更新特定领域软件的开头和结尾

Ch2-7-DomainApplication.tex

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-软件系统已经成为各行各业的重要基础设施，包括信息基础设施、软件嵌入的物理设备、以及软件提供的服务设施等。可以预计，基于这些软件基础设施，未来的应用软件系统将以面向领域的人机物融合场景计算为主要呈现形式。即应用软件系统将使计算服务嵌入各行各业以及民众生活，使计算从单纯的赛博空间进入人机物融合空间，综合利用人类社会（人）、信息空间（机）和物理世界（物）等的资源，通过协作进行领域特定的个性化计算，实现领域价值。
+软件系统已经成为现代社会的重要基础设施，包括提供云计算、大数据等支持的信息基础设施、软件嵌入的物理设备、以及软件提供的服务设施等。在这些基础设施的支撑下，传统的软件应用如科学计算、办公自动化、企业管理决策等正朝着服务化和智能化的方向发展，以提供更强的功能、更高的性能和更佳的用户体验。更为重要的是，基于这些软件基础设施，未来的应用软件系统将以面向领域的人机物融合场景计算为主要呈现形式。即应用软件系统将使计算服务嵌入各行各业以及民众生活，使计算从单纯的赛博空间进入人机物融合空间，综合利用人类社会（人）、信息空间（机）和物理世界（物）等的资源，通过协作进行领域特定的个性化计算，实现领域价值。
 
-近年来，软件定义网络、软件定义存储、软件定义数据中心等的成功及软件定义一切的趋势，揭示了计算系统在能力描述上的趋势，其内在本质是资源虚拟化和功能可编程。未来的现实世界，场景就是计算机，软件系统要在各种各样的现实应用场景中，发挥其核心纽带作用，软件定义的方法和技术将成为其基本手段。
+在此人机物融合的大视野下，软件至少在两个方面承担关键角色。自顶向下观之，软件因其驾驭复杂适应系统的突出能力，通过软件定义的方式，充当人机物融合大系统的集成者与管理者。自底向上观之，软件实现了科学第三（计算驱动）、第四（数据驱动）范式，极大提升了人类的工程能力，是改造待融合之物理世界的不可或离的服务者与赋能者。
 
-在此过程中，传统的信息系统以及嵌入式系统等应用软件系统通过软件定义以及服务化的方式进行解构，将其内部的功能和数据以API接口等形式开放出来，为人机物融合场景计算提供所需要的功能支撑。另一方面，以软件定义的人机物融合集成平台为特征的新型软件系统不断涌现。这些新型软件系统面向特定领域，以软件定义的方式按需集成各种人机物资源，直接实现各种人机物融合场景计算。与传统的应用软件系统不同的是，这些新型软件系统并非提供一组固化的功能，而是以平台化的方式支持各种场景下应用功能的灵活定制甚至自主涌现。
+在前一方面，近年来，软件定义网络、软件定义存储、软件定义数据中心等的成功及软件定义一切的趋势，揭示了计算系统在能力描述上的潜能，其内在本质是资源虚拟化和功能可编程。未来的现实世界，场景就是计算机，软件系统要在各种各样的现实应用场景中，发挥其核心纽带作用，软件定义的方法和技术将成为其基本手段。本章从天地一体化并覆盖生产、生活、国防等不同领域的角度，选取了作为太空探索及应用平台的新型卫星系统、作为面向生产的先进制造平台的流程工业控制系统、作为城市治理和生活服务平台的智慧城市系统，以及在生产、生活、国防领域都有广泛应用的无人自主系统，从系统体系架构和软件技术挑战等方面分别予以阐述。需要强调的是，本书之前章节所述的共性软件软件技术在这些系统的开发运维中仍然使用，但本章着重于讨论领域特定的内容，并从软件定义的角度展示新型人机物融合软件系统的发展趋势。
 
