Что такое 5G LAN?

Автор: Ulink Media

Всем должна быть знакома технология 5G, которая является эволюцией 4G и нашей новейшей технологией мобильной связи.

Что касается LAN, вам следует лучше понимать это понятие. Его полное название — локальная сеть, или LAN. Наша домашняя сеть, а также сеть в корпоративном офисе, по сути, являются LAN. Беспроводной Wi-Fi — это беспроводная локальная сеть (WLAN).

Так почему же я говорю, что 5G LAN — это интересно?

5G — это широкая сотовая сеть, а LAN — это сеть передачи данных малого радиуса действия. Эти две технологии кажутся несвязанными.

Другими словами, 5G и LAN — это два слова, которые все знают по отдельности. Но вместе они немного сбивают с толку. Не так ли?

Что такое 5G LAN?

По сути, 5G LAN, если говорить проще, — это использование технологии 5G для «группировки» и «формирования» терминалов в локальную сеть.

У всех есть телефоны с поддержкой 5G. Замечали ли вы, что при использовании телефонов 5G ваш телефон не может найти ваших друзей, даже когда они находятся рядом (даже лицом к лицу)? Вы можете общаться друг с другом, потому что данные передаются между серверами вашего оператора связи или интернет-провайдера.

В случае базовых станций все мобильные терминалы «изолированы» друг от друга. Это обусловлено соображениями безопасности: телефоны используют собственные каналы и не создают взаимных помех.

С другой стороны, локальная сеть (LAN) объединяет терминалы (мобильные телефоны, компьютеры и т. д.) в определенной области в «группу». Это не только облегчает передачу данных между ними, но и исключает необходимость выхода в экстранет.

В локальной сети терминалы могут определять местоположение друг друга по своим MAC-адресам (связь уровня 2). Для доступа к внешней сети маршрутизатор, используя IP-адрес, также обеспечивает маршрутизацию входящего и исходящего трафика (связь уровня 3).

Как всем известно, «4G изменит нашу жизнь, а 5G изменит наше общество». Будучи на данный момент наиболее распространенной технологией мобильной связи, 5G несет на себе бремя «интернета вещей и цифровой трансформации сотен линий и тысяч отраслей», что должно помочь пользователям в различных отраслях оставаться на связи.

Таким образом, 5G позволяет не только подключить каждый терминал к облаку, но и реализовать «близлежащую связь» между терминалами.

Поэтому в стандарте 3GPP R16 в локальных сетях 5G была введена эта новая функция.

Принципы и характеристики локальных сетей 5G

В сети 5G администраторы могут изменять данные в базе данных пользователей (сетевые элементы UDM), заключать договор на обслуживание с указанным номером UE, а затем разделять их на одинаковые или разные виртуальные сетевые группы (VN).

База данных пользователей предоставляет информацию о группах VN номеров терминалов и политиках доступа к элементам управления сети (SMF, AMF, PCF и т. д.) ядра сети 5G (5GC). Сетевой элемент управления объединяет эту информацию и правила политик в различные локальные сети. Это локальная сеть 5G.

Сеть 5G LAN поддерживает связь на уровне 2 (в пределах одного сетевого сегмента, прямой доступ друг к другу), а также связь на уровне 3 (между сетевыми сегментами, с помощью маршрутизации). Сеть 5G LAN поддерживает как одноадресную, так и многоадресную и широковещательную передачу. Вкратце, режим взаимного доступа очень гибкий, а настройка сети очень проста.

В плане охвата, локальная сеть 5G поддерживает связь между одним и тем же UPF (сетевым элементом среды передачи данных в ядре сети 5G) и различными UPF. Это равносильно преодолению физического ограничения расстояния между терминалами (даже Пекин и Шанхай могут обмениваться данными).

В частности, сети 5G LAN могут подключаться к существующим сетям передачи данных пользователей для работы по принципу «подключи и работай» и взаимного доступа.

Сценарии применения и преимущества локальных сетей 5G

5G LAN позволяет объединять и соединять определенные 5G-терминалы, что значительно упрощает создание более мобильной локальной сети для предприятий. Многие читатели наверняка спросят: разве мобильность уже невозможна с помощью существующих технологий Wi-Fi? Зачем нужна 5G LAN?

Не волнуйтесь, давайте продолжим.

