系统控制架构的整体分类
系统控制架构是指用于设计和组织控制系统的结构和组件的方式，它定义了系统如何收集信息、处理数据、制定决策并执行控制动作。控制架构的选择直接影响到系统的性能、可扩展性、可靠性和维护性。以下是几种常见的系统控制架构类型：
一. 集中式控制架构
- 特点：所有的控制逻辑和决策过程都集中在单一的控制单元（控制器）中，该单元接收来自各传感器的数据，处理后发出指令至执行器。
- 优点：设计简单，易于实现和维护；控制逻辑集中，便于调试和优化。
- 缺点：单点故障风险高；扩展性差，随着系统规模增大，中央处理器的负担加重。
二. 分布式控制架构
- 特点：控制功能分布在多个节点或子系统中，每个节点负责一部分控制逻辑，节点之间通过网络通信协作完成整体控制任务。
- 优点：提高了系统的可靠性，因为单一节点故障不会导致系统完全失效；易于扩展和升级；降低了通信延迟，提高了响应速度。
- 缺点：设计和维护复杂度增加；需要解决节点间的协同控制和数据一致性问题。
三. 混合控制架构
- 特点：结合集中式和分布式的特点，通常有一个或几个主控制器负责全局决策，而局部控制任务则由分布在网络中的子控制器执行。
- 优点：既发挥了集中控制的高效决策能力，又利用了分布式控制的高可靠性和灵活性。
- 缺点：设计和配置更为复杂，需要平衡集中与分布之间的权衡。
四. 层次控制架构
- 特点：系统被划分为多个层次，每一层负责不同级别的控制任务，高层负责战略决策，低层负责战术执行。
- 优点：结构清晰，便于管理和扩展；允许在不同层次采用最适合的控制策略。
- 缺点：层次间的通信和协调机制较为复杂。
五. 事件驱动控制架构
- 特点：系统中的组件仅在特定事件触发时才执行操作，而不是持续循环检查状态。
- 优点：资源效率高，响应速度快；适合处理异步事件和复杂交互。
- 缺点：编程模型相对复杂，需要精确设计事件和响应机制。
分布式系统与集中式系统
分布式系统和集中式系统是两种不同的系统架构，它们各有特点，适用于不同的应用场景。下面分别概述它们的优缺点：
一. 分布式系统
优点：
- 可扩展性：可以通过增加更多的节点来容易地扩展系统的处理能力和存储容量，以应对更大的负载和数据量。
- 容错性：即使部分节点出现故障，系统仍能继续运行，提高了系统的整体可靠性。
- 高性能：通过任务分配和数据分片，可以并行处理大量请求，提升系统处理速度。
- 地理位置分散：节点可以在不同的地理位置部署，便于提供本地化服务，减少延迟。
- 灵活性：系统可以根据需要动态调整资源分配，更易于维护和升级。
缺点：
- 复杂性：分布式系统的设计、实现和维护相对复杂，需要处理节点间的通信、数据一致性等问题。
- 一致性问题：在多节点间保持数据的一致性和事务的完整性是一个挑战。
- 调试困难：由于系统分布于多台机器，定位和解决故障更加困难。
- 网络开销：节点间频繁的通信增加了网络延迟和带宽消耗。
- 成本：虽然硬件成本可能因使用标准设备而降低，但软件开发、运维和管理成本可能较高。
二. 集中式系统
优点：
- 简单性：系统架构相对简单，设计和管理都比较直接，易于理解和维护。
- 数据一致性：所有数据和处理都在一个中心节点上，更容易保证数据的一致性和完整性。
- 控制集中：决策和管理集中在一处，便于统一调度和控制。
- 性能优化：资源集中，可以针对性地进行性能优化和资源配置。
缺点：
- 单点故障：中心节点一旦发生故障，整个系统可能无法正常运行。
- 可扩展性有限：系统处理能力和存储空间受限于中心节点的能力，难以水平扩展。
- 性能瓶颈：随着负载增加，中心节点可能成为系统性能的瓶颈。
- 地理位置限制：服务范围受限于中心节点的位置，可能影响用户体验。
- 资源浪费：在低负载时期，集中式系统的资源利用率可能较低。
高灵活性计算模型的一种设计模式
整体上使用分布式系统，采用分布式控制架构，增加整个模型的稳定性；局部上使用集中式系统，采用集中式控制架构，增加整个模型的高效性。
单一功能上采用层次控制架构，逐级计算处理数据，提取更深层次特征；运行机制上使用事件驱动控制，只处理需要重点关注的内容，认为其他信息基本无变化。
整体模型架构上，呈现金字塔模式，顶端是若干分布式系统，往下是集中式系统，再往下可能是若干分布式系统（取决于需求，可交叉使用分布式与集中式）。
某个金字塔层级的若干分布式系统之间，可以形成相互模块调用的形式，分布式系统间的通信同步使用周期进行，交流周期后无信号视为无数据返回。
对于需要反馈机制的功能系统块，引入反馈通路，允许层级控制架构中，高层级将数据反馈给低层级进行调节处理，慎用，太多反馈容易引起低效，甚至系统崩溃。