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智能网联汽车信息物理系统参考架构1.0 国家智能网联汽车创新中心 二零一九年十月 II 主编单位 ： 国家智能 网联汽车 创新中心 参与编制 单位 ： 清华大学 中国信息 通信研究 院 中国电子 信息产业 发展研究 院 交通运输 部公路科 学研究院 公安部交 通管理科 学研究所 中国第一 汽车股份 有限公司 北京汽车 研究总院 有限公司 联通智网 科技有限 公司 华为技术 有限公司 大唐高鸿 数据网络 技术股份 有限公司 北京四维 图新科技 股份有限 公司 北京北斗 星通导航 技术股份 有限公司 启迪云控 （北京） 科技有限 公 司 I 编制说明 汽车产业是国民经济重要的战略性、 支柱性产业， 与人民生活密切相关。 当 前， 在新一轮科技革命和产业变革的影响下， 新一代信息技术与制造技术深度融 合， 汽车正由传统的机械产品逐步演变为机电一体化、 智能化和网联化的高科技 产品， 呈现与电子、 信息、 交通等相关产业紧密相连、 协同发展的趋势。 发展 智 能网联汽车成为汽车产业的战略发展方向。 智 能 网联 汽车 与 智能 交通 紧 密相 关， 两 者融 合协 同 发展 是未 来 的主 要趋 势 。 智能网联汽车通过搭载先进的车载传感器、 控制器、 执行器等装置， 融合现代通 信与网络技术， 实现车与 X （人、 车、 路、 云 等） 智能信息交互、 共 享， 具备复 杂 环 境感 知、 智 能决 策、 协 同控 制等 功 能， 可实 现 “安 全、 高 效、 舒适 、 节能 ” 行驶， 进而使汽车成为智能交通网络系统中重要的功能结点。 我国 汽车产业中 长 期 发展 规划 、 智能汽 车 创新 发展 战 略（ 征求 意 见稿 ） 、 车联 网（ 智 能网 联 汽车） 产业发展行动计划 、 交通信息化 “十三五”发展规划 、 推进智慧交通 发展行动计划 （2017-2020 年） 、 智能网联汽车道路测试管理规范 （ 试行） ， 以 及SAE J3016 标准道 路机动车驾驶自动化系统分类与定义 等指导文件和技术 规范定义了自动驾驶/智能汽车等级， 提出了 安全、 效率、 可靠性、 环境耐受性、 容错性、冗余性等要求，明确了智能网联汽车和智能交通的发展方向。 我国人口众多、 汽车保有量大、 地理状况和道路环境复杂， 亟需构建具有中 国属性、 适应中国现状、 符合中国标准的智能网联汽车 “中国方案 ”， 从而推动 我国智能网联汽车和智能交通产业的技术创新、 产品创新以及新产业生态的构建。 智能网联汽车与智能交通融合所形成的系统是一个跨行业、 跨领域、 跨地域的高 度复杂、 异构互操作系统， 需要解决移动多接入、 多层次互操作和协同、 大规模 高密度实时控制、 低时延高可靠计算决策等 协同控制关键问题。 根 据国内外理论 研究和工程实践， 信息物理系统 （Cyber-Physical System ） 通过信息空间 （Cyber Space ） 和 物理空间 （Physical Space ） 各要素 的映射和互操作， 建立实时、 动态、 闭 环 的协 同控 制 机制 ，可 以 有效 解决 智 能网 联汽 车 和智 能交 通 的协 同控 制 问题 。 因此，系统参考架构以信息物理系统理论作为研究基础。 基于此， 设计团队提出了智能网联汽车信息物理系统的概念， 完成了智能网 II 联汽车信息物理系统参考架构 1.0 （简称“系统参考架构”） 的设计。 通过不断 发 展 和演 进， 系 统参 考架 构 将为 智能 网 联汽 车和 智 能交 通复 杂 系统 的总 体 设计 、 重构设计和中国标准体系完善提供基础支撑， 促进智能网联汽车自主技术创新体 系和 “中国方案” 的智能网联汽车产业链的完善， 支持智能基础设施建设的实施， 推动智能网联汽车与智能交通、智慧城市深度融合生态体系的构建。 