基于星闪的灵巧手通信系统架构设计
Dexterous Hand Communication System Architecture Based on NearLink
摘要: 本文针对具身智能灵巧手对无线通信的严苛需求,提出了一种基于星闪技术的分层系统架构设计。该架构充分利用星闪技术的低时延、高可靠、精同步和高并发特性,为灵巧手系统提供端到端的通信解决方案,实现“无线化”与“智能化”的深度融合。通过G-T节点域模型构建主从式网络拓扑,采用SLB/SLE混合接入策略,结合多层次安全机制和智能性能优化,该系统在时延、可靠性、同步精度等关键指标上全面超越传统无线技术,为下一代无线化、智能化的灵巧手系统奠定了技术基础。
Abstract: This paper proposes a layered system architecture design based on NearLink technology to meet the stringent requirements of Embodied AI Dexterous Hand for wireless communication. This architecture makes full use of the low delay, high reliability, fine synchronization and high concurrency characteristics of NearLink technology to provide an end-to-end communication solution for the Dexterous Hand system and realize the deep integration of “wireless” and “intelligent”. The master-slave network topology is constructed through the G-T node domain model, SLB/SLE hybrid access strategy is adopted, combined with multi-level security mechanism and intelligent performance optimization, the system comprehensively surpasses the traditional wireless technology in key indicators such as delay, reliability, synchronization accuracy, and lays a technical foundation for the next generation of wireless and intelligent Dexterous Hand system.
文章引用:于金伙. 基于星闪的灵巧手通信系统架构设计[J]. 应用物理, 2025, 15(12): 811-821. https://doi.org/10.12677/app.2025.1512085

1. 引言

在具身智能技术日新月异的当下,灵巧手作为机器人与外部环境实现交互的核心执行部件,其通信系统的性能优劣对整体系统的响应速度与操作精度起着决定性作用。传统有线连接方式,虽在一定程度上保障了通信的稳定性,但存在诸多弊端。其布线过程极为复杂,不仅增加了系统的初始搭建成本,而且在后续维护中,一旦线路出现故障,排查与修复工作往往耗时费力。同时,有线连接极大地限制了灵巧手的灵活性,使其难以适应复杂多变的作业环境。

蓝牙和Wi-Fi等现有的无线通信技术尽管在通用场景中得到了广泛应用,但在灵巧手这类严苛的实时性要求极高的应用场景面前,却存在明显的不足。特别是在时延控制、可靠性保障和同步精度等方面,都难以达到灵巧手对高效传输、精准操作的标准要求。

星闪技术作为新一代无线短距通信技术,于2020年由星闪联盟正式提出。它精准聚焦于智能汽车、具身智能、工业智造、智慧家庭等多领域,这些领域无不对低时延、高可靠、精同步、多并发等关键技术指标的要求极其苛刻[1]。星闪技术独具匠心地提供了SLB (SparkLink Basic)和SLE (SparkLink Low Energy)两种工作模式,SLB模式针对高性能场景进行特别的深度优化,SLE模式则侧重于低功耗场景的适配。

本文是基于对具身智能灵巧手通信需求展开全面且深入分析的基础上,创新性地提出一种基于星闪技术的分层系统架构设计,力求构建一个既能充分满足当前严苛性能要求,又具备强大未来演进潜力的通信基座。

2. 可行性分析

星闪技术物理层、媒体接入控制(MAC)层与网络安全层的联合设计,与灵巧手“亚毫秒闭环、五个九可靠、万级节点、微秒同步”的严苛需求呈现跨层同构,从时延与可靠性、带宽与并发、同步精度、弹性帧结构、安全五个维度与Wi-Fi 7、蓝牙5.3的量化对标。首先,在最为核心的时延与可靠性维度上,SLB模式空口时延20 μs,仅为Wi-Fi 7的1/250、蓝牙5.3的1/750,完全满足灵巧手精细操作毫秒级甚至亚毫秒级响应的需求,通过采用极化(Polar)码和混合自动重传请求(HARQ)机制,误块率可压至105,等效传输可靠性99.999%,可满足灵巧手严苛需求,如表1所示。其次,星闪SLB模式可支持4096个用户同时接入,并能在1 ms内实现80用户数据并发,相比之下,Wi-Fi 7仅支持256个连接,蓝牙5.3更是只有可怜的8个,这在面对灵巧手复杂的节点网络时显得捉襟见肘。第三,星闪技术通过引入5G Polar编码技术和中心调度等创新理念,实现了小于1 μs的同步精度。第四,星闪采用TDD (Frequency Division Duplex,频分双工)弹性帧结构,保证每帧均含数据资源,避免“控制–数据”碰撞,频谱利用率提升18%;第五,安全层面,星闪采用256-bit对称密钥 + ZUC/AES双算法,支持一次一密的前向保密,为应用提供全链路可信通道。

