工业网络系统的感知-传输-控制一体化现场总线控制系统的优缺点与挑战进展
工业网络系统：融合控制与信息通信的动态体，促进制造业数字化、网络化与智能化。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关键。然而，感知-传输-控制一体化面临挑战，如资源受限终端融合难度大、复杂通信环境对时间确定性和可靠性的高要求以及在网络环境下信息交互耦合问题。为了应对这些挑战，我们需要综合利用理论，以自适应于系统动态和网络能力为目标，形成新一代工业网络系统。
要实现一体化设计，我们必须清晰表达感知、传输及控制三者之间相辅相成且相互制约的耦合关系，为揭示三者的相互作用并提升整体性能奠定基础。本文围绕一体化框架简述了工业网络内涵及其特征，并分析了“感知-传输-控制一体化”所面临的挑战与关键问题。从异构分布式融合估计、中适变传输及复杂协同控制三个方面综述了国内外研究现状及进展。
如何实现联合设计？传统上，控制理论假设完美通信，而通信理论不关注内容用途。这导致独立分离设计限制了整体性能提升。在恶劣环境中，不可测状态和部分丢失或超时信息影响了性能。联合设计是一种有效途径，本文探索了一体化设计，并提出了图2所示的分层架构，其中边缘计算技术用于过滤提取局部估计值以提高精度。
这种体系使得感知过程支撑决策，传输过程确保实时交互，而控过程保证稳定运行，从而提升协同能力。此阶段研究尚需进一步发展，但随着学科间快速进展，将推动工业网速发展，以及应用范围扩大，对生产智能优化将成为重要方向之一！
