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摘 要:針對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)控制場(chǎng)景中的端到端低時(shí)延挑戰(zhàn),設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種基于5G uRLLC 技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)架構(gòu),著重對(duì)工業(yè)協(xié)議模塊設(shè)計(jì)、切片映射技術(shù)和端到端時(shí)延驗(yàn)證方案展開研究。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,5GuRLLC接入使Modbus雙向通信的平均時(shí)延較傳統(tǒng)SA模式減小了約30%,在引入切片映射技術(shù)后時(shí)延得到進(jìn)一步優(yōu)化,這不僅驗(yàn)證了uRLLC在工業(yè)實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的工程適用性,更為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無線化改造提供了創(chuàng)新性的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑。
關(guān)鍵詞:5G uRLLC;工業(yè)網(wǎng)關(guān);Modbus協(xié)議;低時(shí)延通信
doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2025.06.006
概述
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下,鋼鐵、油田、物流等行業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與精準(zhǔn)控制提出了嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的工業(yè)環(huán)境時(shí)展現(xiàn)出了其局限性,包括擴(kuò)展性匱乏與部署靈活性不足等,這些短板嚴(yán)重制約了其滿足工業(yè)智能化深度升級(jí)需求的能力。
5G技術(shù)以其出色的峰值速率、微秒級(jí)的時(shí)延特性以及強(qiáng)大的海量連接能力,開啟了工業(yè)無線化轉(zhuǎn)型的全新篇章。在5G諸多的關(guān)鍵技術(shù)里,超可靠低時(shí)延通信(uRLLC)技術(shù)堪稱標(biāo)志性應(yīng)用。該技術(shù)擁有亞毫秒級(jí)的空口時(shí)延,且通信可靠性極高[9],接近無誤(達(dá)99.999%),能夠切實(shí)滿足工業(yè)控制類業(yè)務(wù)對(duì)通信性能的嚴(yán)苛要求,已然成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中至關(guān)重要的核心支撐技術(shù)。
盡管5GuRLLC技術(shù)前景廣闊,但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。工業(yè)領(lǐng)域存在著種類繁多的通信協(xié)議,如Modbus、CC-Link、Profinet等,這些協(xié)議與5G網(wǎng)絡(luò)的融合存在兼容性問題,導(dǎo)致難以有效控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延,成為制約5G在工業(yè)領(lǐng)域深度應(yīng)用的瓶頸。因此,深入研究基于5GuRLLC的工業(yè)網(wǎng)關(guān)端到端低時(shí)延通信技術(shù),對(duì)突破工業(yè)協(xié)議與5G網(wǎng)絡(luò)的融合難題,實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備與5G網(wǎng)絡(luò)的高效協(xié)同,為智能制造提供低時(shí)延、高可靠的通信解決方案具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。