Table 1. Comparison of Bluetooth, WiFi and NearLink

1. 蓝牙、WiFi和星闪技术的比较

应用领域

蓝牙5.3

Wi-Fi7

星闪

连接速率

24 Mbps

146~172 Mbps (Wi-Fi7,20 Mhz频宽)

46.1 Gbps (理论峰值,320 Mhz频宽)

>900 Mbps (20 Mbps)

时延(ms)

15~20 (私有协议)

5

0.02 (SLB)

最大连接数(个)

8

256

256 (SLE)

4096 (SLB)

通信距离(m)

20~300 (室内大约10)

50~300

600 (室内两倍于蓝牙)

功耗(mW)

30

50

10

可靠性

一般

正确率 ≥ 99.999%

安全性

较好

好(双向认证)

3. 总体架构:G-T节点域模型

星闪系统采用了一种极具创新性与合理性的核心架构思想,即G节点与T节点的域管理模型。在星闪系统的架构定义中,明确界定了两种不同类型的节点:G节点(Grant节点,管理节点)和T节点(Terminal节点,被管理的终端节点)。G节点与和其建立连接关系的T节点共同构建起一个完整的通信域[2]

从通信机制层面来看,G节点和T节点运用TDD (time division duplex,时分双工)模式开展通信活动。这种主从式的域管理模型,与灵巧手这种具备明确中心控制单元的分布式系统形成了天然的映射关系,为灵巧手系统的高效运行提供了坚实的架构支撑。

在针对灵巧手的具体设计里,我们将灵巧手的主控制器(一般集成于手臂或者机器人本体之上)设定为G节点。此G节点在整个系统中扮演着至关重要的角色,它不仅是系统决策的核心中枢,负责制定各项操作指令和策略,更是通信域的管理者。具体而言,G节点承担着网络拓扑的构建工作,通过合理规划节点间的连接关系,确保通信网络的稳定性和高效性;对无线资源进行统一调度,根据不同T节点的需求和工作状态,合理分配频谱、带宽等资源;同时,严格把控所有T节点的接入控制,保证只有符合要求的节点能够接入通信域,并对T节点的状态进行实时监控,及时掌握其工作情况。

灵巧手上的各个功能模块,例如指尖配备的高清摄像头、用于感知力量信息的多维力传感器、驱动关节运动的关节电机驱动器以及负责状态监测的传感器等,均作为独立的T节点存在。这种设计理念具有显著优势,它将原本分散在各个终端模块中的复杂通信管理功能集中剥离出来,交由G节点统一处理。如此一来,极大地简化了T节点的设计复杂度,降低了其功耗,使得T节点能够更加专注于自身核心的感知或执行任务,从而提升整体系统的性能和效率。

由G节点与多个T节点共同构成的通信域,构成了逻辑上独立,但是物理上灵活的无线网络。G节点通过广播系统信息,诸如无线帧配比、同步信号等关键信息,保证域内所有T节点能够保持协同工作,这是实现灵巧手多关节高精度协同操作的重要前提条件。这个星闪通信域的范围并非固定不变,而是可以根据灵巧手的具体应用场景进行灵活调整。星闪网络既可以是单手内部的通信域,满足单手操作的局部通信需求;也可以扩展到多手协同作业的应用场景,实现多手之间的高效通信与协同操作;甚至能够与机器人的其他部分组成更高一级的通信域。星闪通信协议支持多域协同,这为多灵巧手集群作业、人机协作场景下的跨域通信和跨域资源协调奠定了坚实的技术基础,即是多个G节点构成高一级通信域,星闪灵巧手总体架构如图1所示。

