工业网络系统的感知-传输-控制一体化在工业现场总线的怀抱中展开挑战与进展交织成曲
工业网络系统：一个融合自动控制、计算机技术和通信网络技术的复杂体。这类系统通过网络实现了信息系统与物理过程的协同，促进了工业制造的数字化、网络化和智能化。它们集成了感知、适变传输和协同控制功能，具有结构化、高效率等优点，是实现工业信息物理系统智能化和互联化的关键。但面临诸多挑战，如资源受限终端融合难度大，通信环境复杂且要求高时确定性与可靠性，以及在网络环境下信息交互耦合问题。
为了应对这些挑战，我们需要综合利用控制、通信、感知理论，将控制优化理论与通信设计方法相结合，以形成自适应于系统动态和网络能力的新一代工业网络。要实现这一体设计，我们必须清晰表示感知-传输-控制三者的耦合关系，为揭示三者间相互作用提升整体性能奠定基础。
本文围绕一体框架，简述了工业网路系统内涵特征，并分析“感知-传输-控制一体”面临挑战及关键问题。从非理想通信下的异构分布式融合估计到面向感知/控制适变传输，再到复杂系统协同管理，本文总结国内外研究现状及进展。
如何实现联合设计？我们探索了一种将传统单独分离设计转换为联合方式的一步，这涉及恶劣环境中状态不可测以及部分信息丢失或超时的问题。本文初步提出了一种分层架构，其中边缘估计终端负责原始数据预处理并减少能量消耗。此架构可以最小化总代价，并开展资源调度与自适应控律设计。
这使得感知提供信息支撑，传输确保实时可靠交互，而控制保证稳定运行，从而提升协同能力。虽然当前研究尚处探索阶段，但随着学科发展，“感知-传输-控制一体”范式将不断涌现，其应用范围将扩大至生产过程智能化与信息化领域！
