Що таке 5G локальна мережа?

Автор: Ulink Media

Кожен має бути знайомий з 5G, який є еволюцією 4G та нашою новітньою технологією мобільного зв'язку.

Щодо локальної мережі (LAN), вам слід бути ближче знайомим. Її повна назва — локальна мережа, або LAN. Наша домашня мережа, а також мережа в корпоративному офісі, по суті, є локальною мережею (LAN). У випадку з бездротовим Wi-Fi це бездротова локальна мережа (WLAN).

То чому я кажу, що 5G LAN цікава?

5G — це широка стільникова мережа, тоді як LAN — це мережа передачі даних невеликої площі. Ці дві технології здаються непов’язаними.

Іншими словами, 5G та LAN – це два слова, які кожен знає окремо. Але разом це трохи заплутано. Чи не так?

5G LAN, що це таке?

Фактично, 5G LAN, якщо говорити просто, полягає у використанні технології 5G для «групування» та «побудови» терміналів для формування локальної мережі.

У кожного є телефон 5G. Чи помічали ви, що коли ви користуєтеся телефонами 5G, ваш телефон не може шукати ваших друзів, навіть коли вони знаходяться поруч (навіть віч-на-віч)? Ви можете спілкуватися один з одним, оскільки дані передаються по всьому колу до серверів вашого оператора або інтернет-провайдера.

Для базових станцій усі мобільні термінали «ізольовані» один від одного. Це обумовлено міркуваннями безпеки, телефони використовують власні канали та не створюють перешкод один одному.

З іншого боку, локальна мережа (ЛОМ) з'єднує термінали (мобільні телефони, комп'ютери тощо) в певній зоні, утворюючи «групу». Це не лише спрощує передачу даних між собою, але й заощаджує вихід до екстранету.

У локальній мережі термінали можуть знаходити один одного на основі своїх MAC-адрес та знаходити один одного (зв'язок 2-го рівня). Для доступу до зовнішньої мережі встановлюється маршрутизатор, через IP-адресу також можна здійснювати маршрутизацію вхід та вихід (зв'язок 3-го рівня).

Як усім відомо, «4G змінить наше життя, а 5G змінить наше суспільство». Як найпопулярніша технологія мобільного зв'язку на даний момент, 5G виконує місію «Інтернету всього та цифрової трансформації сотень ліній і тисяч галузей промисловості», що має допомогти користувачам у вертикальних галузях підключитися.

Таким чином, 5G не тільки підключає кожен термінал до хмари, але й реалізує «близьке з’єднання» між терміналами.

Тому в стандарті 3GPP R16 5G LAN запроваджено цю нову функцію.

Принципи та характеристики локальної мережі 5G

У мережі 5G адміністратори можуть змінювати дані в базі даних користувачів (елементи мережі UDM), підписувати контракт на обслуговування із зазначеним номером UE, а потім розділяти їх на однакові або різні групи віртуальних мереж (VN).

База даних користувачів надає інформацію про групи віртуальних мереж (VN) номерів терміналів та політики доступу елементам мережі керування (SMF, AMF, PCF тощо) базової мережі 5G (5GC). NE керування об'єднує цю інформацію та правила політик у різні локальні мережі (LAN). Це локальна мережа 5G.

Локальна мережа 5G підтримує зв'язок другого рівня (той самий сегмент мережі, прямий доступ один до одного), а також зв'язок третього рівня (між сегментами мережі за допомогою маршрутизації). Локальна мережа 5G підтримує як одноадресну, так і багатоадресну та широкомовну розсилку. Коротше кажучи, режим взаємного доступу дуже гнучкий, а мережа дуже проста.

З точки зору обсягу, локальна мережа 5G підтримує зв'язок між одним і тим самим UPF (елементом медіа-сторони основної мережі 5G) та різними UPF. Це рівнозначно подоланню фізичного обмеження відстані між терміналами (навіть Пекін та Шанхай можуть спілкуватися).

Зокрема, мережі 5G LAN можуть підключатися до існуючих мереж передачі даних користувачів для plug-and-play та взаємного доступу.

Сценарії застосування та переваги локальної мережі 5G

Локальна мережа 5G дозволяє групувати та встановлювати з'єднання між певними терміналами 5G, що значно полегшує побудову більш мобільної локальної мережі для підприємств. Багато читачів напевно запитають, хіба мобільність не можлива вже з існуючою технологією Wi-Fi? Навіщо потрібна локальна мережа 5G?