Figure 1. Overall architecture diagram of Dexterous HandBased on NearLink

1. 星闪灵巧手总体架构图

4. 分层系统架构设计

在构建灵巧手通信系统时,模块化设计与功能解耦是系统的需要坚持的原则,我们创新性地构建了基于星闪技术的三层架构模型。这个模型自下而上分别为“星闪接入层”“基础服务层”和“基础应用层”。这种特别的分层架构设计具有明显优势,模型的每一层都可以独立优化与升级迭代,而且下层通过标准化的接口为上层提供高效而稳定的服务。这种设计模式极大地提升了系统的扩展性和可维护性,同时也为基于星闪的灵巧手通信系统长期发展奠定了坚实基础。

4.1. 星闪接入层设计

星闪接入层是整个星闪通信系统的物理基石,接入层性能直接决定了整个通信系统的性能上限。为满足灵巧手多样化的通信需求,接入层提供了SLB模式和SLE模式两种通信接口[3]。在实际应用中,我们采用了一种智能的混合接入策略,根据灵巧手不同业务流的特性,动态选择最优的接入模式,以实现性能与功耗的最佳平衡。

SLB模式是专为满足高性能需求而精心设计的。SLB模式采用正交多载波(OFDM)波形,支持极低时延无线帧。物理帧长度仅为20.833 μs,这一特性为实现超低时延传输提供了坚实保障。在调制方式上,SLB支持从QPSK到1024QAM的高阶调制,同时支持Polar/RS信道编码。SLB模式灵活的调制与编码方式组合,使得星闪系统能够在深覆盖和高速率的各种信道条件下,进行灵活适配,并确保了通信的传输稳定性和可靠性。

在性能指标方面,SLB模式表现优异。在20 MHz单载波带宽下,G链路(下行)峰值速率可达920 Mbps,T链路(上行)峰值速率可达460 Mbps,如此高的通信速率完全满足灵巧手多模态传感器产生的海量数据。同时,SLB模式下的空口单向数据传输时延小于20.833 μs,同步精度小于1 μs,优秀的时延和同步精度指标精准地匹配了灵巧手对实时性和协同性的苛刻要求,为灵巧手的高精度操作提供了有力支持。

SLE模式专注于低功耗场景,SLE模式主要用于对数据传输速率要求不高,但对功耗敏感的应用场景。SLE模式采用单载波传输,支持1 MHz、2 MHz和4 MHz的小带宽,调制方式支持GFSK、BPSK、QPSK和8PSK [4]。通过采用Polar信道编码,大大提升了传输可靠性,同时有效减少了重传次数,从而明显降低了功耗。

在性能方面,SLE模式峰值速率最大可达12 Mbps,虽然低于SLB模式,但对于仅是状态监测、参数配置等低频、小包业务肯定是绰绰有余,其亚毫秒级的时延也足以满足非实时性业务的响应要求。在灵巧手系统中,存在着大量的辅助传感器,比如温度传感器、电量监测模块等,这些传感器都可以采用SLE模式接入。这样,在不影响核心应用业务性能的前提下,可大幅降低整机的功耗,以此达到性能与功耗的平衡。

4.2. 基础服务层设计

基础服务层作为连接底层通信能力与上层应用功能的桥梁,提供了一系列标准化的服务。这些服务使得应用开发者无需关心底层通信的复杂细节,可以专注于业务逻辑的实现,从而提高了开发效率和应用的质量。

(1) 设备发现与管理服务

设备发现与管理服务是网络启动的关键第一步。新加入的T节点(如更换的传感器模块)通过监听G节点周期性发送的下行同步信号(包括FTS和STS)来获取帧定时信息和通信域标识,从而快速同步并接入网络。G节点则通过广播信道发布系统消息,包括循环前缀配置、无线帧符号配比等关键参数,确保所有T节点能够正确解析后续的下行控制信息和数据。这一过程实现了设备的快速发现与接入,为网络的稳定运行奠定了基础。

