工业网络系统的感知-传输-控制一体化常用的现场总线5个挑战与进展

工业网络系统：融合控制与信息通信的动态体。这种系统将自动控制技术、计算机技术和通信网络技术高度结合，通过网络实现了信息系统与物理过程的协同，以达到生产最优化、流程简化和效率最大化，对促进工业制造数字化、网络化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、现场控制和功能分散等优势，是实现工业信息物理系统智能互联的核心。不过，这种感知-传输-控制一体设计面临诸多挑战，如资源受限终端融合难题、复杂环境下的通信需求高强度以及在网络中的交互耦合问题等。为了应对这些挑战，我们需要综合利用理论，结合优化理论与通信设计方法，形成适应于动态变化的新型工业网路系统。

要实现这一目标，我们必须清晰表示感知-传输-控制三者的相辅相成关系，为揭示它们之间相互作用并提升整体性能奠定基础。这包括非理想条件下异构分布式融合估计、高效适变传输以及复杂环境下的协同控制等方面。本文围绕一体框架介绍了内涵特征，并分析了“感知-传输-控制一体”面临的挑战及关键问题，从三个方面探讨了国内外研究现状。

如何实现联合设计？过去，独立分离是常见做法，但这限制了性能提升。在恶劣条件下，不可测状态导致信息丢失或超时影响性能。联合设计成为有效途径。本文初步探索了一体设计，并提出如图2所示的分层架构，其中边缘估计终端负责预处理数据转发以减少能量消耗提高可靠性。此架构可以最小化总代价开展自适应调度与控律设计，使得感知支持决策，传输保证实时交互，而控律保障稳定运行，从而提升协同能力。