网络物理系统建模不够充分。这使得即使是目前广泛使用的UML语言，在标准形式下也不足以满足上述设计需求。因此，作者提出使用AADL来设计基于云的网络物理系统，并详细说明了如何通过AADL实现这一目标。 文章详细讨论了AADL在云基础网络物理系统建模中的应用，包括如何使用AADL来分析系统的需求，构建系统架构，以及如何将这些需求应用到云平台上。通过AADL的使用，研究者能够以一种相对可扩展的方式确保云平台上的服务质量。AADL的优势在于它提供了丰富的组件类型和属性，允许设计者详细定义系统的硬件和软件组件，以及它们之间的交互方式。 本文提出的方法为如何有效地使用AADL进行基于云的网络物理系统建模提供了新的视角和工具。这种方法不仅有助于更准确地表达系统的各个方面，而且能够确保所设计系统在云平台上的性能和可靠性。通过这一方法的应用，可以期待在未来进一步提升云基础网络物理系统的灵活性、可靠性和安全性。