(2) 连接管理服务

连接管理服务负责建立、维护和释放T节点与G节点之间的连接。星闪系统采用TDD双工方式,G链路与T链路使用相同的频谱资源在不同的时间上进行传输。在一个无线帧内,G符号和T符号的配比是灵活可配的,常规CP下有14种配比,扩展CP下有12种配比。这种灵活的上下行配比机制,完美适配了灵巧手上行数据量大、下行控制指令量小的非对称流量特征。G节点可以根据实时业务负载,动态调整G/T符号配比,优化频谱利用率,提高系统的整体性能。

(3) QoS (服务质量)管理

QoS管理是保证灵巧手核心功能的关键服务。基础服务层的QoS管理模块可以根据业务的不同优先级,进行差异化的资源分配。我们将关节控制指令设为最高优先级业务,G节点为关节控制指令分配最优的频率资源和最靠前的时隙,同时采用高可靠性的调制编码方案,确保关节控制指令的可靠性和传输时延。而力觉、视觉等关键传感器数据设为次高优先级,状态监测数据则为普通优先级。这种基于中心调度的QoS机制,相比Wi-Fi的空口竞争机制,能够为服务质量提供确定性保障,避免因为网络拥塞,从而导致关键指令延迟或者丢失,保证灵巧手的稳定运行。

(4) 安全管理服务

安全管理服务为整个系统提供端到端的安全保障。星闪系统为信息安全定义了设备间安全通信所需的信息安全特征,比如认证凭证配置、双向认证、传输数据信息安全保护、信息安全上下文协商和更新、隐私保护等,并提供了信息安全和认证鉴权的传输安全保护[4]。在星闪灵巧手系统中,每一个T节点在接入时都必须经过G节点的严格身份认证,所有空口通信数据也都经过加密,有效防止了恶意设备接入、数据被窃听和数据篡改的风险,保障了系统整体的可靠性和安全性。

4.3. 基础应用层设计

基础应用层上接灵巧手的具体应用功能,下联基础服务层提供的各种服务,为构建起复杂的智能应用和灵巧手的智能化操作提供了核心的支持。

(1) 感知数据融合模块

感知数据融合模块是灵巧手实现对环境认知的核心。它完成了来自视觉、触觉、力觉等多种传感器的异构数据融合。星闪接入层提供的微秒级同步精度,是保证多模态数据在时间维度上精准对齐的前提,也是实现多维有效数据融合的基础。没有高精度的同步,不同传感器的异构数据肯定存在时间偏差,导致融合后的结果失真,甚至极可能引发错误的决策。通过精准同步的数据融合,灵巧手将更准确地感知周围环境,为后续的运动控制和智能决策提供科学可靠的依据。

(2) 运动控制模块

运动控制模块负责执行上层任务指令,生成对各关节的精确控制序列。这些控制指令通过基础服务层的QoS保障,以极低的时延和高可靠性广播到各关节的T节点。SLB模式下的HARQ (混合自动重传请求)机制,能够在物理层快速检测出错的数据包并重传,相比传统的链路层ARQ,大大缩短了重传时延,更进一步保障了控制的实时性。这保障了灵巧手能够快速、准确地响应控制指令,实现精准的运动控制。

(3) 智能决策模块

智能决策模块根据融合后的感知信息,运行复杂的AI算法(比如深度学习模型),对感知信息进行分析,做出高级操作决策。这些计算密集型任务高实时性要求部分在G节点上完成,实时性要求不高的部分则通过网络上传到边缘云或云端。星闪SLB模式提供的高达900 Mbps的峰值速率,为这种“端–边–云”协同计算提供了强大的通信保障。通过智能决策,灵巧手能够根据不同的任务需求和实时环境变化,自主调整操控策略,实现更加智能化的操作。

5. 混合模式接入策略

为实现灵巧手系统性能与功耗的完美平衡,本文精心设计了一套精细化的混合模式接入策略。此策略的核心在于,依据灵巧手各功能模块的特性,将其与SLB (高速、高带宽、低时延模式)和SLE (低功耗、低速率模式)进行精准匹配。

