综合上述分析可知利用现有计算、通信和控制理论和技术设计CPS将面临严重的实时性、安全性、健壮性和可靠性问题，CPS相关研究仍处在起步阶段，还存在诸多科学问题亟待解决。学术界和工业界需要提出一些新的基础理论和技术架构来支持CPS的设计，CPS需要通过解决如下几个问题来引导其下一步发展。

1）系统抽象层次设计。需要对现有的计算抽象层次进行扩展甚至重新设计，以集成时间、温度和能量等物理属性的描述和容忍如网络延迟、有限字长和舍入误差等不确定性因素，优化系统级的性能分析和验证，保障CPS的健壮性和可靠性。MARTE语言和架构分析与设计语言（AADL）能实现时间、内存大小和能耗等物理属性的表示，支持多种计算模型的描述，以及规约描述、设计、性能分析和验证等多个阶段间的互操作等，将为CPS设计提供很好的借鉴。

2）系统建模。需要就现有的计算模型、任务模型进行扩展，支持物理系统中的并发和随机行为描述，并且在异构模型如时间和事件触发模型、同步和异步计算模型、离散和连续抽象模型的组合方面需要提出一些新的理论和方法。多临界级任务模型、时空分区调度和时间触发体系结构在支持不同关键级别应用的集成、异构模型组合、可预测和可靠系统设计方面将发挥较大优势。

3）体系结构设计。需要设计一种开放的体系结构框架，能充分捕获各种物理信息、支持异构对象组合和容忍系统动态变化如物理设备失效等，以实现CPS的协同和自适应功能。充分践行“全局虚拟、局部有形”的设计思想能为上述体系结构设计提供指引。(www.daowen.com)

4）数据传输、管理和存储。需要在数据融合、传输、管理和存储方面设计新的算法，充分考虑CPS的动态性，降低消息传输的时变性和外界干扰，以满足实时、安全、可靠和低能耗的要求和实现CPS智能化控制和可重构功能。

5）子系统集成。虽然在各子系统中存在很多的模型、描述语言和工具支持其设计，但是在子系统集成，支持系统级性能分析和验证方面却面对巨大挑战。基于模型的设计方法在解决上述问题方面具备优势，将在CPS设计中发挥巨大作用。

上述问题对于关乎国家安全和竞争力的所有关键领域的技术基础来说都是非常关键的，仅针对特定应用所采取的单点解决方案不能解决根本问题，需要多个学科之间开展广泛而深入的合作，采取面向整个CPS应用领域的整体解决方案。