现场总线技术的智慧工业网络系统的感知传输与控制拥抱挑战与进展

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、高效传输功能以及协同控制能力，具有结构网络化、控制现场化和功能分散等优势，是实现工业信息物理系统智能互联的核心。

然而，这种一体设计面临诸多挑战，如资源受限下的异构终端融合难题，以及复杂多变通信环境中的时间确定性与传输可靠性的要求。此外，在网络环境下，信息与控制交互耦合带来额外难题。

为了应对这些挑战，我们必须分析并满足实时可靠泛在通信和敏捷精确协同控制需求，同时综合应用各种理论，将控制优化理论与通信网络设计方法相结合，以形成自适应于系统动态及网络能力的一代新型工业网路系统。

要实现这一体设计，我们需要清晰地表达感知、传输和控制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及其提升整体性能奠定基础。如图1所示，本文围绕一体框架，从简述了工业网路系统内涵及主要特征，再分析“感知-传输-控制一体”面临的问题，并从非理想通信下异构分布式融合估计、中向感知及控适变传输到复杂环境下的协同调控三个方面总结国内外研究现状。

如何实现联合设计？我们需超越独立分离策略，将传统单一视角转向全方位考虑，理解数据内容价值以优化整个过程。在恶劣条件下，一些状态不可测或数据丢失会影响性能，因此联合设计提供了一种有效途径。本文探索了一体架构，如图2所示，其中边缘终端预处理原始数据并进行转发，以减少能量消耗提高可靠性；中层利用边缘计算去除冗余提取精度增强；中心融合中心汇总局部估计值以降低总代价。