-本章面向人机物融合的新型软件系统，按照空天地一体化并覆盖生产、生活、国防等不同领域的标准，选取了作为太空探索及应用平台的新型卫星系统、作为面向生产的先进制造平台的流程工业控制系统、作为城市治理和生活服务平台的智慧城市系统，以及在生产、生活、国防领域都有应用的无人自主系统，从系统体系架构和软件技术挑战等方面分别予以阐述，展示软件系统的发展趋势。
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-卫星系统长期以来一直采用“为特定任务定制卫星、为特定卫星定制载荷、为特定载荷定制软件”的技术路线。卫星按功能划分，一种卫星只能完成一种任务，入轨之后无法增加新的功能。新型卫星系统采用软件定义的开放系统架构，以计算为核心，支持有效载荷虚拟化，即插即用，应用软件按需编排、生成与加载，系统功能快速重构。从平台优先到载荷优先，从载荷优先到算法优先、软件优先，改变了卫星的研制模式，成为实现具备“一星多任务”能力的通用卫星的重要一步。
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-流程工业控制系统利用信息技术将流程工业过程的控制逻辑化、管理流程代码化，从而驱动装备和管理业务按照既定的逻辑自动高效地运行，并实现预先设定的功能。流程工业控制系统是现代工业装备的大脑，也成为支撑第四次工业革命的核心。在新的时代背景下，流程工业控制系统将通过软件定义的方式完成平台化重构，通过设备和生产资源的虚拟化以及工业大数据采集和管理支撑各种工业智能应用以及相应的生产工艺和流程的灵活定制。
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-智慧城市系统利用信息技术，促进城市信息空间、物理空间和社会空间的深度融合，从而向城市管理者提供城市规划管理支持，向市民提供便捷的智能化生活服务。智慧城市涉及交通出行、环保保护、应急处理、电子政务、医疗卫生、民生服务等众多领域，应用需求丰富。传统的智慧城市系统往往采取各个应用系统独立规划、独自建设的方式，不利于各种计算、数据和服务资源的按需整合。新一代的智慧城市系统采用软件定义的思想，将原来各自独立的城市应用系统整合为基于统一的城市基础支撑平台的应用生态系统，将各种感知终端、数据服务以及计算和存储资源进行虚拟化并提供标准化接口，从而使得各种应用可以通过资源复用和接口调用的方式快速构造，实现数据的跨系统流动以及服务的跨界融合。
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-无人自主系统是机械装置、计算技术、传感器和软件的融合，包括无人地面车辆、无人飞行器、智能机器人等，其典型特征是环境的自主感知以及行为的自治性。无人自主系统经常会以群体协作系统的形式出现，通过功能和空间上的分布性协同工作完成目标任务。传统的无人自主系统针对单一的任务类型，通过硬编码的方式实现任务目标。新一代无人自主系统正在逐步向软件定义的定制化开发的 方向发展，通过资源层面以及自适应控制环路层面上的软件定义化，向下管理基础软硬件资源、向上开放硬件资源及自适应控制编程接口，从而支持无人自主系统应用的灵活定制化开发。
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-此外，高性能CAE软件系统作为支撑高端装备、重大工程和重要产品计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，为关键装备及科学装置的研制提供物理世界的数字化模拟，为现实世界人机物融合系统中的物理规律分析和验证提供了平台支持。为此，本章亦将讨论高性能 CAE 软件系统的技术挑战和研究方向。高性能CAE软件系统是连接上层丰富多样的应用场景与底层高性能计算硬件平台的桥梁，其自身也在向软件定义的方向发展。通过软件定义机制，高性能CAE软件系统可以实现对不用问题领域应用需求的个性化建模以及基于构件定制与组装的需求快速实现；同时可以通过对计算资源的抽象建模与动态分配，有效提高计算资源的使用效率。
+在后一方面，软件对物理世界进行数字化模拟仿真和计算分析，以此支持对现实世界的科学认知和工程改造。从手段上看，这是以虚拟镜像的方式实现的一种“机物”融合，从目的上看，无论是重大工程还是高端装备，其日益明显的趋势是建造出更加利于融入软件定义的人机物大系统的关键物理子系统。这方面的关键软件应用系统包括高端EDA、虚拟制造和高性能CAE等。其中高性能CAE软件系统作为支撑高端装备、重大工程和重要产品计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，为关键装备及科学装置的研制提供物理世界的数字化模拟，为现实世界人机物融合系统中的物理规律分析和验证提供了平台支持。为此，本章亦将讨论高性能 CAE 软件系统的技术挑战和研究方向。
 
 \section{卫星系统}
 长期以来，卫星的研制模式一直采用``为特定任务定制卫星、为特定卫星定制载荷、为特定载荷定制软件''的技术路线。卫星按功能划分，一种卫星只能完成一种任务，入轨之后无法增加新的功能。随着商业航天时代到来，这种``一星一任务、一箭定终生''的模式显然不能满足商业航天时代的需求。软件定义卫星成为一个新的发展趋势。2018年11月20日，中国第一颗软件定义卫星``天智一号''发射升空，是软件定义方法进入卫星领域的成功案例。
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 \section{本章小结}
-本章考察软件定义卫星、流程工业控制软件、无人自治系统、智慧城市系统等4类领域应用软件，分别从这类系统的功能需求出发，按软件定义的视角，勾画出它们的三层体系架构，突出其软件系统向下管理和调度资源，向上实现应用逻辑编程以满足需求的核心作用，目的是建立基于软件定义的泛在软件系统的参考示范。本章另外还讨论了高性能CAE软件的功能特征和关键技术挑战。
+卫星系统、流程工业控制系统、智慧城市系统、无人自主系统等新型软件系统体现了空天地一体化并覆盖了生产、生活、国防等不同领域，集中体现了人机物融合以及软件定义一切的发展趋势。这些领域普遍面临着异构资源抽象与虚拟化、面向特定场景的定制与优化、多维数据融合与互操作、复杂系统管理与持续演化、安全性与可信性保障等方面的挑战。同时，在人机物融合及软件定义一切的大背景下，这些领域也都蕴含着平台再造与整合的发展机遇，即以软件作为万能集成器对相关系统原有的软硬件和服务资源进行解构然后以平台化的方式进行重构，从而建立软件定义的融合发展平台。为此，这些人机物融合的新兴应用领域和新型软件系统将朝着基于泛在操作系统的平台化方向发展，相关的重要研究内容包括面向特定领域的人机物资源及应用的软件定义方法、面向特定场景的人机物融合应用自适应与自演化方法、多源异构数据的融合治理与分析决策方法、人机物融合的群体智能产生与持续发展机制等。未来，这些新兴应用领域将在软件定义的泛在操作系统支撑下，以空天地一体化的智能化服务渗透到人们生产和生活的方方面面，为幸福美好生活打下坚实的技术基础。
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+%本章考察软件定义卫星、流程工业控制软件、无人自治系统、智慧城市系统等4类领域应用软件，分别从这类系统的功能需求出发，按软件定义的视角，勾画出它们的三层体系架构，突出其软件系统向下管理和调度资源，向上实现应用逻辑编程以满足需求的核心作用，目的是建立基于软件定义的泛在软件系统的参考示范。本章另外还讨论了高性能CAE软件的功能特征和关键技术挑战。