Czym jest sieć LAN 5G?

Autor: Ulink Media

Każdy powinien znać technologię 5G, która jest ewolucją 4G i naszą najnowszą technologią komunikacji mobilnej.

W przypadku sieci LAN powinieneś być z nią lepiej zaznajomiony. Jej pełna nazwa to sieć lokalna, czyli LAN. Nasza sieć domowa, podobnie jak sieć w biurze, to w zasadzie sieć LAN. W przypadku bezprzewodowego Wi-Fi jest to bezprzewodowa sieć LAN (WLAN).

Dlaczego więc twierdzę, że sieć LAN 5G jest interesująca?

5G to rozległa sieć komórkowa, a LAN to sieć danych o małym obszarze. Te dwie technologie wydają się być ze sobą niezwiązane.

Innymi słowy, 5G i LAN to dwa słowa, które każdy zna osobno. Ale razem są trochę mylące. Prawda?

Sieć LAN 5G. Czym właściwie jest?

Mówiąc najprościej, sieć LAN 5G polega na wykorzystaniu technologii 5G do „grupowania” i „budowania” terminali w celu utworzenia sieci LAN.

Każdy ma telefon 5G. Czy zauważyłeś, że korzystając z telefonów 5G, Twój telefon nie może wyszukać Twoich znajomych, nawet gdy są blisko (nawet twarzą w twarz)? Możecie się ze sobą komunikować, ponieważ dane przesyłane są bezpośrednio do serwerów Twojego operatora lub dostawcy internetu.

W przypadku stacji bazowych wszystkie terminale mobilne są „odizolowane” od siebie. Wynika to ze względów bezpieczeństwa – telefony korzystają z własnych kanałów i nie zakłócają się wzajemnie.

Z kolei sieć LAN łączy terminale (telefony komórkowe, komputery itp.) na danym obszarze, tworząc „grupę”. Ułatwia to nie tylko transmisję danych między nimi, ale także oszczędza wyjście z extranetu.

W sieci LAN terminale mogą się wzajemnie lokalizować na podstawie adresów MAC i odnajdywać (komunikacja warstwy 2). Aby uzyskać dostęp do sieci zewnętrznej, należy skonfigurować router, który poprzez lokalizację IP umożliwia również routing wejściowy i wyjściowy (komunikacja warstwy 3).

Jak wszyscy wiemy, „4G zmieni nasze życie, a 5G zmieni nasze społeczeństwo”. Jako najpopularniejsza obecnie technologia komunikacji mobilnej, 5G niesie na swoich barkach misję „internetu wszystkiego i cyfrowej transformacji setek linii i tysięcy branż”, która musi pomóc użytkownikom z branż wertykalnych w nawiązaniu łączności.

Dlatego 5G może nie tylko połączyć każdy terminal z chmurą, ale także realizować „pobliskie połączenia” między terminalami.

Dlatego w standardzie 3GPP R16 sieć LAN 5G wprowadziła tę nową funkcję.

Zasady i cechy sieci LAN 5G

W sieci 5G administratorzy mogą modyfikować dane w bazie danych użytkowników (elementy sieci UDM), podpisywać umowę o świadczenie usług z określonym numerem UE, a następnie dzielić je na te same lub różne wirtualne grupy sieciowe (VN).

Baza danych użytkowników udostępnia informacje o numerach terminali grupy VN oraz zasady dostępu do elementów sieci zarządzającej (SMF, AMF, PCF itp.) sieci szkieletowej 5G (5GC). Moduł zarządzający NE łączy te informacje i zasady w różnych sieciach LAN. Jest to sieć LAN 5G.

Sieć LAN 5G obsługuje komunikację warstwy 2 (ten sam segment sieci, bezpośredni dostęp do siebie nawzajem), jak również komunikację warstwy 3 (między segmentami sieci, z wykorzystaniem routingu). Sieć LAN 5G obsługuje zarówno transmisję jednokierunkową (unicast), jak i wielokierunkową (multicast) oraz rozgłoszeniową (broadcast). Krótko mówiąc, tryb wzajemnego dostępu jest bardzo elastyczny, a sieć niezwykle prosta.

Pod względem zakresu, sieć LAN 5G obsługuje komunikację między tym samym UPF (elementem sieciowym po stronie mediów sieci szkieletowej 5G) a różnymi UPF-ami. Jest to równoznaczne z przekroczeniem fizycznego limitu odległości między terminalami (nawet Pekin i Szanghaj mogą się komunikować).

W szczególności sieci LAN 5G mogą łączyć się z istniejącymi sieciami danych użytkowników, zapewniając zasadę plug and play i obustronny dostęp.

Scenariusze zastosowań i zalety sieci LAN 5G

Sieć LAN 5G umożliwia grupowanie i łączenie określonych terminali 5G, znacznie ułatwiając budowę bardziej mobilnej sieci LAN dla przedsiębiorstw. Wielu czytelników z pewnością zadaje sobie pytanie: czy mobilność nie jest już możliwa dzięki istniejącej technologii Wi-Fi? Skąd potrzeba sieci LAN 5G?