系统参考架构1.0 以实现多领域多类型信息系统和物理系统的互操作、 建立 跨领域研发、 跨行业合作、 跨产业可持续运营的协同发展模式为目标， 通过构建 人、 车、 路、 云协同控制模型， 支持智能网联汽车在高速移动过程中实时、 可靠、 连续、 时空同步的信息交互和应用服务， 推动智能交通系统从交通流控制向 交通 参与者全域控制以及智能网联 汽车自动化和个性化控制的转变。 智能网联汽车和智能交通涉及的对象具有多样性和复杂性的特点， 传统的设 计方式难以满足复杂系统工程的开发需求。 系统参考架构通过抽象的方法对各类 对象及其相互作用建立可复用的形式化模型， 支持智能网联汽车和智能交通系统 的协同开发、 仿真测试以及工程体系建设， 推动构建标准化、 可演进的研发平台 和生态环境。 为了向产业参与者和利益相关方呈现科学、 完备的智能网联汽车信息物理系 统参考架构、 确保各方对系统参考架构形成一致理解， 系统参考架构遵循国际标 准化组织系统和软件工程架构描述标准（ISO 42010-2011）， 并参考国外相关参 考 架 构 研 究 成 果 ， 包 括 美 国 发 布 并 持 续 进 行 更 新 的 协 同 智 能 交 通 协 同 参 考 架 构 ARC-IT v8.2、国际标准化组织标准化的物联网 IOT 参考架构（ISO/IEC 30141 ） 以及工业互联网 IIOT 参考架构等， 采用产业视图、功能视图、物理视图、通信 视图等视图进行构建和描述。 针对智能网联汽车信息物理系统设计、 开发、 集成和运营的复杂性问题， 系 统 参 考 架 构 设 计 采 用 已 被 广 泛 证 明 适 用 于 复 杂 系 统 设 计 开 发 的 基 于 模 型 的 系 统 工程方法 （Model-Based Systems Engineering， MBSE） ， 以 提高系统的开发效率、 保障产品质量和系统可靠性，支持系统快速迭代和持续演进。 为了充分发挥国家智能网联汽车 创新中心对行业的引领和支撑作用， 设计团 队基于团队成员对汽车、 交通、 通信、 公安等行业信息化发展的深刻理解， 聚焦 国内外汽车业、 交通业和信息通信业关注的智能 网联汽车关键问题， 通过基于模 III 型的系统工程方法和工具设计系统参考架构 构建技术中立的平台， 推动建立标准 化体系，有效促进产业的沟通与融合。 智 能 网 联 汽车 信 息 物 理系 统 参 考 架构 1.0 由 国 家 智 能 网联 汽 车 创 新中 心 牵 头， 清华大学、 中国信息通信研究院 、 中国电子信息产业发展研究院 、 交通运输 部 公 路科 学研 究 院 、 公安 部 交通 管理 科 学研 究所 、 中国 第一 汽 车股 份有 限 公司 、 北京汽车研究总院有限公司、 联通智网科技有限公司 、 华为技术有限公司 、 大唐 高鸿数据网络技术股份有限公司 、 北京四维图新科技股份有限公司 、 北京北斗星 通导航技术股份有限公司、 启迪云控 （北京） 科技有限公司 参与设计。 系统参考 架构的设计遵循以下原则： 1）支持多领域多层次系统的深度协同控制。 2）支持异构系统互操作，兼顾技术中立性和系统兼容性。 3）充分考虑汽车工业和交通行业标准的安全性、可靠性和保障体系要求 。 4 ） 支 持面向 业 务 、可灵 活 定 制、可 持 续 发展的 系 统 优化机 制 ， 支持创 新 、 开放、可持续发展、可持续优化的平台运营机制。 5 ） 支 持用户 应 用 平面和 控 制 平面的 解 耦 ，控制 平 面 涉及 设备控制 、平 台 控 制、 交通控制、 车辆控制等， 支持传感、 执行和运动控制的虚拟化、 边缘化和 软 件定义。 