云端-森林自动化：面向自主工业电子-物理系统的新范式
系统与控制
2025-04-08 v1 系统与控制
摘要
自主工业电子-物理系统（ICPMS）代表着一种未来愿景，旨在实现工业系统的完全自主性，将物理过程无缝地与通信、计算与控制技术集成，同时在系统层面嵌入智能。云端-森林自动化是一种新兴的数字化工业自动化参考架构。该架构标志着从传统国际自动化学会（ISA-95）模型向加速通信、计算与控制协同的范式转变，以实现完全自主的ICPMS。随着新型无线技术的部署，以几乎确定性的超可靠低时延通信为特征，针对现代ICPMS而进行的最优控制与计算联合设计日益重要。系统范围的网络-物理安全也必须得到 critical enforcement。尽管该领域已取得近期进展，但仍存在显著的研究空白和开放技术挑战。因此，需要重新思考在通信、计算与控制（我们称为“3C协同设计”）方面的协同设计。本文将云端-森林自动化与3C协同设计作为实现自主ICPMS愿景的新范式。我们阐述了该领域的最新进展与未来方向，具体讨论了如何通过以目标为导向的通信、以虚拟化为导向的计算以及面向服务质量（QoS）的控制，推动云端-森林自动化向完全自主的ICPMS迈进，同时考虑系统范围的网络-物理安全。
引用
@article{arxiv.2504.04908,
title = {Cloud-Fog Automation: The New Paradigm towards Autonomous Industrial Cyber-Physical Systems},
author = {Jiong Jin and Zhibo Pang and Jonathan Kua and Quanyan Zhu and Karl H. Johansson and Nikolaj Marchenko and Dave Cavalcanti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.04908},
year = {2025}
}