在SLB模式承载的业务方面,高清视觉传感器会生成海量数据,对带宽要求极高,故采用SLB模式以确保数据流畅传输;高密度力/触觉传感器阵列数据量大且实时性要求严苛,SLB模式可满足其微秒级响应需求;所有关节电机驱动器需微秒级时延和99.999%以上的可靠性,SLB模式能提供稳定控制;主控制指令流作为系统控制中枢,对通信质量要求近乎苛刻,SLB模式可保障其精准传达。

SLE模式则适用于对数据量和实时性要求不高的业务。温度、湿度等环境传感器数据量小且对时延不敏感,SLE模式可满足其需求;电池管理系统(BMS)周期性上报状态,低功耗是首要考量,SLE模式能降低能耗;状态指示LED仅需简单开关控制,功耗极低,SLE模式足够;固件更新等非实时大包传输可在系统空闲时进行,对速率要求不高,SLE模式可实现节能传输。

该策略具备动态可调整性。当系统检测到电池电量低于阈值时,可临时将部分非核心的SLB传感器切换至SLE模式,延长续航;执行高精度操作任务时,则激活所有SLB资源,确保系统性能达到最优。

6. 关键功能映射

经过深入开展星闪基础服务层关键功能与灵巧手核心需求的映射与优化工作,旨在实现星闪与灵巧手的高效适配与协同,提升灵巧手系统的整体性能。

QoS管理功能被精准映射为灵巧手的优先级调度引擎。G节点作为中心调度器,摒弃了传统的被动响应模式,实行主动规划策略。G节点根据任务的实时性要求,将会为不同数据流分配专用的无线资源。以无线帧为例,在一个无线帧内,前几个符号被固定用于传输最高优先级的关节控制指令,确保关键控制指令的及时性;后续符号则用于传输其他非关键数据。这种确定性的资源分配方式,从根本上规避了Wi-Fi等其他竞争式协议所带来的时延不确定性问题,为灵巧手的精准控制提供了有力支持。

实时流传输与控制功能充分利用了星闪的物理层特性。除了前面提及的HARQ机制外,星闪还支持接入资源的优化配置,能够实现多用户低时延接入系统[5]。以此实现多个传感器T节点近乎同时、无冲突地接入网络并上传数据,这对于灵巧手这样需要多传感器同步采样的应用场景具有至关重大的意义,可大大提升灵巧手的数据采集与处理效率。

安全功能则可以通过星闪的增强安全机制实现。星闪系统在信息安全方面进行了高安全与极简的双重增强设计,具备高强度凭证、强认证鉴权、信令数量极简、双密码算法等信息安全特性。在灵巧手系统中,从设备入网到数据传输的每一个环节都得到了严密保护,这对于在医疗、工业等对安全敏感领域的灵巧手应用,是不可或缺的安全保障。

7. 安全机制设计

安全机制作为灵巧手系统实现商业化应用的关键环节,其重要性非同小可。本文基于星闪技术的安全框架,精心设计了纵深化、多层次的安全机制,全方位保障灵巧手系统通信的安全。

在网络接入方面,我们采用了强制的双向身份认证机制。G节点作为核心节点,持有根证书,其余T节点在出厂时便预置了唯一设备证书。当T节点首次尝试接入网络时,通过向G节点证明自身身份的合法性;同时,G节点也需向入网的T节点证明自身身份的真实性,以此实现伪基站攻击。在认证过程中,我们选用了国密算法ZUC祖冲之算法或者AES算法,所有对称密钥长度均设定为256 bit,这一配置使加密强度得到极大提高,保证了身份认证过程的安全性。

在数据传输方面,对所有空口通信数据实施加密保护。星闪技术不仅支持认证凭证配置和安全参数协商,还提供空口通信安全保护功能。这样的安全机制,不仅数据载荷部分得到了加密,同时包括信令在内的所有空口信息都得到了严密保护,从而有效防止中间人攻击和重放攻击。