6） 支持基于 MBSE 方法实现需求管理、 产品管理、 开发管理、 运营管理和 全 生命周期管理，构建仿真 、测试 、验证和优化的平台。 7）建立开源的平台开发环境和支持知识共享的模型库与场景库体系。 系 统 参 考 架 构 通 过 抽 象 和 归 纳 出 智 能 网 联 汽 车 信 息 物 理 系 统 的 概 念 模 型 和 系统特征， 构建产业视图、 功能视图、 物理视图、 通信视图四个系统参考架构 视 图， 系统梳理利益相关方、 业务需求、 服务集、 商业价值和产业生态， 明确划分 功能域、 梳理功能逻辑关系、 建立功能虚拟化模型及数据流模型， 完整构建物理 对象部署架构和系统接口方案、 定义物理对象功能属性、 系统总体要求和共性基 础能力， 细致阐述C-V2X 通信架构、 边缘计算架构并设计信息传输层面的互联互 通方式和系统层面的互操作方式。 系统参考架构1.0 是智能网联汽车信息物理系统参考架构的初步方案。 设计 团队将以系统参考架构为基础，进一步开展基于 MBSE 的模型和方 案库建设、仿 IV 真测试验证、模型系统开发、示范工程建设以及标准化推动工作。 感谢主管部门领导、 业界专家以及参与设计单位对智能网联汽车信息物理系 统参考架构设计工作给予的大力支持。 限于时间和研究水平， 系统参考架构仍存 在有待改进之处， 需要不断修订和完善， 欢迎领导、 专家以及业界同仁提出指导 意见和建议， 也欢迎相关单位加入智能网联汽车信息物理系统参考架构的研究工 作。 设计单位将根据各方面的反馈意见， 结合智能网联汽车系统工程体系建设效 果和国内外技术发展情况，对系统参考架构进行持续修订和更新。 i 目 录 一、 概述 . 1 （一） 背景与挑战 . 1 （二） 目的与意义 . 3 （三） 设计原则 . 4 （四） 设计方法 . 5 （五） 特别说明 . 8 二、 智能网 联 汽 车 信息 物 理 系 统 . 9 （一） 信息物理系统概述 . 9 （二） 智能网联汽车信息物理系统的概念与内涵 . 11 （三） 智能网联汽车信息物理系统的特征 . 14 三、 智能网 联 汽 车 信息 物 理 系 统参 考 架 构 . 17 （一） 概念模型 . 17 （二） 参考模型与多视图呈现 . 19 四、 产业视 图 . 22 （一） 利益相关方及其需求 . 23 （二） 服务与服务集 . 25 （三） 产业生态 . 27 五、 功能视 图 . 31 （一） 功能域 . 31 （二） 功能逻辑关系 . 37 （三） 功能虚拟化 . 39 （四） 数据流模型 . 41 ii （五） 功能模型 . 44 六、 物理视 图 . 47 （一） 物理对象 . 47 （二） 部署架构 . 54 （三） 接口设计 . 55 （四） 系统要求和能力 . 57 七、 通信视 图 . 63 （一） C-V2X 技术 . 64 （二） 边缘计算 . 70 （三） 智能网联汽车互操作 . 78 八、 架构演 进 . 84 （一） 架构演进的影响要素 . 84 （二） 架构演进方向 . 85 （三） 架构演进方法与路径 . 86 （四） 架构评价 . 87 九、 发展建 议 . 91 （一） 统筹协调，共同推进智能网联汽车相关产业高质量发展 . 91 （二） 加快研制智能网联汽车政策法规和标准，建立健全政策环境 . 91 （三） 重视核心共性技术研发，支撑智能网联汽车创新发展 . 92 （四） 加强信息安全防护，打造全面、高效、可靠的安全管理体系 . 92 术语和定义 . 93 参考文献 . 94 1 一、概述 （一）背景与挑战 汽车产业是国民经济重要的战略性、 支柱性产业， 与人民生活密切相关。 当 前， 在新一轮科技革命和产业变革的影响下， 新一代信息技术与制造技术深度融 合， 汽车正由传统的机械产品逐步演变为机电一体化、 智能化和网联化的高科技 产品，呈现与电子、信息、交通等相关产业紧密相连、协同发展的趋势。 