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摘 要：針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實時控制場景中的端到端低時延挑戰(zhàn)，設(shè)計并構(gòu)建了一種基于5G uRLLC 技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)，著重對工業(yè)協(xié)議模塊設(shè)計、切片映射技術(shù)和端到端時延驗證方案展開研究。實驗數(shù)據(jù)表明，5GuRLLC接入使Modbus雙向通信的平均時延較傳統(tǒng)SA模式減小了約30%，在引入切片映射技術(shù)后時延得到進一步優(yōu)化，這不僅驗證了uRLLC在工業(yè)實時控制領(lǐng)域的工程適用性，更為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備無線化改造提供了創(chuàng)新性的技術(shù)實現(xiàn)路徑。
關(guān)鍵詞：5G uRLLC；工業(yè)網(wǎng)關(guān)；Modbus協(xié)議；低時延通信
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)展的當下，鋼鐵、油田、物流等行業(yè)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控與精準控制提出了嚴苛要求。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)對復(fù)雜多變的工業(yè)環(huán)境時展現(xiàn)出了其局限性，包括擴展性匱乏與部署靈活性不足等，這些短板嚴重制約了其滿足工業(yè)智能化深度升級需求的能力。
5G技術(shù)以其出色的峰值速率、微秒級的時延特性以及強大的海量連接能力，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，超可靠低時延通信（uRLLC）技術(shù)堪稱標志性應(yīng)用。該技術(shù)擁有亞毫秒級的空口時延，且通信可靠性極高［9］，接近無誤（達99.999%），能夠切實滿足工業(yè)控制類業(yè)務(wù)對通信性能的嚴苛要求，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)端到端低時延通信技術(shù)，對突破工業(yè)協(xié)議與5G網(wǎng)絡(luò)的融合難題，實現(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延、高可靠的通信解決方案具有重要的現(xiàn)實意義。
