工业网络系统的感知-传输-控制一体化挑战与进展像一位精通can总线通信协议的技师手握万能钥匙为生产流
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化技术、计算机技术和通信网络技术，实现了信息系统与物理过程的协同操作，以达到生产优化、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。它们集成了感知能力、适应性传输方式以及协同控制功能，具有结构网络化、高度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核心。
然而，这种感知-传输-控制一体设计面临诸多挑战，如资源受限设备之间的异构融合问题，以及复杂通信环境中对时间确定性和可靠性的高要求。此外，在网络环境下，信息交互与控制耦合关系也非常紧密……为了应对这些挑战，我们必须开发能够满足实时可靠泛在通信需求且能提供敏捷精确协同控制性能的新一代工业网络系统。这需要综合应用理论框架，将控制优化理论与通信网络设计相结合，并形成能够自适应于系统动态变化及自身能力限制的一体设计方案。
要实现这一目标，我们必须清晰地表达感知、传输及控制三者的相辅相成又相互制约的地位，为揭示他们间相互作用并提升整体性能奠定基础。本文围绕此框架，首先介绍了工业网路体系及其主要特征，然后探讨了“感知-传输-控制一体”面临的问题，从非理想条件下的异构分布式融合估计到面向感知与控件适变传输，再到复杂环境下的协同控件等方面，总结了国内外研究现状及进展。
如何将这些元素有效结合起来？过去，一般采用独立分离设计策略，但这忽视了实际情况中的不完美沟通模型以及可能出现的问题，如部分数据丢失或超时，这些都影响到了最终结果。本文初步提出了一种新的思路，即联合设计，它可以更好地解决这些问题。
图2展示了一种基于边缘计算概念提出的分层架构，其中底层负责原始数据预处理，并减少直接发送给中心节点所需能量消耗；中间层利用边缘计算进行过滤提取以提高精度并减少冗余；顶层则是融合中心，最终为决策提供准确信息。这种结构有助于降低成本并提高效率，使得整个体系更加灵活自适应，同时还能在资源受限的情况下保持高效运作。
随着科学各个领域不断发展，“感知-传输-控件一体”范式也将不断演进。在未来的研究方向中，将会更多地探索如何通过全方位优化来提升整个系统的运行效果，而不是单独考虑某一个环节。此外，由于其在生产过程中的重要作用，其未来发展前景充满希望。
