KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.11
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pp.1891-1908
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2011
Cyber-physical systems (CPSs) are an emerging discipline that involves engineered computing and communicating systems interfacing the physical world. The widespread applications of CPSs still face enormous challenges because of the lack of theoretical foundations. In this technical survey, we review state-of-the-art design techniques from various angles. The aim of this work is to provide a better understanding of this emerging multidisciplinary methodology. The features of CPSs are described, and the research progress is analyzed using the following aspects: energy management, network security, data transmission and management, model-based design, control technique, and system resource allocation. We focus on CPS resource optimization, and propose a system performance optimization model with resource constraints. In addition, some classic applications (e.g., integrating intelligent road with unmanned vehicle) are provided to show that the prospects of CPSs are promising. Furthermore, research challenges and suggestions for future work are outlined in brief.
With the spread of Personal Computers(PC) in the 1980's, many people started to deal businesses with PC. From late 1990's, the Internet age with PC have started and many people have showed keen interest in cyber-space and now they are utilizing it. Since 2000's the use of cyber-space have skyrocketed and it caused significant changes to humans' life. There was a huge prosperity to us but the new kind of crime, cyber-crime, was raised. Unlike past physical type of crimes, those cyber-crimes take place in the cyber-space and they have special features of non-facing, anonymity, specialty, technologic, repetition, continuation. Those cyber-crimes are continually growing since 2003 and in 2010 it almost doubled compared to 2003. General cyber-crimes like phishing-scam pornography circulation was most of them and notably perpetrators of them are younger generation. Recently cyber-crimes are showing the trend of advancing more and more and cyber-bullying, fraud like phishing scam are on the rise. The police are responding by making 'Cyber Terror Response Center', but it does not work effectively with the problems of breakup of prevention and investigation unit, procedure of investigation and the system itself. So, I suggest practical use of private security to remedy our police's weakness and to prevent cyber-crimes. Preventing solutions of cyber-crime with private security are physical defense of large-scale servers and vital computers, building of Back-up system to prevent vital data loss, and building of cyber-crime preventing system combining software and hardware.
In the present study, adaptability of cyber-physical system (CPS) for risk management of $CO_2$ storage site is examined and the subagging regression (SBR) method is proposed as a key component of the cyber-twin to estimate the risk due to potential $CO_2$ leakage. For these purposes, $CO_2$ concentration data monitored from a controlled $CO_2$ release field experiment is employed to validate the potentialities of the SBR method. From the validation study, it is found that the SBR method has robust estimation capability by showing minimal influence from anomalous measurements, and makes stable and sound predictions for the forthcoming $CO_2$ concentration trend. In addition, the method is found to be well suited as a tool of operational risk assessment based on real-time monitoring data due to the computational efficiency. The overall results suggest that the SBR method has potential to be an important component comprising the cyber twin of CPS for risk management of $CO_2$ storage site.
The remote monitoring and warning system for dangerous chemicals is designed with the concept of the Cyber-Physical System (CPS) in this paper. The real-time perception, dynamic control, and information service of major hazards chemicals are realized in this CPS system. The CPS system architecture, the physical layer and the applacation layer, are designed in this paper. The terminal node is mainly composed of the field collectors which complete the data acquisition of sensors and video in the physical layers, and the use of application layer makes CPS system safer and more reliable to monitor the hazardous chemicals. The cloud application layer completes the risk identification and the prediction of the major hazard sources. The early intelligent warning of the major dangerous chemicals is realized and the security risk images are given in the cloud application layer. With the CPS technology, the remote network of hazardous chemicals has been completed, and a major hazard monitoring and accident warning online system is formed. Through the experiment of the terminal node, it can be proved that the terminal node can complete the mass data collection and classify. With this experiment it can be obtained the CPS system is safe and effective. In order to verify feasible, the multi-risk warning based on CPS is simulated, and results show that the system solves the problem of hazardous chemicals enterprises safety management.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.7
no.5
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pp.267-275
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2012
In this paper, we present the model-based autonomic computing framework for a cyber-physical system which provides a self-management and a self-adaptation characteristics. A development process using this framework consists of two phases: a design phase in which a developer models faults, normal status constrains, and goals of the CPS, and an operational phase in which an autonomic computing engine operates monitor-analysis-plan-execute(MAPE) cycle for managed resources of the CPS. We design a hierachical architecture for autonomic computing engines and adopt the Model Reference Adaptive Control(MRAC) as a basic feedback loop model to separate goals and resource management. According to the GroundVehicle example, we demonstrate the effectiveness of the framework.
