網絡控制學科交叉范文

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二十年前,面對計算機與控制交叉發展的機遇與挑戰,中國計算機學會工控機專委會(其前身:中國電子學會電子計算機專業委員會工業計算機學組)誕生。二十年后的今天,我們又面臨新的機遇與挑戰,其特征之一就是,信息科學技術快速發展所引發的計算網絡與控制科學技術的交叉發展,本文簡稱為“網絡控制”對此#已有不少論述。本文只是簡要討論一些看法。

1網絡控制的機遇

近年來信息科學技術與信息產業的發展十分迅猛，新思想、新技術相繼問世，網絡方面的新技術和產品迅速進入市場。而在經歷一個大發展后，自動化及控制理論在其發展中也出現一此“困惑”，各國均十分關注自動化科學與技術面臨的機遇與挑戰。1986年IEEE與美國國家基金委專家高峰會發表“對控制的挑戰”一文;1990-1993年IFAC組織了“控制在工業中的應用而臨計算機的挑戰”調研……我國也十分重視這個問題:1999年宋健在IFAC大會報告:21世紀的控制;2002年中國國家自然科學基金委召開“中國自動化領域發展戰略高層學術討論會”在這此討論中，信息的控制、網絡技術對控制的沖擊等都是一個議題。維納《控制論》一書的副標題是:“關于在動物和機器中控制和通信的科學”;而在《控制論》第一版序言中他又指出“如果一門新的科學學科是真正有生命力的，它的引人興趣的中心就必須而且應該隨著歲月而轉移……因此，控制論學家應該繼續走向新的領域，應該把大部分注意力轉移到近十年發展的新的思想上去……”。從歷史上看，控制與通信確實是相互依存交叉發展的，而當今在“網絡的連通性無所不在”的形勢下，我們確有必要討論網絡對控制的挑戰是什么，信息的控制或網絡控制是否應該列為一個“引人興趣的中心”。

“網絡控制”的提法早已有過，而對其內涵與外延井不十分統一，我們覺得網絡控制泛指通信網絡與控制科學技術的交叉以及相應的產品。主要包括兩個方面的內容，網絡化系統的控制與管理，網絡主要是做為技術手段或環境#而控制對象是傳統的對象（如電機、化工過程、航天……）也包括交通服務等系統。本文簡稱為”網絡化控制”"網絡系統本身的控制與管理。信息與網絡成為控制的對象，而采用控制的手段來滿足用戶的要求。本文簡稱為“網絡的控制”。這也可以說是從兩個視角來研究網絡控制。我們在網絡控制的這兩個視角上都面臨機遇與挑戰，前者延伸了諸如數字控制。計算機控制等的概念，而后者則延伸了電機控制，機床控制等的概念。

2網絡化系統與網絡化控制

網絡化系統及網絡化控制有多種提法，如TelematicSys-terns，NetworkedSystems，NetworkedControlSystems(NCS)，IntegratedCommunicationandControlSystems(ICCS通信與控制系統)等，其內涵各有所側重，但有共同點:是依靠網絡(主要是計算機網絡)組成的分布式系統;具有資源共享、集成自動化、協調下作等特點，從應用角度可包括:網絡化控制、網絡化制造、電子政務、電子商務、數字家庭、大型電網、城市交通、軍事上的41SR指揮、控制、通信、計算機以及情報、監視、偵察)等?？梢允窍聵I對象也可以是服務業或其他對象。

網絡化控制系統中的網絡一般是大范疇的企業網絡，從功能層次上可包括企業網的外聯網[xtranet，企業內聯網Intranet,控制網、傳感網等，從網絡類型上也可以說包括因特網、無線移動通信、以太網、現場總線與工業以太網、傳感器網絡等網絡技術在控制領域的’泛且深入的應用，必然引起網絡與控制交叉學科的發展，或者引起ThomasKahn在“TheStrutureofScientificRevolutions”中指出的在控制領域的范例轉移(ParadigmShift)或出現從連續時間控制理論到離散時間控制理論的發展。

網絡化控制與管理系統，可以不同程度地實現各層次自動化系統的集成使企業在企業協作、資源共享、提高效率、增強市場競爭能力等方面得到好處;同時，網絡的引入必然帶來信息傳輸時延，延時的抖動信息(數抓包)去失等問題，也必將引發一此研究課題，包括:網絡化控制系統體系結構，網絡環境下復雜系統的集成優化控制;基于連續時間和基于事件控制理論(在網絡化控制系統中的)的應用與發展;各種網絡化應用系統的建模與分析;基于網絡計算和網絡存儲的分布控制;網絡化系統的信息女全，現場總線，工業以太網，傳感器網絡等等，從某種意義說工業控制計算機系統的發展必須定位于網絡環境下，從網絡控制著手。

