工业网络系统的感知-传输-控制一体化现场总线技术的智慧灵魂挑战与进展之舞
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，拥有结构网络化、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，在设计感知-传输-控制一体时，我们面临诸多挑战，如资源受限终端之间异构融合困难，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，信息与控制交互耦合作用更加复杂……为了应对这些挑战，我们需要综合利用控制理论、通信理论及计算科学，将优化理论与网络设计方法相结合，以形成能够适应系统动态变化及网络能力变化的一代新型工业网路。
要实现一体设计，我们必须清晰地表达感知、传输与控制三者之间相辅相成且相互制约的耦合关系，为揭示三者的相互作用并提升整体性能奠定基础。在此基础上，本文围绕一体框架分析了“感知-传输-控制一体”面临的挑战及其关键问题，并从非理想通信下的异构分布式融合估计、中间层适变传输策略以及复杂协同控到三个方面综述了国内外研究现状。
如何在恶劣环境下保证实时可靠数据交换？本文探讨了一种分层架构，底层部署边缘估计终端进行原始数据预处理及转发，以减少能量消耗降低冲突。由于每个簇内终端感知相关性较高，将其分簇并部署边缘估计终端，可以提高信息交互可靠性。而中间层则利用边缘计算去除冗余提取局部精确值供融合中心使用。这样的架构可以最小化总成本开展自适应调度与联合设计。
这项工作将使得我们不仅能提供更好的决策支撑，还能提升整个体系运行效率，使之更接近理想状态。这是一个不断探索中的领域，与随着科技进步而快速发展的人工智能紧密相关，不久的将来，这样的范式会成为行业标准，而应用范围也将不断扩大！