Kim, Min-Jo;Kang, Sungjoo;Chun, In-Geol;Kim, Won-Tae
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.9
no.4
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pp.211-217
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2014
Cyber-Physical Systems(CPS) that mostly provides safety-critical and mission-critical services requires high reliability, so that system testing is an essential and important process. Hardware-In-the-Loop Simulation(HILS) is one of the extensively used techniques for testing hardware systems. However, most conventional HILS has problems that it is difficult to support a distributed operating environment and to reuse a HILS platform. In this paper, we introduce EcoHILS(ETRI CPS Open Human-Interactive hardware-in-the-Loop Simulator) in order to test CPS effectively. Moreover, feasibility tests and performance tests of EcoHILS are performed to confirm its effectiveness.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.8
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pp.4270-4284
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2019
This study presents a reference model (RM) and the architecture of a cognitive health advisor (CHA) that integrates information with ambient intelligence. By controlling the information using the CHA platform, the reference model can provide various ambient intelligent solutions to a user. Herein, a novel approach to a CHA RM based on evolutional cyber-physical systems is proposed. The objective of the CHA RM is to improve personal health by managing data integration from many devices as well as conduct a new feedback cycle, which includes training and consulting to improve quality of life. The RM can provide an overview of the basis for implementing concrete software architectures. The proposed RM provides a standardized clarification for developers and service designers in the design and implementation process. The CHA RM provides a new approach to developing a digital healthcare model that includes integrated systems, subsystems, and components. New features for chatbots and feedback functions set the position of the conversational interface system to improve human health by integrating information, analytics, and decisions and feedback as an advisor on the CHA platform.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.24
no.5
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pp.40-52
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2024
Cyber-Physical Systems (CPS) are introduced as complex, interconnected systems that combine physical components with computational elements and networking capabilities. They bridge the gap between the physical world and the digital world, enabling the monitoring and control of physical processes through embedded computing systems and networked communication. These systems introduce several security challenges. These challenges, if not addressed, can lead to vulnerabilities that may result in substantial losses. Therefore, it is crucial to thoroughly examine and address the security concerns associated with CPS to guarantee the safe and reliable operation of these systems. To handle these security concerns, different existing security requirements methods are considered but they were unable to produce required results because they were originally developed for software systems not for CPS and they are obsolete methods for CPS. In this paper, a Security Requirements Engineering Methodology for CPS (CPS-SREM) is proposed. A comparison of state-of-the-art methods (UMLSec, CLASP, SQUARE, SREP) and the proposed method is done and it has demonstrated that the proposed method performs better than existing SRE methods and enabling experts to uncover a broader spectrum of security requirements specific to CPS. Conclusion: The proposed method is also validated using a case study of the healthcare system and the results are promising. The proposed model will provide substantial advantages to both practitioners and researcher, assisting them in identifying the security requirements for CPS in Industry 4.0.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.7
no.6
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pp.311-321
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2012
When developing a CPS, since it is nature of CPS to interact with a physical system, CPS should be verified during its development process by real-time simulation supporting timely interactions between the simulator and existing implemented hardwares. Furthermore, when a part of a simulated system is implemented to real hardwares, i.e., incremental development, the simulator should aware changes of the simulated system and apply it automatically without manual description of the changes for effective development. For this, we suggest a real-time simulation framework including the concept of 'port' which abstracts communication details between the tasks, and a scheduling algorithm for guaranteeing 'real-time correctness' of the simulator.
This paper presents a system-of-systems (SoS) approach to the formal modeling of a cyber-physical system (CPS) for simulation-based analysis. The approach is based on a convergence technology for modeling and simulation of a highly complex system in which SoS modeling methodology, hybrid systems modeling theory, and simulation interoperation technology are merged. The methodology maps each constituent system of a CPS to a disparate model of either continuous or discrete types. The theory employs two formalisms for modeling of the two model types with formal specification of interfaces between them. Finally, the technology adapts a simulation bus called DEVS BUS whose protocol synchronizes time and exchange messages between subsystems simulation. Benefits of the approach include reusability of simulation models and environments, and simulation-based analysis of subsystems of a CPS in an inter-relational manner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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