智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、 控制器、 执行器等装置， 融合现 代通信与网络技术， 实现车与 X （人、 车、 路、 云等） 智能信 息交互、 共享， 具 备复杂环境感知、 智能决策、 协同控制等功能， 可实现 “安全、 高效、 舒适、 节 能” 行驶， 最终可实现替代人来操作的 新一代汽车。 智能网联汽车最显著的特征 是智能化和网联化， 其中智能化是指车辆能够自主获取和分析车内外信息， 为驾 驶员提供辅助决策或进行自主处理； 网联化是指车辆可以通过网络通信与外界人、 物 、 环 境实现 信 息 交互， 进 而 使汽车 成 为 智能交 通 网 络系统 中 重 要的功 能 结 点 。 发展智能网联汽车已经成为汽车工业发展的战略方向。 多产业融合是智能网联汽车最显著的特点。 从 技 术 层 面 看， 信息通信、 互联 网、 大数据、 云计算、 人工智能 等新技术在智能网联汽车中得到广泛应用， 汽车 将由人工操作的机械产品加速向智能化系统控制的智能产品转变； 从 产 业 层 面 看， 传统汽车企业争先发布智能网联汽车发展规划， 加快智能化和网联化转型与布局， 互联网公司/ 科技公司 利用智能算 法/ 芯片等 技术优势加 快智能网联 汽车布局 ， 成 为 智 能 网联汽 车 产 业链重 构 的 重要参 与 者 ，汽车 产 业 的边界 日 趋 模糊， 与 交 通 、 能源环保、 生活服务等联系更加紧密， 智能网联汽车呈现智能化、 网络化、 平 台 化发展特征； 从 应 用 层面 看 ， 汽车 产品功能和使用方式将由单纯的交通运输工具 逐渐转变为智能移动空间， 兼有移动办公、 移动家 居、 娱乐休闲、 数字消费、 共 享出行、公共服务等功能，生产生活的新模式加速涌现。 中国智能网联汽车发展迅速， 目前正在加快制定完善政策法规标准、 快速迭 代关键技术、 不断探索商业模式和逐步健全产业生态， 产业协同创新的格局已经 初具规模。但中国智能网联汽车发展仍面临着诸多问题和挑战： （1） 形 成 发 展 战略 共 识 ， 突破 共 性 关 键技 术 智能网联汽车的发展首先需要依托国家政策指导， 汽车行业内、 行业与行业 2 之间在发展战略、 技术路线等层面达成共识、 形成合力。 智能网联汽车发展还需 要至少两个方面的技术体系支撑。 一是智能网联汽车研发设计、 生产制造、 运 营 服务等全生命周期过程中的关键技术， 比如车内涉及感知、 决策、 控制和执行等 多个模块， 需要企业具备深厚的技术能力储备， 目前中国自主品牌汽车与美日欧 高端品牌汽车相比， 核心技术仍然存在差距， 部分核心传感器、 车载芯片、 操 作 系统、 线控执行等关键元器件仍依赖国外供应商。 二是智能网联汽车所需的关键 支撑技术，包括信息通信、智能交通和智慧服务等。近几年我国在 C-V2X 、5G 通信、 基础设施建设以及智能交通系统等领域发展迅速， 但仍然不能满足智能网 联汽车运营和服务需求，共性关键技术亟需提升和突破。 （2） 完 善 顶 层 架构 ， 构 建 智能 网 联 汽 车“ 中 国 方 案” 智能网联汽车 “中国方案” 是跨领域研发、 跨行业合作、 跨产业运营、 跨 系 统协同的迫切需求。 智能网联汽车和智能交通的发展需要车辆、 交通、 通信、 公 安、 互联网等行业在中国本地化条件的基础上开展深层次合作。 近年来， 在各部 委的积极引导和大力推进下， 我国智能网联汽车和智能交通的顶层设计已取得阶 段性成果， 但仍迫切需要进一步细化和完善以保障产业落地。 