现场总线在工业网络系统的感知-传输-控制一体化中仿佛是智慧的使者它们以迅雷不及掩耳之势挑战着效率与精
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、适应性传输和协同控制等功能,并且具有结构上的网络化、现场上的控制和功能上的分散性,这些都是实现工业信息物理系统智能化互联的关键。
然而,感知-传输-控制一体化设计面临许多挑战,比如在资源受限条件下异构终端难以融合,在复杂多变的通信环境中需要高时间确定性与传输可靠性,以及在网络环境下信息与控制交互耦合的问题。
为了解决这些挑战,我们必须分析并设计能够满足实时可靠泛在通信以及敏捷精确协同控制需求的一代工业网络系统。这需要综合利用控制理论、通信理论以及计算科学,将控制优化理论与通信网络设计相结合,以形成能够自适应于系统动态变化及网络能力变化的一代新型工业网路体系。
要实现这一体化学说,我们必须清晰地表达出感知、传输和控制三者的相辅相成关系,为揭示三者间相互作用并提升整体性能奠定基础。如图1所示,本文围绕了一体化学说框架,从简述了内涵到分析挑战及其关键问题,然后从非理想通信下的异构分布式融合估计到面向感知与控有的适变传输再到复杂环境下的协同管理等三个方面,回顾了国内外研究现状及进展。
图1 工业网路体系感知-传输-控学说框架
如何才能实现联合设计?我们知道,过去基于独立分离进行设计限制了整个性能提升。而恶劣工厂条件使得某些状态不可测,有时候数据丢失或超时,不完整数据影响到了对策执行。本文探索了一种新的方法——感觉通讯对话处理提出了一个分层建筑,如图2所示。在底层部署边缘估算器,它们负责原始感觉数据预处理及转发。此目的减少直接发送感觉数据至中心所需能量耗费及通讯资源降低冲突概率提高交互可靠度。由于感觉器具范围有限且邻近设备相关密切,将其按照地理位置聚类并为每个簇设置边缘估算器。此外所有边缘估算组成中间层使用边际计算剔除冗余信息提高准确度将局部评估值送往中央节点。基于此结构可以最小总成本设立资源受限自适应调度法则各项共同操作制定策略。
通过这样的方案,可以极大提升产业互联网系统协作观察/管理能力本文探讨的情景仍处于初步阶段随着科技快速发展跨学科领域取得新进展产业互联网也将得到迅速推广新的“感觉通讯对话”范式不断涌现共享优越之道将成为重要课题同时产业互联网在生产过程中的智能/信息决策应用会更加广泛!