如何将工业网络系统的感知-传输-控制一体化实现探索两种常见现场总线技术的挑战与进展
如何将工业网络系统的感知、传输和控制功能融合为一体？这项任务面临着多重挑战，包括异构终端的融合难度、复杂通信环境中的时间确定性与可靠性要求，以及在网络环境下的信息交互耦合问题。为了克服这些困难，我们必须深入理解感知、传输和控制三者的相互作用，并采用综合性的方法，将控制优化理论与通信网络设计相结合，以实现自适应于系统动态和网络能力的新型工业网络系统。
要实现这一目标，我们需要清晰地定义感知、传输和控制之间的相互关系，这是揭示三者间相互作用并提升工业网络系统整体性能的基础。例如，图1展示了一个基于一体化框架的研究方向，该框架涵盖了非理想通信下异构网络分布式融合估计、面向感知和控制的适变传输以及在复杂系统中进行协同控制等关键领域。
图1：工业网络系统的一体化框架
为了解决传统独立分离设计所带来的限制，我们提出了一个新的联合设计方法，该方法结合了边缘计算技术对原始感知数据进行预处理和信息过滤，从而提高信息交互的可靠性并减少能量消耗。这个方法被应用于图2所示的一个分层架构中，其中边缘估计终端负责局部数据处理，而中间层则负责对接收到的数据进行进一步加工以提高精度。
图2：工业网路系统的一种分层架构
通过这种感觉-沟通-命令的一体化设计，可以最小化整个体系结构中的感觉-沟通-命令总成本，并促进资源受限条件下的自适应调度与控制律。在未来，这种范式将会继续发展，以支持更高级别的大规模协同优化，并扩展到越来越广泛的地理范围内。此外，由于跨学科领域，如自动制御科学、信号处理科学以及人工智能技术日益增长，它们对于建立高度集成且灵活响应的人机界面的潜力也变得更加明显。这不仅有助于改善生产过程，而且还可能推动整个行业向更加智能、高效、高质量发展。