Что такое 5G LAN?

Автор: Ulink Media

Каждый должен быть знаком с 5G, представляющим собой эволюцию 4G и нашу новейшую технологию мобильной связи.

Что касается локальной сети (LAN), то вам с ней лучше познакомиться. Полное название — локальная вычислительная сеть (LAN). Наша домашняя сеть, как и сеть в офисе, по сути, представляет собой локальную сеть (LAN). С беспроводным Wi-Fi это беспроводная локальная сеть (WLAN).

Так почему же я говорю, что 5G LAN интересна?

5G — это широкополосная сотовая сеть, а LAN — сеть передачи данных на малых территориях. Эти две технологии, похоже, не связаны между собой.

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

5G LAN, что это такое?

Фактически, 5G LAN, если говорить проще, представляет собой использование технологии 5G для «группирования» и «построения» терминалов с целью формирования сети LAN.

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

На базовых станциях все мобильные терминалы «изолированы» друг от друга. Это обусловлено соображениями безопасности: телефоны используют собственные каналы и не мешают друг другу.

Локальная сеть (LAN), в свою очередь, объединяет терминалы (мобильные телефоны, компьютеры и т. д.) в определённой зоне, образуя «группу». Это не только облегчает передачу данных между ними, но и избавляет от необходимости выхода в экстрасеть.

В локальной сети терминалы могут определять местоположение друг друга по MAC-адресам (связь уровня 2). Для доступа к внешней сети можно настроить маршрутизатор, используя IP-адресацию, а также организовать маршрутизацию входящих и исходящих соединений (связь уровня 3).

Как мы все знаем, «4G изменит нашу жизнь, а 5G изменит наше общество». Будучи самой популярной технологией мобильной связи в настоящее время, 5G берёт на себя миссию «Интернета всего и цифровой трансформации сотен линий и тысяч отраслей», что должно помочь пользователям в вертикальных отраслях получить доступ к сети.

Таким образом, 5G может не только подключить каждый терминал к облаку, но и реализовать «ближайшее соединение» между терминалами.

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

Принципы и характеристики 5G LAN

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

База данных пользователей содержит информацию о группах виртуальных сетей (VN) и политики доступа к элементам сети управления (SMF, AMF, PCF и т. д.) ядра сети 5G (5GC). Управляющий сетевой элемент (NE) объединяет эту информацию и правила политики в различные локальные сети (LAN). Это и есть локальная сеть 5G.

Сеть 5G LAN поддерживает связь уровня 2 (в пределах одного сегмента сети, прямой доступ друг к другу), а также связь уровня 3 (между сегментами сети, с помощью маршрутизации). Сеть 5G LAN поддерживает как одноадресную, так и многоадресную и широковещательную рассылку. Одним словом, режим взаимного доступа очень гибкий, а организация сети очень проста.

С точки зрения области применения, локальная сеть 5G (LAN) поддерживает связь между одним и тем же UPF (медиа-элементом сети ядра 5G) и различными UPF. Это равносильно преодолению ограничения физического расстояния между терминалами (даже Пекин и Шанхай могут обмениваться данными).

В частности, сети 5G LAN могут подключаться к существующим сетям передачи данных пользователей для обеспечения plug and play и взаимного доступа.

Сценарии применения и преимущества 5G LAN

Сеть 5G LAN позволяет группировать и подключать определённые 5G-терминалы, значительно упрощая создание более мобильной локальной сети для предприятий. Многие читатели наверняка спросят: разве существующая технология Wi-Fi не обеспечивает мобильность? Зачем нужна 5G LAN?

Не волнуйтесь, давайте двигаться дальше.

Локальная сеть, обеспечиваемая 5G LAN, может помочь предприятиям, школам, государственным органам и семьям улучшить взаимодействие с терминалами в регионе. Её можно использовать в офисной сети, но её главная ценность заключается в трансформации производственной среды парка и трансформации базовой сети производственных предприятий, таких как промышленные предприятия, портовые терминалы и энергетические шахты.

Мы сейчас продвигаем промышленный Интернет. Мы считаем, что 5G может способствовать цифровизации промышленных сред, поскольку 5G — это превосходная технология беспроводной связи с широкой полосой пропускания и низкой задержкой, которая позволяет реализовать беспроводное соединение различных производственных факторов в промышленных условиях.

Возьмём, к примеру, промышленное производство. Раньше для повышения уровня автоматизации и управления оборудованием использовалась технология «промышленной шины». Существует множество разновидностей этой технологии, которые можно охарактеризовать как «повсеместные».

Позднее, с появлением Ethernet и IP-технологий, в отрасли сложился консенсус: наряду с развитием Ethernet появился и «промышленный Ethernet». Сегодня, независимо от того, какой протокол промышленной связи используется, он, по сути, основан на Ethernet.

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

Более того, развёртывание проводного соединения более хлопотно, сроки строительства длительны, стоимость высока. В случае возникновения проблем с оборудованием или кабелем, замена также занимает много времени. Поэтому отрасль начала задумываться о внедрении технологий беспроводной связи.

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

Итак, возвращаясь к предыдущему вопросу, зачем нужен 5G LAN, если есть Wi-Fi?