Локальные сети, обеспечиваемые технологией 5G LAN, могут помочь предприятиям, школам, государственным учреждениям и семьям улучшить связь с терминалами в регионе. Они могут использоваться в офисных сетях, но наибольшую ценность представляют трансформация производственной среды промышленных парков и преобразование базовой сети производственных предприятий, таких как промышленные предприятия, портовые терминалы и энергетические шахты.

В настоящее время мы продвигаем промышленный интернет. Мы считаем, что 5G может способствовать цифровизации промышленных предприятий, поскольку 5G — это превосходная технология беспроводной связи с большой пропускной способностью и низкой задержкой, которая позволяет осуществлять беспроводное соединение различных производственных факторов в промышленных условиях.

Возьмем, к примеру, промышленное производство. Ранее, для повышения уровня автоматизации и обеспечения управления оборудованием, использовалась технология «промышленной шины». Существует множество разновидностей этой технологии, которые можно охарактеризовать как «повсеместно распространенные».

Позже, с появлением технологий Ethernet и IP, в отрасли сформировался консенсус, и вместе с развитием Ethernet возник «промышленный Ethernet». Сегодня, независимо от того, какой протокол промышленного соединения используется, он в основном основан на Ethernet.

Позже промышленные компании обнаружили, что проводные соединения слишком сильно ограничивают мобильность — на задней панели устройства всегда была «оплетка», которая препятствовала свободному перемещению.

Кроме того, проводное подключение более проблематично, сроки строительства длительны, а стоимость высока. В случае проблем с оборудованием или кабелем замена также занимает очень много времени. Поэтому в отрасли начали задумываться о внедрении беспроводных технологий связи.

В результате Wi-Fi, Bluetooth и другие технологии вошли в промышленную сферу.

Итак, возвращаясь к предыдущему вопросу: зачем нужна локальная сеть 5G, если есть Wi-Fi?

Вот причина:

1. Производительность сетей Wi-Fi (особенно Wi-Fi 4 и Wi-Fi 5) не так высока, как у 5G.

С точки зрения скорости передачи и задержки, 5G лучше удовлетворяет потребности промышленных роботов (управление манипуляторами), интеллектуального контроля качества (высокоскоростное распознавание изображений), автоматизированных транспортных средств (AGV) и других сценариев.

С точки зрения покрытия, 5G имеет большую зону покрытия, чем Wi-Fi, и может лучше охватывать территорию кампуса. Способность 5G переключаться между сотами также сильнее, чем у Wi-Fi, что обеспечит пользователям более качественное сетевое взаимодействие.

2. Затраты на обслуживание сетей Wi-Fi высоки.

Для создания сети Wi-Fi в парке предприятиям необходимо прокладывать кабели и приобретать собственное оборудование. Оборудование изнашивается, повреждается и заменяется, а также обслуживается специальным персоналом. Существует огромное количество устройств Wi-Fi, и их настройка представляет собой сложную задачу.

5G — это совсем другое. Его создают и обслуживают операторы, а предприятия арендуют его (разница между Wi-Fi и 5G — это примерно как построить собственную комнату и выбрать облачные вычисления).

В совокупности, 5G окажется более экономически выгодным.

3. Сеть 5G LAN обладает более мощными функциями.

Ранее уже упоминалась группировка виртуальных сетей (VN) в локальной сети 5G. Помимо изоляции коммуникаций, более важной функцией группировки является достижение дифференциации качества обслуживания (QoS) различных сетей.

Например, у предприятия есть офисная сеть, сеть ИТ-систем и сеть ОТ.

OT расшифровывается как «Операционные технологии». Это сеть, которая соединяет промышленную среду и оборудование, такое как токарные станки, роботизированные манипуляторы, датчики, контрольно-измерительные приборы, автоматизированные транспортные средства (AGV), системы мониторинга, MES, PLCS и т. д.

Разные сети предъявляют разные требования к производительности. Некоторые требуют низкой задержки, другие — высокой пропускной способности, а третьи — менее строгих требований.

В сетях 5G LAN можно определять различную производительность сети в зависимости от разных групп виртуальных сетей. В некоторых компаниях это называется «микросрез».

4. Сети 5G LAN проще в управлении и безопаснее.