与各行业相对清晰 独立的运营模式相比， 智能网联汽车和智能交通则要面临运营模式有待进一步构 建、 运营主体有待进一步明确、 运营和管控职能有待进一步梳理的问题， 这需要 各行业以及产、 学 、 研 、 用各领域共同推进， 在智能网联汽车和智能交通的研发 阶段面向协同控制的应用目 标进行有效耦合， 同时建立开放共享的开发环境和知 识共享平台， 全面有效实现智能网联汽车和智能交通产业生态的构建和健康、 快 速、持续发展。 （3） 构 建 跨 领 域、 跨 产 业 的智 能 网 联 汽车 自 主 技 术创 新 体 系 智能网联汽车是多产业融合发展的产物， 要想实现 “人- 车- 路- 云” 全面协同 控制的目标， 需要构建跨领域、 跨产业的协同体系。 协同可以分为 4 个层次， 一 是 车 辆 内 部 各 设 备 部 件 运 动 控 制 层 面 的 协 同 化 和 智 能 化 ； 二 是 车 与 车 、 车 与 路/ 云之间信息交互的网联化和控制的协同化； 三是 交通控制层面从宏观到微观的自 动化和个性化； 四是系统的可持续运营和发展所必须的汽 车和交通运输、 能源环 保、 生活服务等产业更大范围的协同。 目前， 汽车行业、 交通行业、 通信行业在 各自的视角上对安全性和可靠性的理解不同、 需求存在差异， 因此， 要实现多领 3 域多层次系统的深度协同， 对于人、 车、 路、 云所集成的各种信息系统和汽车控 制系统， 如何将独立的信息系统和车辆控制系统有机融合， 通过多系统异构信息 共享和数据融合实现人- 车- 路- 云的 协同控制，是亟待解决的问题。 （二）目的与意义 基于 以上背景， 本报告首先提出了智能网联汽车信息物理系统的概 念， 明确 了智能网联汽车信息物理系统的定义、 范围、 内 涵和特征， 希望通过建立连接人 - 车- 路- 云的 智能网联汽车信息物理系统， 分阶段实现智能网联汽车自动驾驶和车 路协同控制的目标， 即首先通过系统实现车路 信息交互， 其他车辆、 路侧或云端 提供信息服务和提醒， 车辆收集信息后进行判断、 决策和控制， 最终完成自动驾 驶功能； 其次， 系统或平台的时延、 可靠性、 稳定性、 信息准确性等达到一定水 平时， 云平台和边缘云基于实时信息进行计算分析和判断 决策 ， 支持车路协同决 策控制，实现从单车智能向群体智能跨越发展。 如图 1-1 所示， 架构设 计是系统开发设 计和部署实施的关键环节。 本 报告的 目标是通过对智能网联汽车信息物理系统进行深入研 究， 提出一种高普适性、 可 演进、 支持人- 车- 路- 云 协同决策控制、 面向业务的系统参考架构， 以期为政府部 门、 生产企业和研究机构等做出科学决策提供参考， 支撑我国智能网联汽车、 智 能交通和智慧城市发展。 图 1-1 系统 开发设计通用流程 智 能 网 联汽车 信 息 物理系 统 参 考架构 是 智 能网联 汽 车 “中国 方 案 ”的关 键 ， 为智能网联汽车和智能交通系统的总体设计、 重构设计和中国标准体系完善提供 基础支撑； 有助于各企业的系统装备全生命周期开发管理、 开发具有自主知识 产 权 的 产 品、降 低 研 发成本 ； 推 动汽车 、 交 通和信 息 技 术链和 产 业 链的转 型 升 级 。 4 具体体现在 ： 1） 为 政 府 提 供 规 划 和 顶 层 设 计 建 议 。 系统参考 架 构可以为 制 定智能网 联汽 车 相 关 的 发展 战 略 、 法规 政 策 和 规划 设 计 等 提供 参 考 ， 推动 智 能 网 联 汽 车 与 交 通 、通 信 、 能 源、 环 保 、 服务 等 行 业 融合 协 同 发 展， 为 实 现 产 业 链的互联互通、资源共享、业务协同打好坚实基础 。 2）推进产业形成共识并明确发展方向。 通过建立 统一的智能 网联汽车 信 息 物 理 系 统 参考 架 构 ， 并在 业 内 达 成共 识 ， 有 利于 产 业 链 上下 游 单 位 形 成 合力、分工合作，共同推进智能网联汽车产业健康、快速发展。 3）促进行业敏 捷开发协同 创新。