Nie martw się, idziemy dalej.

Lokalna sieć 5G LAN może pomóc przedsiębiorstwom, szkołom, instytucjom rządowym i rodzinom w lepszej komunikacji z terminalami w regionie. Można ją wykorzystać w sieci biurowej, ale jej największa wartość tkwi w transformacji środowiska produkcyjnego parku oraz transformacji podstawowej sieci przedsiębiorstw produkcyjnych, takich jak zakłady produkcyjne, terminale portowe i kopalnie energii.

Obecnie promujemy Internet przemysłowy. Wierzymy, że 5G może umożliwić cyfryzację środowisk przemysłowych, ponieważ 5G to doskonała technologia komunikacji bezprzewodowej o dużej przepustowości i niskim opóźnieniu, która umożliwia bezprzewodowe połączenie różnych czynników produkcji w środowiskach przemysłowych.

Weźmy na przykład produkcję przemysłową. Wcześniej, w celu lepszej automatyzacji i kontroli nad urządzeniami, stosowano technologię „magistrali przemysłowych”. Istnieje wiele rodzajów tej technologii, które można określić jako „uniwersalne”.

Później, wraz z pojawieniem się technologii Ethernet i IP, branża doszła do konsensusu, że wraz z rozwojem Ethernetu istnieje „Ethernet przemysłowy”. Obecnie, niezależnie od protokołu połączeń przemysłowych, zasadniczo opiera się on na Ethernecie.

Później przedsiębiorstwa przemysłowe odkryły, że połączenia przewodowe zbyt mocno ograniczają mobilność — z tyłu urządzenia zawsze znajdował się „warkocz”, który uniemożliwiał swobodne poruszanie się.

Co więcej, wdrożenie połączenia przewodowego jest bardziej kłopotliwe, czas budowy jest długi, a koszty wysokie. W przypadku awarii sprzętu lub kabla, wymiana jest również bardzo powolna. W związku z tym branża zaczęła rozważać wprowadzenie technologii komunikacji bezprzewodowej.

W rezultacie technologie Wi-Fi, Bluetooth i inne weszły do ​​przemysłu.

Wracając więc do poprzedniego pytania: dlaczego 5G LAN, skoro istnieje Wi-Fi?

Oto powód:

1. Wydajność sieci Wi-Fi (szczególnie Wi-Fi 4 i Wi-Fi 5) nie jest tak dobra jak 5G.

Jeśli chodzi o szybkość transmisji i opóźnienia, technologia 5G może lepiej spełnić potrzeby robotów przemysłowych (sterowanie manipulatorami), inteligentnej kontroli jakości (szybkie rozpoznawanie obrazu), AGV (bezzałogowych pojazdów logistycznych) i innych scenariuszy.

Jeśli chodzi o zasięg, 5G ma większy obszar niż Wi-Fi i może lepiej pokryć cały kampus. Zdolność 5G do przełączania się między komórkami jest również większa niż w przypadku Wi-Fi, co zapewni użytkownikom lepsze wrażenia sieciowe.

2. Koszty utrzymania sieci Wi-Fi są wysokie.

Aby zbudować sieć Wi-Fi w parku, przedsiębiorstwa muszą ją okablować i kupić własny sprzęt. Sprzęt jest amortyzowany, uszkadzany i wymieniany, ale jego konserwacją zajmuje się również wyspecjalizowany personel. Urządzeń Wi-Fi jest mnóstwo, a konfiguracja jest uciążliwa.

5G jest inne. Jest budowane i utrzymywane przez operatorów, a wynajmowane przez przedsiębiorstwa (porównanie Wi-Fi i 5G to trochę jak budowanie własnego pokoju i przetwarzanie w chmurze).

Łącznie technologia 5G będzie bardziej opłacalna.

3. Sieć LAN 5G ma bardziej zaawansowane funkcje.

Grupowanie sieci VN w sieci LAN 5G zostało wspomniane wcześniej. Oprócz izolacji komunikacji, ważniejszą funkcją grupowania jest zapewnienie zróżnicowania QoS (poziomu usług) różnych sieci.

Na przykład przedsiębiorstwo ma sieć biurową, sieć systemów informatycznych i sieć OT.

OT to skrót od Operational Technology (Technologia Operacyjna). Jest to sieć łącząca środowisko przemysłowe i urządzenia, takie jak tokarki, ramiona robotyczne, czujniki, oprzyrządowanie, wózki AGV, systemy monitorowania, MES, PLC itp.

Różne sieci mają różne wymagania wydajnościowe. Niektóre wymagają niskich opóźnień, inne wysokiej przepustowości, a jeszcze inne mają mniejsze wymagania.

Sieć LAN 5G może definiować różną wydajność sieci w oparciu o różne grupy sieci wirtualnych (VN). W niektórych przedsiębiorstwach nazywa się to „mikrosegmentem”.

4. Sieć LAN 5G jest łatwiejsza w zarządzaniu i bezpieczniejsza.

Jak wspomniano powyżej, dane dotyczące podpisu użytkownika można modyfikować w systemach UDM 5G operatorów, aby grupować użytkowników w grupy VN. Czy zatem musimy zgłaszać się do obsługi klienta operatora za każdym razem, gdy chcemy zmienić informacje o grupie terminala (dołączenie, usunięcie, zmiana)?

