信息物理系统作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。CPS包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，其涉及应用领域非常广泛，包括智能交通系统，远程医疗，智能电网，航空航天等多个领域。如果说Internet的普及给人类社会带来了翻天覆地的变化，那么CPS的普及将给人类带来的一次工业革命。目前，CPS的研究才刚刚起步，对研究者来说机遇与挑战并存。

从二十世纪40年代麻省理工学院发明了数控技术到如今基于嵌入式计算系统的工业控制系统遍地开花，工业自动化早已成熟，基本是在人们日常居家生活中，各种家电具有控制功能。但是，这些控制系统基本是封闭的系统，即便其中一些工控应用网络也具有联网和通信的功能，但其工控网络内部总线大都使用的都是工业控制总线，网络内部各个独立的子系统或者说设备难以通过开放总线或者互联网进行互联，其通信距离很短，通信功能比较弱。而CPS则把通信放在与计算和控制同等地位上，这是因为CPS强调的分布式应用系统中物理设备之间的协调是离不开通信的。CPS对网络内部设备的远程协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量，特别是网络规模上远远超过现有的工控网络。美国国家科学基金会（NSF）认为，CPS将让整个世界互联起来，如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变我们与物理世界的互动。2007年7月，美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）在题为《挑战下的领先——竞争世界中的信息技术研发》的报告中列出了8大关键的信息技术，其中CPS位列首位。

CPS所面临的挑战主要来自以下几个方面：

（1）计算速度，由于很多CPS需要海量运算，当前嵌入式系统的计算速度还无法满足这一要求，可以想象在智能交通系统中高速运动的汽车长时间等待一条指令的情况下时将会发生什么危险事情。

（2）网络通信效率，就目前的互联网来说，在网络拥堵的情况下点击一个页面出现几秒钟延迟是常见的事情，然而在CPS中，如果一辆汽车需要立刻采取刹车措施时迟迟得不到指令是很危险的。

（3）研究条件，从CPS的特点我们已经知道它是一个横跨多个学科的领域，尽管人们已经意识到学科交叉的重要性，但在目前的教育和评价体制下，学科之间的融合显得缺乏动力。由于工业界和学术界对科研成果的评价指标不一致，使得高校和科研机构不愿投入时间和资源来研究和弄懂工业界所遇到的实际问题。