通过 提出一 套系 统有效 并且 符合中国 标 准 的 系 统 参 考架 构 ， 为 自动 驾 驶 、 汽车 生 产 制 造、 移 动 通 信、 基 础 设 施 建 设 、 云 计 算、 大 数 据 、人 工 智 能 等相 关 行 业 提供 基 础 模 型、 基 础 设 计 框 架以及发展演进的实施路径。 4） 为 市 场 提 供可 运 营 的 解决 方 案 。 通 过系统化建模、 仿真测试和项目示范， 为 智 能 网联汽 车 与 智能交 通 融 合发展 提 供 具有示 范 作 用的成 熟 解 决方 案 。 （三）设计原则 智能网联汽车信息物理系统参考架构的设计过程，遵循以下原则： 1） 以 协 同控 制 为 目 标， 支 持 多 领域 多 层 次 系统 的 深 度 协同 广义的协同控制包括基于风险预警的紧急控制、 车群间的协同 控制、 路网交 通流协同管理、 基于局部交通规则的车辆控制和 基于集中决策的车辆指挥等不同 类型； 协同控制涉及交通管理行业、 车 辆管理行业、 道路运输企业、 通信运营 企 业以及信息安全管理行业等多个领域。 首要原则是以实现车- 车、 车- 路协同控制 为目标， 区别于传统的信息系统整合， 构建适合我国国情和标准的智能网联汽车 信息物理系统参考架构。 2） 推 动 异构 系 统 技 术独 立 性 和 系统 的 兼 容 性 科学规划架构设计， 充分考虑架构的兼容性和适用性， 架构可随技术革新平 滑演进， 从架构角度支持智能网联汽车、 智能交通和信息通信标准的协调与配合。 3） 充 分 考虑 汽 车 工 业和 交 通 行 业安 全 性 、 可靠 性 和 保 障体 系 系统可依赖性分析与设计充分借鉴道路车辆功能安全 （ISO 26262 ） 等相关行 业 已 有 标准规 范 和 保障体 系 ， 从 开展 架构设计时 就 考 虑系统 的 安 全性、 可 靠 性 。 5 4） 系 统 参考 架 构 面 向业 务 支 持 灵活 定 制 、 自我 优 化 和 持续 创 新 系统功能设计模块化， 支持用户平面、 控制平面和管理平面的分离， 支持业 务功能的自学习自优化。 5） 支 持 感知 、 执 行 和运 动 控 制 的虚 拟 化 、 边缘 化 和 软 件定 义 在面向业务和平面分离的基础上， 信息物理系统应可支持感知、 执行和运动 控制在信息空间的虚拟化、边缘化和软件定义。 6）面向全 生 命 周 期 管理 采 用 基 于模 型 的 信 息物 理 系 统 工程 的 方 法 采用基于模型的信息物理系统工程方法建模设计 系统参考 架构， 支持 包括需 求管理、 产品管理、 开发管理和 运营管理的全生命周期管理， 为系统仿真、 测试 、 验证和优化 提供理论依据和参考方案。 7） 建 立 开源 的 平 台 开发 环 境 和 知识 共 享 的 模型 库 与 场 景库 系 统 智能网联汽车信息物理系统是 融合大数据、 云计算、 车路协同、 智能交通等 先进技术 的复杂异构系统， 涉及多个行业系统的信息交互、 协同处理和服务集成， 面对数以万计的接入终端和复杂的应用场景， 对数据存储和计算能力的持续扩展 能力提出了巨大的挑 战， 因此， 系统设计需要兼顾大规模、 高弹性和可扩展的计 算能力和存储能力， 同时充分考虑技术和成本效益的约束， 为智能网联汽车规模 化商业应用提供架构参考。 （四）设计方法 系统参考架构是一套具备高度概括性、 通用性的系统、 应用或解决方案开发 部署的总体指导性框架， 是对所有相关的、 更为具体细化的案例系统性的定义和 解读。 参考架构的设计目前已经有一套较为成熟完善的方法体系， 比如物联网参 考架构 （ISO 30141） 、 工业互联网参考架构 （IIRA ） 、 工业 4.0 参考架构 （RAMI 4.0） 、 美国协作式智能交通参考架构 （ARC-IT ） 等， 其 核心设计方法都是基于模 型的系统工程方法。 