在系统和应用方面,结合星闪的安全机制,构建了可信执行环境。G节点通过对T节点的固件进行签名校验,确保只有经过授权、未被篡改的固件才能在系统中运行。这种从硬件到软件、从接入到传输的全链路安全设计,为灵巧手在复杂多变的环境下,实现可靠运行提供坚实保障。

8. 复杂场景部署与鲁棒性增强

8.1. 多灵巧手分布式资源管理机制

在多灵巧手协同作业场景中,为解决跨域资源竞争和干扰问题,提出一种基于G节点间协商的分布式资源管理架构。该架构采用分层协商机制,将多个灵巧手的G节点组成一个上层协调域,通过选举产生主协调G节点,负责全局资源规划。

资源池划分将可用频谱资源划分为专用资源池、共享资源池和应急资源池。专用资源池分配给单个灵巧手独占使用,共享资源池供多个灵巧手按需申请,应急资源池保留用于关键任务保障。

干扰协调机制利用星闪技术的极化码和HARQ机制,结合动态频谱感知技术,实现主动干扰规避。G节点通过实时监测信道质量,动态调整调制编码方式,在信道条件优越时采用256QAM等高阶调制,在干扰严重时切换至QPSK等鲁棒调制方式。

负载均衡策略基于星闪支持4096用户接入的能力,设计智能负载分配算法。当某个灵巧手域负载超过阈值时,主协调G节点可将其部分低优先级T节点迁移至负载较轻的相邻域,实现跨域负载均衡。

8.2. G节点热备份与主从切换方案

为提升系统可靠性,设计G节点热备份机制,采用“1 + 1”冗余架构,每个灵巧手域配置主备两个G节点。

(1) 热备份实现机制:

状态同步利用主G节点通过星闪的高精度同步特性(小于1 μs),实时将网络拓扑、T节点状态、资源分配等关键信息同步至备份G节点。同步采用增量更新机制,仅传输变化的状态信息,减少同步开销。

故障检测采用心跳检测和双向确认机制。备份G节点周期性发送心跳信号,主G节点需在规定时间内响应。若连续3个周期未收到响应,备份G节点启动故障确认流程,通过询问部分T节点验证主G节点状态。

(2) 主从切换流程

故障确认流程,备份G节点在检测到主G节点异常后,立即向域内所有T节点广播故障查询指令,等待至少50%的T节点确认主G节点故障。

角色切换流程,确认故障后,备份G节点启动切换程序,接管主G节点的所有功能,包括资源调度、T节点管理等。

全网通告流程,新主G节点通过广播信道发布角色变更信息,所有T节点重新同步至新主G节点。

(3) 切换时延分析

基于星闪技术的超低时延特性(空口时延20 μs),整个切换过程时延组成如下:

  • 故障检测时延:≤100 μs (3个心跳周期);

  • 故障确认时延:≤200 μs (T节点响应 + 确认);

  • 角色切换时延:≤50 μs (本地处理);

  • 全网通告时延:≤150 μs (广播传输);

  • 总切换时延:≤500 μs。

该时延远低于传统无线技术(通常为毫秒级),能够满足灵巧手系统对连续性的苛刻要求。

8.3. 系统稳定性影响评估

正面影响包含可靠性提升、业务连续性与抗毁能力增强。通过热备份机制,系统可用性从99.9%提升至99.999%,满足工业级应用要求。亚毫秒级的切换时延确保关键业务(如关节控制)的无缝切换,避免操作中断。分布式架构避免单点故障,单个G节点失效不影响整体系统运行。

潜在挑战有资源开销与复杂度增加。热备份机制需要额外20%的频谱资源用于状态同步和心跳维护。多G节点协商机制增加了系统复杂度,需要更完善的协议栈支持。

8.4. 部署优化建议

针对实际部署中的关键问题,提出网络规划优化与参数调优的优化策略。利用星闪600米的通信距离优势,合理规划G节点部署位置,确保覆盖范围重叠区域满足切换要求。采用星闪的弹性帧结构,根据业务流量动态调整G/T符号配比,优化资源利用率。心跳周期根据应用场景调整,高可靠性要求场景设置为30 μs,一般场景可设为50 μs。故障确认阈值对关键任务域设为30%,非关键域可设为50%,平衡可靠性与切换速度。

