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id: wiki-2026-0508-cyber-physical-systems-cps
title: Cyber-Physical Systems (CPS)
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aliases: [CPS, Cyber Physical Systems, IoT 의 산업 형태, Industrial IoT]
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tags: [cps, iot, industrial, embedded, real-time, control-system, simulation]
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# Cyber-Physical Systems (CPS)

## 📌 한 줄 통찰 (The Karpathy Summary)
> **물리 (sensor + actuator) + 계산 (compute + network) 을 tight loop 로 결합한 system**. IoT 의 산업 / 안전 critical version. 자율주행, 로봇, 스마트 그리드, 공장 자동화 가 대표.

## 📖 구조화된 지식 (Synthesized Content)

### 정의
- **Cyber**: 계산, 네트워크, 알고리즘.
- **Physical**: 센서, 액추에이터, 모터, 환경.
- **System**: 둘 의 closed-loop feedback (sensor → compute → actuator → physical change → sensor).

IoT 와 다른 점:
- IoT 가 "device 가 인터넷 에 연결".
- CPS 가 "물리 process 의 control loop 에 compute 가 깊이 통합".
- 안전 / real-time 이 핵심 (autonomous car 가 0.1 s 늦게 brake = 사고).

### 핵심 구성요소
1. **Sensor**: 물리량 → 디지털 (lidar, IMU, 온도, 카메라).
2. **Network**: 작은 latency / 높은 신뢰 (5G URLLC, TSN, CAN bus).
3. **Compute**: edge (자율주행 의 GPU) + cloud (fleet learning).
4. **Actuator**: 디지털 → 물리 (모터, 밸브, 디스플레이).
5. **Control**: PID / MPC / RL 알고리즘.

### 게임 / 시뮬레이션 관점
게임 디자인 측면에서 CPS 는 "real-time physics + AI agent" 의 모델:
- 자율 NPC 가 sensor (vision cone) → decision (FSM / behavior tree) → actuator (animation, attack).
- 물리 엔진 + AI 의 closed loop.
- 멀티플레이어 의 lag 보상 (latency 가 CPS 의 real-time 과 동일 문제).

게임 의 simulation engine 가 CPS 의 dev environment 와 closed loop 친화 (Unity / Unreal 의 ROS 통합 가 흔함).

### 응용 분야
- **자율주행**: Tesla, Waymo. Sensor fusion + planning + control.
- **로봇**: Boston Dynamics, 산업용 arm.
- **스마트 그리드**: 전력 수요 / 공급 의 real-time balance.
- **공장 자동화**: 디지털 트윈 + PLC.
- **의료**: pacemaker, surgical robot, infusion pump.
- **AR / VR**: head tracking + display 의 motion-to-photon < 20 ms.
- **드론 / UAV**: swarm coordination.

### 주요 도전
- **Real-time guarantee**: hard real-time (deadline miss = catastrophic) vs soft.
- **안전 인증**: ISO 26262 (car), IEC 61508, DO-178C (aviation).
- **보안**: 물리 영향 (Stuxnet 가 우라늄 원심분리기 손상).
- **Fault tolerance**: redundancy, graceful degradation.
- **Heterogeneous**: 매 sensor / actuator 가 다른 protocol / latency.
- **Verification**: formal method (model checking, theorem proving).

### 현대 trend (2024+)
- **AI / ML 통합**: end-to-end neural net (Tesla FSD).
- **Edge AI**: Jetson, Coral, custom NPU.
- **Digital twin**: NVIDIA Omniverse, Siemens Xcelerator.
- **5G URLLC + TSN**: 1 ms latency.
- **OTA update**: car 가 Tesla 식 업데이트.

## ⚠️ 모순 및 업데이트 (Contradictions & Updates)
- **AI 기반 control 의 안전 인증**: traditional model-based control 의 verification 가 mature 하지만, neural net 의 formal verification 가 active research. 인증 framework 가 늦게 따라옴 (FAA 의 ML-based avionics gradual approval).
- **Edge vs cloud**: 옛날 = "edge 가 simple, cloud 가 brain". 모던 = "edge 가 LLM 도 run". Trade-off 가 latency / cost / privacy.

## 🔗 지식 연결 (Graph)
- 관련: [[Control-Theory]] · [[Digital-Twin]] · [[Industrial-IoT]] · [[Autonomous-Driving]]
- Adjacent: [[Edge Computing|Edge-Computing]]
- Raw Source: [[00_Raw/2026-04-20/Cyber-Physical Systems (CPS).md]]

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## 🤖 LLM 활용 힌트 (How to Use This Knowledge)

**언제 이 지식을 쓰는가:**
- 자율 시스템 (자율주행, 로봇, 드론) 의 architecture 토론.
- IoT 와 CPS 의 차이 설명 (안전 critical 의 강도).
- 게임 의 AI agent 의 sensor-actuator loop 디자인 (FPS NPC, RTS unit).
- Real-time constraint 가 있는 system 의 latency budget 분석.
- 디지털 트윈 / simulation environment 설계.

**언제 쓰면 안 되는가:**
- 단순 IoT (스마트 전구, 가습기) — over-engineering.
- 정확한 ISO / IEC 인증 절차 — 전문 컨설턴트 필요.
- AI 기반 의료기기 의 FDA 승인 — 매 country 의 regulator 직접.
- Production 의 real-time guarantee — domain expert + formal verification.

## 🧪 검증 상태 (Validation)
- **정보 상태:** verified (concept-level)
- **출처 신뢰도:** B (industry common knowledge, NIST CPS framework, IEEE definition 기반)
- **검토 이유:** Manual cleanup. Concept 가 안정. Specific certification / regulation 은 별도 verify.

## 🧬 중복 검사 (Duplicate Check)
- **기존 유사 문서:** [[Industrial-IoT]] (overlap), [[Embedded-Systems]] (subset), [[Digital-Twin]] (related).
- **처리 방식:** KEEP (CPS 가 distinct concept — physical+cyber tight coupling 의 강조).
- **처리 이유:** Industrial IoT 는 connectivity 강조, CPS 는 control loop 강조.

## 🕓 변경 이력 (Changelog)
| 날짜 | 변경 내용 | 처리 방식 | 신뢰도 |
|------|-----------|-----------|--------|
| 2026-05-08 | P-Reinforce Phase 1 정규화 (frontmatter + 헤더 표준화) | UPDATE | A |
| 2026-05-09 | Manual cleanup — placeholder 제거, 실제 지식 작성 | UPDATE | B |
