工业网络系统的感知-传输-控制一体化总线技术的智慧引领挑战与进展
工业网络系统：融合控制与信息通信的智慧体。这种系统将自动控制技术、计算机技术和通信网络技术高度融合，通过网络实现了信息系统与工业物理过程的协同，促进了工业制造的数字化、网络化和智能化发展。这类系统集成了感知、传输和控制功能，具有结构化、现场化和分散化等优势，是实现工业信息物理系统智能互联的关键。但是，它们面临诸多挑战，如资源受限终端难以融合，以及复杂多变的通信环境要求高时间确定性和传输可靠性。此外，在网络环境下，信息交互耦合也带来了新的问题。为了应对这些挑战，我们需要综合利用控制理论、通信设计方法以及计算理论，以形成自适应于动态变化且具备强大能力的一代工业网络系统。
为了实现一体化设计，我们必须清晰地表达感知、传输和控制之间相辅相成但又相互制约的地位，这对于揭示三者间关系并提升整体性能至关重要。图1展示了本文围绕此框架进行研究，从非理想条件下的异构分布式融合到面向感知与控制的适变传输再到复杂环境下的协同控制，本文总结了国内外研究现状及其进展。
如何实现联合设计？过去，由于假设完美或特定模型，对传统控制理论来说忽略了通信问题，而在通信领域，也未充分考虑所传递内容。然而，在恶劣环境下，这导致了一些状态不可测，并影响到了实时性的需求。本文探索了一种新范式，即感知-communications-controllers' integration（C2I），提出了一种分层架构如图2所示，其中边缘估计终端负责预处理数据并减少能量消耗。
这种一体化设计使得感知支持决策，传输确保实时可靠交换，并为稳定运行提供控件决策，从而提升协同能力。虽然当前研究仍处于起步阶段，但随着跨学科科学发展，将会有更多突破，为应用范围扩大的“一体化”范式奠定基础。在未来，不断优化各环节将成为一个重要方向，而工业网路在生产中扮演越来越重要角色！
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