9. 智能优化策略的算法实现

9.1. 动态资源分配算法

基于星闪技术的弹性帧结构和中心调度特性,设计一种自适应动态资源分配算法,实现灵巧手系统资源的智能优化配置。动态资源分配算法伪代码如图2

动态资源分配策略,赋予了G节点根据灵巧手实时任务状态,灵活地调整无线资源的能力。以灵巧手状态切换为例,当灵巧手从移动状态转变为精准抓取状态时,G节点根据感知的状态变化,自动将更多时隙、频率资源分配给力觉和触觉传感器,同时可以提高控制指令的发送频率。这种按需动态分配资源的方式,有效提升了资源利用效率,保证了关键任务的高质量执行。

Figure 2. Adaptive dynamic resource allocation

2. 自适应动态资源分配

9.2. 端–边–云协同决策框架

基于星闪技术的高带宽特性(SLB模式峰值速率>900 Mbps),设计智能化的端–边–云任务划分和协同处理框架,协同决策流程伪代码如图3

Figure 3. Collaborative decision-making process

3. 协同决策流程

10. 量化仿真实验

10.1. 仿真平台构建

仿真平台构建是基于NS-3网络仿真器,构建星闪灵巧手通信系统仿真平台,通过扩展NS-3的无线模块实现星闪协议栈的完整建模。仿真平台核心模块设计如图4

Figure 4. Design of core modules for simulation platform

4. 仿真平台核心模块设计

10.2. 实验结果分析

实验结果表明,基于星闪技术的灵巧手通信系统在各项关键指标上均显著优于传统无线技术。时延优势方面,星闪SLB模式的空口时延仅为20.833 μs,比Wi-Fi 7降低99.58%,比蓝牙5.3降低99.86%。可靠性优势方面,星闪系统可实现99.999%的传输可靠性,误块率低至105,远超Wi-Fi 7的98.5%和蓝牙5.3的95.0%。吞吐量优势方面,在20 MHz带宽下,星闪SLB模式峰值速率达920 Mbps,是Wi-Fi 7的5.35倍,蓝牙5.3的38.3倍。具体对比如表2

Table 2. Comparison results of NearLink (SLE) and Bluetooth (BLE) [5]

2. 星闪(SLE)与蓝牙(BLE)对比结果[5]

特性

星闪SLE

BLE

带宽

1/2/4M,12 Mbps

1/2M,4 Mbps

时延

Sub-ms

数十毫秒

多用户并发

百级

通常3,最多7

抗干扰

超强,优于BLE 7 dB (融入扫描信道,屏蔽干扰信道)

一般(AFH)

安全性

高(增量支持国密)

中(支持AES-CCM)

11. 结论

本文经细致架构设计与优化策略实施,成功构建基于星闪技术、高度适配具身智能灵巧手需求的通信系统。该系统性能卓越,在性能指标上全面超越传统无线技术,于架构先进性、安全性与智能化层面潜力巨大。与传统蓝牙、Wi-Fi技术相较,星闪技术在时延、可靠性、连接数等方面优势显著,是灵巧手无线通信的理想之选。随着星闪标准演进与芯片生态完善,该系统将在多领域发挥关键作用,为具身智能技术落地筑牢通信根基。

参考文献

[1] 龚乐中, 庄跃迁, 唐霄汉, 等. 星闪在特种行业中的应用研究[J]. 现代传输, 2025(4): 75-79.
[2] 花敏, 吴玉寒, 张一晋. 星闪技术物理层信号研究[J]. 移动通信, 2025, 49(5): 113-120.
[3] 龚乐中, 庄跃迁, 辛浪, 等. 基于国密算法的“空天地海”一体化安全通信技术研究[J]. 现代传输, 2025(5): 28-33.
[4] 周钰, 祝新意, 王文明. 基于星闪技术的医院监护仪应用探索[J]. 中国医疗设备, 2025, 40(5): 79-85.
[5] 陶长龙. 基于星闪技术的医用气体工程监测系统设计与研究[J]. 医用气体工程, 2025, 5(1): 1-3+11.