Вот причина:

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

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

Что касается покрытия, 5G имеет большую зону покрытия, чем Wi-Fi, и может лучше покрывать территорию кампуса. Способность 5G переключаться между сотами также выше, чем у Wi-Fi, что обеспечит пользователям более качественное использование сети.

2. Расходы на обслуживание сети Wi-Fi высоки.

Чтобы построить сеть Wi-Fi в парке, предприятиям приходится прокладывать кабели и закупать оборудование самостоятельно. Оборудование изнашивается, выходит из строя и заменяется, но его обслуживанием занимается специальный персонал. Wi-Fi-устройств очень много, и их настройка — дело непростое.

5G — это другое дело. Его создают и обслуживают операторы, а арендуют предприятия (Wi-Fi против 5G — это как строительство собственной комнаты против облачных вычислений).

В целом 5G будет более экономически эффективным.

3. Сеть 5G LAN имеет более мощные функции.

Группировка виртуальных сетей (VN) в локальной сети 5G (LAN) уже упоминалась ранее. Помимо изоляции коммуникаций, более важной функцией группировки является обеспечение дифференциации уровня обслуживания (QoS) различных сетей.

Например, на предприятии имеется офисная сеть, сеть ИТ-систем и сеть ОТ.

OT (Operational Technology) — это сеть, соединяющая промышленную среду и оборудование, такое как токарные станки, роботизированные манипуляторы, датчики, контрольно-измерительные приборы, автоматически управляемые транспортные средства (AGV), системы мониторинга, MES, ПЛК и т. д.

Разные сети предъявляют разные требования к производительности. Некоторым требуется низкая задержка, другим — высокая пропускная способность, а некоторым — менее высокие требования.

5G LAN может определять различную производительность сети в зависимости от разных групп виртуальных сетей. Некоторые предприятия называют это «микрослайсом».

4. Сеть 5G LAN проще в управлении и более безопасна.

Как упоминалось выше, данные подписи пользователя можно изменять в сетях 5G UDM операторов для объединения пользователей в группы виртуальных сетей. Нужно ли нам каждый раз обращаться в службу поддержки оператора, чтобы изменить информацию о группе терминала (присоединить, удалить, изменить)?

Конечно, нет.

В сетях 5G операторы могут предоставить администраторам корпоративных сетей разрешение на внесение изменений путем разработки интерфейсов, позволяющих вносить изменения самостоятельно.

Конечно, предприятия также могут устанавливать собственные политики частной сети в соответствии со своими потребностями.

При установлении соединений для передачи данных предприятия могут настроить механизмы авторизации и аутентификации для строгого управления группами виртуальных сетей. Такой подход обеспечивает гораздо более высокий уровень безопасности и удобство, чем Wi-Fi.

Пример использования локальной сети 5G

Давайте рассмотрим преимущества 5G LAN на конкретном примере сети.

Прежде всего, производственное предприятие, имеющее собственный цех, производственную линию (или токарный станок), должно соединить ПЛК и узел управления ПЛК через сеть.

Каждая сборочная линия оснащена большим количеством оборудования, к тому же независимого. В идеале было бы установить модули 5G на каждое устройство на линии. Однако на данном этапе это, похоже, будет довольно дорого.

Внедрение промышленного шлюза 5G (5G CPE) может улучшить соотношение цены и качества. Подходит для проводных сетей, подключенных к порту Ethernet или PLC. Подходит для беспроводных сетей, подключенных к 5G или Wi-Fi.

Если 5G не поддерживает 5G LAN (до версии R16), также возможно реализовать соединение между ПЛК и контроллером ПЛК. Однако вся сеть 5G представляет собой протокол уровня 3, основанный на IP-адресации, и адрес терминала также является IP-адресом, который не поддерживает пересылку данных уровня 2. Для реализации сквозного соединения необходимо добавить AR (маршрутизатор доступа) с обеих сторон для создания туннеля, инкапсуляции промышленного протокола уровня 2 в туннель и передачи его до конечной точки.

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

После внедрения 5G LAN сеть 5G поддерживает прямую передачу данных по протоколу уровня 2, что устраняет необходимость в маршрутизаторах дополненной реальности. Кроме того, 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.

Возможность «plug and play» сети 5G LAN позволяет ей идеально интегрироваться в существующие сети клиентов, снижая воздействие на существующие сети клиентов и экономя значительные средства без необходимости трудоемкой реконструкции и модернизации.

С макроэкономической точки зрения, 5G LAN представляет собой результат взаимодействия технологий 5G и Ethernet. В будущем развитие технологии TSN (сети, чувствительной ко времени) на базе Ethernet не может быть отделено от поддержки 5G LAN.

Стоит отметить, что 5G LAN, помимо того, что способствует построению внутренней сети парка, может также использоваться в качестве дополнения к традиционной выделенной линии связи предприятий для соединения филиалов в разных местах.

Модуль для 5G LAN

Как видите, 5G LAN — важная инновационная технология для 5G в вертикальных отраслях. Она позволяет создать более надежную частную сеть 5G, помогая клиентам ускорить цифровую трансформацию и модернизацию.

Для более эффективного развертывания локальной сети 5G, помимо модернизации сети, также необходима поддержка модулей 5G.

В процессе коммерческого внедрения технологии 5G LAN компания Unigroup Zhangrui выпустила первую в отрасли платформу микросхем базовой полосы с поддержкой 5G R16 — V516.

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