工业网络系统的感知-传输-控制一体化总线之心挑战与进展交响篇
工业网络系统：融合控制与信息通信的动态体，推动制造业数字化、网络化与智能化。它集成感知、传输和控制功能，具有结构网络化、现场控制和功能分散性。然而，感知-传输-控制一体化面临资源受限终端融合挑战、复杂通信环境的时间确定性和可靠性要求、高耦合信息交互等问题。为了满足实时可靠泛在通信及敏捷精确协同控制需求，我们必须综合应用理论，将优化理论与通信设计相结合，以形成自适应于系统动态和网络能力的新型工业网络系统。要实现一体化设计，我们需要清晰表达感知、传输和控制之间相辅相成且相互制约的耦合关系，为揭示三者间作用并提升性能奠定基础。本文围绕一体化框架分析了“感知-传输-控制一体化”挑战及其关键问题，从异构网络分布式融合估计、适变传输以及复杂系统协同控制三个方面综述了国内外研究现状。
如何实现联合设计？我们提出了如图所示的工业网络系统分层架构。在底层部署边缘估计终端进行预处理和信息转发，以减少能量消耗并提高信息交互可靠性。此外，我们利用边缘计算技术对接收到的原始数据进行过滤提取以去除冗余，并将局部估计值传递到融合中心。
感知-通信-控制的一体化使得感知为控提供信息支撑，传输实现实时可靠交互，而控保证稳定高效运行，为提升协同能力奠定基础。目前，这个领域尚处探索阶段，但随着学科快速发展，将不断取得进展，新的范式会涌现，以及方法和实施方式也会越来越丰富，其应用范围将扩大。这将成为一个重要研究方向，并在生产过程中发挥越来越重要作用！