Как упоминалось выше, в сетях 5G UDM операторы связи могут изменять данные для входа пользователей, чтобы группировать пользователей в виртуальные группы. Значит ли это, что нам нужно каждый раз обращаться в службу поддержки оператора связи, чтобы изменить информацию о группе терминала (присоединиться, удалить, изменить)?

Конечно, нет.

В сетях 5G операторы могут предоставить администраторам корпоративных сетей разрешение на внесение изменений посредством разработки интерфейсов, что позволит осуществлять самостоятельное изменение настроек.

Разумеется, предприятия также могут устанавливать собственные политики для частных сетей в соответствии со своими потребностями.

При установлении соединений для передачи данных предприятия могут настраивать механизмы авторизации и аутентификации для строгого управления группами виртуальных сетей. Такая безопасность намного надежнее и удобнее, чем Wi-Fi.

Пример исследования локальной сети 5G.

Давайте рассмотрим преимущества 5G LAN на конкретном примере сетевой инфраструктуры.

Прежде всего, производственное предприятие, имеющее собственный цех, производственную линию (или токарный станок), должно подключить ПЛК и управляющий терминал ПЛК через сеть.

Каждая сборочная линия имеет множество оборудования, в том числе и независимого. Идеальным вариантом было бы установить модули 5G на каждое устройство на сборочной линии. Однако на данном этапе это, по всей видимости, будет несколько дорого.

Внедрение промышленных шлюзов 5G, или 5G CPE, может улучшить соотношение цены и качества. Подходит для проводного подключения, к проводному порту (порту Ethernet или порту ПЛК). Подходит для беспроводного подключения, к сети 5G или Wi-Fi.

Если 5G не поддерживает 5G LAN (до версии R16), то также возможно реализовать соединение между ПЛК и контроллером ПЛК. Однако вся сеть 5G использует протокол 3-го уровня, основанный на IP-адресации, и адрес терминала также является IP-адресом, что не поддерживает пересылку данных на 2-м уровне. Для реализации сквозной связи необходимо добавить маршрутизатор доступа (AR) с обеих сторон для создания туннеля, инкапсуляции промышленного протокола 2-го уровня в туннель и передачи его на сторону партнера.

Этот метод не только увеличивает сложность, но и повышает стоимость (стоимость приобретения маршрутизатора дополненной реальности, затраты на персонал и время, затраченные на настройку маршрутизатора). Если представить себе цех с тысячами линий, затраты будут колоссальными.

После внедрения 5G LAN, сети 5G поддерживают прямую передачу протокола уровня 2, поэтому маршрутизаторы AR больше не нужны. В то же время, сеть 5G может предоставлять маршруты для терминалов без IP-адресов, а UPF может распознавать MAC-адреса терминалов. Вся сеть становится минималистичной одноуровневой сетью, которая может взаимодействовать друг с другом на уровне 2.

Благодаря возможности подключения по принципу «подключи и работай» сети 5G LAN идеально интегрируются с существующими сетями клиентов, снижая нагрузку на них и значительно экономя средства без необходимости трудоемкой реконструкции и модернизации.

В макроэкономическом плане, локальные сети 5G представляют собой сотрудничество между технологиями 5G и Ethernet. В будущем развитие технологии TSN (сети с учетом временных ограничений) на основе технологии Ethernet будет неразрывно связано с использованием локальных сетей 5G.

Стоит отметить, что локальная сеть 5G, помимо содействия построению внутренней сети парка, может также использоваться в качестве дополнения к традиционной выделенной сети предприятий для соединения филиалов в разных местах.

Модуль для локальной сети 5G

Как видите, 5G LAN — это важная инновационная технология для 5G в различных отраслях. Она позволяет создавать более мощные частные сети связи 5G, помогая клиентам ускорить цифровую трансформацию и модернизацию.

Для более эффективного развертывания сетей 5G, помимо модернизации сетевой инфраструктуры, необходима также поддержка модулей 5G.

В процессе коммерческого внедрения технологии 5G LAN компания Unigroup Zhangrui представила первую в отрасли платформу базовых чипов 5G R16 Ready — V516.

На основе этой платформы компания Quectel, ведущий производитель модулей в Китае, успешно разработала и коммерциализировала ряд модулей 5G, поддерживающих технологию 5G LAN, включая RG500U, RG200U, RM500U и другие модули в корпусах LGA, M.2 и Mini PCIe.