学位论文简介

信息物理系统 (Cyber-Physical System, CPS) 存在不确定性，设计时需要妥善处理。目前，概率论和模糊理论广泛用于处理不确定性，但它们在建模置信度时可能产生违反直觉的结果。不确定理论于 2007 年被提出应对这一挑战，并已初步应用于 CPS 软硬件划分问题中，但当前缺乏系统性的框架来指导如何在软硬件划分中应用不确定理论。本论文聚焦于 CPS 不确定性，研究使用不确定理论求解 CPS 软硬件划分问题的方法，旨在提出一种涵盖不确定性处理方法的范式，并在该范式下重点研究可靠性和时间的表示方法，主要创新如下：

(1) 提出了一种在软硬件划分中处理不确定性的范式。根据不确定理论，提出了一种包含三个步骤的范式，即，分析问题建立不确定模型、将不确定模型转换为等价确定性模型、提出算法求解不确定模型。此外，通过实验分析了算法性能和不确定理论中的参数对划分结果的影响。

(2) 提出了在软硬件划分中表示不确定可靠性的方法。根据提出的范式，对软硬件划分中的不确定可靠性进行表示建模，并研究其性质。本论文提出的可靠性增强算法可以在满足时间和成本约束的前提下，通过花费额外的时间或成本开销来获得更高的可靠性。

(3) 提出了在软硬件划分中表示不确定时间的方法。根据提出的范式，对软硬件划分中的不确定时间进行表示建模。通过分析两种场景建立不同的模型，进而提出算法求解模型，并研究其性质。

主要学术成果

[1] Si Chen, Guoqi Xie, Renfa Li, and Keqin Li. Uncertainty Theory Based Partitioning for Cyber-Physical Systems with Uncertain Reliability Analysis. ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems, 2021, 27(3): 1-19. (CCF B 类期刊, SCI, 第一作者)

[2] Si Chen, Lida Huang, Guoqi Xie, Renfa Li, and Keqin Li. Application of Uncertain Programming in Hardware/Software Partitioning: Model and Algorithm. Journal of Circuits, Systems, and Computers, 2023, 32(6): 2350105. (SCI, 第一作者)

[3] Si Chen, Lida Huang, Xiongren Xiao, Yan Liu, Guoqi Xie, and Renfa Li. Cyber-Physical Systems Design in An Uncertain Environment with Time Uncertainty Concern. 2023 IEEE 29th International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS 2023), 2023: 2015-2024. (CCF C 类会议, 第一作者)

[4] Yizhi Huang, Yan Liu, Yang Bai, Si Chen, and Renfa Li. UMA-MF: A Unified MultiCPU/GPU Asynchronous Computing Framework for SGD-Based Matrix Factorization. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2023, 34(11): 2978-2993. (CCF A 类期刊, SCI, 第四作者)