现场总线技术课程总结工业网络系统的感知者传输者和控制者的灵魂融合挑战与进展的诗篇
工业网络系统：融合控制与信息通信的智慧体。这种系统通过高度集成自动控制技术、计算机技术和通信网络技术，实现了信息系统与工业物理过程的协同，以达到生产最优化、流程简化和效率最大化，对于推动工业制造的数字化、网络化和智能化发展至关重要。它具备感知能力，能够适时地传输信息，并在复杂环境下进行协同控制，展现出结构网络化、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互联的关键。
然而，这一设计面临诸多挑战，如资源受限终端之间的异构融合问题，以及复杂多变通信环境中对时间确定性和传输可靠性的高要求。此外，在网络环境下，信息与控制交互存在耦合关系，使得系统分析与设计必须满足实时可靠泛在通信及敏捷精确协同控制需求。为了应对这些挑战，我们需要综合利用控制理论、通信理论及计算理论，将两者的优点相结合，以形成自适应于系统动态和网络能力的一代新型工业网络。
要实现这一一体化设计，我们必须清晰地表达感知、传输及控制三者之间相辅相成且相互制约的耦合关系，为揭示三者间相互作用并提升整体性能奠定基础。在这样的框架下，本文将围绕“感知-传输-控制一体化”探讨内涵及其主要特征，并分析面临的问题，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控，有助于总结国内外研究现状及进展。
如何实现联合设计？过去，由于假设完美或符合特定模型，我们独立分离地采用了不同的机制和算法，但这限制了整个性能提升。而恶劣条件导致状态不可测或部分丢失造成影响，因此联合设计成为有效途径。本文初步探索了一体性设计，并提出了如图所示的分层架构，其中边缘估计终端负责原始数据预处理与转发以减少能量消耗并提高交互可靠性。
此架构可以最小化感知-传输-控之总代价并开展自适应调度等联合设计，使得感知为控提供支撑，传输保证实时交互，而控则保障稳定运行。这使得“感知-通讯-控”一体性的学习使得其每个环节都有更好的表现，从而提升协同能力。
目前，该领域尚处探索阶段，但随着学科快速发展，一些新的范式会出现，同时应用范围也将扩大。通过各环节优调来实现工厂智能，将成为一个重要方向，而且在生产过程中发挥越来越大的作用！