智能网联汽车信息物理系统参考架构的设计主要基于 ISO 42010“系统和软 件工程- 架构描述” ， 采用基于模型的系统工程 （Model-Based Systems Engineering, MBSE ） 方 法， 将智能网联汽车信息物理系统研发设计、 生产制造、 部署运维等 全生命周期过程的利益相关方、 关注点/ 需求、 逻辑关系和操作过程等模型化， 最 终从多个视角、分视图对架构进行呈现和描述。 6 图 1-2 ISO 42010 架构 设计核心要素及其关系 从图 1-2 可 以看出（原图来自 ISO 42010） ，系统参考架构的关键要素包括： 1） 系统利益相关方及其需求； 2） 架构框架、架构概念模型、架构参考模型； 3） 架构视角、视图及架构描述。 其中， 利益相关方及其需求， 是系统设计的输入， 这些需求最终转化为对系 统功能、性能等的要求；概念模型（Conceptual Model, CM ）是用系统工程形式 化语言对系统进行的概念性表达；参考模型（Reference Model ，RM ）则是 基 于 概念模型，提出系统参考架构的总体框架；架构视图（Architecture Views ，AV ） 是从不同的视角， 对架构进行描述和呈现； 参考架构 （Reference Architecture ， RA） 则是 CM 、RM 、 AV 等内容的综合。CM 、RM 、 架构视图和 RA 之间 的关系如图 1-3 所示。 7 图 1-3 参考 架构要素间的关系 参考架构设计分为如下几个主要阶段： 1） 需求分析，理清智能网联汽车及智能交通系统利益相关方，明确利益相 关方之间的内在联系及其对系统的需求，进而提出系统功能要求。 2） 概念模型设计，利用 SysML 语言进行架构概念模型设计。 3） 参考模型设计，基于概念模型，提出系统的参考模型。 4） 架构视图设计，基于参考模型从不同视角对架构进行详细设计和描述。 5） 架构验证与应用。 参考 架构在设计时也充分参考国内外相关技术和架构的研究应用进展， 比如： 1） 智能网联汽车和智能交通研究和应用进展： 美国 DOT 、ARC-IT 、CARMA 等； 欧洲 C-ITS； 中国智能网联汽车和 ITS 研究进展。 2） 国内外 CPS 研究进展： 美国 NSF 、NIST CPS PWG 等； 中国对 CPS 的研究和应用情况。 3） 国内外物联网和工业互联网研究和应用进展： 国际标准如 ISO 30141-2018、ITU-T Y .2060 等； 美国 IIC 、德国工业 4.0、中国工业互联网体系架构研究情况。 综合以上内容，最 终提出了智能网联 汽车信息物理系统的参考架构。 8 （五）特别说明 智能网联汽车信息物理系统参考架构 1.0 广泛参考了国际标准化组织、 国内 外相关管理机构、 国内标准化机构/ 组织、 产业联盟等发布的标准法规文件、 技术 规范、 白皮书等资料， 以期实现架构构建和技术方案设计的全面性和中立性， 涉 及的机构包括但不限于 ISO 、3GPP 、5GAA 、ETSI 、NGMN、 国 家标准化管理委 员会、 全国汽车标准化技术委员会、 全国智能运输系统标准化技术委员会、 全国 通信标准化技术委员会、 全国道路交通管理标准化技术委员会、 中国智能网联汽 车产业创新联盟、 IMT 2020 （5G ） 推进组 C-V2X 工作 组、 工业互联网产业联盟 、 边缘计算产业联盟 以及本架构设计 单位等。 智能网联汽车信息物理系统参考架构 1.0 的技术内容可能涉及知识产权， 包 括但不限于已在相关组织、 相关标准中声明或者未声明的专利等， 相关技术方案 的使用方应遵守各机构、 组织、 联盟的知识产权政策， 并与专利持有人就其专利 使用条款和条件达成一致。 