Не хвилюйся, рухаймося далі.

Локальні мережі, що забезпечуються завдяки 5G LAN, можуть допомогти підприємствам, школам, урядам та сім'ям краще спілкуватися з терміналами в регіоні. Їх можна використовувати в офісній мережі, але їхня більша цінність полягає в трансформації виробничого середовища парку та трансформації базової мережі виробничих підприємств, таких як промислове виробництво, портові термінали та енергетичні шахти.

Зараз ми просуваємо промисловий Інтернет. Ми вважаємо, що 5G може забезпечити цифровізацію промислових сфер, оскільки 5G — це чудова технологія бездротового зв'язку з великою пропускною здатністю та низькою затримкою, яка може реалізувати бездротове з'єднання різних виробничих факторів у промислових сферах.

Візьмемо, наприклад, промислове виробництво. Раніше, для кращої автоматизації, для досягнення контролю обладнання, використовувалася технологія «промислової шини». Існує багато видів цієї технології, які можна охарактеризувати як «повсюдні».

Пізніше, з появою технологій Ethernet та IP, у галузі сформувався консенсус, що разом з розвитком Ethernet існує «промисловий Ethernet». Сьогодні, незалежно від того, чиї протоколи промислового з'єднання використовуються, вони в основному базуються на Ethernet.

Пізніше промислові компанії виявили, що дротові з'єднання занадто обмежують мобільність — на задній панелі пристрою завжди була «обплетення», яке перешкоджало вільному руху.

Більше того, розгортання дротового з'єднання є більш проблематичним, період будівництва тривалий, вартість висока. Якщо виникає проблема з обладнанням або кабелем, заміна також відбувається дуже повільно. Тому галузь почала розглядати можливість впровадження технології бездротового зв'язку.

В результаті, Wi-Fi, Bluetooth та інші технології увійшли в промислову сферу.

Отже, повертаючись до попереднього питання, навіщо 5G LAN, коли є Wi-Fi?

Ось причина:

1. Продуктивність мереж Wi-Fi (особливо Wi-Fi 4 та Wi-Fi 5) не така висока, як у 5G.

Що стосується швидкості передачі та затримки, 5G може краще задовольнити потреби промислових роботів (керування маніпуляторами), інтелектуального контролю якості (високошвидкісне розпізнавання зображень), AGV (безпілотних логістичних транспортних засобів) та інших сценаріїв.

Що стосується покриття, 5G має більшу зону покриття, ніж Wi-Fi, і може краще охопити кампус. Здатність 5G перемикатися між сотами також сильніша, ніж у Wi-Fi, що забезпечить користувачам кращий досвід користування мережею.

2. Витрати на обслуговування мережі Wi-Fi високі.

Щоб побудувати мережу Wi-Fi у парку, підприємствам потрібно прокладати проводку та купувати власне обладнання. Обладнання амортизується, пошкоджується та замінюється, але також обслуговується спеціальним персоналом. Існує безліч пристроїв Wi-Fi, і їх налаштування є клопітким.

5G відрізняється. Його створюють та обслуговують оператори, а орендують підприємства (Wi-Fi проти 5G трохи схоже на будівництво власної кімнати проти хмарних обчислень).

У сукупності 5G буде більш економічно ефективним.

3. 5G LAN має потужніші функції.

Групування віртуальних мереж (VN) локальної мережі 5G згадувалося раніше. Окрім ізоляції зв'язку, важливішою функцією групування є досягнення диференціації QoS (рівня обслуговування) різних мереж.

Наприклад, підприємство має офісну мережу, мережу ІТ-системи та мережу OT.

OT розшифровується як Operational Technology (Операційні технології). Це мережа, яка з'єднує промислове середовище та обладнання, таке як токарні верстати, роботизовані маніпулятори, датчики, контрольно-вимірювальні прилади, AGV (автономно-вимірювальні системи), системи моніторингу, MES, ПЛК тощо.

Різні мережі мають різні вимоги до продуктивності. Деяким потрібна низька затримка, деяким висока пропускна здатність, а деяким менші вимоги.

Локальна мережа 5G може визначати різну продуктивність мережі на основі різних груп віртуальних мереж. Деякі підприємства називають це «мікрозрізом».

4. 5G LAN легше керувати та безпечніше.