3網絡的控制與答理

網絡的控制，基于網絡的控制(Network一BasedControl)或網絡空間中的控制問題是自接涉及到網絡木身的控制問題，這里控制的對象是信息、數抓、網絡……。在自動化科學發展的歷史中，自動控制的對象是不斷發展變化的，這種發展體現了自動化科學理論與實際相結合，學科交叉和與時俱進的特性，從某種意義上說控制論的著眼點是信息與控制或信息的控制而網絡的控制是信息的控制中的重要內容。

網絡的控制或基于網絡的控制系統在資源共享提高網絡服務質量，實現集成自動化和整體優化以及和諧人機協調等方而都有優勢或潛力;由于網上的傳輸時延，數抓包去失，以及用戶對網絡服務質量的不同需求等，引出了網絡的控制中一系列研究課題。涉及相關的協議，系統的控制策略，穩定性、魯棒性、算法的收斂性以及控制系統產品化等問題。

以復雜媒體網絡的控制為例，復雜媒體可視為一個廣義的系統，其所究內容包括信息結構、復雜媒體的管理.、服務質量(QOS)控制，流量控制等。例如，在流媒體系統中，可以利用自適應等控制策略使用戶在不同的網絡環境卜享受到盡可能好的QoS保證。

1999年，木尼迪克特(Bendidt)提出了“網絡空間”（Cyberspace)的概念，稱這種“由計算機支持，由計算機進入和由計算機產生的全球網絡化，是多維度的，人造或‘慮擬’的真實。它是真實的，每一臺計算機都是一個窗口;它是慮擬的，所看到的或所聽到的既不是物質也不是物質的表現，相反它們都是純粹的數抓或信息組成的”。可以說，它是介于慮擬和現實之間的特殊空間，即“網絡空間”，由此而可能發展網絡科學。網絡空間有許多控制和答理問題，有人稱之為“慮擬控制”或網絡的控制。近年來，關于下一代互聯網、智能網、網格等的討論也較多，網格（Grid)一般認為是繼傳統因特網、Web之后的第三代因特網其主旨是實現互聯網上所有資源的全而連通，在氣象、能源、教育以及企業信息化中都有廣’泛應用。美國《福布斯特》雜志預期網格技術到2020年將產生年產伯20萬億美元的大下業。在網格中分布資源管理與控制、資源共享、網格監控以及系統女全等方而的研究都是受人關汁的四。有人建議，在網格的體系上要體現服務第一，協議第一的觀念。另外，在下一代網關中，可能會將大部分控制功能(呼叫控制、接入控制、資源控制、服務質量控制等)統一交由一個控制層來完成?？梢?，網絡的控制及管理.是日益受到重視，控制的一此基本概念，控制策略和控制理論不能簡的一地搬用到網絡的控制中，但應可以在網絡的控制中得到發展。

以網絡為控制對象的網絡控制所要解決的主要是用戶對網絡各種服務質量:需求與網絡資源間的矛盾與協調。從信息傳送結構上講，可以在核心網上增強控制功能;也可以在邊緣網上引入系統與控制的方法。在這此系統建模與分析中，多會遇到系統規模大、異構件、時變性、人機協調、隨機性等問題、在已見的一此研究成果中，排隊論、小波分析、自適應、神經網絡、混雜系統等理論與方法都有應用。在因特網或非實時局域網的控制系統中，離散控制時間的確定性或定常性已不存在，要發展網絡控制理論或改造經典的方法或按離散事件動力學考慮新途徑，學科交叉研究勢在必行。

4對下控機系統及專委會工作的一此思考

二十年前，在個人計算機(PC)技術成熱并大舉進入市場之際，我們成立了工業控制計算機專業委員會，在學術交流、產品研發等方面做了許多工作，得到了廣泛的認可。當前，信息網絡迅速發展，而對網絡控制等的機遇，工控機系統的研發人員應多交流討論。各種工控機系統，現場總線、工業以太網，分布控制系統，傳感器仍是工業自動化與下控機的主要課題，而網絡控制的機遇與挑戰也是專委會需認真思考的:

1)當前，我國在網絡化控制(網絡化系統，網絡化制造……)方面的研究與產品研發已有一此成果，尚待深入與普及;而在網絡的控制方而的研究下作剛剛開始。我們可能需要在理論探索、技術研究以及協議（標準)制定、產品研發等層面上挑戰網絡控制的機遇。

2)需要面對網絡控制的挑戰，加強計算機、通信網絡、自動控制等學術交叉性的研討，可與兄弟專委會聯合組織。計算機、通信網絡、自動控制等不同專業背景的人員在從事網絡控制這類學科交叉研究中，往往有不同的思路、視角、方法或切入點，其成果也各有特色。多交流互補是大有益處的。