9 二、智能网联汽车信息物理系统 （一）信息物理系统概述 信息物理系统 0F 1 （Cyber-Physical Systems ， CPS ） 最早由美国国家科学基金会 （NSF ） 在 2006 年提出，并组织 召开了国际上第一个 CPS 研讨会，此后，国 内 外政府、学术界和产业界高度重视 CPS 的 研究和应用推广。 美国国家标准化技 术研究院 （NIST ） 成立了 CPS 工 作组 （CPS PWG ） 专门开展 CPS 的研究，IEEE 等国际标准化组织也定期召开 CPS 研讨会，推动 CPS 的研究和应用 。CPS 的应 用领域广泛， 最早应用于美国军方， 比如美国国家航天局 （NASA ） 卫星发射与 控制、远程无人机指挥和作战等。之后 CPS 在工业领域也得到了广泛应用 ，比 如德国在 2013 年提出的工业 4.0 ， 其核心就是基于信息物理系统的智能制造， 目 标是抢占制造业新 一轮竞争制高点 ， 美国提出的工业互联网， 也主要是基于物联 网和 CPS 。CPS 主要应 用领域有： 1） 制造业： 物联网 （IOT ） 、 智能制造 （IM ） 和工 业互联网 （IIOT ） ， 产品包 括智能设备、智能车间和智能工厂等； 2） 电力：泛在物联网、 智能电网（GCPS）； 3） 交通：智能终端、智能车辆、智能交通； 4） 基础设施：智能公共事业网络、智能建筑/ 结构； 5） 医疗保健：体域网、辅助系统等； 6） 应急响应：检测和监测系统、通信网络和应急响应设备； 7） 国防：士兵装备系统、武器系统等。 我国高度重视信息物理系统相关技术和应用的研究， 国务院先后出台了 中 国制造 2025 和 国 务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见 ， 文件 提出把发展 CPS 作 为强化融合发展基础支撑的重要组成部分，明确了 CPS 的发 展方向和主要任务，对推动我国 CPS 的发展具有重要意义。国内高校、企业和 联盟等也对 CPS 开 展了深入研究， 比如清华大学、 华东师范大学、 天津大学、 同 济大学等联合举办了多次 CPS 研 讨会， 并成立了名为 UCCPS 的 CPS 亚洲论坛。 中国电子技术标准化研究院牵头成立了 CPS 发展论坛，并编制发布了信息物1本报告采用信息物理系统白皮书中的用法，将“Cyber-Physical Systems ”翻译为“ 信 息物理系 统”。 10 理系统白皮书 ，以推动 CPS 在 制造业的应用和发展。 尽 管 信 息 物 理 系 统 已 经 引 起 国 内 外 的 广 泛 关 注 ， 但 不 同 国 家 或 机 构对 CPS 的理解和认识的侧重点也不同。比如信息物理系统的名称，国内部分专家将 Cyber-Physical Systems 翻译为 “赛博物理系统” 、 “信息物理融合系统” 、 “网络 实 体 系统 ” 、 “ 赛 博实 体融 合 系统 ”等 ， 本报 告将 其 翻译 为“ 信 息物 理系 统 ” 。 关 于 CPS 的 定义，也存在一些分歧，如表 2-1 所示。 表 2-1 不同 国家和机构对 CPS 的理 解 机构或学校 CPS 观点认识 美 国 国 家 科 学 基 金 会 （NFC ） CPS 是通过计 算核心 （嵌入式系统） 实现感知、 控制、 集成的物 理、 生物和 工程系统。 在系统中， 计算被 “ 深 深嵌入” 到每 一 个 相互来连通的物理组件中， 设置可能嵌入到物料中。CPS 的 功能 有计算和物理过程交互实现。 美 国 国 家 标 准 与 技 术 研究院 CPS 公共工作 组（NIST CPS PWG ） CPS 将计算、 通信、 感知和驱动与物理系统结合， 并通过与环境 （含人 ）进行不同程度的交互，以实现有时间要求的