41、网络物理系统通信可靠性解析

网络物理系统通信可靠性解析

1. 通信可靠性基础概念

通信可靠性是网络物理系统（CPS）中的关键要素。通常，系统可靠性可以用可用性来衡量，例如 99.99% 的可靠性意味着网络不可用的概率为 0.0001，换算成年内不可用时间，即网络在一年的时间里不可用时长少于一小时（0.0001×365×24×60 分钟）。

数据传输可靠性也是通信可靠性的重要方面，它指的是消息能够完整、无损坏且按发送顺序传递到预期接收方。在公共数据网络（如互联网）中，数据传输可靠性主要受拥塞影响。在这类网络中，实现可靠数据传输的任务往往落在端点上，例如通过使用 TCP 传输层协议。而在诸如通用移动通信系统（UMTS）等较新的通信技术中，开始出现基于网络的方法来提高数据传输可靠性，这些方法主要基于对用户流量进行区分和分类，并为其关联特定的转发处理（如资源分配、优先级设置和数据包错误丢失率）。

2. CPS 中通信网络可靠性的重要性

在 CPS 中，通信网络的可靠性至关重要。不可靠的通信不仅可能导致财务成本和服务中断，甚至可能造成人员伤亡。许多 CPS 对网络性能有要求，但在不可靠的网络中，这些要求几乎无法得到保证，这主要是因为不可靠网络中会频繁出现严重的通信服务中断。

以电网中的频率事件为例，当电网发生频率事件（如突然失去发电能力）时，电网频率响应分为三个阶段，其中自动发电控制（AGC）阶段，电网运营商会向不同发电厂发送功率信号，以调整发电功率水平并将电网频率恢复到标称值，这个阶段的时间范围在 5 到 10 分钟之间。如果电网控制中心与发电厂之间的通信服务不可靠（可能由于过度订阅、路由协议故障等原因），那么 AGC 很可能无法在规定时间内完成，这可能会延长频率事件的持