工业网络系统的感知-传输-控制一体化挑战与进展仿佛是一个精明的策略家用can总线通信协议三要素数据总

工业网络系统的感知-传输-控制一体化挑战与进展仿佛是一个精明的策略家用can总线通信协议三要素数据总

工业网络系统:一个融合了自动控制技术、计算机技术和通信网络技术的复杂系统。这种系统通过网络将信息系统与物理过程结合起来,实现生产的最优化、流程的简化和效率的最大化,对于促进工业制造业数字化、联网和智能化发展至关重要。它集成了感知、传输和协同控制功能,具有结构网络化、现场控制以及功能分散等优势,是实现工业信息物理系统智能化与互联的关键。但是,这一设计面临诸多挑战,如资源受限终端难以融合,以及在复杂通信环境中保持时间确定性和传输可靠性。此外,在网络环境下,信息交互耦合问题也是需要解决的问题。为了应对这些挑战,我们必须分析并设计满足实时可靠泛在通信和敏捷精确协同控制需求,并综合应用控制理论、通信理论及计算理论,以形成能够适应动态变化且具备自适应能力的新一代工业网络系统。

要实现这一体化设计,我们需要清晰地表达感知、传输和控制之间相辅相成又相互制约的关系,为揭示三者间相互作用并提升整体性能奠定基础。本文围绕这一框架,从简述工业网络内涵及主要特征开始,然后分析“感知-传输-控制一体化”面临的挑战及其关键问题。我们从非理想通信下的异构分布式融合估计、中立感知与适变传输策略,以及复杂协同控制等方面进行了国内外研究现状与进展综述。

为了实现联合设计,我们必须超越单纯考虑反馈信息来达到特定目标的情况,而应该综合考虑整个信息链条,从源端到终端,每一步都需保证数据完整性。在恶劣条件下,当一些状态不可测或部分信息丢失时,不完整信息会影响到整个系统性能。这正是为什么联合设计成为一种有效途径。

本文探索了一种新的方法,即提出了图2所示的一种分层架构。在这个架构中,边缘估计终端负责原始数据预处理及转发,以减少能量消耗并提高实时性。此外,还使用边缘计算技术对接收到的原始数据进行过滤提取,以提高感知精度,并将局部估值传递给融合中心。

通过这样的感觉-通讯-控律的一体性设计,可以使得感觉过程为控律提供支持;通讯过程则负责实施感觉到控律之间实时可靠交换;而控律过程,则为保证稳定高效运行提供决策,最终提升了整个工业网路协作感觉/控律能力。

然而,这些研究仍处于探索阶段,但随着跨学科领域不断发展,尤其是自动化学科、大数据科学等领域迅速崛起,将会推动这项科技前沿迈出巨大步伐。一旦成功,该范式将带来革命性的改变,使得生产更加高效、高质量,同时也可能产生全新的商业模式。