Як згадувалося вище, дані підпису користувачів можна змінювати в мережах 5G UDM різних операторів, щоб групувати користувачів у групи віртуальних сетей. Тож чи потрібно нам звертатися до служби підтримки клієнтів оператора щоразу, коли нам потрібно змінити інформацію про групу терміналу (приєднатися, видалити, змінити)?

Звісно, ​​ні.

У мережах 5G оператори можуть надати дозвіл на модифікацію адміністраторам корпоративних мереж шляхом розробки інтерфейсів, що дозволяє самостійно вносити зміни.

Звичайно, підприємства також можуть встановлювати власні політики приватної мережі відповідно до власних потреб.

Під час встановлення з’єднань для передачі даних підприємства можуть налаштувати механізми авторизації та автентифікації для суворого управління групами віртуальних мереж. Цей захист набагато надійніший та зручніший, ніж Wi-Fi.

Тематичне дослідження локальної мережі 5G

Давайте розглянемо переваги 5G LAN на конкретному мережевому прикладі.

Перш за все, виробниче підприємство, яке має власний цех, виробничу лінію (або токарний верстат), потребує підключення ПЛК та сторони керування ПЛК через мережу.

Кожна складальна лінія має багато обладнання, до того ж незалежного. Ідеально встановлювати модулі 5G на кожен пристрій складальної лінії. Однак, схоже, що на цьому етапі це буде трохи дорого.

Тоді впровадження промислового шлюзу 5G, або 5G CPE, може покращити економічну ефективність. Підходить для дротового підключення, підключення до дротового порту (порту Ethernet або порту ПЛК). Підходить для бездротового підключення, підключення до 5G або Wi-Fi.

Якщо 5G не підтримує 5G LAN (до R16), також можливо реалізувати з'єднання між ПЛК та контролером ПЛК. Однак вся мережа 5G є протоколом 3-го рівня, який спирається на IP-адресацію, а адреса терміналу також є IP-адресою, що не підтримує пересилання даних 2-го рівня. Для реалізації наскрізного зв'язку необхідно додати AR (маршрутизатор доступу) з обох боків, щоб створити тунель, інкапсулювати промисловий протокол 2-го рівня в тунелі та довести його до вузла.

Цей метод не лише збільшує складність, але й збільшує вартість (вартість придбання AR-маршрутизатора, робочу силу та час, необхідні для налаштування AR-маршрутизатора). Якщо уявити собі цех з тисячами ліній, то вартість буде вражаючою.

Після впровадження 5G LAN, мережа 5G підтримує пряму передачу протоколу 2-го рівня, тому AR-маршрутизатори більше не потрібні. Водночас мережа 5G може забезпечувати маршрути для терміналів без IP-адрес, а UPF може розпізнавати MAC-адреси терміналів. Вся мережа стає мінімалістичною однорівневою мережею, яка може взаємодіяти одна з одною на 2-му рівні.

Можливість підключення та роботи 5G LAN дозволяє ідеально інтегруватися з існуючими мережами клієнтів, зменшуючи вплив на існуючі мережі клієнтів та заощаджуючи багато коштів без складної реконструкції та модернізації.

З макро точки зору, 5G LAN – це співпраця між технологіями 5G та Ethernet. У майбутньому розвиток технології TSN (часочутливої ​​мережі) на основі технології Ethernet не можна буде відокремити від допомоги 5G LAN.

Варто зазначити, що локальна мережа 5G, окрім того, що сприяє побудові внутрішньої мережі парку, також може бути використана як доповнення до традиційної виділеної лінії мережі підприємств для з'єднання філій у різних місцях.

Модуль для 5G LAN

Як бачите, локальна мережа 5G є важливою інноваційною технологією для 5G у вертикальних галузях. Вона може побудувати сильніші приватні мережі 5G, щоб допомогти клієнтам пришвидшити їхню цифрову трансформацію та модернізацію.

Для кращого розгортання 5G LAN, окрім оновлень мережі, також потрібна підтримка 5G-модулів.

У процесі комерційного впровадження технології 5G LAN, Unigroup Zhangrui запустила першу в галузі платформу базових мікросхем 5G R16 Ready — V516.

На основі цієї платформи Quectel, провідний виробник модулів у Китаї, успішно розробив та комерціалізував низку модулів 5G з підтримкою технології 5G LAN, включаючи RG500U, RG200U, RM500U та інші модулі в корпусах LGA, M.2, Mini PCIe.