Oczywiście, że nie.

W sieciach 5G operatorzy mogą udzielać administratorom sieci przedsiębiorstw uprawnień do modyfikacji poprzez opracowanie interfejsów, które umożliwią samodzielną modyfikację.

Oczywiście przedsiębiorstwa mogą również ustalać własne zasady korzystania z sieci prywatnych, zgodnie ze swoimi potrzebami.

Podczas nawiązywania połączeń danych przedsiębiorstwa mogą skonfigurować mechanizmy autoryzacji i uwierzytelniania, aby ściśle zarządzać grupami VN. To zabezpieczenie jest znacznie silniejsze i wygodniejsze niż Wi-Fi.

Studium przypadku sieci LAN 5G

Przyjrzyjmy się zaletom sieci LAN 5G na konkretnym przykładzie sieci.

Przede wszystkim przedsiębiorstwo produkcyjne ma własny warsztat, linię produkcyjną (lub tokarkę), dlatego należy połączyć sterownik PLC ze sterownikiem PLC za pomocą sieci.

Każda linia montażowa ma wiele urządzeń, również niezależnych. Idealnie byłoby zainstalować moduły 5G na każdym urządzeniu na linii montażowej. Jednak na tym etapie wygląda na to, że będzie to nieco kosztowne.

Wprowadzenie przemysłowej bramy sieciowej 5G, czyli 5G CPE, może poprawić stosunek kosztów do wydajności. Urządzenie jest kompatybilne z sieciami przewodowymi, podłączonymi do portu przewodowego (portu Ethernet lub portu PLC). Jest kompatybilne z sieciami bezprzewodowymi, podłączonymi do sieci 5G lub Wi-Fi.

Jeśli sieć 5G nie obsługuje sieci LAN 5G (wersja przed R16), możliwe jest również nawiązanie połączenia między sterownikiem PLC a sterownikiem PLC. Jednak cała sieć 5G opiera się na protokole warstwy 3, który opiera się na adresowaniu IP, a adres terminala jest również adresem IP, który nie obsługuje przekazywania danych w warstwie 2. Aby zrealizować komunikację typu end-to-end, po obu stronach należy dodać router dostępowy (AR – Access Router), który ustanowi tunel, enkapsuluje przemysłowy protokół warstwy 2 w tunelu i doprowadza go do końca równorzędnego.

Ta metoda nie tylko zwiększa złożoność, ale także koszty (koszt zakupu routera AR, nakład pracy i czasu potrzebny na jego konfigurację). Jeśli pomyślimy o warsztacie z tysiącami linii produkcyjnych, koszty będą oszałamiające.

Po wprowadzeniu sieci LAN 5G, sieć 5G obsługuje bezpośrednią transmisję protokołu warstwy 2, dzięki czemu routery AR nie są już potrzebne. Jednocześnie sieć 5G może wyznaczać trasy dla terminali bez adresów IP, a UPF rozpoznaje adresy MAC terminali. Cała sieć staje się minimalistyczną siecią jednowarstwową, która może komunikować się ze sobą w warstwie 2.

Możliwość podłączenia i użytkowania sieci LAN 5G pozwala na jej doskonałą integrację z istniejącymi sieciami klientów, co zmniejsza obciążenie istniejących sieci i pozwala zaoszczędzić sporo kosztów bez konieczności przeprowadzania uciążliwych remontów i modernizacji.

Z perspektywy makro, sieć LAN 5G to współpraca technologii 5G i Ethernetu. W przyszłości rozwój technologii TSN (Time Sensitive Network) opartej na technologii Ethernetu nie będzie mógł być oddzielony od wsparcia sieci LAN 5G.

Warto nadmienić, że sieć LAN 5G, oprócz tego, że sprzyja budowie sieci wewnętrznej parku, może być również wykorzystana jako uzupełnienie tradycyjnej sieci dedykowanych łączy przedsiębiorstw do łączenia oddziałów w różnych miejscach.

Moduł do sieci LAN 5G

Jak widać, sieć LAN 5G to ważna innowacyjna technologia dla 5G w branżach wertykalnych. Może ona budować silniejszą komunikację w prywatnych sieciach 5G, pomagając klientom przyspieszyć transformację cyfrową i modernizację.

Aby lepiej wdrożyć sieć LAN 5G, oprócz modernizacji sieci konieczne jest również zapewnienie obsługi modułu 5G.

W ramach komercyjnego wprowadzania technologii sieci LAN 5G firma Unigroup Zhangrui wprowadziła na rynek pierwszą w branży platformę chipów pasma podstawowego 5G R16 Ready — V516.

Bazując na tej platformie, Quectel, wiodący producent modułów w Chinach, z powodzeniem opracował szereg modułów 5G obsługujących technologię sieci LAN 5G i wprowadził je na rynek, w tym RG500U, RG200U, RM500U i inne moduły w obudowach LGA, M.2, Mini PCIe.