1. 课题来源与背景：物联网在工业界掀起了一场新的革命。工业物联网催生了“工业 4.0”，其系统组成模块通过物联网网络相互连接，并可以相互通信以作出决策。无线连接在物联网时代发挥了重要作用，在工业控制中采用无线解决方案的情况在各级控制系统中迅速增加。2015 年，全球用于工业控制应用的无线设备（包括网络和自动化设备）的发货量已达到 480 万台，Berg Insight 预计其年复合增长率将达到 25.1%，预计到 2021 年发货量将达到1830 万台。工业控制应用中无线设备的安装基数预计将以 27.7%的复合年增长率增长，从2015 年底的1430 万个连接增长到2021年的 6200 万个设备。

    2. 研究目的与意义：工业控制系统利用物联网连接远程和本地设施和设备，以提高运行效率。物联网关键任务控制场景包括内部状态为不同反应器温度和压力的大型化工厂的稳定，内部状态为平移和旋转位置的工厂生产线或内部状态为速度和加速度的无人车辆的稳定。显然，稳定性是这些物联网控制应用中的关键要求，因为它直接关系到安全问题，如果不能稳定工业工厂或无人驾驶车辆，很有可能会导致爆炸或碰撞等灾难性后果。

    3. 主要论点与论据： 现有的物联网解决方案不能用于关键任务控制系统，因为现有方案没有考虑到在无线通信系统的设计中关键任务控制系统稳定问题的具体要求，并且这些解决方案对于大量的传感器是不可扩展的。因此，在物联网关键任务控制应用场景下，不能简单地采用现有的针对内容交付而设计的物联网无线系统解决方案。相反，物联网关键任务控制应用需要一个全全新的不同于传统物联网的解决方案。新方案的设计涵盖了控制理论和通信理论，并可归纳为物理层和网络层的联合优化设计。

    4. 创见与创创新：在本研究方案中，我们提出了一个分布式的工业控制应用的协同物联网系统。此解决方案结合了通信理论和控制理论。通过利用动态系统的特殊结构以及物理信道中干扰的可加性，传感器可以协同向控制器发送测量数据，从而极大提高物联网关键任务控制系统的远程状态估计和闭环反馈稳定。在本研究中，我们提出了一种新的物联网传感器发射机设计。该设计是为关键任务控制应用量身定制的。具体而言，任务关键型物联网传感器不发送传统调制符号，而是直接将源信号（工厂状态）的量化幅度发送到无线信道，而无需传统的数字调制和解调。注意到物联网控制类型应用的目标是稳定不稳定的设备或最小化远程状态估计误差，而不是传递信息位。因此，如果远端控制器直接从接收到的原始信号估计关键任务控制系统的状态，则可以获得更有效和鲁棒的状态估计性能。在本研究所提出的设计中，当发生传感器数据包碰撞时，远端控制器不需要对碰撞后的数据包进行单独的解码。由于物理层数据路径中没有调制解调模块，远端控制器只需要直接利用最小均方误差估计准则来估计关键任务控制系统的系统状态。因此，传感器间的碰撞和数据干扰不再对关键任务控制应用有害，这大大简化了物联网关键任务控制系统的MAC协议设计。

    5. 社会经济效益：本项目相关技术成果可以推广应用在工业物联网、关键任务系统等领域，具有重大的应用价值。预期可以带动新型无线通信网络、无线工业控制、自动驾驶、智能物流等相关产业发展，催生快递运输、智慧交通、虚拟现实等相关产业技术进步，培养相关技术人才数万名，带来数万个就业岗位，并推动我国物联网关键任务控制系统理论与技术的持续创新。

    6. 历年获奖情况：无。